鉆孔灌注樁穿越碎石粘土層的工程實踐

1 前言

鉆孔灌注樁技術(shù)，因其對各種土層的適當(dāng)性強、無擠土效應(yīng)、無震害、無噪音、承載力高等優(yōu)點，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。鉆孔灌注樁對于一般粘性土、填土、淤泥質(zhì)土及砂土等，穿越方便，成孔效果較好，而對于碎石粘土則不宜采用［１］。本文就鉆孔灌注樁穿越碎石粘土層的工程實例進行分析，對穿越該類土的設(shè)計施工提出一些看法，從而為同類土層中設(shè)計鉆孔灌注樁時樁端土層的選取提供參考。

2 工程地質(zhì)概況及試樁情況

某公用建筑工程，三層框架結(jié)構(gòu)，建筑物總高度為16.5m，跨度10m，樓面設(shè)備荷載最大為12kN/m2。設(shè)計最大單柱荷載為3000kN。該工程地處杭州老城區(qū)涌金門附近，系舊城改造老宅基地，山腳坡積型地層。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，土層分布及特征如下：①雜填土，厚3.9～4.8m；②粉質(zhì)粘土，飽和，軟塑，厚0.4～0.9m；③淤泥質(zhì)粘土，飽和，流塑，厚0.3～6.3；④粘土，可塑～硬可塑，厚1.6～5.1m；⑤淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚0～4.0m；⑥-1含礫粉質(zhì)粘土，硬可塑，厚0～7.5m；⑥-2含碎石粘土，可塑～硬可塑，厚2.7～5.4m；⑦全風(fēng)化泥巖，可塑，厚4.2～7.2m，⑧-1全風(fēng)化炭質(zhì)泥巖，飽和，可塑，厚1.6～2.2m；⑧-2強風(fēng)化炭質(zhì)泥巖，厚大于6.2m，未穿。

根據(jù)建筑物荷載及土層分布情況，地質(zhì)勘察報告建議，采用鉆孔灌注樁設(shè)計，以⑧-2層為樁端持力層，樁端進入持力層深度不小于0.5m，平均樁長28m，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值以φ1000鉆孔灌注柱為例取2570kN。

工程施工采用10型正循環(huán)鉆孔灌注樁，在鉆進至17.5m深處，遇到⑥-2層土，鉆機上臺，無法鉆入。⑥-2層土為含碎石粘土，碎石含量占5%～20%，粒徑一般2～5cm，少量大于10cm。根據(jù)有關(guān)鉆孔灌注樁施工經(jīng)驗，正循環(huán)施工工藝對于粒徑不大于15cm的碎石，一般均可在泥漿中上漂排出，鉆頭也不至被卡死。但從沖抓清孔取出土樣分析，⑥-2層土樣中，碎石為堅硬的硅質(zhì)巖，最大粒徑40cm，沖抓4斗土中能取出10cm以上的碎石12塊，小于10cm的碎石也較多，碎石強度極高，鉆機無法將其磨碎上漂，鉆頭被卡住無法鉆入。地質(zhì)報告描述土層正確，但對礫碎石含量及粒徑的分析偏差較大。為取得詳細資料，采用＃2鉆機繼續(xù)試樁，在鉆至17.8m處(即⑥-2層面)時，鉆桿卡死，無法鉆入，經(jīng)建設(shè)單位同意，停機處理。

3 處理方案及結(jié)果

根據(jù)以上情況，地質(zhì)勘察、設(shè)計及施工各方進行了認(rèn)真的分析探討，歸納起來，主要有以下幾點：

方案一：在鉆至⑥-2層頂面時，改用人工挖孔進入一定深度，以該層為樁端持力層。樁下部擴底，以增加單樁承載力。該方案工期增加不多，但人工挖孔深度較大，且部分樁的直徑將由φ600改為φ800。該深度單樁承載力下降較大。經(jīng)計算，以φ1000樁為例，單樁承載力僅為原設(shè)計值的48%，需修改設(shè)計，將單柱單樁改為多樁承臺。且其下為軟弱下臥層，厚度較大，而本層局部厚度較小，小于4倍樁徑，作持力層不夠理想。

方案二：機械鉆孔與人工挖孔相結(jié)合， 鉆孔至⑥-2層土后，改用人工挖孔穿透此層，清孔后再打鉆孔灌注樁。該方案施工組織上難度較大，工期將增加一個月，費用增加30萬元。

