灰土挤密桩复合地基与冲击成孔后注浆灌注桩的完美结合

张勇 陈筱艳 闸小辉

【摘要】本文介绍了豫西山前坡地深沟的场地平整、湿陷性处理及桩基础的施工，通过此案例给中西部山区城市发展受制于土地资源提供了途径，复合地基与桩基础的完美结合，产生了显著的经济效益及社会效益。

【关键词】灰土挤密桩；冲击成孔；后注浆灌注桩

作者简介：张勇（1982—），陕西汉中人，中南大学 勘察技术与工程专业，工程师，从事桩基工程、深基坑支护、地基处理和工程勘察等工作。

0引言

近年来，随着建筑业的蓬勃发展，高层建筑已经不再是大城市的专利，很多小城市也开始修建20层以上的建筑。受制于有限的土地资源，有些地方政府想出了填海造地、挖填山造地等新办法。

1项目概况

豫西新安县紧邻连霍高速，该项目位于县城东部新开发区，由五栋24～26层的高层住宅楼和两层商业组成，地下一层为车库。高层住宅楼为剪力墙结构，基底平均压力为440～455 kPa；两层商业为框架结构，单柱荷载为2000 kN；地下一层车库为框架结构，单柱荷载为2400 kN。

2地质情况

拟建场地地形总体上呈西部高、东北部低，场地起伏较大，最大高程311.91m，最小高程296.07m，最大高差约15.84m，场地内存在陡坎，坡度约为60～70°。

地貌单元属山前坡地，在勘探深度范围内地层主要为素填土、粘性土和风化泥岩、砂岩。

根据野外钻探揭露，现场判别，结合原位测试和室内土工试验资料，将勘探深度范围内的地层划分为5个单元层和1个亚层，大致可分为两套地层，上部覆盖层为近期填土及第四系晚更新统坡洪积作用形成的粉质粘土，下部为第三系泥岩、砂岩。

第①层：素填土（Q4ml）

黄褐色，以粉质粘土为主，含碎石块（一般φ3cm～5cm、最大50cm，含量15～30%左右），场地南部表层局部含混凝土、砖瓦块等建筑垃圾。层底埋深3.80～19.60m，层底平均埋深11.38m，层底高程278.63～303.71m，层底平均高程293.26m，层厚3.80～19.60m，平均层厚11.38m。

第②层 粉质粘土（Q3dl+pl）

红褐色，硬塑，含少量黑色铁锰质斑点及灰色条纹，切面稍有光泽，干强度高，韧性高。层底埋深6.00～24.50m，层底平均埋深14.77m，层底高程277.93～301.59m，层底平均高程290.79m，层厚0.70～8.20m，平均层厚3.88m

第③层 粉质粘土（Q3dl+pl）

灰褐色，硬塑，含铁锰质斑点及钙质结核（φ2～3cm、含量5～10%，），切面稍有光泽，干强度高，韧性高。层底埋深10.70～29.60m，层底平均埋深19.41m，层底高程274.41～296.04m，层底平均高程283.46m，层厚0.80～12.90m，平均层厚3.65m。

第④层：全风化钙质泥岩（N）

棕红色，全风化，泥质结构、钙质胶结，厚层状构造，结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，属软质岩。岩石被风化呈土状，含15～30%左右的碎块，块径2～5cm。层底埋深5.50～33.90m，层底平均埋深20.36m，层底高程267.13～302.01m，层底平均高程284.28m，层厚1.00～10.60m，平均层厚3.79m。

第⑤-1层：中风化砂岩 （N）

浅灰色，中风化，主要成分为长石、石英，钙质胶结。中粗粒结构，中厚层状构造。岩石较完整，局部节理、裂隙发育，岩芯呈短柱状，柱长10～25cm，RQD=70～80%。饱和单轴抗压强度平均值36.5MPa，属较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级。该层呈透镜体分布。层底埋深18.30～26.30m，层底平均埋深22.50m，层底高程280.22～289.03m，层底平均高程284.47m，层厚2.50～13.90m，平均层厚8.74m。

第⑤层：强风化钙质泥岩 （N）

棕红色、灰绿色，强风化，泥质结构、钙质胶结，厚层状构造，结构大部分破坏，岩心呈碎块状，块径2～10cm ，RQD=10～20%。属软岩石。钻厚最大43.80m，层底未揭穿。

本场地勘察期间未见地下水，可不考慮地下水对建筑物的影响。但应注意预防雨水浸泡引起基坑边坡失稳。

3难点分析：

3.1场地位于一很大的冲沟，填土最大厚度达到25m，填时并没有分层碾压，且填土为新近填土，困扰设计人员最大的问题是新近填土，时间不足2年，如何避免后期的固结沉降。若不处理后期沉降会很大，不但威胁建筑整体安全，还会对小区内的各种管道造成很大隐患，填土内还有大石块，地基不均匀，加之场地平整开始前雨水很多，填土含水量很大，如何有效降低填土的湿陷性、固结沉降及含水量是地基处理能否成功的关键。

3.2在现场2#楼主楼的位置挖探井，发现相邻5m的探井第④层强风化泥岩出露面高差达到10m，说明现场存在陡坎。地基非常不均匀，且基岩面倾斜角度很大，如何避免桩的剪切破坏也是一个设计难点。设计上有难度，施工同样面对很多挑战，在这样复杂的场地如何成孔？

