旋挖成孔素混凝土樁在地基處理中的應用

閉寧桂

（廣西華藍巖土工程有限公司，廣西 南寧530001）

0 引言

在現代化城市高速發展中，隨著城市地下用地資源的緊張，高層、超高層建筑日益增多，傳統的天然地基和樁基礎難以滿足技術、經濟的要求。《復合地基技術規范（GB/T 50793—2012）》中提到，剛性樁復合地基技術作為介于樁基和天然地基之間的一種過渡類型基礎，具有承受不均勻荷載能力強、差異沉降小、施工速度快、經濟效益好等特點，已被廣泛應用到10~30層的高層建筑基礎中。

本文結合南寧市某工程基坑開挖過程中出現的工程樁斷樁及檢測不合格情況，對預應力高強度混凝土管樁在地基補強工程中的應用進行探討。

1 工程概況

項目地處南寧市快速環道中心區，總建筑面積約160萬m2，全力打造一個大型城市綜合體建筑群，一個具備國際化大都市標準的商業地標。其中7#樓為46F超高層，建筑物平面整體形狀呈矩形，基礎形式為筏板，要求處理后的地基承載力特征值不小于830kPa。地基基礎設計等級為甲級，地基基礎使用年限同主體結構使用年限。

場地工程巖土條件：

本場地勘察鉆探深度范圍內揭露的上覆土層自上而下依次為：人工填土（Q4ml）及風化殘積（Q3el）形成的黏土，下伏基巖為古近系（E）湖相沉積形成的半成巖狀態的泥巖、砂巖等。詳細敘述如下：

（1）填土層：褐黃、灰黃、灰褐色等；以黏性土、泥巖碎塊、砂巖碎屑等混雜而成。

（2）黏土層：灰褐色，濕～飽和、軟塑狀態，局部可塑狀態，主要由有機質黏性土組成，含少許有機質和炭化木，土質均勻性差，高壓縮性。

（3）黏土層：灰黃、棕黃、褐紅色等；黏土為主，局部相變為粉質黏土；切面光滑，無搖振反應，干強度高，韌性高。稍濕，可~硬塑狀態為主。

（4）強風化泥巖層：灰黃、灰褐色等，多為黏土質泥巖，間夾少量粉砂質泥巖，中厚層狀，為強風化泥巖上半部分。為古近系半膠結半成巖的極軟巖，表現為硬塑~堅硬狀黏土，具遇水膨脹，干后易收縮開裂。

（5）強風化砂巖：灰黃、灰褐色，以粉~細砂巖為主，中厚層狀，為強風化砂巖上半部分。為古近系半成巖半膠結的極軟巖，巖體破碎。

（6）中風化泥巖：灰、灰蘭色，質純，多為黏土質泥巖，間夾少量粉砂質泥巖，中厚層狀，中風化。為古近系半膠結半成巖的極軟巖，表現為堅硬黏土狀，具遇水膨脹，干后易收縮開裂。

（7）中風化砂巖：灰、灰白色，以粉~細砂巖為主，中厚層狀，中風化，為古近系半成巖半膠結的極軟巖，巖體破碎。

擬建場地鉆孔深度范圍內發現二層地下水存在。上層滯水主要賦存于素填土①、黏土②層的孔隙裂隙中，受大氣降水下滲補給，透水性差且不均勻，水量有限，勘察期間測得穩定水位在地面下1.0~7.0m以內，該層地下水的水位變幅度在1m左右。

孔隙水賦存于強風化和中風化砂巖層中，主要在成巖過程中補給，少量由上層滯水越流補給和相鄰場地同一含水層滲透補給，水量有限，勘察期間測得穩定水位在地面下10m左右，該層地下水的水位變幅度在2~5m左右。

整個場地各土層均勻性較差，基巖面起伏較大，場地揭露的典型地質剖面見圖1。

2 地基處理方案分析與比選

2.1 方案確定

根據主體設計單位提供的基礎圖，開挖至底板底標高后，地基土主要為可～硬塑黏土及強風化泥巖，筏板底的土層極不均勻，承載力及土層的壓縮模量差異較大，擬采用剛性樁地基處理方案，剛性樁材料為素混凝土。

圖1 典型工程地質剖面

2.2 工藝比選

目前應用較多的是長螺旋鉆孔壓灌技術，采用長螺旋鉆機鉆孔至設計標高，利用混凝土泵將超流態細石混凝土從鉆頭底壓出，邊壓灌混凝土邊提升鉆頭直至成樁。普通長螺旋樁機可以適用填土層、淤泥土層、沙土層及黏土層，亦適用于有地下水的各類土層情況。但其在碰到塊石、圓礫、軟巖及硬質巖時無法鉆進，導致其具有一定的局限性。

