全護筒鉆孔灌注樁在流塑狀尾砂地層中的應用

詹慧宗

(安徽省地質礦產勘查局321地質隊，安徽 銅陵 244000)

黑砂河原是銅陵市一條天然河流，它起源于天鵝抱蛋山和大銅官山之間，延著市區中間，一直向西注入長江，全長4 500余 m[1]。上世紀的五十年代初期，銅官山選礦廠建成投產，為了排放含有大量尾砂和其它物質的選礦廢水，銅官山礦將這條天然的小河進行了人工拓寬，加深和修整，并切斷了在市區中心分叉的支流河流，主要用來排放工業廢水和市民的生活污水。

為踐行“綠水青山就是金山銀山”的堅定理念，近些年來銅陵市對黑砂河流域的污水治理“屢出重拳”，銅陵市黑砂河超磁站降氨氮樁基工程就是實現黑砂河局部流域“污水變綠水”的基礎。本文以銅陵市黑砂河超磁站降氨氮樁基工程實踐為例，詳細介紹全護筒鉆孔灌注樁的工藝及技術要點，為在尾砂層等軟弱地層中的樁基礎設計及施工提供實踐經驗與借鑒。

1 項目概況

擬建場地位于黑砂河西側銅官大道北側，天泉游泳館東側。擬建物含3座Q4000魔方尊B型，2座魔方尊A型，一座返清洗水箱，一座一體化泵站及一棟2層辦公樓。擬建場地屬黑砂河古坳溝地貌，經建設改造，現場地西高東低，北高南低。場地東側緊鄰黑砂河，黑砂河水面標高約11.0 m，場地與黑砂河間現狀為漿砌片石擋墻，墻高約5.0 m(圖1)。

圖1 施工場地平面位置圖

1.1 地層巖性

擬建場地巖土層結構較復雜，自上而下依次為：(1)雜填土；(2)尾砂；(3)粉質粘土；(4)殘積粘土；(5)中風化灰巖[1]。現分述如下：

第(1)層雜填土：灰黃色、灰褐、灰黑色及棕紅等色，顏色較雜，稍濕～飽和，松散～中密狀態，主要成分以粘性土、爐渣、碎磚石為主，局部為淤泥質土回填。該層在場地范圍內普遍分布，厚度8.00～10.30 m，層底標高8.89～11.45 m，層底埋深8.00～10.30 m。

第(2)尾砂：灰黑及灰褐色，軟塑～流塑，飽和，含有機質及較多腐爛物，混有40%～50%淤泥質土。該層為人工沖淤積成因，由于位于尾砂灘的外圍，局部有二次淤積，因此混有大量淤泥質土，軟塑接近流塑狀態或擾動后呈流塑狀態，干強度中等，韌性中等。該層在場地范圍內廣泛分布。層厚2.60～5.90 m，層底標高5.48～8.92 m。

第(3)層粉質粘土：灰黃及黃灰色，濕～稍濕，土質不均勻，硬塑局部夾可塑，含少量灰白色條紋，底部夾20%～40%碎礫石，無搖振反應，干強度中等，韌性中等。該層在場地范圍內普遍分布，厚度2.70～6.70 m，層底標高-0.42～4.44 m，層底埋深14.20～19.80 m。

第(4)層殘積粘土：系閃長巖風化殘積土，灰黃色及褐黃色，硬塑，濕～飽和。含少量閃長巖風化殘積碎片。該層在場地范圍內普遍分布，在1#孔被鉆穿，鉆穿鉆孔揭露厚度4.40 m，層底標高-4.82 m，層底埋深24.20 m。

第(5)層中風化灰巖：為三疊系中統分水嶺組灰巖，灰白色，中厚層狀，微晶結構，節理裂隙較發育，裂隙面上有溶蝕現象，巖芯較破碎，呈柱狀及短柱狀，長度一般5～30 cm，巖芯采取率約80%，為較硬巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。層頂埋深24.20 m，層頂標高-4.82 m。本次鉆探該層未鉆穿。

1.2 地下水

擬建場地淺層地下水為潛水，主要含水層為第(1)層雜填土、第(2)層尾砂。勘察期間測得穩定水位埋深6.30～7.20 m，水位標高11.92～12.58 m。地下水補給來源主要為地表水、側向地下水、大氣降水及黑砂河水補給，其活動形式以滲透涇流為主。擬建場地緊鄰黑砂河，勘察期間黑砂河水位標高11.55 m。場地地下水及淺層土對混凝土及鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性[1]。

1.3 場地地震效應

場地土類型屬軟弱場地土，根據鉆孔地質資料，該區覆蓋層厚度大于 24.2 m且小于80 m，綜合判定該建筑場地類別為Ⅲ類。本區抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度值為0.10 g，設計地震分組為第一組，根據該場地類別和設計地震分組依據GB50011-2010(2016版)規范條款，該場地特征周期為0.45 s。根據場區工程地質條件分析，場地緊鄰河道，為抗震不利地段。設計基本地震加速度值為 0.10 g。

2 全護筒鉆孔灌注樁施工工藝

在樁基礎施工中，全護筒鉆孔灌注樁具有成孔工效快、預防塌孔、混凝土充盈系數正常、質量高、能縮短工期、對地下水沒有污染、施工現場整潔等優點[5]。

由于本項目區場地地質條件復雜、尾砂層較厚(2.6～5.9 m)，場地狹小且緊鄰黑砂河，地下管道重要且錯綜復雜，不宜采用人工挖孔樁施工工藝(安全隱患大)、沖擊成孔和PHC管樁施工工藝[7](易對地下管道及臨河擋墻產生水平作用力)及其它普通成孔工藝(無法穿越尾砂層順利成孔)。為此，結合相關基礎參數及場地特殊條件，本項目亦采用全護筒鉆孔灌注樁施工工藝。

