深厚欠固结填土层深桩基础施工工艺研究

冯永光，张 勇，刘 欢

(中煤地质工程总公司北京分公司，北京 100073)



深厚欠固结填土层深桩基础施工工艺研究

冯永光，张 勇，刘 欢

(中煤地质工程总公司北京分公司，北京 100073)

在济南市某重点工程的深桩基施工中，存在着桩的类型较多，人工回填碎石土层深厚，且为欠固结状态，地层中存在大块漂石的问题。综合工程场地情况、施工进度、地层条件等因素，采用上部碎石土层人工挖孔成孔和第四系沉积层、岩石层部分采用旋挖钻机成孔的复合成孔施工工艺进行施工。对孔内存在巨大漂石，采用静态破碎剂进行破碎；采用在孔口设置固定四角架，并悬吊垂直吊坠的方式保证人工挖孔桩身垂直度；为消除欠固结碎石土层对桩的负摩阻力的作用，在碎石土层人工挖孔护壁完成后，在内侧护壁上涂抹无腐蚀性的脱模剂或润滑剂。后期的桩基检测表明，桩身完整性检测的I类桩比例为100%，桩基承载力均满足设计要求。施工工期也由计划的120d缩短为90d，节约了现场施工管理成本，为以后类似工程提供了参考。

深基础；欠固结土层；桩基础施工；嵌岩桩

0 引言

随着高层建筑对地基沉降和建筑倾斜要求的提高，对深桩基础质量和承载力的要求更加严格，基础施工的规模和成本也在不断增加。对深桩基础工程来说，地层情况、地下水情况，以及施工设备和施工工艺的选择，都是非常关键的影响因素；某一点的考虑不到位，或经验不足，都会为施工带来很大的影响。这些影响，对投资规模较大且资金回拢压力较大的建筑行业来说，其损失是让人难以接受的。如何在深厚欠固结杂填层进行桩基础的施工，直接关系到工期、成本和工程质量；如果选用的施工工艺不当，不仅施工成本大大增加，施工工期严重拖长，而且施工质量可能还无法满足工程安全需要，造成重新施工或增加桩的数量，给工程造成巨大损害和浪费[1]。本文以济南市某重点工程的高层建筑桩基础施工为列，介绍深厚欠固结土层地区深桩基础成孔施工工艺的一些问题。

1 欠固结土层中桩基施工工艺的影响因素

1.1 水文地质条件

在欠固结土层中，由于前期固结压力较小，造成土体内的孔隙率较大，土体的自稳能力差。在地下水存在的情况下，深桩基础施工过程中，特别是在松散层较厚且固结性较差的含水层中施工时，经常出现孔内塌孔，造成无法成孔的问题，或即使能施工成孔，但由于桩孔孔壁自稳能力差，在成孔后的桩体灌注过程中，也经常出现塌孔，造成桩身完整性无法满足设计和承载力的要求，给工程造成巨大损失。

1.2 施工工艺和设备选择

随着国内建筑行业快速的发展，深桩基础工程的施工工艺和施工设备也取得了快速的进步，产生了许多新的施工工艺，如采用长旋螺压灌混凝土反插钢筋笼成桩的施工工艺，来解决部分松散土层中成孔难的问题；采用桩身中部或底部扩孔结构提高桩的承载力的扩孔桩工艺；通过桩侧或桩底后压浆的施工工艺提高桩的承载力等。同时与新的施工工程相配套新的施工设机械设备也有了长足的发展，如大型长螺旋钻机、旋挖钻机、挤扩孔桩机设备等。新技术和新设备的发展，给传统的深基础带来的更多的选择，但是，由于岩土性质的复杂性和地域性的特点，在不同的岩土体中进行深基础施工中，采用何种施工工艺和设备直接关系到深桩基础的能否施工，以及施工质量、施工效率和施工成本等问题[2～4]。

1.3 施工组织和周边环境

城镇化的快速推进，城市可开发土地资源越来越少，土地价值快速升值，土地价格也快速增长，造成施工现场场地越来越小，施工现场的周边环境越来越复杂，特别是在地下管廊、地下构筑物、建筑场地周边建筑物分布复杂的地区进行基础建设。如何规划好合理的施工组织顺序和协调好周边施工环境是关系到工程能够顺利进行的关键[5]。

