淺談鉆孔灌注樁在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用

張世年

蘭州鐵路局建設(shè)管理處，甘肅蘭州 730000

在西北濕陷性黃土地區(qū)，因黃土遇水沉陷而導(dǎo)致各類(lèi)建筑物的沉陷事故多有發(fā)生?，F(xiàn)就鉆孔灌注樁技術(shù)在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用實(shí)踐和鉆孔灌注樁的技術(shù)特點(diǎn)以及有關(guān)技術(shù)問(wèn)題談一些粗淺的看法，使這一技術(shù)在具體運(yùn)用中進(jìn)一步完善，以期在實(shí)踐中發(fā)揮更大的作用。

1 鉆孔灌注樁技術(shù)特點(diǎn)

鉆孔灌注樁做為深基礎(chǔ)的主要形式之一，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外被廣泛地應(yīng)用于房屋建筑、橋梁等基礎(chǔ)工程之中。這一技術(shù)首先應(yīng)用于地下水位高、土層錯(cuò)綜復(fù)雜的美國(guó)匹茲堡地區(qū)。目前我國(guó)大部分地區(qū)特別是沿海地區(qū)相繼使用。近年來(lái)，我們?cè)谧≌瑯枪こ讨写竽懸M(jìn)，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

鉆孔灌注樁技術(shù)是采用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)設(shè)備，利用轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)，提放大直徑鉆具，配備各種反循環(huán)泵組及其相應(yīng)的動(dòng)力設(shè)備和附屬設(shè)備；與反循環(huán)鉆進(jìn)使用較短鉆具、給進(jìn)行程小的情況相適應(yīng)。其成樁過(guò)程是采用反循環(huán)沖洗鉆孔方式的一種回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法，使用清水做沖洗液，鉆進(jìn)中形成泥漿護(hù)壁，利用水柱壓力保持孔壁穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)深度后提鉆，換漿清孔，經(jīng)擴(kuò)底后下管、灌注混凝土、下鋼筋籠、插筋后形成樁體。該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

1）可以采用較大的樁徑，目前國(guó)內(nèi)外已達(dá)到3m以上，還可以采用底部擴(kuò)大的樁徑；

2）樁的長(zhǎng)度靈活，因而可以適應(yīng)于樁端持力層標(biāo)高起伏變化復(fù)雜的地區(qū)；

3）適應(yīng)性廣。包括基巖、卵石在內(nèi)的各種土層、巖層和各種形式的基礎(chǔ)工程都可以采用。不受地下水位高低的限制和影響，不用大開(kāi)挖，不用放坡，對(duì)相鄰筑物沒(méi)有影響。既可在室外施工，也可在室內(nèi)施工。既可在山區(qū)、丘陵地區(qū)采用，也可在沿海軟土地區(qū)和西北黃土地區(qū)應(yīng)用；

4）可減少土方工程量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工機(jī)械化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短基礎(chǔ)工程施工工期；

5）節(jié)省鋼材和木材，因此成本較低；

6）施工所用設(shè)備比較簡(jiǎn)單，制做容易。所需大型設(shè)備較少，施工技術(shù)不十分復(fù)雜；

7）施工工序簡(jiǎn)單。鉆孔灌注樁不需要預(yù)制，成樁后亦不用截樁；

8、施工靈活方便，無(wú)噪音、無(wú)公害。打預(yù)制樁由于受打樁設(shè)備限制，在建筑物附近或廠房?jī)?nèi)不能施工;打樁產(chǎn)生噪音對(duì)附近居民也有一定影響；

9）杭震性能好。一些震災(zāi)調(diào)查資料表明，凡是采取鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的建筑物，其上部結(jié)構(gòu)震害都很輕且變形也小。目前大部分地區(qū)從事建筑時(shí)都要考慮抗震設(shè)防，而鉆孔灌注樁則是抗震性能最好的一種基礎(chǔ)形式；