2.1 地基土參數

根據勘察土工試驗、原位測試結果，各巖土層承載力特征值fak及壓縮模量值Es(1-2)見表1[1]：

表1 施工場地巖土體參數

2.2 樁基參數

根據工程重要性等級、場地復雜程度等級和地基復雜程度等級，綜合劃分巖土工程勘察等級為甲級。根據巖、土試驗、標貫試驗和動探試驗結果，按照行業規范結合本場地前期試樁和工程樁檢測結果，確定樁基參數[2]，樁基參數見表2。

表2 鉆孔灌注樁參數

根據《巖土工程勘察報告》采用全護筒鉆孔混凝土灌注樁，鉆孔成孔灌注樁的機具選擇、護筒埋設、施工要點及清孔等要求應按現行規范和規程執行[6]。樁基礎設計等級為丙級，場地類別為Ⅲ類，樁基為非嵌巖樁。所有灌注樁以第三層土--粉質黏土為持力層，其極限端阻力標準值 qpk=1 200(KPa)，樁長約12～17 m，一般樁要求有效樁長(不含承臺)不小于6 m且進入持力層深度不小于2.5 m，樁身穿越尾砂及粉質粘土層時，極限側阻標準值qsik分列為21 kPa和82 kPa。具體設計參數見表3。

表3 樁基設計參數一覽表

2.3 工藝流程

2.3.1 全護筒鉆孔灌注樁施工工藝

測定樁位→鉆機就位→鉆進至第二層尾砂層(以鉆出土體判別)→使用振動錘將長護筒振入(振入時必須完全超過尾砂層，且進入第三層粉質粘土層≥1.5 m)→繼續鉆進至樁底(滿足入持力層厚度要求)→清孔→鋼筋籠制安→二次清孔(根據樁的性質其沉渣厚度需滿足規范要求)→安裝導管及料斗→灌注混凝土(超灌高度不小于0.5 m)→使用振動錘拔出長護筒(當拔護筒至尾砂層時應緩慢拔出)→樁基檢測(完整性檢測+承載力檢測)→驗收。施工簡圖見圖2。

圖2 施工簡圖

2.3.2 主要技術要點

(1)旋挖鉆孔至尾砂層時，采用振動錘將長護筒(設計樁徑0.8 m的孔下直徑0.9 m的鋼護筒，設計樁徑1 m的孔下直徑1.1 m的鋼護筒)振入，要求振入第三層粉質粘土層深度不小于1.5 m(見圖3)。

圖3 長護筒施工現場 圖4 尾砂層鉆進現場

(2)若樁心距<2.5 d或2.5 m，應采用間隔跳打，即澆筑完一排后再跳打相鄰樁。

(3)樁孔成型后必須清除孔底沉渣，清孔后沉渣厚度不得大于50 mm。

(4)鋼筋采用HRB400級鋼，樁身混凝土保護層厚度為50 mm。

(5)縱向鋼筋沿環向均勻放置，樁身鋼筋籠主筋應通長，如需分段制作時，接頭應焊接，接頭位置應錯開35d且不小于500[4]；

(6)吊放鋼筋籠時，不得碰撞孔壁，應防止鋼筋籠彎曲扭轉；鋼筋籠外側需設混凝土墊塊，或采取其他有效措施，以確保鋼筋保護層厚度達 50 mm。

(7)縱向鋼筋用HRB400級鋼，接頭應采用焊接，同一截面不超過總量的50%，且應隔位錯開焊接，焊接班頭錯開距離不小于35 d且不小于500 mm[2]。

(8)本工程灌注樁的混凝土強度等級為 C35，混凝土的用料及配合比按現行規范和規程處理[3]。

(9)采用導管灌注混凝土，導管的構造和使用以及灌注混凝土的施工要領按現行規范和規程處理。為確保混凝土的質量向導管灌注混凝土時建議采用混凝土泵輸送或采用其他有效措施。

(10)實際施工樁頂應超澆500 mm以上[2]，后續施工承臺結構時，再將超澆部分(浮漿)鑿除，必須同時保證鑿除浮漿后暴露的樁頂混凝土達到設計強度，樁頂伸入承臺100 mm。

3 效果綜述

通過本工程實施，對尾砂地層采用全護筒鉆孔灌注樁，成孔順利、質量有保證、效率高且投資小(圖4)。通過樁基檢測顯示樁身完整性及承載力均能滿足設計及相關規范要求。該樁基項目也成為銅陵市黑砂河流域治理的優質工程，在尾砂等其它軟弱地層施工中提供了一定的借鑒作用。

4 結語

相對于普通成孔工藝，全護筒灌注樁技術在流塑狀尾砂層施工過程中安全可靠，不會出現塌孔、縮頸、混凝土超方嚴重等現象，為順利成孔及樁身質量提供了有力保證，對地下水沒有污染、施工現場整潔，并具有較好的經濟效益。在淤泥質粉質粘土、砂土等其它軟弱地層中，全護筒灌注樁施工同樣適用，但應結合軟弱地層的層厚、壓縮模量、承載力特征值、地下水位等因素確定樁身相關參數。通過全護筒灌注樁技術在銅陵市黑砂河超磁站降氨氮樁基工程的成功實施，為后續同類項目的施工提供了一定的參考及借鑒作用。