2 工程实例分析

2.1 工程概况

济南市某重点工程，项目占地面积约为5.26万m2，总建筑面积约为120万m2，有32个单体建筑组成，单体建筑地上为18～32层，地下2层，基础采用嵌岩灌注桩基础，基础深度以入岩控制为准，入中风化灰岩深度不小于1.0m。该工程桩型为基础承压桩，持力层为中风化白云质灰岩，分为3种规格，且质量要求满足I类桩比例大于90%，严禁出现III类、IV类不合格桩(表1)。

表1 济南市某工程深桩基设计参数

2.2 地层及水文地质条件

(1)地层。场地地层岩性及工程特性进一步划分为9个大层(表2)。

表2 场地地层

(2)拟建场区水文地质条件。根据现场实际情况结合场地岩土勘察报告，在施工场地范围内的勘察钻孔内大部分未观测到地下水位，仅在场地西南角观测到地下水位，说明该地下水分布不均，水量有限，对工程影响不大。

2.3 施工设备选择

在本工程中，由于桩的类型较多，场地地质条件特殊，人工回填碎石土层深厚，且为欠固结状态，地层中存在大块的漂石。在前期施工工艺试验中，采用冲孔灌注桩施工过程中多次出现由于不均匀碎石层造成的孔内坍塌和塌孔卡钻事故，给施工带来巨大的困难，同时也影响着基础桩的施工质量。考虑到人工挖孔桩的特点和适用条件，结合旋挖钻机的施工特点和适用条件，综合工程场地情况、施工进度、地层条件等因素，经过充分对比分析，拟采用上部碎石土层人工挖孔成孔和第四系沉积层、岩石层部分采用旋挖钻机成孔的复合成孔施工工艺进行施工。

2.4 施工难点

(1)前期施工回填过程中，填料没有经过认真筛选，回填料成分非常复杂，有周边山体的石块、建筑垃圾和周边工地施工中的开挖土方等多种混合填料，特别是一些大块的石块和建筑垃圾，给后期桩基成孔带来非常大的困难。同时由于回填土层时间短，且未经固结处理，施工过程中存在孔内坍塌问题，不仅给桩基施工带来困难，同时也带来安全隐患问题。

(2)本项目建筑物主要为中高层，为了保证建筑物的安全，要求桩的承载力较高，依据现场的实际地质条件，为了满足承载力要求，设计桩基埋深较深，且要穿过复杂地质条件进入中风化层，特别是要穿过深厚回填碎石土层。前期试验桩施工工艺选择中，采用冲击钻机成孔的施工工艺，多次遇到由于回填碎石不均匀，孔内软硬不均，造成的成孔困难和成孔后桩的垂直度偏差较大，无法下方钢筋笼的情况。因此，如何保证碎石土层中桩的垂直度是关系到后期机械组合施工的关键点和难点。

(3)由于欠固结碎石土自沉对基础桩受力产生负摩阻力，对桩的承载力有不利作用，造成桩长、桩径或桩数量增加，使得基础工程量大大增加，施工成本上升，材料浪费。因此，如何减少或消除欠固结土体对桩产生的负摩阻力，减少设计桩长、设计桩径和节约材料、降低施工成本，对于本工程来说具有非常重要的意义。

(4)建筑场地规划区域较小，现场建筑物较多，分布密集，同时开展的施工作业面多，施工所需机械现场部署非常困难，而且由于工程量大，施工工期紧，施工现场同时开孔施工作业面多，分布较广，且施工现场土质疏松，无法满足重型运输机械场内通行等诸多问题，给桩基施工成孔后期灌注带来很大困难。

2.5 应对措施及解决方案

(1)对孔内存在巨大漂石的情况，虽然可以采用孔内爆破和人工斧凿的方法解决，但是进度非常慢，且危险性大。我公司结合自己多年的施工经验，采用静态破碎剂对漂石进行静态破碎，对大块漂石破碎倒运施工，成功解决了孔内大漂石的问题，又消除了爆破后产生的安全问题。同时，为了防止孔内塌孔事故的发生，采用每天一步，每步1.0m的施工方式进行施工，防止由于施工作业冒进造成的安全问题[6～7]。

(2)为了保证人工挖孔桩身垂直度，采用在孔口设置固定四角架，并悬吊垂直吊坠的方式，采用每施工一步，校对一次的方式进行逐步施工校正，防止施工到最后桩的垂直度无法满足要求的质量事故的发生。

