拋填塊石場地中旋挖深孔灌注樁的質量缺陷與防治對策探討

孔凡林,羅世輝,李成芳,李昕

（重慶市建筑科學研究院 重慶 400015）

1 引言

根據建設部 《建筑施工企業安全生產管理機構設置及專職安全生產管理人員配備辦法》和《危險性較大工程安全專項施工方案編制及專家論證審查辦法》,為了保證深孔樁開挖的人身安全,在重慶地區拋填塊石場地內超過15m深孔灌注樁不建議采用人工挖孔。取而代之,旋挖鉆進工藝成為理想的選擇。隨著旋挖深孔灌注樁在拋填塊石場地的廣泛應用,伴隨的質量缺陷暴露出來。特別是在新近拋填塊石場內,由于填土松散、深度大、地下水等因素,成樁過程中產生的塌孔造成樁身縮頸夾泥以及清孔不徹底造成樁底沉渣厚度超標等質量缺陷嚴重影響了樁基的正常使用。為了應對旋挖深孔灌注樁在拋填塊石場地中應用的此類質量缺陷,本文從場地前期處理、設計施工階段、成樁后期幾個階段進行分析討論防治措施。

2 拋填塊石場地特點與旋挖深孔樁的質量缺陷

2.1 拋填塊石場地特點

近年來,隨著重慶城市化進程的加速,城市用地日趨緊張,開山填谷的場地越來越多,該類場地多為開山放炮形成的塊石填土,夾雜表層粘性土等,巖性為砂巖或頁巖、灰巖等。填筑方式為人工無組織拋填，填料之間的空隙較大,空隙率可達30%以上,粒徑較大,最大粒徑可達1～2m。在工程實踐中,我們接觸到不少拋填塊石場地,典型的工程項目有：由重慶涌鑫地產集團開發的國際家紡城項目,由渝能集團開發的陽光100國際新城2期,由重慶市公租房公司建設的茶園公租房小區,在悅來開始建設的國際會展中心工程,重慶市兩江新區50%以上的園區面積等。這些拋填塊石場地,普遍具有如下特點：（1）填方埋深大,填土的厚度差異大、不均勻沉降明顯；一般厚度均在20m以上；（2）場地原始地貌多為沖溝,最初作為城市渣場使用,填筑方式均為拋填,且多為一次性填筑數十米而沒有經過分層碾壓等處理措施；（3）結構松散,顆粒分配極不均勻,填料一般為生活垃圾或爆破開山形成的土石方,塊石含量在50～80%,不少塊石粒徑在1m以上；（4）填土的高空隙率、強透水性,低粘結強度。

2.2 旋挖深孔樁的質量缺陷

2.2.1 旋挖成孔工藝

旋挖鉆機成孔首先是通過鉆桿和底部帶有活門的桶式鉆頭回轉破碎巖土,并直接將其裝入鉆斗內,土屑裝滿鉆頭后,再由鉆機提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土,這樣循環往復,不斷地取土卸土,直至鉆至設計深度,如圖1。

圖1 旋挖鉆進

由于鉆進速度快,功效高,無泥漿污染,逐步取代人工挖孔。

2.2.2 旋挖深孔樁的質量缺陷

旋挖鉆機及施工工藝在我國北方地區已經得到了普及,對重慶地區的拋填塊石場地,據調查,目前有多個項目正在使用該工藝進行施工。根據我單位在多個項目中對旋挖深孔樁檢測與科研調查情況,主要的質量缺陷如下：（1）由于填土松散,地下水的因素,在鉆進過程存在塌孔現象,成樁直徑不能保證。（2）由于鉆進后塌孔或者清渣不徹底,造成樁底沉渣過厚。（3）由于地下水或者混凝土澆筑的原因,造成部分混凝土嚴重離析,主要表現在樁底。

另外,理論研究方面,由于該工藝引入重慶也才幾年,對其受力特性進行系統研究方面基本屬于空白領域。事實上,旋挖深孔樁不僅在工法上與傳統鉆孔樁有差別,在受力特性、地基土承載力發揮，特別是拋填場地的填土負摩阻力對樁基承載力以及沉渣和樁底混凝土離析對樁基變形的影響與傳統鉆孔（人工挖孔）樁有一定的差別而需要系統研究。

