鉆孔灌注樁空樁回填措施比選研究

文＿陶世馨（中國葛洲壩集團第一工程有限公司，商務部副主任，工程師）

隨著城市的快速發展，城市中心區用地越來越緊張，地上建筑越蓋越高，地下空間越挖越深，鉆孔灌注樁以其振動小、噪聲低、鉆進速度快、無泥漿污染、造價低、混凝土灌注質量較好等優勢，廣泛應用于基坑支護中。

采用鉆孔灌注樁施工，雖然單個鉆孔灌注樁引起的周圍土體變形較小，但大型工程多為群樁基礎，由成百上千根鉆孔樁組成，當大量空孔同時存在時，土體卸荷導致的周圍土體變形就會較大。隨著時間的推移，剛開挖時形成的對維持周圍土體穩定起積極作用的負孔隙水壓力會逐漸消散，加上土的蠕變特性，空孔縮徑現象進一步發展，對周圍環境影響更加明顯。針對群樁基礎的空孔效應對周邊環境的影響，采用空樁回填是目前較為經濟有效的控制措施。同時，空樁回填還能保證場地平整、密實，確保施工設備的正常運行。

鉆孔灌注樁空樁回填常見處理措施有回填砂、碎石、水玻璃固化劑，回填水泥土，回填碎石與注漿加固結合，回填C10混凝土，回填再生混凝土等。本文針對項目工期緊、場地狹窄、地質條件差等特點，結合工程實際對比鉆孔灌注樁空樁回填的不同處理措施，最終選用C10混凝土回填措施，使這一難題得到解決。

一、工程概況

（一）設計概況

工程場地面積11000m2，灌注樁約694根，其中塔樓Φ1200mm工程樁447根，孔深約84m，樁長56.50m，樁頂空孔段25.90m；裙樓Φ800mm工程樁247根，孔深約58.50m，樁長35m，樁頂空孔段22.45m。

（二）工程地質條件

工程地質分區屬長江漫灘工程地質區，場區地表普遍分布人工填土，往下依次為淤泥質粉質黏土（混夾粉土、粉砂）、粉質黏土（混夾粉土、粉砂）、粉細砂、含圓礫及含卵礫石礫砂，下伏基巖為白堊系浦口組泥質砂巖，巖面起伏不大，埋深在65.20m～68.60m。

1.淺層巖土層特性

（1）1層雜填土：雜色，潮濕，稍密—中密。主要成分為黏性土，混大量碎石、建筑垃圾，粒徑2cm～7cm不等，堆填時間一般不超過5年。該層土層頂高程6.70m～7.21m，平均6.93m；揭示厚度0.50m～3.50m，平均2.01m。

（2）2層素填土：灰黃色、灰褐色，潮濕，松散－稍密，局部中密。主要成分為黏性土，局部為路基填土，見貝殼及螺絲碎片，混粉細砂及少量碎石，堆填時間一般不超過5年。普遍分布，均有揭露。該層土層頂埋深0m～2.20m，平均0.14m；層頂高程4.50m～7.18m，平均6.63m；揭示厚度0.60m～4.90m，平均2.41m。

（3）1層淤泥質粉質黏土：灰色，流塑，夾粉砂、粉土薄層，局部呈互層狀，具水平層理，局部以粉砂、粉土為主。均有揭露、普通分布。該層土層頂埋深0.60m～4.90m，平均2.61m；層頂高程2.04m～6.07m，平均4.18m；揭示厚度11.10m～22m，平均15.57m。

（4）2層淤泥質粉質黏土：灰色，流塑，夾粉砂薄層，呈互層狀，具水平層理，局部以粉砂、粉土為主，均有揭露、普通分布。該層土層頂埋深15.10m～24m，平均18.18m；層頂高程-17.29m～-8.40m，平均-11.39m；揭示厚度4.60m～14.90m，平均10.01m。

（5）3層粉砂：灰色，飽和，中密，局部密實，夾粉質黏土薄層，含云母碎屑，分選性較好，級配差，主要礦物成分為石英、長石等。均有揭露，普遍分布。該層土層頂埋深24.60m～34.50m，平均28.18m；層頂高程-27.46m～-17.99m，平均-21.40m；揭示厚度1.90m～13.40m，平均6.63m。

2.水文條件

（1）地表水。工程周邊較大的地表水體為長江，最近距離約800m；中心河呈東西走向，距工程場區約700m。

地表水體與地下水的水力聯系及對基坑開挖的影響評價如下：長江與潛水及承壓水的水力聯系較密切，通過含水層補給地下水，對基坑開挖影響較大；中心河與潛水的水力聯系較密切、與承壓水的水力聯系較微弱，對基坑開挖影響一般。

