旋挖成孔素混凝土桩在地基处理中的应用

闭宁桂

（广西华蓝岩土工程有限公司，广西 南宁530001）

0 引言

在现代化城市高速发展中，随着城市地下用地资源的紧张，高层、超高层建筑日益增多，传统的天然地基和桩基础难以满足技术、经济的要求。《复合地基技术规范（GB/T 50793—2012）》中提到，刚性桩复合地基技术作为介于桩基和天然地基之间的一种过渡类型基础，具有承受不均匀荷载能力强、差异沉降小、施工速度快、经济效益好等特点，已被广泛应用到10~30层的高层建筑基础中。

本文结合南宁市某工程基坑开挖过程中出现的工程桩断桩及检测不合格情况，对预应力高强度混凝土管桩在地基补强工程中的应用进行探讨。

1 工程概况

项目地处南宁市快速环道中心区，总建筑面积约160万m2，全力打造一个大型城市综合体建筑群，一个具备国际化大都市标准的商业地标。其中7#楼为46F超高层，建筑物平面整体形状呈矩形，基础形式为筏板，要求处理后的地基承载力特征值不小于830kPa。地基基础设计等级为甲级，地基基础使用年限同主体结构使用年限。

场地工程岩土条件：

本场地勘察钻探深度范围内揭露的上覆土层自上而下依次为：人工填土（Q4ml）及风化残积（Q3el）形成的黏土，下伏基岩为古近系（E）湖相沉积形成的半成岩状态的泥岩、砂岩等。详细叙述如下：

（1）填土层：褐黄、灰黄、灰褐色等；以黏性土、泥岩碎块、砂岩碎屑等混杂而成。

（2）黏土层：灰褐色，湿～饱和、软塑状态，局部可塑状态，主要由有机质黏性土组成，含少许有机质和炭化木，土质均匀性差，高压缩性。

（3）黏土层：灰黄、棕黄、褐红色等；黏土为主，局部相变为粉质黏土；切面光滑，无摇振反应，干强度高，韧性高。稍湿，可~硬塑状态为主。

（4）强风化泥岩层：灰黄、灰褐色等，多为黏土质泥岩，间夹少量粉砂质泥岩，中厚层状，为强风化泥岩上半部分。为古近系半胶结半成岩的极软岩，表现为硬塑~坚硬状黏土，具遇水膨胀，干后易收缩开裂。

（5）强风化砂岩：灰黄、灰褐色，以粉~细砂岩为主，中厚层状，为强风化砂岩上半部分。为古近系半成岩半胶结的极软岩，岩体破碎。

（6）中风化泥岩：灰、灰兰色，质纯，多为黏土质泥岩，间夹少量粉砂质泥岩，中厚层状，中风化。为古近系半胶结半成岩的极软岩，表现为坚硬黏土状，具遇水膨胀，干后易收缩开裂。

（7）中风化砂岩：灰、灰白色，以粉~细砂岩为主，中厚层状，中风化，为古近系半成岩半胶结的极软岩，岩体破碎。

拟建场地钻孔深度范围内发现二层地下水存在。上层滞水主要赋存于素填土①、黏土②层的孔隙裂隙中，受大气降水下渗补给，透水性差且不均匀，水量有限，勘察期间测得稳定水位在地面下1.0~7.0m以内，该层地下水的水位变幅度在1m左右。

孔隙水赋存于强风化和中风化砂岩层中，主要在成岩过程中补给，少量由上层滞水越流补给和相邻场地同一含水层渗透补给，水量有限，勘察期间测得稳定水位在地面下10m左右，该层地下水的水位变幅度在2~5m左右。

整个场地各土层均匀性较差，基岩面起伏较大，场地揭露的典型地质剖面见图1。

2 地基处理方案分析与比选

2.1 方案确定

根据主体设计单位提供的基础图，开挖至底板底标高后，地基土主要为可～硬塑黏土及强风化泥岩，筏板底的土层极不均匀，承载力及土层的压缩模量差异较大，拟采用刚性桩地基处理方案，刚性桩材料为素混凝土。

图1 典型工程地质剖面

2.2 工艺比选

目前应用较多的是长螺旋钻孔压灌技术，采用长螺旋钻机钻孔至设计标高，利用混凝土泵将超流态细石混凝土从钻头底压出，边压灌混凝土边提升钻头直至成桩。普通长螺旋桩机可以适用填土层、淤泥土层、沙土层及黏土层，亦适用于有地下水的各类土层情况。但其在碰到块石、圆砾、软岩及硬质岩时无法钻进，导致其具有一定的局限性。