3.3为了解决上述难题建设单位召开专家论证会多次，针对填土处理提出了多种方案。有换填法、DDC法、CFG桩法、水泥土搅拌桩法、高压喷射注浆法，灰土挤密桩法。通过工程类比DDC法、CFG桩法、水泥土搅拌桩法、高压喷射注浆法均无法达到设计要求：处理后桩间土承载力达到150kPa，桩间土压实系数不小于0.93，桩身土压实系数不小于0.96，消除负摩阻力。且上述方法在经济上也不合理。

3.4最后我公司采用灰土挤密桩和素土挤密桩两种桩型。施工试桩2组，分别用3：7灰土和素土，详见下图：

灰土挤密桩施工工艺参数

材 料

成桩材料 3：7灰土、素土

材料标准 ①填料有机物含量不得超过3%

②冬季施工，严禁冻土块及冰块误入孔内；

③土的含水量：控制在最佳含水量±3%；

④填料配比：消石灰：土=3：7、素土

孔 内 深 层 强 夯

孔底空夯 落距：≥8m 击数 n=4击（暂定）

成 桩 落距：≥8m 擊数 n=4击（暂定）

落距：< 8m 击数 n=6击（暂定）

采用梅花形布桩：

3.5挤密桩处理前后的地基土湿陷性进行了补充检测对比，现场共布置探井5个，取样间距均为1米1取，探井均已穿透全部填土到达原状土位置，现场共取样39件，对所取的部分试样均进行了湿陷性检测，检测数据如下：

表一 素土挤密桩实验区探井湿陷性评价表 表二 灰土挤密桩实验区探井湿陷性评价表

序号 样号 湿陷系数δs 自重湿陷

系数δzs 判定

结果 序号 样号 湿陷系数δs 自重湿陷

系数δzs 判定

结果

1 T1-1 0.011 0.003 无 1 T2-1 0.002 0.002 无

2 T1-2 0.008 0.002 无 2 T2-2 0.002 0.002 无

3 T1-3 0.007 0.003 无 3 T2-3 0.001 0.001 无

4 T1-4 0.012 0.006 无 4 T2-4 0.008 0.002 无

5 T1-5 0.004 0.002 无 5 T2-5 0.007 0.003 无

3.6检测结论：

（1）T1、T2探井有2组试样的湿陷系数δs大于0.015，即素土挤密桩处理区具有湿陷性，且不具有自重湿陷性；T3、T4探井所有试样的湿陷系数δs均小于0.015，即灰土挤密桩处理区不具有湿陷性，且不具有自重湿陷性。

（2）地质勘察期间第一层填土的孔隙比平均值为0.787，经挤密桩处理后的孔隙比平均值为0.678。处理效果明显。

（3）灰土挤密桩能满足设计要求，桩间土压实系数均大于0.93，桩身压实系数均大于0.96。复合地基承载力均大于150 kPa。

消除了填土的湿陷性，桩身压实系数达到设计要求之后就要考虑桩基础施工问题。

4桩基础设计概况：

4.1桩端以第⑤层强风化钙质泥岩或第⑤-1层中风化砂岩层作为持力层。桩基施工采用双重控制：（1）有效桩长控制（每栋楼有效桩长不一样，按图纸要求施工）（2）桩端进入第⑤层强风化钙质泥岩或第⑤-1层中风化砂岩层不得小于1米，坡地按照不利点控制。

4.2桩基础混凝土强度等级均采用C30。

4.3本工程采用桩端后注浆，后注浆导管采用钢管，沿钢筋笼对称设置两根。注浆浆液的水灰比取0.5-0.6，注浆压力为3-10 MPa，注浆流量不超过75L/min，单桩注浆量不小于1.728t。

4.42#楼主楼总桩数69根，桩长18m，桩径800mm，单桩竖向承载力不小于3600KN，商业总桩数13根，桩长16m，桩径800mm，单桩竖向承载力不小于1000KN；3#楼主楼总桩数65根，桩长21.5m～24m，桩径800mm，单桩竖向承载力不小于3600KN，商业总桩数9根，桩长15m，桩径800mm，单桩竖向承载力不小于1000KN。

4.5灌注桩常用的施工机械有正、反循环钻机，旋挖钻机，沉管灌注桩机，冲击成孔桩机。针对这种地层，使用冲击钻机成孔能保证施工质量而且能满足入岩效率。本工程采用冲击钻进成孔，导管灌注成桩的方法进行施工。

4.6该工法有以下优点：

（1）对风化岩石地层最经济实用的钻进方法；

（2）成桩质量好；

（3）环境污染小、施工文明；

（4）机动性大、移位迅速；

（5）操作简便舒适、安全系数高；

（6）对坚硬土层及复杂地质情况适应性强，钻进岩石的钻进能力大大提高。

4.7经检测桩基承载力及桩身完整性均符合设计要求。

5 结论与建议

5.1灰土挤密桩处理豫西地区新近填土效果显著，能有效消除湿陷性及固结沉降。

5.2冲击成孔后注浆灌注桩适合豫西地层，施工效率高，成桩质量有保障。

参考文献：

【1】吕军利等，华纳.爱丁堡花园岩土工程勘察报告，2011年。

【2】《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012。

【3】《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008。

【4】《建筑地基基础工程质量验收规范》GB50202-2002。

【5】《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999。