长螺旋钻孔孔内泵压成桩窜孔原因分析、应对措施和建议

2015-08-28刘彦林

河南科技 2015年2期

刘彦林

（河北省地矿局国土资源勘查中心，河北石家庄050081）

1 工程概况

某住宅楼地基处理工程位于沧州渤海新区中捷产业园黄骅新城内，地基处理设计方案为CFG素混凝土桩复合地基[1]。施工工艺为长螺旋钻孔孔内泵压成桩，设计桩径为400mm，采用正方形布桩，桩排距为1.45m-1.60m(各楼座不等)，有效桩长为19m-20m，保护桩长0.5m，桩端进入第12层粉土；桩顶褥垫层厚度为200mm，宽度超出基础垫层外缘不小于200mm，材料为粒径5mm-10mm的碎石，基础持力层为第3层粉质粘土；要求处理后复合地基承载力特征值fspk≥250-310kPa（各楼座不等），最大沉降量不大于100mm。

2 工程地质及水文地质条件

2.1 地层岩性及地质条件

项目区内除表层素填土外均为第四系全新统及上更新统冲湖积相沉积物。地层岩性及特征见表1。

表1 沧州渤海新区中捷产业园某住宅小区地层特征表

2.2 水文地质条件

本工程项目区内地势较低，地下水埋藏浅，埋深0.4米～1.5米，水位标高1.72米-2.05米，水位变幅约1.0米。主要由大气降水补给，靠蒸发及人工开采排泄。

地下水水化学类型为氯化物钠钾水，场地土对混凝土结构具弱腐蚀，对钢筋混凝土结构中的钢筋具中等腐蚀。

3 窜孔实例、原因分析及处理措施

3.1 窜孔事故实例

本工程项目1#楼在施工169#桩时（见图1），当钻进至距设计桩顶标高7.2m时，发现先于169#桩施工的已成桩的107#桩混凝土下沉，同时发现长螺旋钻杆叶片携带上来的桩土中出现混凝土。判定为窜孔，继续钻进至距设计桩顶标高8.2m时，发现107#桩混凝土不再下沉，长螺旋钻杆叶片携带上来的桩土中也不再出现混凝土。这说明在7.2m-8.2m处169#桩和107#桩被击穿（见图2）。

图1 CFG桩两序施工示意图

本工程项目1#楼在施工297#桩时，发现与107#桩类似的窜孔现象。与107#桩不同之处为未与相邻的257#桩串桩，而是与较远的295#桩串桩，即在7.5m-8.2m处257#桩和295#桩被击穿。

3.2 窜孔原因分析

经查阅《岩土工程勘察报告》[2]，窜孔孔段应为第（5）层粉质粘土和第（7）层粘土，但两层内均有夹粉土薄层。因该粉土薄夹层不是全场分布，故增加了窜孔桩号的不确定性，这也是有时较近的两桩孔未发生窜孔而较远的两桩孔或多桩孔发生窜孔的原因。

发生窜孔的原因为土体的液化和混凝土流塑状态下产生侧压力。粉土的抗剪强度主要取决于土颗粒之间形成的骨架作用。饱和状态下的砂土或粉土受到振动时，孔隙水压力上升，土中的有效应力减小，土的抗剪强度降低。振动到一定程度时，土颗粒处于悬浮状态，土中有效应力完全消失，土的抗剪强度为零。土变成了可流动的水土混合物，即为液化。本工程钻孔过程中长螺旋叶片对土体的扰动能量积累，土体产生液化，失去对桩体的约束作用。而先前施工的桩的混凝土还未初凝，仍处于流塑状态，最终侧压力大于约束力，产生了窜孔。

3.3 施工应对措施

3.3.1 同时灌注的方法

施工中发生窜孔现象时，可继续钻进，钻至桩底标高后开始泵送混凝土。钻杆内充满混凝土后，开始提钻，当钻杆提至窜孔标高时，停止提钻，继续泵送混凝土。待前一根桩混凝土面上升至原来桩顶标高后，开始再次提钻并泵送混凝土，直至达到设计桩顶标高。此种处理方法经实际检测（1#楼107#桩），桩身完整性符合设计要求（见图3）。

3.3.2 CFG桩复打技术

如采取3.3.1未能达到混凝土面同时上升至设计标高的目标，可采取CFG桩复打技术。一根桩的施工时间约为20min，此时，前一桩的混凝土尚未达到初凝时间，故可以进行复打处理。即将钻头和钻杆在原位利用其自重重新插入待处理混凝土面下一定深度(100cm～150cm)，然后泵送混凝土，同时提钻，停泵时间以达到设计桩顶标高以上100cm为宜。在提钻过程中，确保钻头始终保持在混凝土面以下，避免复打桩体夹泥。