若采用较为先进的长螺旋潜孔锤技术，虽可有效解决桩身入中风化岩问题，但气动潜孔锤冲击力强，孔侧壁及孔底均为强膨胀性土，受扰动大，易产生应力释放及膨胀开裂，影响桩身承载力。

旋挖钻机是一种用于建筑基础工程成孔作业的桩工机械，具有施工速度快、成孔质量好、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高及适用性强等优势，已成为钻孔灌注桩施工的主要成孔设备。旋挖钻机具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆，可适应我国大部分地区的土壤地质条件，包括淤泥层、粘性土、泥土、粉质土、（泥）砂层、卵砾石、卵（漂）石层、强风化岩层、永久冻土、风化基岩等地层，适用性广。

基于以上难点以及为了推动素混凝土桩在膨胀土地区、高层及超高层建筑中的应用，本项目采用旋挖钻机成孔，后灌混凝土技术，能高效率的解决桩身入岩问题。另一方面，采用旋挖成孔，单桩承载力远远高于常规的长螺旋钻孔内灌桩，大大减少工程量。

3 地基处理实施

根据岩土工程详细勘察报告以及以往工程经验，刚性桩桩直径800mm，混凝土强度等级为C25，桩端以中风化岩层为持力层，褥垫层厚400mm。依据规范单桩承载力特征值按式（1）计算：

考虑施工中各种不利因素的影响，单桩承载力特征值取2500kN，以桩端全断面进入中风化岩层一定深度作为终孔条件。桩间土发挥系数取0.9，单桩承载力发挥系数取0.9。依据规范计算各区域置换率：

根据筏板基础区域不同承载力要求，计算出置换率为7.32%~11.03%。

根据地基土质情况，采用旋挖钻机干作业成孔，侧壁及桩端土受扰动小，暴露时间短，不受水浸泡，侧阻力及端阻力不折减。钻至设计深度后清孔停止钻进，通过回转，孔内土壤将随钻机钻头切如斗内提升钻杆清至孔外，并进行二次清孔。之后安置混凝土导管，混凝土导向管插至孔底上20cm处，另一端接在混凝土料斗，混凝土开盘前料斗封闭，料斗装满混凝土后，料斗口开启，混凝土连续不间断输送，直至混凝土浇筑至桩顶标高+1.0m；浇筑混凝土中不断提动导管振捣混凝土，导管在混凝土中保持4～6m的埋深。

旋挖成孔刚性桩技术施工工期为30d，比桩基础+施工勘察方案节省工期约60d，节约造价约200万元；比长螺旋潜孔锤方案节省工期约5d，节约造价60多万元。

4 施工质量检测与沉降观测

建设单位委托了具有相应资质的第三方检测单位，分别对其进行了单桩完整性试验、单桩承载力试验及复合地基承载力试验。

4.1 单桩完整性及承载力试验

其中对40根素混凝土桩进行了低应变检测，39根判定为Ⅰ类桩，1根判定为Ⅱ类桩；对3根素混凝土桩（12#、68#、110#）进行了单桩承载力试验，设计单桩承载力均为2500kN。压至单桩承载力设计值2倍即5000kN时，最大桩顶沉降分别为10.68mm、17.39mm、14.25mm，Q-s曲线均未出现沉降曲线陡变或桩身破坏情况。卸载时，回弹曲线平稳光滑，最大残余变形6.15mm，最小残余变形2.68mm。综上，所检测的3根素混凝土单桩完整性及承载力均满足设计要求。

4.2 复合地基承载力试验

随机选取3个点位（52#、61#、150#）进行了复合地基承载力试验，设计复合地基承载力特征值为830kPa，试验采用慢速维持荷载法，最大加载量为设计特征值的2倍。随机选取的3个点位在试验荷载下，承压板最大沉降分别为20.68mm、15.86mm、10.68mm，荷载-沉降曲线均属于缓变性曲线。卸载时，回弹曲线平稳光滑，最大残余变形9.11mm，最小残余变形3.58mm。综上，所检测的3个点位复合地基承载力均满足设计要求。

根据《建筑基桩检测技术规范（JGJ 106）》及第三方检测报告，该复合地基施工质量良好，各项技术指标均符合设计要求。

5 结语

项目实践证明：采用旋挖成孔灌素混凝土技术，对类似场地能较好的控制工期，节约成本，工期短、无泥浆污染、技术可行，具有显著的经济效益和广阔的应用前景。