抛填块石场地中旋挖深孔灌注桩的质量缺陷与防治对策探讨

2011-11-06孔凡林罗世辉李成芳李昕

重庆建筑 2011年11期

孔凡林,罗世辉,李成芳,李昕

（重庆市建筑科学研究院重庆 400015）

1 引言

根据建设部《建筑施工企业安全生产管理机构设置及专职安全生产管理人员配备办法》和《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》,为了保证深孔桩开挖的人身安全,在重庆地区抛填块石场地内超过15m深孔灌注桩不建议采用人工挖孔。取而代之,旋挖钻进工艺成为理想的选择。随着旋挖深孔灌注桩在抛填块石场地的广泛应用,伴随的质量缺陷暴露出来。特别是在新近抛填块石场内,由于填土松散、深度大、地下水等因素,成桩过程中产生的塌孔造成桩身缩颈夹泥以及清孔不彻底造成桩底沉渣厚度超标等质量缺陷严重影响了桩基的正常使用。为了应对旋挖深孔灌注桩在抛填块石场地中应用的此类质量缺陷,本文从场地前期处理、设计施工阶段、成桩后期几个阶段进行分析讨论防治措施。

2 抛填块石场地特点与旋挖深孔桩的质量缺陷

2.1 抛填块石场地特点

近年来,随着重庆城市化进程的加速,城市用地日趋紧张,开山填谷的场地越来越多,该类场地多为开山放炮形成的块石填土,夹杂表层粘性土等,岩性为砂岩或页岩、灰岩等。填筑方式为人工无组织抛填，填料之间的空隙较大,空隙率可达30%以上,粒径较大,最大粒径可达1～2m。在工程实践中,我们接触到不少抛填块石场地,典型的工程项目有：由重庆涌鑫地产集团开发的国际家纺城项目,由渝能集团开发的阳光100国际新城2期,由重庆市公租房公司建设的茶园公租房小区,在悦来开始建设的国际会展中心工程,重庆市两江新区50%以上的园区面积等。这些抛填块石场地,普遍具有如下特点：（1）填方埋深大,填土的厚度差异大、不均匀沉降明显；一般厚度均在20m以上；（2）场地原始地貌多为冲沟,最初作为城市渣场使用,填筑方式均为抛填,且多为一次性填筑数十米而没有经过分层碾压等处理措施；（3）结构松散,颗粒分配极不均匀,填料一般为生活垃圾或爆破开山形成的土石方,块石含量在50～80%,不少块石粒径在1m以上；（4）填土的高空隙率、强透水性,低粘结强度。

2.2 旋挖深孔桩的质量缺陷

2.2.1 旋挖成孔工艺

旋挖钻机成孔首先是通过钻杆和底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土,并直接将其装入钻斗内,土屑装满钻头后,再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土,这样循环往复,不断地取土卸土,直至钻至设计深度,如图1。

图1 旋挖钻进

由于钻进速度快,功效高,无泥浆污染,逐步取代人工挖孔。

2.2.2 旋挖深孔桩的质量缺陷

旋挖钻机及施工工艺在我国北方地区已经得到了普及,对重庆地区的抛填块石场地,据调查,目前有多个项目正在使用该工艺进行施工。根据我单位在多个项目中对旋挖深孔桩检测与科研调查情况,主要的质量缺陷如下：（1）由于填土松散,地下水的因素,在钻进过程存在塌孔现象,成桩直径不能保证。（2）由于钻进后塌孔或者清渣不彻底,造成桩底沉渣过厚。（3）由于地下水或者混凝土浇筑的原因,造成部分混凝土严重离析,主要表现在桩底。

另外,理论研究方面,由于该工艺引入重庆也才几年,对其受力特性进行系统研究方面基本属于空白领域。事实上,旋挖深孔桩不仅在工法上与传统钻孔桩有差别,在受力特性、地基土承载力发挥，特别是抛填场地的填土负摩阻力对桩基承载力以及沉渣和桩底混凝土离析对桩基变形的影响与传统钻孔（人工挖孔）桩有一定的差别而需要系统研究。

3 防治措施探讨

3.1 钻进成孔塌孔的防治措施——前期场地预处理

由于新近抛填块石场地,填土松散,特别是填土的上部欠固结,如在重庆家纺城项目中遇到粘结强度很低的煤矸石填料层,塌孔非常严重,无法正常施工,甚至出现卡钻,因此,确保工程质量的首要任务是解决成孔问题。主要采取以下措施来解决这类问题：

（1）采取全套管旋挖钻进法,塌孔问题得到解决。该措施的主要缺陷在于套管拔出时较为困难,施工成本相对较高。

（2）局部开挖再碾压回填。将粘结性较差的（如煤矸石、板岩）填料采用良好的填土（页岩夹粘土）换填分层碾压,基本解决了成孔塌孔的现象。比如在涌鑫地产开发的家纺城项目旋挖桩工程中取得良好的效果。

（3）强夯预固结处理,采用2000～4000kN·m的夯击能进行强夯处理,增加填土密实程度,提高其抗剪强度。比如在茶园公租房旋挖桩工程中取得良好的效果。

（4）对于抛填块石填土中,局部夹有淤泥层,可采用灌浆法固结,或者采用浇筑混凝土、添加碎块石料挤土等方法进行预处理。对于灌浆工艺、灌浆材料需要根据场地特点进行专门设计与试验,才能取得较好的效果。

3.2 沉渣过厚的防治措施——设计施工阶段

由于沉渣过厚造成桩基变形超出规范的允许值,就会引起基础梁或上部结构开裂。对于此类问题,并根据重庆地区桩基的特点,建议将旋挖深孔桩设计为不少于3倍嵌岩深度,并与施工探孔相结合,做到逐孔验桩,确保嵌岩深度。其理论依据主要如下：

假设某桩基直径为1000mm,单轴抗压强度为14.3MPa,按照端承受力考虑。经检测沉渣厚度h=500mm,假定沉渣的压缩模量Es=100MPa,桩基不均匀沉降按照0.2%控制,上部柱间距按照6m考虑,不均匀沉降差应小于等于12mm。

桩基的沉降计算简化如下：按照端承受力考虑,沉渣层受力等同于桩端承载力特征值P0=14.3/3=4.78MPa,沉渣层的压缩变形S=P0×h/Es=4.78×0.5/100=24mm；依据《建筑桩基设计规范》（JGJ94-94）,3倍嵌岩深度时桩端承载力极限值为0.2×14.3=2.86MPa,特征值为P0=2.86/2=1.43 MPa,沉渣层的压缩变形S=P0×h/Es=1.43×0.5/100=7mm；后者变形满足设计要求,而不考虑嵌岩的桩基沉降变形超出规范要求。可见,增加旋挖深孔桩的嵌岩深度有利于控制桩基沉降变形。

另外,严格控制清孔工艺,做到及时清渣、及时下钢筋笼、及时进行混凝土浇筑。钻孔达到设计深度时,应采用清孔钻头进行清孔,孔底沉渣厚度控制指标应符合规定。当地下水较丰富,应采取措施（可采用水下浇筑工艺）防治浇筑的混凝土严重离析。