灰?guī)r地區(qū)強(qiáng)螺旋灌注樁應(yīng)用初探

李繼魁，許漢華，李 陽，劉啟玉，劉明江

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

強(qiáng)螺旋灌注樁是一種采用大直徑螺旋入土巖的干作業(yè)鉆進(jìn)成孔，達(dá)到設(shè)計深度后進(jìn)行泵送混凝土壓灌、后置鋼筋籠成樁的灌注工藝。適應(yīng)于各類風(fēng)化土、碎石土、漂卵石層以及軟～中等硬質(zhì)巖層等復(fù)雜、堅硬地層的鉆進(jìn)成孔、成樁。其適用的巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度一般fr≤60MPa，松散巖石粒徑一倍樁徑。尤其在針對灰?guī)r地區(qū)入巖、溶洞等有良好的施工效益和質(zhì)量效果。具入巖速度快、入巖質(zhì)量好、樁身質(zhì)量保障、單樁豎向承載力高等特點(diǎn)。現(xiàn)成樁直徑為Φ500mm～1000mm，深度≤32m。其單樁豎向承載力設(shè)計值2000KN～10000KN，對完整和較完整的灰?guī)r地基可采用巖石的抗壓強(qiáng)度和樁身強(qiáng)度中的低值作為單樁豎向承載力設(shè)計值。

劉鐘[1]等為了深入研究新型螺旋擠土灌注樁（SDS樁）和長螺旋灌注樁（CFA樁）在承載變形性狀方面的差異性，對SDS樁相對于CFA樁承載力的提高幅值及其技術(shù)優(yōu)勢的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行了分析與探討。胡煥校[2]研究在極限加載范圍內(nèi)，用雙曲線法能較好地預(yù)測全螺旋灌注樁的單樁極限承載力，擬合曲線與實測的曲線比較吻合且預(yù)測的結(jié)果偏于安全，預(yù)測結(jié)果的偏差與地層情況關(guān)系不大。吳敏[3]等對全螺旋灌注樁-螺紋樁的承載力機(jī)理進(jìn)行了初步探討，比較了螺紋樁與傳統(tǒng)直線型灌注樁豎向承載力的基本特性，探討了螺紋樁設(shè)計計算方法。

1 場地工程地質(zhì)條件

研究區(qū)地表下發(fā)育隱伏溶溝(槽)、溶脊、漏斗、石芽，部分鉆孔揭露的覆蓋層厚度達(dá)到30m以上，同時相鄰鉆孔揭示基巖埋藏很淺。上述情況表明地下發(fā)育隱伏溶溝(槽)、漏斗，造成基巖起伏劇烈。場地基巖為石灰?guī)r，巖層均被第四系土層覆蓋，巖溶形態(tài)主要表現(xiàn)為地下巖溶，巖層面起伏大，巖溶形態(tài)以溶洞（隙）為主。根據(jù)波速測試，嵌巖樁樁端持力層二疊系陽新組（P1y）中風(fēng)化石灰?guī)r壓縮波速度Vpm在2497（m/s）～3316（m/s）之間，新鮮巖石壓縮波速度Vpr在3181（m/s）～4617（m/s）之間，波速比為0.64～0.78，巖體完整性指數(shù)為0.41～0.61。本場地施工階段勘察對所有柱下均布設(shè)了不少于一個鉆孔，鉆孔深度要求大于中風(fēng)化灰?guī)r持力層5.0m，以指導(dǎo)灌注樁的實際施工樁長。施工勘察查明的土洞、巖溶及中風(fēng)化夾層，溶溝、溶芽等不利地質(zhì)條件實際要復(fù)雜得多，樁基見溶洞率為11.73%，局部垂向出現(xiàn)了2組溶洞，最大洞高8.30m；同一承臺（三樁）間的最大基巖面落差達(dá)17.30m。

2 關(guān)于入巖的可靠性問題

在巖石地區(qū)成樁施工時，樁端應(yīng)確保進(jìn)入持力層一定的深度，設(shè)計一般要求進(jìn)入中等風(fēng)化巖≥0.50m。為確保入巖深度的可靠，需要通過對樁位進(jìn)行施工勘察，以查明其地層情況，指導(dǎo)樁基施工對樁長和入巖深度的準(zhǔn)確性。同時，施工中應(yīng)注意在進(jìn)入中風(fēng)化巖石段入巖速度、聲音、鉆速、返渣等的變化，并進(jìn)行及時、詳細(xì)的記錄。當(dāng)施工中需要穿越多組堅硬地層時，需要對照勘察鉆孔柱狀圖予以記錄和核對，確保真實的持力層入巖深度可靠性。施工中的成孔過程同時是對鉆探成果的驗證。

