沖擊成孔灌注樁的擴徑原因分析及預防措施

常聚友，王亞民

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

目前我國在建的中部某客運專線以及在建的南方某客運專線，其路基、橋梁基樁的施工大部分采用沖擊成孔C30混凝土灌注樁，且所處地域多為沖洪積扇、古河道等低洼地，地下水豐富，以及地層中夾有砂層、灰巖頂面的松散土、溶洞內的充填物等軟弱層。在沖擊成孔的沖擊作用下，軟弱層受到較大振動的水平水浪沖刷力，尤其在地下水位處水浪沖刷力更大，使軟弱層隨著沖刷力的作用，落入孔內被泥漿返孔帶出孔口，使其周圍形成大于施工樁徑的地下空間。灌注混凝土時地下空間處出現大的擴徑，此擴徑不僅浪費了混凝土，當采用反射波法檢測樁身完整性時，由于嚴重擴徑不規則原因，使反射波曲線樁底不明顯，還會誤判為缺陷樁。為此提出要結合地質條件綜合分析形成擴徑的原因，判斷擴徑的存在，并確定擴徑的深度;以及要設法預防擴徑的出現，達到不浪費混凝土的目的。

1 地質特征及沖擊成孔施工

1.1 地質條件

基樁所處地層由上而下為:①黏土層;②砂層;③卵石層;④黏土層;⑤灰巖。其中黏土層不含水，砂層、卵石層、灰巖含水。雖然黏土層不含水，但黏土層在與含水砂層、卵石層、灰巖的接觸帶處，黏土層受地下水的滲透作用，也含水呈軟塑狀態。

1.2 沖擊成孔施工

基樁采用沖擊成孔施工，在沖錘沖擊力的作用下，使地下水位處、砂層處、與灰巖頂面接觸的松散土處、溶洞內的充填物處均產生一個較大的振動水平沖刷力，使其周圍的松散軟弱層落入孔內被泥漿返孔帶出孔口，使其周圍形成大于施工樁徑的地下空間。

1.3 沖擊成孔混凝土灌注

在上述沖錘沖擊力的作用下，使地下水位處、砂層處、與灰巖頂面接觸的松散土處、溶洞內的充填物處形成大于施工樁徑的地下空間;灌注混凝土時易形成大于施工樁徑的擴徑樁，此擴徑樁浪費大量混凝土(有一個樁超灌混凝土300 m3);并采用反射波法檢測樁身完整性，有時反射波曲線樁底不明顯，還會誤判為缺陷樁。因此要結合地質條件綜合分析形成擴徑的原因，判斷擴徑的存在和位置;做好預防措施，預防擴徑出現，達到不浪費混凝土目的。

1.4 沖擊成孔的預防擴徑樁施工措施

常規沖擊成孔施工時重錘提升高度1～2 m，泥漿護壁厚度為2～3 cm，稱為常規沖擊成孔施工法。為避免沖擊成孔灌注樁擴徑，達到不浪費混凝土目的，在沖擊成孔過程中應采取相應的措施。

1)對于各軟弱層地基承載力fk＜80 kPa的軟塑黏土、粉細砂、與灰巖頂面接觸處的松散土，沖擊成孔施工到位時，其深度填入二倍軟弱層高度的顆粒較大塊石、硬塑黏土等，并重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護壁厚度達到3～8 cm，稱為重錘輕擊加塊石護壁加厚施工法。

2)對于上述各軟弱層地基承載力fk≥80 kPa的軟塑黏土、粉細砂、與灰巖頂面接觸處的松散土，沖擊成孔施工到位時，其深度不填入顆粒較大塊石、硬塑黏土等，但要重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護壁厚度達到3～8 cm，稱為重錘輕擊護壁加厚施工法。

3)對于灰巖溶洞沖擊成孔施工難度最大，施工時遇到溶洞泥漿全部漏完，此時在溶洞處首先填入三倍溶洞高度的顆粒較大塊石、硬塑黏土等，并用黏土填至孔口，重新沖擊成孔施工(有時可能還要進行第二、第三次重復施工)并重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護壁厚度達到3～8 cm，稱為重錘輕擊加塊石溶洞護壁加厚施工法。

