长白山地区杂填土地段嵌岩桩施工技术

胡子勤

(内蒙古地质矿产〈集团〉有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010011)

0 引言

近年来我国经济飞速发展，城市化进程步伐不断加快，城市规模逐渐扩大，建筑密度越来越密集，逐渐向超高层和超大荷载规模发展，这就需要作为建筑基础的地基部分有很好的承载上部荷载的能力。桩基础具有刚度大、稳定性能好、抗震性好、沉降小、承载力高、施工方便、噪声小、能够解决特殊地基土承载力等优点，越来越多的被利用于高层建筑的地基中。杂填土成分复杂，松散，承载力低，在此类地段进行桩基工程施工成孔较困难，成孔质量差。笔者结合一个工程实例来谈谈对杂填土地区嵌岩桩施工的一些体会。

1 工程概况

该工程位于吉林省长白山地区，拟建地块位于丘陵的一侧，地势东高西低，最大相对高差为12.04 m，场地东侧为6层住宅，基础为天然地基，北侧为既有道路，西侧为河流，常年流水，南侧为未投入使用的加气站。拟建37栋2～3层旅游小别墅。

经岩土勘察，查明地块内地基土自上而下依次为(见图1)：①杂填土,含较多混凝土块、抛石等，直径0.3～1 m，充填淤泥质粘土，层厚0.80～10.50 m；②细砂,松散，以岩石碎屑为主，局部含砾石、薄层粘性土及粉土，fak=100 kPa，层厚0.50～3.30 m；②1中砂,松散，以岩石碎屑为主，局部含砾石，层厚1.30～2.60 m；②3含砂粉质粘土，可塑，以粘性土为主，含少量细砂及碎石颗粒，fak=150 kPa，层厚0.70～3.40 m；③1碎石土，含较多圆砾及角砾，以粘性土充填，一般粒径10～4 0 mm，fak=240 kPa，层厚0.80～4.10 m；④中风化玄武岩，块状构造，气孔状结构，不易击碎，硬度高，岩体破碎，基本质量等级为Ⅳ级，fak=500 kPa。

拟建地块地下水位埋深在0.30～11.60 m，主要为粘性土中的潜水、砂层中的微承压水及杂填土中的滞水，粉质粘土的渗透系数经验值k=0.2 m/d；底部中砂层的渗透系数经验值k=12 m/d，属于强透水层。

2 桩基设计

地块内上部填土较厚，含有较多的混凝土块以及直径50～80 cm的玄武岩大块，均为近3年新近填土，基底为中风化玄武岩，为一向西微倾的单斜构造，地下水静水位标高位于基底以上约6 m处，软硬交接处形成了潜在的滑动面，桩基设计时必须采用桩端入岩的方式来抵抗侧向滑移。本工程设计采用钻孔灌注桩，桩径分为600和800 mm两种，均要求嵌入底部玄武岩1 m，共计1100根。

图1工程地质剖面

3 嵌岩桩主要施工技术方法

3.1 成孔方法的选择

施工中考虑了多种施工方法进行成孔，主要有人工挖孔桩、长螺旋干作业成孔、旋挖钻机成孔、潜孔锤、冲击钻成孔等。

(1)人工挖孔桩：设备简单，操作方便，占地小，无噪声，对周围环境影响小，造价低，应用广泛。地块内地下水静水位以下有较厚的细砂、中砂层，渗透系数12 m/d，为强透水层，紧邻地块有常年流水为地下水强补给源，无法进行边抽水边施工，且易发生孔底突水事故，操作者人身安全无法保证，故无法采用该工艺进行成孔。

(2)长螺旋干作业成孔：上部杂填土层含大量抛石及建筑垃圾，试桩施工中，长螺旋设备钻进至2.5～3.5 m即遇见孤石，无法穿越孤石成孔。

(3)旋挖钻机钻进成孔：同样遇到与长螺旋钻机相似的情况无法成孔。

(4)气动潜孔锤钻进成孔：潜孔锤钻进工艺，是利用压缩空气驱动潜孔冲击器活塞，以较大的冲击功和高频冲击潜孔锤钻头，使岩石破碎，产生的岩屑被高压气流携带至地表。该工艺可以有效穿越孤石，并达到入岩深度，成孔质量较好。但是潜孔锤施工设备较少，造价为传统工艺的3～5倍，成本较高，不经济。

(5)冲击钻成孔：利用重锤不断提升然后自由落体往下砸，将孔底岩石或者土层砸碎成粉粒状，然后由泥浆携带至地表，钻进技术简单。该工艺成孔后，能提高周围地层的密实度，且对地层适应能力强，可以说能在各种地层中钻进成孔，能满足本工程入岩深度1 m的要求，且造价较低，非常适合在本项目地质环境中使用。

结合本项目工程地质资料以及造价控制信息，最后确定利用冲击钻进行钻孔灌注桩成孔施工。

3.2 冲击钻施工方法

3.2.1 施工流程

桩位放线、埋设护筒→桩机就位→冲击成孔→孔深测定、清孔→安放钢筋笼→下导管→二次清孔、测定沉渣→灌注混凝土→成桩→挪至下一个桩位。

3.2.2 施工要点

(1)钻机滑轮线、冲击锥中心线和桩位中心线三点一线，精确定位后，固定好钻架，且保持平稳，四个脚有加固措施。

(2)注意控制冲程。

上部杂填土层，土层松散，冲进速度控制在1 m/h以内，冲程应控制在2.0 m以内，并及时投入粘土球，以便造浆护壁。

底部细砂、中砂、砾石层，冲进速度控制在0.5 m/h，冲程控制在2～3 m，冲孔过程中注意排渣和护壁，排渣要用高密度、大粘度、携渣能力强的泥浆，同时应加大泵量，加快泥浆循环速度，及时将沉渣排出；由于该层位岩石属于强透水层，要加大粘土球的投入量以及投入一些小片石，形成较稳定的护壁。