方案三：以⑥-2層土作為樁端持力層，改用沉管灌注樁。該方案經(jīng)設(shè)計驗算，⑥-2層土單樁承載力較低，改用φ426沉管灌注樁后，單樁承載力僅為300～470kN，需將原單柱單樁改為承臺群樁，樁的總數(shù)將增加7倍左右，平面布樁系數(shù)較大，更改設(shè)計需要一定的時間，打樁工期因樁的數(shù)量增加不可縮短，投資額將增加37萬元左右。同時，該工程地處老城區(qū)，四周均為民居，沉管灌注樁的噪音對周圍居民影響很大，勢必會影響工程的順利進行，而且對沉管灌注樁來說，局部場地上的⑥-1層含礫粉質(zhì)粘土沉樁較困難。

方案四：保持原設(shè)計不變，改進施工工藝。如采用進口的S500反循環(huán)鉆機，其鉆桿孔徑大，吸出塊石方便，鉆透該層有把握，工期較快。但費用增加很大，需增加投資30萬元，且目前難以組織到該機型進場。因此采用SPJ300型正循環(huán)鉆機，加大鉆進力度，穿透此層，但工期及費用將有所增加。

對所面臨的難題，進行分析后認(rèn)為，采用SPJ300型正循環(huán)鉆孔工藝，鉆透該層把握較大。上述幾種方案中，綜合各種因素考慮，方案四比較可行。原設(shè)計樁型不變，采用SPJ300型正循環(huán)鉆機替代原10型鉆機，加大鉆桿力度，并改進鉆頭，采用筒體鉆，增加鉆頭摩阻力，鉆松土體，套取較大石塊。根據(jù)樁徑，結(jié)合采用大小直徑鉆頭，用鉆、磨、擠等方法鉆進土層，將直徑較大無法漂出的石塊擠入樁側(cè)土中。鉆機數(shù)量由2臺改為4臺同時開工。經(jīng)試樁，成功鉆透了該土層。鉆孔進尺較慢，⑥-2層土中鉆進速度為50～80cm/h，一般單樁成孔時間為2～３天左右，但施工比較順利。

最后實際工期比原計劃增加了20天左右，增加施工機械及人工費用約18萬元。順利完成了整個樁基工程施工。樁基施工完畢后，對其中部分樁進行了高應(yīng)變動測，其余所有樁進行了低應(yīng)變動測。結(jié)果表明，單樁承載力與設(shè)計要求值符合較好，樁身質(zhì)量完好，達到了設(shè)計要求 。

4 幾點建設(shè)

根據(jù)上述工程實踐，在鉆孔灌注樁的設(shè)計及施工中，除了一般的認(rèn)識經(jīng)驗外，下面幾個方面問題應(yīng)引起重視。

(1)加強地質(zhì)勘察報告的深度與準(zhǔn)確度。對于含碎石粘性土的土層，由于勘探工藝的特點，要判明碎石含量及其粒徑不可能十分準(zhǔn)確。這會直接影響鉆孔灌注樁的設(shè)計及施工工藝的采用，因此還要加強對同地區(qū)土質(zhì)情況的調(diào)研，結(jié)合實際勘探情況，提交準(zhǔn)確的報告，供設(shè)計與施工決策。

(2)設(shè)計時應(yīng)充分考慮到碎石含量對承載力的影響。由于樁底沉渣問題制約著單樁承載力和樁 身質(zhì)量的穩(wěn)定性，對碎石含量較多、粒徑較大的土層，正循環(huán)鉆孔工藝排渣能力較差，沉渣小于5cm的設(shè)計要求較難滿足，特別當(dāng)孔底沉渣的粒徑較大，一般正循環(huán)泥漿清孔難于將其攜帶上來。在設(shè)計鉆孔灌注樁時，必須適當(dāng)考慮“施工因素”的影響。因此針對該類土層，單樁承載力設(shè)計值應(yīng)適當(dāng)減小。

(3)在施工上，應(yīng)對相應(yīng)土層的鉆入難度有充分的估計，采用鉆桿力度較大的機型，避免機型選擇不合適造成窩工、影響工期，釀成經(jīng)濟損失。在機械安排及整個施工組織設(shè)計中應(yīng)有足夠的考慮和準(zhǔn)備，如一般正循環(huán)清孔效果達不到要求時，或長時間清孔，孔底沉渣仍超過規(guī)定要求時，應(yīng)改換清孔方式(如用風(fēng)壓機清孔等)，以確保設(shè)計要求的承載力。