3 關(guān)于對混凝土特性的要求

由于強(qiáng)螺旋灌注樁混凝土的灌入一般采用泵送混凝土壓灌，且一般還需進(jìn)行鋼筋籠的后期插入，因此應(yīng)滿足泵送壓灌和鋼筋籠插入兩方面的要求。泵送、壓灌混凝土，主要是在坍落度方面，即坍落度控制在180mm～220mm；鋼筋籠的插入，主要是考慮鋼筋籠鋼筋橫向之間的間隙對碎石通過性的要求，特別是鋼筋籠較長、間距較密時。故一般選擇細(xì)石混凝土，細(xì)石粒徑以0.5cm為佳，不大于1.5cm。混凝土中碎石和砂，應(yīng)嚴(yán)控含泥量，對其風(fēng)化程度也有嚴(yán)格的要求，要求以中等風(fēng)化程度以下的硬質(zhì)巖石為骨料。在特殊情形下，可采用添加劑改善混凝土的特性，如緩凝劑、防凍劑等，添加劑的參量，應(yīng)通過配比試驗來進(jìn)行控制。

4 施工注意事項

4.1 樁位的測量和標(biāo)高的控制

當(dāng)在施工采用引孔+成樁的二次工藝時，須在成樁灌注前對樁位進(jìn)行復(fù)核，并采取必要的措施糾正樁位偏差。樁位偏差則體現(xiàn)樁位測量放線的事前和事中控制上。在實際的施工中，作業(yè)班組多是將混凝土直接灌注到地面。鑒于此，需對其設(shè)計指標(biāo)、工藝等進(jìn)行針對性說明或要求。設(shè)計宜適當(dāng)提高對樁頂超灌或保護(hù)樁長的要求。在工藝性上，如條件許可，應(yīng)盡量降低施工作業(yè)面的標(biāo)高，以達(dá)到混凝土的保護(hù)樁長所設(shè)計的標(biāo)高為宜，以0.50m～1.00m為佳。

4.2 頂鋼筋籠標(biāo)高及鋼筋籠長度的控制

強(qiáng)螺旋在灰?guī)r地區(qū)的成樁，加上承臺標(biāo)高緣故，樁長實際差異很大。因而其鋼筋籠的制作難以按固定的長度提前加工，從而給其工藝間的銜接帶來了困難。施工中，由于成孔后需要及時進(jìn)行樁身的灌注，鋼筋籠的制作按預(yù)估長度制作時，這就容易導(dǎo)致鋼筋籠在后置過程中標(biāo)高和長度不一致問題。為解決這一問題，需要對鋼筋籠的設(shè)計長度進(jìn)行施工復(fù)核；同時需要進(jìn)行設(shè)計方面的優(yōu)化。現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程中，鋼筋籠為通長配置，但根據(jù)灌注樁的實際受力情況，鋼筋籠的長度一般大于2/3樁長即可。如果在設(shè)計文件中做類似的明確，只規(guī)定鋼筋籠長度的比例，不作具體長度的要求，則鋼筋籠在加工制作上就能獲得較標(biāo)準(zhǔn)的長度規(guī)格，就能提前進(jìn)行鋼筋籠的制作。

4.3 混凝土充盈系數(shù)

在灌注樁施工定額或其施工招投標(biāo)中，對混凝土充盈系數(shù)均作出了明確的設(shè)定，實際中，隨巖土條件、施工工藝、施工組織等的不同，變化較大。灰?guī)r地區(qū)的上覆土層，其充盈系數(shù)可按下列數(shù)值選用：對黏性殘坡積土、沖積層的覆蓋層，一般小于1.1，在砂性殘坡積、沖積土中一般為1.1～1.25，在沉積等較松散的砂土中，為1.15～1.30，在淤泥質(zhì)類軟土中為1.4～1.8之間，在新近填土層中，為1.2～1.6。對巖石段的灌注，則主要受完整性、裂隙發(fā)育及其充填因素影響而變化。混凝土的綜合充盈系數(shù)，還要考慮到地層中的其它特殊情況，如土洞、松散的塊石填土、級配較差的砂卵石層、裂隙發(fā)育等，因為混凝土壓灌在非機(jī)械擴(kuò)孔的情況下，也會因壓力造成混凝土向樁側(cè)、樁底的空隙中充填。在一些地下水流動的地層中，還可能造成混凝土或水泥漿液的流失。鉆頭及鉆桿直徑的精度因素也是造成混凝土充盈系數(shù)變化的原因。

