建筑及生活垃圾高回填区机械成孔灌注桩施工技术研究

王大民 中铁二十二局集团有限公司工程总承包部副指挥长，高级工程师

桩基础施工在实际施工中的隐形不可控因素甚多，包含地质变化和施工工艺不完善等主、客观因素。建筑及生活垃圾高回填区的集群嵌岩桩基施工突出反映了以下问题。

（1）高回填区桩身较长，干作业成孔后侧壁稳定性不好，孔壁极易坍塌，钻进中易发生偏孔。

（2）对于大规模集群嵌岩桩基，设计上没有长度，是以满足嵌岩深度及刚性角为成孔依据，限制性条件有对现场地质持力岩层的判定以及相邻桩基成孔孔深等，对于岩层陡峭处的群桩施工尤为谨慎。

（3）桩孔成型过程中，塌孔现象普遍，回填料的选择及回填方法应根据塌孔深度位置合理选用，并做好回填台账，为后期经济分析、技术总结提供依据。

（4）建筑及生活垃圾多具有腐蚀性危害，对于桩基钢筋的保护需提出具体措施，可以根据混凝土的选料和纵向钢筋的保护等因素进行考虑[1]。

通过分析建筑及生活垃圾高回填区机械灌注桩成桩的质量影响因素，结合本工程实际情况，从桩基施工定位开始，至浇灌整个成桩的过程中制定了具体的施工措施，并在实际施工中取得了显著效果。在本工程总计1 494 根桩基施工中，桩基质量合格率为99.87%，为未来同类工程的施工奠定了良好基础。

1 工程概况

1.1 项目概况

运用库及洗车库（子单位）为单层车库，总建筑面积为63 566.65 m2，共有1494 根桩基，数量多、密度大，桩长为7 ～40 m，桩间距为1.5 ～3 m。桩基设计为嵌岩桩，嵌岩深度为3D（D为桩基直径）。

1.2 地质水文特征

四公里停车场场地的原始地貌为构造剥蚀浅丘沟谷地貌，相对高差75 m，地形坡角为3°～30°。地表以素填土和杂填土为主，局部含有建筑、生活垃圾，主要在场地北侧生活区分布，厚度为0 ～31.6 m 不等。持力岩层为砂质泥岩或砂岩，其中砂质泥岩为软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级；砂岩属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。场地回填区域如图1 所示。

图1 场地回填区域

场地地下水主要分布于中部水沟两侧低洼地段的残坡积层和人工填土层孔隙中，水位为246 ～265 m，总体排泄方向为自北东往南西。此外，水样对钢筋混凝土中的钢筋有微腐蚀性。

2 施工要点

2.1 钻孔

开孔时，先沿桩中心呈“十”字型引出4 个桩位点用来控制桩位，作为单桩护桩；开孔后，在孔口安放钢护筒作为孔口护壁。护筒内径需要大于钻头直径200 mm，埋置高出施工地面300 mm以上，倾斜度不大于1%，并根据单桩护桩调整护筒位置，确保钻机中心、护筒中心以及桩位重合。在钻进时，每次进尺控制在500 mm 左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5 ～8 m 段旋挖过程中注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正。在旋挖施工过程中，旋挖钻机必须按照规定线路行驶，桩间净距小于2 m 实行跳桩钻孔，以避免压坏成型桩或孔[2]。

2.2 清孔

钻进到设计孔深后，采用平底钻头清理孔内沉渣，确保沉渣厚度≤50 mm。对于沉渣厚度的检测采用测饼与测针配合进行，先用测饼测出护筒至沉渣顶面高度L1，再用测针测出护筒至沉渣底部高度L2，两者之差L2—L1即为沉渣厚度。

2.3 二次清孔

施工过程中应采取适当措施避免沉渣产生，在钢筋笼、灌注导管安放后，对沉渣过厚的桩孔须选用合适的二次清孔工艺进行沉渣处理。二次清孔是在完成旋挖成孔、下入钢筋笼和灌注导管后，利用灌注导管清除孔底沉渣的关键工序，分泥浆正循环清孔、反循环清孔以及钻具无泥浆循环清孔等3 种方式[3]。桩孔二次清孔工艺的合理选择，对清除孔底沉渣，保证桩身工程质量极其重要。

2.4 水下混凝土灌注

水下混凝土灌注采用垂直导管法。首批灌注混凝土的数量应满足导管初次埋置深度和填充导管底部的需要，混凝土灌注应连续紧凑进行，不得中断，速度宜为0.6 ～1 m3/min，并尽量缩短拆除导管的间隔时间。

最后一次混凝土灌注后的桩顶高度应超设计高度≥0.8 m，凿除浮浆后应保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计要求。

首批灌注混凝土数量的计算公式为：

式中：V为灌注首批混凝土所需数量，m3；D为桩孔直径，m ；H1为桩孔底至导管底端间距，取300 ～500 mm ；H2为导管初次埋置深度，m ；d为导管内径，m ；h1为桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度，m。

3 施工关键技术控制措施

3.1 垂直度控制

建筑及生活垃圾在钻机钻进时，其松散、稳定性差的特性易使钻头发生偏斜。钻机组装时，应用全站仪复核钻机钻杆大臂的垂直度；开孔时安放护筒，除保证桩位准确以外，应确保护筒的垂直度≤1%；每次提斗出土再入孔时，应通过控制盘调整好钻杆垂直度后再放钻；每次钻进深度应控制在500 mm，并通过控制盘实时监控垂直度[4]。