孤石和桩端持力层玄武岩，强度较高，控制冲进速度在0.3 m/h，施工时，钻头要有足够的强度和耐磨性，在钻头底部加焊硬质合金块，冲程控制在4 m左右，提高破岩能力，同时钻头可以有足够的旋转空间，保证孔圆顺，保证成孔质量，同时应加大泵量，加快泥浆循环速度，及时将沉渣排出。

(3)控制孔内沉渣。根据地质条件，穿越下部细砂、中砂、碎石土以及玄武岩层位时泥浆含砂率增高，密度增大，而粘度降低，携渣能力降低，沉渣无法排除，应经常测试泥浆的各项指标，及时更换泥浆。

4 常见问题及应对措施

上部厚层杂填土层土质比较松散，塑性差，力学强度低，施工中易发生的问题及相对应的处理措施如下。

4.1 钻进过程中易发生塌孔、缩径、漏浆问题

针对塌孔问题，施工中保持孔内泥浆液面高于地下水位1～2 m，维持孔内压力高于孔外压力，可有效防止塌孔。

对于塌孔严重的孔段，采用钢管护筒的方式进行护壁。采用与孔径相同直径的钢筒，随着钻进深度增加逐步放入孔内，以达到保护孔壁的目的。虽然解决了孔壁坍塌无法成孔的问题，但是施工完毕后需要拔除护筒，难度较大。

另外一种方式是在较浅层位采用钢护筒，深部采用加大泥浆稠度的方式，冲击钻进过程中掌握好泥浆状态，同时控制好冲击速度，确保成孔质量，可以省去多道工序，提高成孔效率。

4.2 孔内沉渣厚度过大

本工程灌注桩为端承桩，要求控制孔底沉渣厚度<50 mm。底部地层含碎屑高，成孔后沉渣较厚。上部较松散，若采用反循环清孔易造成塌孔，因此采用正循环清孔，将导管下至离孔底80～100 mm，用泥浆泵将新制泥浆(密度控制在1.05～1.08 kg/L)泵入孔内，控制泥浆上返速度≮0.25 m/s，用测绳量孔内沉渣厚度，直到小于50 mm。清孔完毕后应立即浇筑混凝土，停留时间过长将会导致钻孔缩径和发生塌孔。

4.3 孤石处理

成孔过程中，孔深3～4 m的浅埋孤石可以用挖掘机排除，而钻进至深部时，易将孤石误判为桩端持力层。施工前对每栋楼选择3～4个孔做超前钻进，且要求钻进至中风化层玄武岩2～3 m，查明楼座区域内桩端持力层玄武岩埋深变化情况，据此来判断终孔层位。

4.4 超灌系数的控制

杂填土较松散，在混凝土灌注过程中，按理论计算出的灌注量在灌注过程中往往不够，造成多次亏灰现象发生，搅拌站离施工工地较远，两次灌注混凝土时间间隔较长，成桩质量较差，易发生断桩。经过反复试验，将混凝土超灌系数控制在1.4～1.5，可保证较好的成桩质量。

4.5 废浆处理

冲击钻施工中产生大量泥浆，随意排放势必会造成周围环境的严重污染，因此必须对泥浆进行处理。解决方法为：采用泥浆分离装置对泥浆进行分离处理，处理后的浆液可继续作为生产泥浆使用，固体物做为渣土外排。部分泥浆可用生石灰作为固化剂进行处理，待硬化后，随开挖后的杂填土外运，或者做为回填土使用。

5 结语

通过对长白山地区厚层杂填土地段嵌岩桩的施工，得到了一些在该类土层中的施工技术方法，并对施工中遇到的一些问题及解决措施进行了总结。

(1)冲击钻适应各类地层和复杂的地质情况，能够满足本工程的施工要求。该方法设备简单，场内移动灵活，不需要大型起重设备，施工成本低，对施工现场要求不高，根据工期需要可安排多台设备同时施工。

(2)针对塌孔、缩径、漏浆等问题可采用护筒和增大泥浆粘稠度等综合的方法进行解决。

(3)存在孤石地区超前钻进提前探测底部持力层埋藏深度，避免施工中将孤石误判为持力层。

(4)用泥浆分离设备处理泥浆，可大幅度减少泥浆外运量，减少对环境的污染，降低施工成本。

参考文献：

[1] 李鹏.杂填土区灌注桩成孔方案比选分析[J].上海铁道科技,2017，(3):73-74，51.

[2] 张志刚.福州江滨地区超高层建筑灌注桩成孔工艺分析[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2017,44(6):84-87.

[3] 赵华宣,李强,陈涛,等.贵州碳酸岩地层地热深井空气潜孔锤钻进技术应用研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2017,44(2):37-42.

[4] 沈祖安.厚层杂填土地段嵌岩桩施工技术探讨[J].中国水运(下半月),2013,13(12):362-363.

[5] 覃培禾,严红梅.杂填土区钻孔灌注桩施工技术的探讨[J].企业科技与发展,2011，(10):51-52.

[6] 马永辉.浅析冲击钻孔灌注桩的施工工艺及控制要点[J].科技资讯,2011，(2):92，94.

[7] 邹明.沿海厚吹填土地层桩基缩径的控制研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2015,42(4):68-71.

[8] 李志忠.杂填土地基处理方法比较与择定[J].山西建筑,2009,35(25):142-143.

[9] 费立,陈礼仪.废泥浆固化处理与粉煤灰的利用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2001，(S1):287.