3 防治措施探討

3.1 鉆進成孔塌孔的防治措施——前期場地預處理

由于新近拋填塊石場地,填土松散,特別是填土的上部欠固結,如在重慶家紡城項目中遇到粘結強度很低的煤矸石填料層,塌孔非常嚴重,無法正常施工,甚至出現卡鉆,因此,確保工程質量的首要任務是解決成孔問題。主要采取以下措施來解決這類問題：

（1）采取全套管旋挖鉆進法,塌孔問題得到解決。該措施的主要缺陷在于套管拔出時較為困難,施工成本相對較高。

（2）局部開挖再碾壓回填。將粘結性較差的（如煤矸石、板巖）填料采用良好的填土（頁巖夾粘土）換填分層碾壓,基本解決了成孔塌孔的現象。比如在涌鑫地產開發的家紡城項目旋挖樁工程中取得良好的效果。

（3）強夯預固結處理,采用2000～4000kN·m的夯擊能進行強夯處理,增加填土密實程度,提高其抗剪強度。比如在茶園公租房旋挖樁工程中取得良好的效果。

（4）對于拋填塊石填土中,局部夾有淤泥層,可采用灌漿法固結,或者采用澆筑混凝土、添加碎塊石料擠土等方法進行預處理。對于灌漿工藝、灌漿材料需要根據場地特點進行專門設計與試驗,才能取得較好的效果。

3.2 沉渣過厚的防治措施——設計施工階段

由于沉渣過厚造成樁基變形超出規范的允許值,就會引起基礎梁或上部結構開裂。對于此類問題,并根據重慶地區樁基的特點,建議將旋挖深孔樁設計為不少于3倍嵌巖深度,并與施工探孔相結合,做到逐孔驗樁,確保嵌巖深度。其理論依據主要如下：

假設某樁基直徑為1000mm,單軸抗壓強度為14.3MPa,按照端承受力考慮。經檢測沉渣厚度h=500mm,假定沉渣的壓縮模量Es=100MPa,樁基不均勻沉降按照0.2%控制,上部柱間距按照6m考慮,不均勻沉降差應小于等于12mm。

樁基的沉降計算簡化如下：按照端承受力考慮,沉渣層受力等同于樁端承載力特征值P0=14.3/3=4.78MPa,沉渣層的壓縮變形S=P0×h/Es=4.78×0.5/100=24mm；依據《建筑樁基設計規范》（JGJ94-94）,3倍嵌巖深度時樁端承載力極限值為0.2×14.3=2.86MPa,特征值為P0=2.86/2=1.43 MPa,沉渣層的壓縮變形S=P0×h/Es=1.43×0.5/100=7mm；后者變形滿足設計要求,而不考慮嵌巖的樁基沉降變形超出規范要求。可見,增加旋挖深孔樁的嵌巖深度有利于控制樁基沉降變形。

另外,嚴格控制清孔工藝,做到及時清渣、及時下鋼筋籠、及時進行混凝土澆筑。鉆孔達到設計深度時,應采用清孔鉆頭進行清孔,孔底沉渣厚度控制指標應符合規定。當地下水較豐富,應采取措施（可采用水下澆筑工藝）防治澆筑的混凝土嚴重離析。

3.3 沉渣過厚的防治措施——成樁后期階段

依據《建筑樁基設計規范》,灌注樁后注漿工法可用于各類鉆、挖、沖孔灌注樁及地下連續墻的沉渣（虛土）、泥皮和樁底、樁側一定范圍土體的加固。由于沉渣的強度較低,壓縮模量較小,為了改善沉渣的力學性質,可以采用灌注樁后注漿工藝。應根據旋挖深孔樁的沉渣情況,進行專門設計后注漿工藝。

4 結語

可以講,旋挖成孔工藝代替繁雜的人工開挖方式成為必然。2011年6月28日,重慶建筑業協會基礎分會的成立,是重慶地區旋挖成孔工藝發展的重要里程碑。為了更好的促進旋挖樁的應用,區別于傳統工藝樁,應該關注旋挖樁存在的質量問題,并予以解決。歸納起來主要采取如下措施:

（1）視拋填塊石的密實程度情況,對拋填塊石場地采取強夯法等預固結處理。

（2）采用清孔鉆頭進行清渣工藝,并及時下鋼筋籠和澆筑混凝土；混凝土澆筑前,確保孔底沉渣厚度控制指標滿足規范要求。

（3）做到逐孔驗樁,確保嵌巖深度,樁基的設計嵌巖深度一般不宜小于3倍樁徑。

（4）視沉渣情況,采用灌注樁后注漿工藝,改善樁底沉渣性狀。

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