（2）地下水。根據地下水貯存條件，場區地下水類型主要為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水。松散巖類孔隙水根據其埋藏條件和水力性質，分為孔隙潛水、承壓水。

孔隙潛水近地表分布，主要賦存于淺部1層雜填土人工填土中。由于1層雜填土成分復雜，極不均勻，其透水性較好、賦水性較差，該含水層水位埋深主要受大氣降水控制。

承壓水主要賦存于埋深15m～48m的粉細砂、含圓礫及含卵石礫砂層中。透水性、賦水性均較好，隔水層為微透水—弱透水的淤泥質粉質黏土（夾粉砂）及粉質黏土夾粉砂層，含水層底板為下伏基巖。

基巖裂隙水為碎屑巖類裂隙水，埋深為58m～70m。該層強風化泥質砂巖淺部巖芯較破碎，巖體透水性和賦水性較差，水量較貧乏。

含水層之間的水力聯系：覆蓋層中潛水與承壓水之間水力聯系微弱，承壓水與下伏基巖裂隙水水力聯系較為密切。

（三）空樁回填段概況

工程樁頂空孔段22.45m，空樁段范圍地層主要為雜填土、淤泥質粉質黏土，呈流塑—軟塑狀態，地質條件極差，孔壁長時間暴露極易坍塌。空孔回填不密實、不牢固，極易造成空孔槽壁坍塌、地面沉陷，影響相鄰灌注樁施工，給灌注樁施工留下安全隱患。

二、工程特點及存在的問題

工程特點如下：第一，工程樁樁位密度大、樁間距小、空孔深度大，易出現垮孔、竄孔現象。裙樓設計樁基頂標高距地面孔口高度約23m，留空段較長，同時樁基凈間距最小僅為1.60m（2D）；塔樓設計樁基頂標高距地面孔口高度約26m，留空段較長，同時樁基凈間距最小僅為2.40m（2D）；留空段若不采取有效措施回填，極易發生竄孔，影響樁基成孔。若一處出現垮孔、竄孔現象，將會給周圍帶來連鎖反應，存在質量和安全隱患。第二，工期僅為6個月，工期緊且任務重。項目地連墻約4萬m3，塔樓工程樁447根，工期僅為6個月，平均每天施工塔樓工程樁2.50根。為滿足工期要求，在（70×72）m2場地內，施工高峰期需要配備4臺旋挖鉆機。第三，施工場地原始地形為池塘，雖然施工準備期已對軟弱地基進行土壤固化劑換填處理，但由于換填深度有限，處理后的場地承載力僅能滿足小型設備荷載要求。不良地基對設備合理調配造成巨大障礙，設備和人員將會出現不同程度停工。施工平面布置示意如圖1所示。

圖1 施工平面布置示意圖

同時，地質條件差，場地狹窄。在塔樓工程樁施工時，需確保三軸、地連墻、雙高壓旋噴工法（RJP）、高壓旋噴樁、圍護樁等多項工序能夠同時開展。工程施工存在的主要問題為需在滿足工期和場地條件下，選用有效的空孔回填措施，保證工程質量。

三、處理措施

鉆孔灌注樁空樁回填常見處理措施有回填碎石與注漿加固相結合、回填C10混凝土、回填再生混凝土，具體措施如下。

（一）回填碎石與注漿加固相結合

空樁回填碎石，護筒拔出后對碎石進行注漿加固，確保地基承載力。采用樁端注漿，塔樓下設1根注漿管距孔口25m位置，注漿管底部采用花管，每根塔樓工程樁注入水泥5t。裙樓下設1根注漿管距孔口22m位置，注漿管底部采用花管，每根塔樓工程樁注入水泥3t。壓漿水泥采用P42.5MPa普通硅酸鹽水泥，水泥漿配置：水灰比W/C=0.5～0.6，漿液初凝時間＞2h。注漿完成后，采用水灰比為0.7的濃漿封口。注漿管采用內徑為43mm，壁厚為2.50mm的鋼管，塔樓碎石注漿管長度為25.60m，裙樓碎石注漿管長度為22.20m。

（二）回填C10混凝土

灌注樁施工過程中，空樁回填C10混凝土對防止塌孔、串孔效果很好。根據地勘報告，地面以下6m為黏土夾粉砂層，透氣、透水。采用反循環及旋挖鉆機工藝成孔形成真空負壓區，引起相鄰孔位水、空氣進入負壓區內，極易形成串孔，進而引起塌孔。采用C10混凝土回填超過粉砂層，形成隔氣、隔水狀態，可以防止串孔、塌孔。

