深厚杂填土区灌注桩及地基加固关键施工技术

孟召虎 胡志文 袁科明 柳满庆 王永奇 张勤雄 李 艳

中建三局集团有限公司 陕西 西安 710065

随着城市化进程的加快，原有建筑物大量拆除，新城区不断建设，产生了大量的建筑垃圾。建筑垃圾若未被妥善处理，而是被随意填埋，便会与生活垃圾等形成杂填土。杂填土的成分较为复杂，土体颗粒尺寸悬殊，孔隙率大，回填深度不一，导致若作为新建建筑的地基使用时，承载力不均匀。对杂填土地基如何处理已成为一个日趋重要的问题[1-3]。兰州新区西岔园区山字墩（棚改）安置房项目7#楼基础位于深厚杂填土上，项目部通过采用相关的技术措施进行处理，最终很好地解决了这一问题。

1 工程概况

兰州新区西岔园区山字墩（棚改）安置房项目位于兰州新区职教园区，主要包括11栋高层住宅建筑，建筑高度85～99 m，总建筑面积390 786.45 m2。

本工程高层住宅采用桩筏基础，桩基采用机械干成孔（旋挖钻孔）后注浆灌注桩。灌注桩基础持力层为胶结角砾层，桩端进入持力层不小于1 m。桩身直径800 mm，桩心间距2.4～2.6 m；灌注桩采用后注浆技术，沿钢筋笼内侧对称布设2根φ32 mm注浆管，桩身混凝土强度等级为C45，抗渗等级为P12。

2 施工难点分析

1）根据地勘报告，7#楼基础位于杂填土区域，杂填土在地基顶面以下10 m均有分布。经现场勘察，该区域主要以新填埋生活垃圾及建筑垃圾为主，土质疏松不均匀、孔隙率大、稳定性差、容易产生沉降及坍塌。桩基成孔困难，坍孔严重。

2）杂填土长期自然沉降易产生桩顶自由端过高，不利于灌注桩的整体稳定性及抗震要求，且后期处理困难。

3 方案确定

针对7#楼灌注桩无法成孔以及地基土需处理等问题，项目部通过与各参建单位进行讨论，最终提出以下2种处理措施：

1）采用换填法。采用大开挖方式，将地基中杂填土全部挖除，然后采用素土分层回填碾压夯实，保证压实系数不小于0.95，然后再进行灌注桩的施工。该施工方案成熟但土方开挖区域广、回填量大、资源投入大、工期长、成本高。

2）优化施工工序，尽量减少及避免坍孔，对于成孔困难的灌注桩，在成孔时采用钢护筒跟进施工法，确保桩基成孔，灌注桩施工完毕后，对地基土进行水泥浆注浆加固。该方案施工灵活，周期短。通过比较，项目最终采用该方案进行灌注桩施工及地基土加固处理。

4 施工工艺流程

钢护筒制作→成孔前作业面处理→钢护筒跟进灌注桩成孔→灌注桩浇筑及后压浆→地基注浆施工

5 施工关键技术

5.1 灌注桩施工组织

本工程7#楼灌注桩桩心间距2.4～2.6 m，逐排顺序成孔容易出现坍孔和串孔，且易造成安全事故。因此，施工时采用“双向跳打法”，即纵横2个方向都采取跳桩成孔作业，分4次跳打，避免坍孔、串孔的发生（图1）。灌注桩成孔完毕后，及时进行钢筋笼安装以及混凝土浇筑。

图1 灌注桩施工顺序

5.2 钢护筒后跟进成孔灌注桩施工

5.2.1 钢护筒制作

本工程灌注桩直径800 mm，钢护筒直径1 000 mm，每节钢护筒长度4 m，采用厚10 mm钢板加工制作。护筒在上口端部制作1个承插式接口，方便护筒在接长时准确对接。承插式接口采用同等厚度的钢板制作，高度100 mm，与护筒搭接长度为50 mm，每个护筒在端部承插式接口下方钻制2个对称的φ50 mm圆孔作为吊装孔。

5.2.2 成孔前作业面预处理

本区域地基土为杂填土，旋挖钻机自重较大，成孔过程中，地基土受到旋挖钻机自重作用，容易引起不均匀沉陷，导致旋挖钻机倾斜，无法保证钻孔的垂直度。因此，对于裸露于表面的杂填土，采用素土进行换填，换填深度1 m，并采用压路机对整个施工场地碾压密实，确保地基土在钻机自重的作用下不至于沉陷。

