大直径素混凝土桩复合式地基新近填土处理技术应用

岳仡涛 何跃军 刘江伟 李鑫 田春

【摘要】天府国际机场场平回填后由于新近填土覆盖层厚，自稳性差。重点论述采用旋挖钻机清除新近填土，形成不规则引孔，在孔内填筑黏性土，采用长螺旋钻二次钻进成孔，灌注混凝土，与新近填土共同作用形成复合式地基的方式，从而提高地基承载力，保证工程质量，获得了良好的经济效益。

【关键词】引孔;黏性土;二次钻进;素混凝土桩;复合式地基

【中图分类号】 TU472【文献标志码】 B

成都天府国际机场配套市政项目范围内，包括雨水暗渠、下穿隧道、综合管廊等大型现浇钢筋混凝土结构构筑物，该区域范围内存在大量前期场平新近填土，填土厚度变化较大，地质条件较为复杂。由于新近填土经水力作用或自重作用，将存在长期的自然沉降。作为构筑物的地基，下沉超过一定量值，将导致构筑物结构破坏，同时该类地基承载力也达不到要求。由于天府国际机场建设工期紧迫，无法使该类地基达到沉降自稳的需求，若是将场平新近填土，清除换填，以减小沉降，提高承载力，将导致工程造价大幅度提高。经多方案比较后，最终采用了在场平新近填土，构筑物基地采用大直径素混凝土桩，以提高地基承载力，减小地基沉降。由于场平新近填土的稳定性较差，在机械成孔过程中，易塌孔，桩身出现夹渣等质量问题，导致成桩质量较差，在该项目大直径素混凝土桩施工前经成桩试验，通过技术经验总结，形成"大直径素混凝土桩复合式地基新近填土处理技术"。通过工程项目施工实践证明该技术既保证了质量，又产生了良好的效益。

1地基处理简述

采用旋挖钻机将新近填土清除，当遇到砂质泥岩时长螺旋钻应用受限，仍然采用旋挖钻机，钻进至设计孔底标高，形成不规则引孔。在孔内分层填筑黏性土，采用夯锤夯实，形成稳定且适合长螺旋钻施工的条件，接着采用长螺旋钻二次钻进形成桩孔，灌注混凝土，待混凝土强度达要求后，与新近填土共同作用形成复合式地基，以保证地基承载力，避免不利沉降。

2施工工艺流程及主要技术要点

施工工艺流程见图1。

2.1施工准备

（1）施工前，须先熟悉图纸，进行图纸会审，编制施工方案，进行技术交底。复核施工用导线点、水准点，根据设计桩位坐标，采用全站仪、GPs 进行定位放线。

（2）施工前进行场地平整，清除地表种植土、垃圾土等。布置施工临时便道，施工现场设置围挡，布置临时施工用水、用电。将原地面用推土机平整至比桩顶标高高60～70cm， 铺设钢板、枕木，形成作业面，作业区设置排水横坡，碾压密实，开挖排水沟，形成防排水系统。

（3）作业场地应平整密实。钻机就位前，应对新近填土作业区域进行强力夯实，通过该措施减轻干钻（不采用泥浆护壁）旋挖引空时孔内塌孔现象。夯实时，先采用履带式挖掘机利用其挖斗对作业区进行初次夯压，避免碾压机械沉陷，再采用振动式压路机，由慢到快，由轻到重，将作业区域碾压密实，同时，采用冲击夯锤或重型压路机，对作业区域进行强力夯实。

2.2旋挖引孔

2.2.1钻机就位

旋挖钻机左、右履带应处于同一水平面，作业平台基本水平。旋挖钻机在施工中不发生倾斜、移动，对准孔桩位置就位，动力头方向与履带平行。钻机侧向预留排渣场地。利用钻机双侧吊锤校正钻杆垂直度。在桩架上设置标尺，控制鉆进深度，施工中及时观测、记录。

2.2.2护简埋设

护筒采用厚度6～10 mm钢板卷制，护筒直径比桩孔径大150～200 mm，每节护筒长度1.5～3.0 m，护筒应高出原地面，防止杂物、泥水流入孔内。护筒埋设前，先采用较大直径的钻头钻至护筒底标高，然后压入护筒。护筒埋设后在其外侧采用黏土回填并夯实，使护筒外侧密封。