4)上述施工也可不加(少加)顆粒較大塊石、硬塑黏土等，且放入鋼護筒護壁，稱為鋼護筒護壁施工法。

2 反射波法對擴徑樁完整性檢測

2.1 反射波法對地下水位處的擴徑樁完整性檢測

以目前我國在建的中部某客運專線七工區，路基60-7#沖擊成孔灌注樁為例進行分析。該樁長10 m，樁徑1 m;其地層0～2 m為黏土，2～4 m為軟塑黑色黏土(fk=80 kPa)，4～10 m為含水卵石層，地下水位4 m;按常規沖擊成孔施工法施工。其樁身完整性檢測反射波曲線見圖1。

圖1 60-7#擴徑樁反射波曲線

圖1可見樁深4 m處擴徑，波速4 250 m/s，應灌注混凝土9.4 m3(充盈系數1.2)，而實際灌注混凝土14.4 m3，超灌注混凝土5.0 m3，分析樁深2～4 m處軟塑黑色黏土擴徑，經開挖驗證為擴徑，見圖2。

圖2 60-7#樁深2～4 m擴徑

鑒于上述，在軟塑黏土(fk=80 kPa)、砂層(fk=80～100 kPa)地層的沖擊成孔施工中，采用了重錘輕擊護壁加厚施工法施工，并選取50-5#樁為例進行分析。該樁長15 m，樁徑1 m;其地層0～1.5 m為黏土，1.5～2.5 m為軟塑黏土，2.5～3.5 m為砂層(含水)，3.5～15.0 m為卵石層(含水)，地下水位2.5 m。其樁身完整性反射波曲線見圖3。

分析圖3反射波曲線，波速為3 903 m/s，樁深1.5～3.5 m軟塑黏土、砂層無擴徑，應灌注混凝土14.2 m3(充盈系數1.2)，而實際灌注混凝土13.4 m3，無超灌注混凝土，經開挖驗證無擴徑，見圖4。

圖3 50-5#無擴徑樁反射波曲線

圖4 50-5#樁深2～4 m處無擴徑

2.2 反射波法對含水砂層處的擴徑樁完整性檢測

以目前我國在建的中部某客運專線三工區，路基2-23#沖擊成孔灌注樁為例進行分析。該樁長50.5 m，樁徑1 m;其地層0～6 m為粉質黏土，6～12 m為細砂層(含水)(fk=100 kPa)，12～34 m為粉質黏土，34～50 m為灰巖(含水);按常規沖擊成孔施工法施工，其樁身完整性檢測反射波曲線見圖5。

圖5 2-23#擴徑樁反射波曲線

分析圖5反射波曲線，波速為3 709 m/s，樁深7～10 m處擴徑，15 m處是擴徑后陡縮反應，且呈多次反射，有樁底反應，屬完整樁;應灌注混凝土47.6 m3(充盈系數1.2)，而實際灌注混凝土60 m3，超灌注混凝土為12.4 m3;由此對2-23#擴徑樁進行鉆探深度20 m取芯驗證。

此后，在砂層(fk=100 kPa)的沖擊成孔施工中，采用了重錘輕擊護壁加厚施工法施工，并選取2-3#樁為例進行分析。該樁長34 m，樁徑1 m;其地層0～8 m為粉質黏土，8～14 m為細砂層(含水)(fk=100 kPa)，14～24 m為粉質黏土，24～34 m為灰巖(含水)。其樁身完整性反射波曲線見圖6。

分析圖6反射波曲線，波速為3 827 m/s，樁深8～14 m砂層(含水)無擴徑，應灌注混凝土32 m3(充盈系數1.2)，而實際灌注混凝土30.5 m3，無超灌注混凝土。

