地基处理中的钻孔柱锤冲扩碎石桩法

申作存

摘要：钻孔柱锤冲扩法是综合钻孔桩和柱锤冲扩法的一种方法，是在施工场地中，先进行钻孔然后再将碎石填入钻好的孔中进行夯实成孔的一种方法。一般钻孔直径采用300-600mm，深度不大于10米。质量为1-8T的柱状锤（简称柱锤），通过自行起重机或其它设备，将柱锤提升至距离地面一定高度后落下，将填充在孔内的填料分层夯实形成桩体，同时对桩间土进行挤密，形成复合地基，并在桩顶部设置200-300mm厚砂石垫层。

关键词：钻孔柱锤冲扩法；夯实；复合地基；钻孔桩；柱锤冲扩法；附加应力；承载力特征值

1 加固机理

钻孔柱锤冲扩碎石桩法的加固机理为：

①对扩桩填充置换作用。

②对桩间土的挤密作用。

上述作用依不同土类有明显区别。对地下水位以上的杂填土、素填土、粉土、及软-可塑的粉质粘土、黄土等都适用，经检测孔底及桩间土在夯孔后都得到挤密，试验证明挤土影响范围为2-3倍桩径。一般对地下水位以下的饱和土层等钻孔时塌孔现象严重，有时甚至无法完成，经检测桩间土的挤密效应不明显，桩身质量也难保证，因此对上述土层应慎用。

2 施工

2.1 成桩工艺

成桩工具主要为长螺旋钻，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、杂填土、中等密实以上的砂土，成孔时不会发生塌孔现象，且当周围环境对噪声、泥浆污染比较严格时。

采用上述成桩工艺施工时除应执行国家现行的有关规定外，尚应符合下列要求：

①长螺旋钻孔施工至设计深度后，应准确掌握提爸钻杆时间，一般拔管速度控制在1.2-1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢。

②施工桩顶标高宜高出桩顶不少于0.5米。

③褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不小于0.9。

2.2 桩身材料

桩身材料可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不大于全重的30%。

2.3 施工顺序

①清理场地并平整施工场地，当表土松软时可铺设厚度1.0-2.0米的砂石施工垫层。

②标出钻孔位置，并测量场地高程，一般高出设计标高0.5米左右。

③钻机就位，进行钻孔，钻至设计深度后，拔出成孔。

④桩体施工垂直度偏差不应大于1%，对满堂红布桩基础，桩身偏差不大于0.4倍的桩径；对条形基础，桩身偏差不大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不大于60mm。

⑤钻机离开，使柱锤施工机具就位，使柱锤对准已钻好的桩体。

⑥成桩：用标准料斗或运料车将拌合好的填料填入桩孔夯实。锤的重量、锤长、落距、分层填料量、分层夯实厚度、夯击次数、总填料量等应根据当地经验确定。每个桩孔应夯填至设计标高以上至少0.5米，其上部桩孔宜用原槽土夯封。

⑦施工机具移位，重复上述步骤进行下一根桩施工。

3 设计与计算

桩的布置

处理范围大于基底面积，一般在基础的边缘外扩2-3排桩，并不小于基底下处理土的厚度的1-2。对存在软弱土层或有可能存在砂土液化的粉土和细砂层，可适当的加宽。

地基处理的宽度超过基础边缘一定范围，主要作用于增加地基的稳定性，防止基底下被处理的土层在附加应力的作用下产生测向变形，因此，越软的土层，加宽的范围应越大。通常按应力扩散角θ=30度来确定加固的范围，并不少于2-3排。

桩位布置可采用正方形、矩形三角形布置。常用桩距1-3米，或桩径的2-3倍，桩径可采用400-800mm，孔内的填料必须经过检验和现场试验确定。

钻孔柱锤冲扩法的承载力设计与计算因无现成的公式计算，复合地基承载力应通过现场复合地基载荷试验确定初步设计可按公式①

fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk进行估算。式中fsk为桩间土的承载力特征值，可取天然地基承载力特征值，β为桩间土承载力折减系数。当桩间土未经修正的承载力特征值大于桩侧土承载力特征值的平均值时，可取0.1-0.4，差值大时取低值，当桩侧土未经修正的承载力特征值小于或等于桩侧的承载力特征值的平均值时，可取0.5-0.9，差值大时取高值；当设置褥垫层时均取高值；Ra为钻孔柱锤冲扩桩的单桩承载力特征值。

也可按公式②Ra=ηfcuAp进行计算。式中fcu为钻孔柱锤冲扩桩现场的实际检测出的承载力，η为桩身折减系数，干法可取0.2-0.3，根据公式①和②进行比较取小值作为此设计的依据。

变形计算。地基处理后的变形验算可按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）钻孔桩有关规定进行，桩长范围内复合土层方法和天然地基相同。初步设计时复合土层的压缩模量可按公式

Esp=【1+m(n-1)】Es并结合柱锤冲扩法进行计算。

Esp为复合地基的压缩模量，Es为加固后桩间土的压缩模量，可按当地取值。

4 质量检验

4.1 施工过程质量

施工过程中应随时检查施工记录及现场施工情况，并对照预定的施工工艺标准，对每根桩进行质量评定，对桩身质量有怀疑的工程桩，应用重型动力触探进行自检。

4.2 柱身及桩间土质量检验

在施工结束后7-14天内，可采用重型动力触探进行桩身及桩间土进行抽样检验，并对处理后的桩身质量及复合地基承载力做出评价。检验点数一般为总数的2%。每一单体工程桩身及桩间土总点数不应少于6点。

基槽开挖后，应检查桩位、桩径、桩数、桩顶密实度及槽底土情况。如发现漏桩、桩位偏差过大、桩头及槽底土质松软等质量问题，应采取被动补救措施。

4.3 竣工验收及承载力检验

应进行单桩复合地基或多桩复合地基载荷试验，载荷试验应在成桩14d后进行。检验总数为总桩数的0.5%，每一单体工程不应少于3点。

5 工程实例

某市一厂房，单层，无地下室，长200米，宽50米，上部为杂填土，深6-7米，下部为承载力为fak=150Kpa，含水量在23%-27%之间的粉质粘土，因如采用桩基础，不经济。故进行地基处理。

因场地主要为杂填土，里面含有大量的建筑垃圾，如采用普通柱锤冲扩法，成孔钻进难度较大；如采用钻孔桩，桩长较大，不经济，所以采用了钻孔柱锤冲扩碎石桩法进行地基处理。

本工程钻机采用普通长螺旋钻机进行钻孔，桩径采用直径600mm，桩距为2.00米，桩长8米，进入下部粉质粘土层。将无锡生产的SH-30钻机将重1T的夯锤，吊起1米以上进行夯击，用标准料车填充，每填一车，用夯锤夯击10次，然后再填，再夯，直至地表。

在处理完整个场地后，在14天后进行桩体和桩间土进行检测，采用的是重型动力触探和多桩复合地基载荷试验。动力触探进行了103处，多桩复合地基载荷试验6点。

经检测，所有处理过的地基全部承载力超过fak=200Kpa，符合对浅基础设计要求，本工程在地基处理后，采用了浅基础。本工程从2000年处理后，目前使用良好，节省了工程造价，缩短了施工工期，甲方给予了认可，并对该处理方法给予极高的评价。