2.2.3钻进引孔

（1）旋挖引孔采用钻头比桩径大100 mm扩孔钻进。钻孔前，检查钻机工作性能。调平旋挖钻机，钻杆保持垂直，对准钻孔开钻。要求动力头主轴中心同转架上的起吊滑轮中心及孔口中心在同一铅垂线上，钻头中心对准桩位中心点。

（2）开始旋挖引孔钻进时，采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量和的20%，保证孔位不产生偏差。通过钻头回转破碎岩土，装入桶式钻斗内，利用钻杆提出钻斗将渣土卸至孔外，如此反复不断取土卸土，直至钻至设计深度。旋挖钻进过程中，随时观察钻杆垂直度，通过深度计数器控制钻孔深度。当钻头达预定深度，旋转钻头施加压力，将土挤入钻斗，仪表显示钻斗装满后，钻头底部关闭，提出钻头地面卸土。

（3）采用低速钻进至护筒底部，采用高速钻进，在地质变化交接处，采用低速，低钻压钻进。钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重摩擦加压：150 MPa压力下进尺速度为20 cm/min;200 MPa压力下进尺速度为30 cm/min;260 MPa压力下进尺速度为50 cm/min。钻进过程中严格控制钻进速度，避免进尺过快，钻斗进入孔内要匀速缓慢，控制钻斗提升速度，避免斗下产生负压，避免发生质量事故。

（4）旋挖钻至孔底标高，保证引孔中心位置偏差小于±50 mm，完成旋挖引孔进行孔内黏土回填。

2.3孔内黏土回填

由于新近填土的稳定性较差，密实度也较低，引孔时可能发生塌孔，形成孔径扩大现象，成孔不规则，成孔质量也无法满足质量要求，灌注混凝土时浪费严重，同时，由于新近填土空隙较多，孔隙率较大，在桩身混凝土灌注时易漏浆，造成桩身质量缺陷。因此，当成孔至设计要求岩层及深度后，应重新回填黏性土，进行二次成孔。

2.3.1回填黏土质量要求

回填黏土是二次成孔与桩身质量保证的一项重要措施，既能保证成桩时桩孔质量，并可作为二次成孔的护壁，同时还能避免混凝土浇筑时漏浆现象发生。对孔内回填黏土要求：

（1）黏土填料内不得含有碎石等杂质，具有一定的硬塑性，必要时黏土应过筛。

（2）试验求得黏土最佳含水量，回填时应在其最佳含水量±2%。

（3）可在黏土内掺加膨润土或竣甲基纤维素，以提高其二次钻进时的护壁性能。

2.3.2黏土回填施工要求

回填黏土时，采用分层回填，由于操作空间限制，同时避免夯实冲击对周围的振动，易造成塌孔，采用小型挖掘机将黏性土倒入孔内，每层30～50 cm采用夯锤夯实，夯锤高度距填筑面小于100 cm，当夯锤夯实夯击面无较大凹坑即完成一层夯实，考虑黏土回填用途，对回填压实度不作要求，夯实过程中应将护筒提至夯击面以上。如此循环填筑至孔顶。

2.4长臂螺旋钻二次成孔

2.4.1密闭性试验

长螺旋钻机首次钻孔时，需泵送水和 M10水泥砂浆，进行密闭性试验。首先，将钻杆移至不影响钻孔区域，用高压输送泵泵压水1～2 m3，再泵压水泥砂浆1～2 m3，直至钻尖出料口出砂浆，检查泵压管的密闭性，另外还能在泵压之前润滑管道。

2.4.2二次钻进成孔

（1）长螺旋钻钻孔开始时，关闭钻头閥门，移动钻杆直至钻头触及地面时，启动马达开始钻进（图2）。

（2）钻进时，应先慢后快，这样既能减少钻杆晃动，又可以检查钻孔的偏差，以便及时进行纠正。

（3）考虑到长螺旋钻的工作性能，该方法在旋挖引孔时已钻进至风化岩层，回填黏性土。如遇特殊情况方可采用长螺旋钻钻进强风化岩层。在长螺旋钻钻进时，如发现钻杆晃动或钻进困难时，则表明已进入强风化岩层，应放慢进尺，否则易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。继续钻进50 cm，则为设计要求进入强风化持力层位置。动力头晃动和电流值可作为施工时控制进入强风化岩层的依据。