10）單樁承載力高。根據(jù)樁徑和長(zhǎng)度的不同，單樁承載力可由幾十噸到幾百?lài)嵞酥辽锨?。因此，它既可作為低層建筑的基礎(chǔ)，又可作為高層建筑和重型構(gòu)筑物的基礎(chǔ)；

11）在鉆孔過(guò)程中能夠進(jìn)一步核查地質(zhì)情況，可根據(jù)地層構(gòu)造選定適當(dāng)?shù)臉堕L(zhǎng)和樁徑，樁可長(zhǎng)可短，可粗可細(xì)，應(yīng)用上比較靈活，不受運(yùn)輸和起重條件的限制。

由于鉆孔灌注樁技術(shù)具有上述特點(diǎn)，當(dāng)前，全國(guó)大部分地區(qū)均已采用了這一施工技術(shù)。鐵路、公路部門(mén)已廣泛采用了鉆孔灌注樁。航務(wù)、水利、工業(yè)和民用建筑等工程部門(mén)也已大量采用，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。實(shí)踐證明，鉆孔灌注樁是一種切實(shí)可行的基礎(chǔ)形式，展現(xiàn)了良好的使用前景。

2 在黃土地基中鉆孔灌注樁的應(yīng)用

黃土濕陷是一個(gè)極為復(fù)雜的現(xiàn)象，過(guò)去由于對(duì)黃土的濕陷性認(rèn)識(shí)不足，對(duì)基礎(chǔ)的處理不夠慎重，加之采取的處理措施不力，對(duì)于水的管理失控，致使不少建筑物基礎(chǔ)在浸水后出現(xiàn)下沉、開(kāi)裂等情況。有的建筑物地基雖經(jīng)多次處理仍未徹底解決問(wèn)題，造成停工停產(chǎn)，影響了運(yùn)輸生產(chǎn)，甚至給人們生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大危害。

目前還沒(méi)有一種假說(shuō)能夠比較確切而滿(mǎn)意地闡明黃土的濕陷機(jī)理。黃土的濕陷性質(zhì)和物理、力學(xué)性質(zhì)雖然互有關(guān)聯(lián)，然而它們之間很難找到定量的關(guān)系。既然黃土的濕陷機(jī)理如此復(fù)雜，處理對(duì)策如此困難，就必須從地基處理技術(shù)上尋找出路。為此，鉆孔灌注樁這一施工工藝就被廣泛應(yīng)用于濕陷性黃土地基當(dāng)中。

鉆孔灌注樁在濕陷性黃土地基實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可以對(duì)混凝土配方和施工工藝不斷的進(jìn)行摸索、改進(jìn)。比如，當(dāng)樁孔凈間距過(guò)小時(shí)應(yīng)采用間隔跳躍施工順序，防止孔內(nèi)串穿，也有利于成樁后的平行灌注作業(yè)；通過(guò)垂直靜載和水平靜載試樁，對(duì)樁體不同深度、不同部位取出的試塊做不同齡期的抗壓抗折強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn)，為改進(jìn)混凝土配方積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)和資料。大量工程實(shí)例證明，鉆孔灌注樁無(wú)論是施工工藝還是樁徑、樁體的長(zhǎng)期強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)，在濕陷性黃土地基中做為樁基而被廣泛應(yīng)用是有優(yōu)勢(shì)的。

3 工程實(shí)例

在當(dāng)前人工工資日益增加的情況下，鉆孔灌注樁技術(shù)應(yīng)用于濕陷性黃土地基中基礎(chǔ)工程中，具有較好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果。

某高層住宅樓地處二級(jí)濕陷性黃土場(chǎng)地上，黃土層厚14m～15m，地下水埋深為12m左右。根據(jù)土工試驗(yàn)資料，地下8.5m土層仍存在濕陷性。當(dāng)時(shí)吸取了其他工程基礎(chǔ)浸水后出現(xiàn)下沉、裂縫的教訓(xùn)，對(duì)鉆孔灌注樁與鋼筋混凝土打入樁、挖孔樁、機(jī)械成孔振動(dòng)樁等方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后決定采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