5.2.3 灌注桩成孔

1）一般钢护筒灌注桩施工时首先将钢护筒打入地基土中，然后再进行成孔作业。本工程地基土为杂填土，若优先下沉钢护筒，钢护筒在下沉过程中碰触到建筑垃圾，容易造成护筒下沉困难以及偏移。为此，本工程采用成孔钢护筒跟进的方法，进行灌注桩成孔作业。

2）灌注桩采用旋挖钻机成孔，首次成孔深度为2 m，孔径扩大至1 000 mm。吊装首节钢护筒，将钢护筒吊至已开挖好的孔中，并且要确保钢护筒安装垂直、位置准确。之后再就位旋挖钻机继续成孔作业，随着钻孔深度的增加，钢护筒在自重作用下不断下沉，避免了松软土层坍孔。待钢护筒顶标高距地基表面0.5 m时，停止钻孔，进行护筒的接长。

3）接长时，将下一节护筒起吊在首节钢护筒上方100～200 mm，然后采用人工辅助配合，次节钢护筒的下端口准确地插入首节钢护筒的承插式接口中。护筒接长完毕，进行垂直度检查纠偏后，继续进行成孔作业。

4）钢护筒灌注桩成孔作业时，旋挖钻要轻压慢转、慢放慢提，钻进过程中随时注意地层变化和仪表显示情况，严格控制回次进尺。桩基操作时尽量减轻钻具对护筒的扰动。灌注桩成孔深度达到设计要求后，采用清孔钻头在固定标高往复进行空钻，清除孔底沉渣，控制孔底沉渣厚度不大于50 mm。

5.2.4 灌注桩施工

1）钢筋原材、钢筋笼长度、制作质量等需满足设计及规范要求。

2）注浆管底部需比设计桩底低50 cm，顶部比桩顶高30 cm。注浆管下端部采用切割机切割注浆孔，然后采用胶带缠绕，防止孔底成渣及混凝土进入注浆管。钢筋笼吊装就位后，适当锤击注浆管，以确保注浆管下端进入土层，以防注浆管悬空，避免后期开塞困难。

3）混凝土用导管灌注，施工中需确保混凝土质量。

5.2.5 后注浆施工

1）注浆前压水开塞。灌注桩混凝土浇筑完毕后需严格控制开塞时间，开塞时间过早，易导致桩端混凝土遭到破坏，开塞时间过迟，包裹注浆管的混凝土强度过大，会导致开塞无法完成，注浆管报废。根据本工程实际试验，桩基开塞时间宜为桩基浇筑后2～3 d，开塞时压水量一般控制在0.2 m3以内，压水时间1～2 min，以压通为准（即压通后泵压明显下降）。

2）注浆施工参数及流程。注浆选用P·C 32.5水泥，水灰比0.55～0.60，搅拌时间不少于2 min。注浆压力控制在1.5 MPa，流速控制在30～40 L/min，2根注浆管注浆时间间隔不得超过12 h。单桩注浆压浆量约1.5 t。终压条件为达到注浆量要求或稳压压力大于3 MPa，持续1 min以上。

5.3 地基注浆加固

5.3.1 注浆加固设计

桩间土开挖完成以及筏板垫层施工完毕后，进行地基土的注浆加固。地基注浆前进行场地平整及垫层浇筑。

本工程在杂填土区域，每4根工程桩所在范围内布置4个注浆孔，注浆管材选用φ50 mm铝塑管，梅花形布置φ20 mm@100 mm注浆孔（图2）。注浆深度为6 m，注浆采用素水泥浆，采用P·C 32.5水泥，水灰比控制在1∶1。

图2 注浆孔布置示意

5.3.2 注浆加固施工

根据注浆孔平面布置图，准确定位出注浆孔位置并做标记。按照从中心向四周的施工顺序，采用MGJ-70型钻机，从垫层开始向下钻进，直至钻孔深度达到6 m，最后用钻杆上下扫孔数次，以便清除孔内沉渣。

钻孔完毕后，将事先加工好的注浆管垂直下放至钻孔中，在注浆管封堵托盘以上采用砂浆填充密实，防止大量浆液溢出。

压力注浆，注浆时，注浆压力不小于3 MPa，当出现注浆孔喷浆或者注浆压力突变时停止注浆。本工程每个注浆孔注浆量约2.5 m3。注浆完成后，用端帽封住注浆孔。

6 结语

本工程在深厚杂填土区域，采用钢护筒跟进成孔进行灌注桩施工，以确保施工质量，并采用注浆加固方法，对地基土进行处理，消除了杂填土对灌注桩的不利影响。

灌注桩施工完毕后，对桩身完整性及承载力检测，所有灌注桩均检测合格，一类桩达到92%。整个灌注桩施工在保证施工质量的同时，加快了进度，节省了成本，取得了良好的效果，其相关的施工经验可以为同类型项目提供参考。