（4）钻机塔身上的进尺进行标记，为测量孔深的依据。施工时，根据地面标高与孔底标高计算孔深。钻进成孔至设计标高后，停止钻进。

（5）钻进过程中将注浆软管摆放圆顺，避免软管自由下落出现折角造成堵爆管事故。在钻进时，注意电流突变位置的电流值，作为复核地质情况的参考。长螺旋钻的成孔速度主要取决于输土是否通畅。成孔过程中，钻进速度应控制在0.5～2.7 m/min，钻机电流值控制在60～160 A，进入强风化岩层时电流值略大于160 A。钻进时应适当控制钻进压力和给进量，以少进刀为宜。

（6）钻孔结束后必须清除孔底虚土。干作业成孔时可在孔底标高处空钻清孔，直至虚土被清除为止。

2.5灌注混凝土成桩

（1）严格计算灌注量和提拔高度。二次钻进成孔符合要求后，开始泵送水下混凝土（自密实混凝土）灌注。灌注时，当钻杆芯管充满混凝土时，设置在钻杆顶部直径为25 mm的冒浆口开始冒浆，此时泵机停泵，再提拔钻杆2 m左右混凝土自落成桩，然后再泵机开泵如此循环直至成桩（图3）。

（2）在灌注混凝土时，对于混凝土的控制采用记录泵压次数的方法，对于同一种型号的输送泵通过试验确定泵压次数为1 m/4次。泵压为6～8 MPa，拔管速度应控制在2～3 m/min之间，泵压控制在6～8 MPa，充盈系数控制在1.15～1.16。当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，采用停钻提拔钻杆。为确保桩身质量，灌注混凝土时超灌50 cm，灌注完成后，进行养护。

（3）成桩后强度达到要求，及时清运桩间土并进行截桩。

2.6桩基检测

大直径素混凝土桩施工完成后，应进行承载力和桩身完整性的检测与评价。承载力采用静载试验，检测不少于桩总数量的1%，且不少于3根;桩身完整性全部检测。

大直径素混凝土桩桩群经检测评价合格后，对其桩间土进行再次夯实，进行结构物垫层施工，形成复合式地基。

3主要技术特点

（1）在覆盖较厚的新近填土内采用大直径素混凝土桩进行地基加固，避免大量换填加固，节约了工程造价，使地基承载力符合要求，避免了过大沉降对构筑物造成的破坏。

（2）采用该技术，避免了场平新近填土的稳定性较差，在机械成孔过程中，易塌孔，桩身出现夹渣等质量问题，保证了大直径素混凝土桩的成桩质量。

4适用范围

该技术适用于各类素混凝土桩的施工。不宜采用换填法施工，大面积新近填土且覆盖层较厚时，由于覆盖层自稳定性不强，无法采用普通成孔方法时，特别是新近填土厚度在2～6 m厚时，卵、漂石含量少，地下水位低，桩径小于800 mm，采用该技术进行素混凝土桩施工，在保证成桩质量的前提下，技术经济效果最佳。

5结论

（1）该技术与在新近填土覆盖层厚度较大时采用换填加固相比较，减少了大开挖，减少了大量土石方作业，节约直接工程费、工程措施费和管理费，经济效益显著。

（2）该技术减少了大量土石方工程量，减小了换填，避免了大量土石方借用、弃置、转运等所需新增用地量，节约土地。由于，新近填土沉降周期较长，过大沉降将导致构筑物破坏，承载力也达不到要求。而采用开挖换填进行地基处理往往工期较长，应用该技术进行地基处理，节约施工工期，为天府国际机场早日通航，提前实现效益，创造了条件。

（3）该技术减少了土石方作业，对原有自然地貌的破坏，保护了自然环境;避免了土石方施工中，投入大量机械、车辆，减少了机械噪声和废气的排放，避免了土方运输产生扬尘，减少了洒水作业，节约了用水，环保效益显著。

通过工程实践证明，该技术是一种先进、适用、技术可靠、绿色、环保的施工技术，经济、社会、环保效益显著。