若采用較為先進的長螺旋潛孔錘技術，雖可有效解決樁身入中風化巖問題，但氣動潛孔錘沖擊力強，孔側壁及孔底均為強膨脹性土，受擾動大，易產生應力釋放及膨脹開裂，影響樁身承載力。

旋挖鉆機是一種用于建筑基礎工程成孔作業的樁工機械，具有施工速度快、成孔質量好、環境污染小、操作靈活方便、安全性能高及適用性強等優勢，已成為鉆孔灌注樁施工的主要成孔設備。旋挖鉆機具有大扭矩動力頭和自動內鎖式伸縮鉆桿，可適應我國大部分地區的土壤地質條件，包括淤泥層、粘性土、泥土、粉質土、（泥）砂層、卵礫石、卵（漂）石層、強風化巖層、永久凍土、風化基巖等地層，適用性廣。

基于以上難點以及為了推動素混凝土樁在膨脹土地區、高層及超高層建筑中的應用，本項目采用旋挖鉆機成孔，后灌混凝土技術，能高效率的解決樁身入巖問題。另一方面，采用旋挖成孔，單樁承載力遠遠高于常規的長螺旋鉆孔內灌樁，大大減少工程量。

3 地基處理實施

根據巖土工程詳細勘察報告以及以往工程經驗，剛性樁樁直徑800mm，混凝土強度等級為C25，樁端以中風化巖層為持力層，褥墊層厚400mm。依據規范單樁承載力特征值按式（1）計算：

考慮施工中各種不利因素的影響，單樁承載力特征值取2500kN，以樁端全斷面進入中風化巖層一定深度作為終孔條件。樁間土發揮系數取0.9，單樁承載力發揮系數取0.9。依據規范計算各區域置換率：

根據筏板基礎區域不同承載力要求，計算出置換率為7.32%~11.03%。

根據地基土質情況，采用旋挖鉆機干作業成孔，側壁及樁端土受擾動小，暴露時間短，不受水浸泡，側阻力及端阻力不折減。鉆至設計深度后清孔停止鉆進，通過回轉，孔內土壤將隨鉆機鉆頭切如斗內提升鉆桿清至孔外，并進行二次清孔。之后安置混凝土導管，混凝土導向管插至孔底上20cm處，另一端接在混凝土料斗，混凝土開盤前料斗封閉，料斗裝滿混凝土后，料斗口開啟，混凝土連續不間斷輸送，直至混凝土澆筑至樁頂標高+1.0m；澆筑混凝土中不斷提動導管振搗混凝土，導管在混凝土中保持4～6m的埋深。

旋挖成孔剛性樁技術施工工期為30d，比樁基礎+施工勘察方案節省工期約60d，節約造價約200萬元；比長螺旋潛孔錘方案節省工期約5d，節約造價60多萬元。

4 施工質量檢測與沉降觀測

建設單位委托了具有相應資質的第三方檢測單位，分別對其進行了單樁完整性試驗、單樁承載力試驗及復合地基承載力試驗。

4.1 單樁完整性及承載力試驗

其中對40根素混凝土樁進行了低應變檢測，39根判定為Ⅰ類樁，1根判定為Ⅱ類樁；對3根素混凝土樁（12#、68#、110#）進行了單樁承載力試驗，設計單樁承載力均為2500kN。壓至單樁承載力設計值2倍即5000kN時，最大樁頂沉降分別為10.68mm、17.39mm、14.25mm，Q-s曲線均未出現沉降曲線陡變或樁身破壞情況。卸載時，回彈曲線平穩光滑，最大殘余變形6.15mm，最小殘余變形2.68mm。綜上，所檢測的3根素混凝土單樁完整性及承載力均滿足設計要求。

4.2 復合地基承載力試驗

隨機選取3個點位（52#、61#、150#）進行了復合地基承載力試驗，設計復合地基承載力特征值為830kPa，試驗采用慢速維持荷載法，最大加載量為設計特征值的2倍。隨機選取的3個點位在試驗荷載下，承壓板最大沉降分別為20.68mm、15.86mm、10.68mm，荷載-沉降曲線均屬于緩變性曲線。卸載時，回彈曲線平穩光滑，最大殘余變形9.11mm，最小殘余變形3.58mm。綜上，所檢測的3個點位復合地基承載力均滿足設計要求。

根據《建筑基樁檢測技術規范（JGJ 106）》及第三方檢測報告，該復合地基施工質量良好，各項技術指標均符合設計要求。

5 結語

項目實踐證明：采用旋挖成孔灌素混凝土技術，對類似場地能較好的控制工期，節約成本，工期短、無泥漿污染、技術可行，具有顯著的經濟效益和廣闊的應用前景。