圖6 2-3#樁反射波曲線

把圖5，圖6曲線放在同一坐標、同一放大倍數狀態下進行分析，2-23#擴徑樁反射波曲線樁深2～12 m坐標的負包絡面積設為S2、樁深12～17 m坐標的正包絡面積設為S1;2-3#無擴徑樁反射波曲線樁深2～12 m坐標的負包絡面積設為 S0，S2－S0=ΔS，ΔS越大，說明擴徑越大;S1面積越大，說明擴徑后陡縮程度越大，稱為擴徑包絡面積分析法。

2.3 反射波法對黏土與灰巖接觸處的擴徑樁完整性檢測

以目前我國在建的中部某客運專線八工區，橋梁45-1#沖擊成孔灌注樁為例進行分析。該樁長26 m，樁徑1 m;其地層0～13 m為粉質黏土，13～26 m為灰巖(含水);按常規沖擊成孔施工法施工，其樁身完整性檢測反射波曲線見圖7。

圖7 45-1#擴徑樁反射波曲線

分析圖7反射波曲線，波速為3 850 m/s，樁深13 m處擴徑，應灌注混凝土25 m3(充盈系數1.2)，而實際灌注混凝土38 m3，超灌注混凝土13 m3，分析樁深13 m處與灰巖(含水)接觸處的軟塑松散土擴徑。

為避免擴徑的發生，在與含水灰巖接觸處有軟塑松散土層的沖擊成孔施工中，采用了重錘輕擊護壁加厚施工法施工(填入5～7 m3小塊石)，并選取13-10#樁反射波曲線進行分析，見圖8。

該樁長43.7 m，樁徑1 m;其地層0～25 m為粉質黏土，25～43.7 m為灰巖(含水);分析圖8反射波曲線，波速為3 517 m/s，樁深25 m與灰巖接觸處無擴徑特征，應灌注混凝土41 m3(充盈系數1.2)，而實際灌注混凝土39 m3，無超灌注混凝土。

圖8 13-10#樁反射波曲線

反射波法對溶洞的擴徑樁和鋼護筒護壁的灌注樁的完整性檢測，不在此論述。

3 結論

1)認真研究地質資料，確定能夠形成沖擊成孔施工擴徑的地下水位、軟塑黏土、粉細砂，還有與灰巖頂面接觸處的松散土以及灰巖溶洞內的充填物等軟弱層的位置、深度和規模，并選擇相應有效的施工方法，阻止上述軟弱層落入孔內被泥漿返孔帶出孔口，使其周圍不形成大于施工樁徑的地下空間，達到灌注樁不浪費混凝土的目的。

2)采用重錘輕擊加塊石護壁加厚施工法，對于地基承載力fk＜80 kPa的軟塑黏土、粉細砂、與灰巖頂面接觸處的松散土，沖擊成孔施工到位時，其深度填入二倍軟弱層高度的顆粒較大塊石、硬塑黏土等，并重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護壁厚度達到3～8 cm。

3)采用重錘輕擊護壁加厚施工法，對于地基承載力fk≥80 kPa的軟塑黏土、粉細砂、與灰巖頂面接觸處的松散土，沖擊成孔施工到位時，其深度不填入顆粒較大塊石、硬塑黏土等，但要重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護壁厚度達到3～8 cm。

4)上述各沖擊成孔的重錘輕擊護壁加厚施工灌注樁，均采用反射波法進行完整性檢測。

［1］中華人民共和國建設部．JGJ 106—2003 建筑基樁檢測技術規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，2003．

［2］中華人民共和國鐵道部．TB 10218—2008 鐵路基樁檢測技術規程［S］．北京:中國鐵道出版社，2008．

［3］中華人民共和國建設部．JGJ 79—2002 建筑地基處理技術規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，2002．

［4］中華人民共和國鐵道部．GB 50021—2001 巖土工程勘察規范［S］．北京:中國鐵道出版社，2004．

［5］中華人民共和國鐵道部．TB 10013—2004 鐵路工程物理勘探規程［S］．北京:中國鐵道出版社，2004．

［6］常聚友，劉志軍，周其祥．路基端承灌注樁完整性及承載力研究［J］．鐵道工程學報，2008，113(2):35-39．