(3)为了消除欠固结碎石土层对桩的负摩阻力的作用，在碎石土层人工挖孔护壁完成后，在内侧护壁上涂抹无腐蚀性的脱模剂或润滑剂，消除护壁与桩之间的粘结力，从而消除欠固结土后期固结所产生的负摩阻力，减少设计桩长，节约投资，减少材料浪费，以达到绿色施工的目的[8～10]。

(4)为了消除桩底沉渣对桩承载力的影响，在旋挖成孔后，混凝土桩身灌注以前，采用人工清底的方式消除桩底沉渣对承载力的不利影响。

(5)针对人工挖孔桩同时开孔比较多，工作面分布广，混凝土运输车无法开到位置进行灌注的情况，采用混凝土泵送车或混凝土地泵进行泵送灌注，来解决运输车无法到孔口的灌注难题。

3 施工效果

(1)在深厚欠固结杂填土层中，采用人工挖孔和机械成孔的复合成孔方式进行组合施工工艺，解决了以往类似工程中施工难度大，桩基施工质量无法保证的难题，确保的施工质量。在后期的桩基检测中，桩身完整性检测的I类桩比例为100%，桩基承载力均满足设计要求[11-12]。

(2)通过采用在护壁桩的桩侧涂抹润滑剂，有效的消除桩的负摩阻力，解决了为了满足桩基承载力必须增加入岩深度的问题，降低了工程施工难度，节约了施工材料，降低了施工成本。

(3)通过最后完工工期对比，原计划的施工工期为120d，最后实际施工工期为90d，节约了现场施工管理成本。

[1]高大钊．桩基础的设计方法与施工技[M]．北京：机械工业出版社，2000.

[2]周景星、李广信．基础工程[M]．北京：清华大学出版社，2015.

[3]《工程地质手册》编委会．工程地质手册(第四版)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]王英坡、王庆学．复杂地质条件下桩基础施工难点分析 [J]．中国煤炭地质，2013，(08).

[5]侯永富．混凝土桩基施工技术与质量管理[J]．工程施工技术，2009.

[6]冯贵权．混凝土桩基施工质量与施工技术[J]．山西建筑，2008.

[7]陈礼仪、胥建华．《岩土工程施工技术》[M]．成都：四川大学出版社，2008.

[8]李鹏．杂填土地基处理方案的选择与应用[D]．清华大学；2010.

[9]李修文．欠固结土中单桩负摩擦效应研究[J]．四川建筑，2014.

[10]陈显新，徐新跃．桩负摩阻力的若干问题 [J]．岩石力学与工程学报，2004.

[11]中华人民共和国建设部．建筑桩基技术检测规范(JGJ 106-2003)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003.

[12]中华人民共和国建设部．建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008.

[13]唐仙．杂填土垃圾填埋场沉降控制研究[D]．西南交通大学；2008.

Study on Construction Technology of Deep Pile Foundation in Deep andThick Underconsolidated Backfilled Solum

Feng Yongguang, Zhang Yong and Liu Huan

(Beijing Branch, China Coal Geological Engineering Corporation, Beijing 100073)

In a deep pile foundation construction of a key project in the Jinan City, has been existed issues of varied pile types, deep and thick artificial backfilled detritus solum, and large boulder blocks in strata. After comprehensively studied factors of the project site situation, construction schedule and strata condition etc. have used composite completion construction technology of artificial excavation for upper detritus solum, and rotary drilling rig for Quaternary sedimentary layer and rock stratum. To large boulder blocks can use static breaking agent to break; to ensure artificial excavated pile hole verticality, can set a fixed quadripod on hole mouth and hang a vertical pandant. To eliminate negative friction from underconsolidated detritus solum on pile, after the completion of detritus solum artificial excavation, spread non-corrosive mold dope or lubricant on inner wall. Subsequent pile foundation inspection has shown that the proportion of category I of pile body integrity inspection is 100%, thus the pile foundation bearing capacity satisfied design requirement. Construction period has shortened into 90 days from designed 120 days, thus saved site construction management cost and provided reference for similar project afterwards.

deep foundation; underconsolidated solum; pile foundation construction; rock-socketed pile

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.06.12

1674-1803(2017)06-0063-03

冯永光(1982-)，男，工程师，硕士研究生，从事岩土工程相关设计和施工技术研究工作。

2017-01-05

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责任编辑：樊小舟