4.4 二次成樁情況下的樁長控制

當(dāng)成樁速度總體較慢時，也可選擇采用二次成樁的施工工藝，即“成孔+成樁”的工藝組合。當(dāng)采用同一臺樁機(jī)作業(yè)時，一般更換鉆頭即可，即通過鉆頭的變化來進(jìn)行引孔和灌注的區(qū)別。作為引孔的鉆頭，具有超強(qiáng)的切削和耐磨能力，其鉆頭的結(jié)構(gòu)和形狀也會根據(jù)地層的情況來進(jìn)行專門的設(shè)計和加工。作為灌注成樁的鉆頭，其結(jié)構(gòu)設(shè)計上有別于成孔鉆頭，從而會導(dǎo)致在計算引孔和灌注樁長方面存在誤差。這一情況，需要在使用具有一定入巖能力的灌注鉆頭，同時對樁位標(biāo)高、樁長進(jìn)行復(fù)核，確保灌注時樁端消除沉渣的措施。當(dāng)采用不同樁機(jī)進(jìn)行成孔和灌注時，需要對鉆桿的直徑進(jìn)行匹配和校驗。尤其在成樁過程中，減少對硬質(zhì)夾層、孤石以及陡傾巖層的影響，及在測量、計算方法上的誤差，導(dǎo)致孔底段出現(xiàn)虛土。所以，應(yīng)盡量采用一次成樁的施工工藝。

5 特殊條件下的成孔和灌注

5.1 復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的成孔與成樁

強(qiáng)螺旋樁基處于山前等地下水排泄區(qū)、原地表匯水地段、承壓含水層時，基巖中的裂隙水會對灌注樁在混凝土初凝之前造成影響及破壞，尤其是受同一裂隙帶影響的相鄰樁孔，易形成的竄樁，導(dǎo)致樁身的離析、斷樁等現(xiàn)象。地下水對樁基施工的影響，在勘察階段難以對此作出針對性的分析及評價，需要通過施工單位豐富的地區(qū)及施工經(jīng)驗，在充分收集勘察資料、現(xiàn)場踏勘、設(shè)計要求的前提下，通過對地質(zhì)環(huán)境的調(diào)研、考察，從而制定按序次施工的方案，縮短單樁的成樁時間、改善混凝土的的配制方面進(jìn)行組織，以保障混凝土灌注及成樁的順利實施。在裂隙水場地著重采用按序次施工，在承壓水場地，著重改善混凝土的配制、縮短成樁時間。

5.2 關(guān)于巖溶等地下空洞的灌注

灰?guī)r地區(qū)的巖溶一類問題，既要在勘察中予以查明，更重要的是在施工中要有切實的措施和預(yù)案。強(qiáng)螺旋鉆進(jìn)時，要對巖溶上部的頂板予以鉆穿，根據(jù)勘察鉆探中揭示的是否有充填、充填物質(zhì)及成分等因素，一般會采用減壓或適當(dāng)提鉆的方式保持鉆進(jìn)。巖溶等地下空洞在混凝土灌注時，應(yīng)對其灌注量要有充分的評估。當(dāng)估算的溶洞填充量不太大時，可以以填滿或填實處理為主。當(dāng)巖溶的空間較大時，灌入的混凝土量大，可采用坍落度較小、粒徑較粗的混凝土灌注，同時以間歇性的灌注方式，必要時添加速凝劑等添加劑。當(dāng)溶洞內(nèi)的地下水較豐富，流速較快時，不宜采用直接性的灌注方式，宜采用下入護(hù)筒隔離的方式進(jìn)行灌注。護(hù)筒的下入可進(jìn)行專門的設(shè)計和施工，采用專門的機(jī)具設(shè)備。在一些地下裂隙強(qiáng)發(fā)育的場地，在混凝土的灌注時，尚應(yīng)根據(jù)混凝土充盈系數(shù)的變化來調(diào)整灌注鉆桿的提升速度，并控制鋼筋籠下入時樁內(nèi)混凝土的下沉等后期處置。

5.3 填方、軟土等地層的灌注

在高填方等松散層場地，因未對填土層進(jìn)行有效的壓實處理，土層中存在較高空隙率，以及在軟土等松軟地層中成樁灌注時，混凝土的充盈系數(shù)通常較高，一般達(dá)1.5～2.0。當(dāng)填土以、松散的建筑垃圾、碎塊石等為主時，其充盈系數(shù)還會更高。實際的設(shè)計、施工中從節(jié)省工期、工藝的組合方式、造價的角度上還是比加設(shè)護(hù)筒等其它措施要合理和經(jīng)濟(jì)些，不建議采用護(hù)筒等作為專門的護(hù)壁措施，更不宜采用泥漿等支護(hù)處理。在厚層的軟土地層中，還應(yīng)注意成樁灌注時對相鄰樁孔間因混凝土壓灌擠壓造成的對鄰樁強(qiáng)度的影響和損壞；在松散并地下水發(fā)育場地，則應(yīng)注意因混凝土灌注時造成相鄰樁間竄樁的影響和破壞。