3.2 沉渣控制

沉渣控制应确保端承桩的孔底沉渣不超过50 mm 的施工要求，以使得混凝土与基岩结合完好，提高桩端承载力。桩长28 m，建筑、生活垃圾回填深度约10 m，且桩孔内集聚丰富地下水的一次清孔很难达到该要求，因此要在钢筋笼连接完成混凝土浇筑前进行二次清孔，并立即浇灌混凝土。

钢筋骨架下放、提吊时需要缓慢垂直放入，避免碰刮孔壁碎屑，导致石块坍落孔底；成孔后不应长时间放置，尤其是孔内有积水时，应在成孔后24 h 内完成桩基灌注；浇灌混凝土前应测量沉渣厚度与孔深，并进行二次清孔，完成后钢筋骨架下放应垂直缓慢，避免孔壁建筑、生活垃圾碎屑二次塌落；提高混凝土初灌时对孔底的冲击力，溅除孔底沉渣为悬浮体，以达到清除孔底沉渣的目的。开始灌注混凝土时，导管下口至孔底的距离不超过300 ～500 mm，混凝土初灌量应确保导管下口一次性埋入混凝土灌注面以下，埋入深度≥800 mm。

3.3 塌孔控制

建筑及生活垃圾回填区在进行场地处理时，强夯点布置过于稀疏、分层回填厚度过大均会使该回填区土质松散、稳定性差，故场地处理时该区域内应严格按照强夯点数目、夯实重量进行，并保证分层回填厚度不能过大[5]。场地处理后会加强该建筑及生活垃圾回填区地基的土质紧密，提高桩孔孔壁稳定性。

桩孔内地下水集聚、孔壁垮塌严重时，应采用水下混凝土浇灌方式回填C20混凝土，待24 h 后或者混凝土初凝后再次钻进成孔，严禁直接将回填混凝土料倒入桩孔内。干孔孔壁垮塌后，可用黏土对垮塌部分进行回填，之后再次钻进成孔。此外，桩孔周边不得堆放余土和建筑材料，并防止局部集中荷载和机械振动。

3.4 缩颈、断桩控制

建筑及生活垃圾多由小混凝土块、砖块等碎屑与塑料袋、编织物等组成，采用抛填方式时，固结性不良的孤石附近易形成空洞、空隙，在混凝土浇筑过程中容易造成漏浆，使得局部桩身混凝土不密实；孔壁处的土体在周围水平土压力的作用下，向孔内产生一定位移，引起设计桩径变小；混凝土浇灌不连续、水下混凝土浇灌导管埋深不足、桩身混凝土在某个截面不密实或被地下水填充等，均是引起缩颈与断桩的原因。

混凝土浇灌时，除保证混凝土料连续供应且充足外，为防止堵管中断混凝土浇筑，导管连接处应安装密封橡胶圈，保证导管密封性；水下混凝土灌注应确保连续施工，灌注速度0.6 ～1 m3/min，每根桩的灌注时间按初盘混凝土的初凝时间控制 ；导管埋入混凝土的深度约为3 ～6 m，不得将混凝土提出灌注面，并安排专人测量导管埋深及导管内外混凝土灌注面高差。

3.5 防腐控制

建筑及生活垃圾有机物含量高，对桩基中的钢筋有腐蚀性。钢筋骨架外侧四周设有定位钢筋（如图2），采用的是HRB400 的C12 钢筋，竖向间隔为5 m。钢筋骨架下放孔内，应调整垂直度，采用横向钢筋将钢筋骨架固定在桩孔中心位置，确保钢筋骨架与桩孔壁间混凝土保护层浇筑厚度。经分析可知，地下水偏酸性，对钢筋有微腐蚀性，因此本工程桩基混凝土全部采用低碱商品混凝土，通过桩基保护层使桩基钢筋免受腐蚀破坏。钢筋骨架防腐如图3 所示。

图2 钢筋骨架

图3 钢筋笼定位钢筋大样

3.6 检验标准

二次清孔后，待钢筋骨架和混凝土导管安装好进行成孔验收，验收检查内容包含垂直度、孔深、沉渣厚度、桩径等。成孔验收检验方法以及允许偏差，如表1所示。

表1 终孔施工允许偏差

4 成桩质量控制结论

经现场实践检验，通过分析地勘资料持力岩层分布，科学预估桩基长度，运用库及洗车库嵌岩桩基相邻桩间刚性角满足设计要求45°的数量达到100%，桩孔坍塌回填后二次成孔率100%。通过二次清孔，砼浇筑前沉渣厚度均控制在50 mm 以内。最终在后期桩身完整性检测中，Ⅱ类桩33 根，Ⅰ类桩1461 根，充分展现了各种控制措施在本工程中发挥的作用。

5 结语

随着城市化进程的不断加快，城市内建设施工环境愈发复杂，重庆市山多且地势起伏高差变化大，更是对一些特定区域内的施工提出了更高的要求。本工程中，在建筑及生活垃圾高回填区旋挖钻孔灌注桩的大面积施工和良好的成桩效果是对该工艺在相似施工条件下应用进行的有益探索，希望能够对建筑及生活垃圾高回填区域的桩基施工提供参考，从而进一步提升施工技术水平。