采用泥漿下直導管法澆筑，導管直徑為Φ250mm，埋深不得小于2m，不宜超過6m。導管開澆順序為低處至高處，待工程樁C50（水下）、C30（水上）混凝土澆筑至設計樁頂超澆高度，上提導管至工程樁樁身混凝土頂部30cm處，開始澆筑C10混凝土?；炷翝仓凑账禄炷翝仓筮M行。

（三）回填再生混凝土

灌注樁施工過程中，空樁回填選用再生混凝土，對防止塌孔、串孔有一定的效果。工程回填量較大，選用性能合格的再生料，為節約成本選擇運輸距離較近的廠家。工程使用時需經過初試驗，確定合理的配合比，以滿足流動性、粘聚性和保水性的性能要求。空樁回填再生混凝土需進行專業的性能測試，滿足抗壓性、耐久性、抗滲性、抗凍性的要求。

再生混凝土拌合物澆筑傾落高度較大時，應加串筒、斜槽或溜管等輔助工具。振搗采用機械振搗成型，振搗時間宜按拌合物和易性和振搗部位等不同情況，控制在10s～30s內。用插入式振搗棒振搗時，插入間距不應大于振搗棒振搗作用半徑的一倍。連續多層澆筑時，振搗棒插入下層拌合物的深度約50mm。其他步驟和要求，應嚴格按照工程所在地區的《再生骨料混凝土應用技術標準》進行。

四、措施比選分析

空樁回填措施由于回填材料的不同，施工方法、工序、工期、經濟成本都有差異，下面分別進行分析比較。

（一）主要優缺點對比

3種空樁回填措施的優缺點對比見表1。

表1 空樁回填措施優缺點對比

（二）工期對比分析

空樁回填措施工期對比分析見表2。

表2 空樁回填措施工期對比

（三）經濟性對比分析

研究區段塔樓Φ1200mm工程樁447根（內含39根試錨樁），樁頂空孔段25.90m；裙樓Φ800mm工程樁247根，樁頂空孔段22.45m，空樁回填經濟對比分析見表3。

表3 空樁回填經濟對比分析表

根據上述對比，再生混凝土性能不穩定，工程樁基空樁回填再生混凝土用量大，在周邊市場不易購買，為了保證工程質量，不宜選用再生混凝土回填措施?；靥钏槭c注漿結合的措施經濟性較好，但施工工序多、時間長。回填C10混凝土的措施施工工期短、質量高，但經濟成本略高。

五、措施工程效果

為選取更適合的回填措施，工程進行現場回填試驗，選用回填碎石與注漿結合、回填C10混凝土進行效果對比。試驗樁回填碎石與注漿加固相結合措施，原計劃塔樓空孔回填碎石部分采用5t水泥進行注漿，現場實際注漿過程中，注入水泥用量遠大于5t水泥，當注入水泥達到8t時才有泛漿現象。同時，水泥漿在碎石中形成數條通道，水泥漿隨著通道往孔口泛漿，未出現整個孔口泛漿現象，整個空孔段碎石沒有很好地被水泥漿充實。碎石中注漿并不能很快起到加固地基的作用，在注漿完成后36h，旋挖鉆機施工相鄰孔位出現地面塌陷和串孔情況。施工現場圖詳見圖2。

圖2 回填碎石與注漿結合現場圖

而空樁回填采用C10混凝土回填后，在施工、質量安全、工效和工期上取得較好效果。施工現場圖詳見圖3，空樁回填C10混凝土工程效果見表4。

表4 空樁回填C10混凝土工程效果

圖3 回填C10混凝土現場圖

根據試驗樁回填效果，空樁段優先采用回填C10混凝土措施，能滿足工程質量和工期目標。

六、結語

工程支護樁采用鉆孔灌注樁，空孔回填不密實，易引發坍孔，由此導致地表沉陷，影響大型旋挖鉆機施工及行走安全，處理措施要具備可行性、適用性、經濟性。本文介紹鉆孔灌注樁空樁段回填相關處理措施，根據以往施工經驗和現場回填試驗，結合回填碎石與注漿加固相結合、回填C10混凝土和回填再生混凝土3種方法，經研究分析和經濟對比，優先采用回填C10混凝土措施，該措施能保證工程安全穩定，完全滿足工序和工期要求，成本略高。因此，工程選用回填C10混凝土措施，施工取得良好的固化效果，為同類工程提供經驗借鑒。