表1

該住宅樓系鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。地層自上而下為：填土、黃土狀輕亞粘土、卵石。地基土天然地基承載力為：黃土狀輕亞粘土0.16MP，卵石0.45MP。鉆孔灌注樁按每個(gè)框架柱下一根樁設(shè)計(jì)，樁長(zhǎng)15m～16m，樁尖進(jìn)卵石層0.3m，施工使用QZ-200型鉆機(jī)。施工后采用“動(dòng)測(cè)法”對(duì)樁基做了承載力試驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果分析，得出各樁的垂直極限承載力（Pu）值（見(jiàn)表1）。

我們以F-17樁為例計(jì)算其單樁垂直容許承載力(Pa)值如下：

Pa=1/1.5-(2970-20×10×0.9л)-10×10×9.1л=1320(kN)（參考當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)資料：樁周正摩擦力平均值取20kN/m2，樁周負(fù)摩擦力平均值取10kN/m2），因此，從實(shí)測(cè)資料分析，并根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地及施工條件，單樁垂直容許承載力可取用1 320kN，測(cè)試樁符合設(shè)計(jì)要求。

隨后又對(duì)該住宅樓樁基樁身混凝土質(zhì)量進(jìn)行了無(wú)損動(dòng)測(cè)，通過(guò)研究彈性波在樁身混凝土中的傳播特征，檢測(cè)其縱波速度（Vp），評(píng)定樁身質(zhì)量，依據(jù)國(guó)內(nèi)外采用的混凝土質(zhì)量與縱波速度（Vp）分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)（見(jiàn)表2）。

表2

依此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所測(cè)12根樁進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)（見(jiàn)表3）

表3

由上表看出，C4和B23為優(yōu)質(zhì)樁，其余各樁均為良好樁。結(jié)論為：通過(guò)對(duì)C4等12個(gè)樁無(wú)損動(dòng)測(cè)檢測(cè)結(jié)果，認(rèn)為樁基混凝土灌注質(zhì)量良好，樁身完整，結(jié)構(gòu)密實(shí)、無(wú)損害缺陷。

鉆孔灌注樁的具體應(yīng)用將該住宅樓原設(shè)計(jì)的樁基數(shù)量大大減少，節(jié)約了基礎(chǔ)費(fèi)用投資，工期也加快了許多。在其他基礎(chǔ)工程的應(yīng)用中也取得了滿(mǎn)意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

4 有待進(jìn)一步分析和探討的問(wèn)題

通過(guò)實(shí)踐，鉆孔灌注樁技術(shù)用于建筑物基礎(chǔ)，尤其用于深層黃土地區(qū)的建筑物基礎(chǔ)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。大量的工程實(shí)例和試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明這一技術(shù)已趨成熟，但也還存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步分析和探討。

4.1 關(guān)于設(shè)計(jì)、施工的一些問(wèn)題

地下建筑、重型建筑以及承載力大的深基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)顯然比其它方法更經(jīng)濟(jì)便利。無(wú)論從理論上還是實(shí)際經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效果上來(lái)看，在濕陷性黃土地基中采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是適合的，也是安全的。在近期一些工程中，由于不受工期的制約，一些施工單位不愿意在施工機(jī)械方面加大投入，擅自改變施工工藝，將設(shè)計(jì)的鉆孔樁改為人工挖孔樁，使樁基質(zhì)量得不到有效保證。樁基的變更，必須結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，認(rèn)真履行設(shè)計(jì)變更程序，堅(jiān)持“先批準(zhǔn)、后變更、先變更、后施工”的原則。為此，施工單位要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，做好技術(shù)交底，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工；監(jiān)理單位要加大現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管力度，嚴(yán)把質(zhì)量控制關(guān)；建設(shè)單位要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，規(guī)范建設(shè)管理，確保樁基質(zhì)量。

4.2 在黃土地基中鉆孔灌注樁作為樁基的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)黃土地基中鉆孔灌注樁作為樁基進(jìn)行配方和現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，以及對(duì)樁進(jìn)行垂直和水平靜載試驗(yàn)，鉆孔灌注樁在黃土中用于樁基的基本要求比其他基礎(chǔ)是有優(yōu)勢(shì)的。例如對(duì)于高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓按抗震設(shè)防烈度8度考慮，每個(gè)開(kāi)間布置6個(gè)樁計(jì)算，單樁的垂直容許承載力無(wú)論考慮水平力作用與否，條件都是很滿(mǎn)足的，顯然鉆孔灌注樁用于濕陷性黃土地基中樁基是有優(yōu)勢(shì)的。

4.3 關(guān)于樁底沉渣及質(zhì)量問(wèn)題

樁底沉渣是影響樁基承載力的重要因素，終孔時(shí)應(yīng)有效測(cè)定沉渣厚度，灌注混凝土以前必須復(fù)測(cè)并不得超規(guī)定。盡管這樣，與預(yù)制樁相比，無(wú)論是大直徑或是小直徑的灌注樁都更容易出現(xiàn)質(zhì)量事故。用大直徑樁時(shí)，要求每根樁的承載力很大，常常是一個(gè)基礎(chǔ)只有一個(gè)單樁構(gòu)成，因此，對(duì)施工管理絕不能馬虎大意。雖然實(shí)測(cè)資料表明鉆孔灌注樁在濕陷性黃土地基中的可靠性，卻也證明了鉆孔灌注樁在施工中由于管理不善可能產(chǎn)生的一些共有的缺陷，主要是：1）樁底處以及樁身周?chē)鼗恋乃绍洠?）孔壁的崩塌；3）樁體因混凝土質(zhì)量不佳造成離析、斷層、縮頸；4）樁孔底部鉆渣的沉淀。在具體施工中常常發(fā)現(xiàn)混凝土灌注量不足或超灌的情況，都屬不正常。前者有可能造成縮頸，后者說(shuō)明坍塌或遇流砂。因此在實(shí)際施工中實(shí)際灌入的混凝土量不得少于設(shè)計(jì)樁身的理論體積。為確保鉆孔灌注樁的可靠性，除對(duì)施工管理重要性要有足夠的認(rèn)識(shí)外，必須嚴(yán)格控制樁底沉渣，才能保證樁基承載力。必要時(shí)對(duì)樁身質(zhì)量（結(jié)構(gòu)完整性）和單樁承載能力進(jìn)行檢測(cè)。

4.4 關(guān)于降低鉆孔灌注樁造價(jià)的問(wèn)題

降低鉆孔灌注樁的造價(jià)是完全可以實(shí)現(xiàn)的，在混凝土中摻人一定比例的粉煤灰，造價(jià)即可降低。據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果，水泥漿中摻入一定比例的粉煤灰，固結(jié)體的早期強(qiáng)度有所降低。但后期強(qiáng)度（3個(gè)月后）可以達(dá)到甚至超過(guò)純水泥漿的固結(jié)體強(qiáng)度。粉煤灰的摻量可以用到25%～50%。粉煤灰的價(jià)格僅為水泥的1/5左右。若按25%摻量計(jì)算，鉆孔灌注樁的綜合單價(jià)可以降低5﹪左右。而粉煤灰是工業(yè)廢料，利用粉煤灰不僅可以降低鉆孔灌注樁的造價(jià)，而且也能減少環(huán)境污染，一舉兩得。

5 結(jié)論

鉆孔灌注樁技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的試驗(yàn)應(yīng)用，在施工設(shè)備、施工工藝和技術(shù)參數(shù)以及設(shè)計(jì)原則等方面都日臻完善和成熟，尤其是在深層濕陷性黃土中的應(yīng)用前景十分廣闊。在當(dāng)前大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，繼續(xù)對(duì)這一技術(shù)在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用從設(shè)計(jì)、施工方面加以研究，將這一技術(shù)更加系統(tǒng)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，在今后的工程建設(shè)中發(fā)揮更大的作用，保證大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)又好又快發(fā)展。