长螺旋压灌桩结合后注浆工艺在卵石地层中的应用

刘向阳

（万达酒店设计研究院有限公司，北京 100000）

1 工程概况

1.1 项目概况

兰州万达城酒店项目场地位于兰州市七里河区崔家大滩东侧，地处黄河南岸，场地北侧有南滨河路与黄河相隔，距黄河主干流约200m。

项目占地面积约3.75 万m2，建筑面积约9.00万m2，包括四星酒店、六星酒店、会议中心，地上分别为12、8、2 层，建筑高度分别为50m、40m、13m，地下均为1 层，基坑开挖深度约7.0m，如图1、2 所示。

图1 项目效果图

图2 项目效果图

1.2 地质条件

地处黄河兰州段狭长河谷盆地的西端，地貌单元属黄河南岸河漫滩，由黄河冲积形成，场地开阔、平坦，局部有拆迁时留下1.0～2.5m 高的建筑垃圾，勘探点孔口高程为1528.64～1531.38m，勘探揭露地层如图3、4 所示。

①杂填土：杂色，松散～稍密，稍湿，成分以粉土、卵石、建筑垃圾、煤灰为主，土质不均匀，分布于整个场地。

②粉土：黄褐色、褐灰色，湿～很湿，稍密，土质不均匀，手捏有砂感，易搓条，随深度增加，含砂量逐渐增大，干强度高，韧性好，具有中等摇振反应，该层分布较广。

③粉砂：灰黄色，松散～稍密，颗粒主要矿物成分以石英、长石、云母为主，颗粒呈不规则状，级配较差，砂质不纯，仅ZK10 钻孔中揭露。

④卵石：青灰色，密实，颗粒磨圆度好，呈次圆状～浑圆状。分选性好，级配良好。颗粒成分为砂岩、花岗岩及变质岩为主。粒径200～20mm 的含量约占总质量的60%，粒径20～2mm 的含量约占总质量的15%，粒径2～0.075mm 的含量约占总质量的25%，粒径一般以20～60mm 的为主，粒间以细砂、粉土充填，局部夹有薄层砂、砾透镜体。磨圆度好，一般呈圆状～次圆状。该层未揭穿(根据区域资料该层厚度达上百米)。

含水层为①杂填土、②粉土、④层卵石。主要接受大气降水、地表水入渗和侧向地下径流补给，透水性较好，富水性较强。地下水位埋深6.50～9.70m（由于场地地形起伏，造成水位差略大），对应的水位标高1521.63～1522.01m。本地区卵石层渗透系数为30～40m/d。

图3 典型工程地质剖面

图4 长螺旋钻机在卵石层钻进

建设场地原有2 处采砂坑和随机分布的小砂坑，采砂坑最深约25m，后对原有的2 处采砂坑进行了回填平整，回填主要成分为建筑垃圾、粉煤灰、生活垃圾和卵石等。本项目建筑基础选用桩基。

2 桩基施工工艺比选

设计试桩一组三根，桩直径800mm，桩长13m，桩端进入卵石层5m，卵石层以上无效桩长段不考虑土层的侧阻力（采用双套筒隔离），采用桩端后注浆工艺。试桩先后进行三种成桩工艺：

2.1 泥浆护壁旋挖工艺

采用此工艺施工时，存在以下问题：

（1）地面至基底之间多是后回填的杂填土与较大粒径的卵石，孔隙率大、密实度低。

（2）旋挖钻钻进至持力层(卵石层) 时与地下水位之间仍存在一定距离，泥浆流失严重。

综上，采用泥浆护壁施工时，塌孔现象极其严重，无法成孔。

2.2 全护筒跟进旋挖工艺

采用此工艺施工时，有以下问题：

（1）全护筒跟进旋挖虽能有效的避免塌孔现象，但灌注混凝土后拔护筒困难，且拔护筒过程中钢筋笼易上浮，对混凝土和易性及钢筋笼尺寸制作精度要求较高，成桩风险大。

（2）全护筒跟进旋挖工艺繁琐，施工工效低。根据实际施工情况，一根桩从成孔到灌注完成，最快需要5h，每天最多完成3 根桩。若后期工程桩采用此工艺进行施工，需配备机械（套筒）数量多，成本投入较大，且工期难以保证。

总结上述两种施工经验，决定采用长螺旋钻孔压灌桩（后插钢筋笼）工艺。

2.3 长螺旋压灌工艺

针对卵石层的地质特点，采用大功率钻机（180KW），当钻机钻进到卵石层时，机身出现明显抖动，电流安培值忽然增大，表明已钻到卵石层。在卵石层中钻进平稳，卵石排出顺畅（如图4 所示），成一根桩时间约2h。

成孔经确认满足要求后，即进行混凝土泵送，控制要点：

（1）混凝土到场后必须进行塌落度实验测试，测试结果均在195～210 之间，满足工艺要求。

（2）控制钻杆提升速度和混凝土泵送速度相一致，钻杆提升速度控制在2.5m/min 以内。

下钢筋笼过程中先使用振动锤和钢筋笼的自重压入，压至无法压入时再启动振动锤，防止由于振动锤振动导致钢筋笼、注浆管、声测管偏移。

3 后注浆施工

注浆作业在成桩3d 以后开始，进行桩端注浆，分两次注浆，第一次注浆量为0.8t，第二次注浆量为0.7t，间歇时间约为1.5～2h 以上，终止注浆条件：

（1）注浆总量达到设计要求（1.5t 水泥用量）。

（2）注浆总量已达到设计值的80%，且注浆压力超过8.0MPa。

现场的施工记录见表1：

表1 后注浆作业施工记录

4 试桩的隔离

本次设计试桩在原场地地表进行，按设计要求静载试验需隔离基础底板以上土体的侧阻力。

因长螺旋钻孔灌注桩施工工艺的制约，成孔过程中无法同时进行隔离套筒安放。为此，桩端注浆施工完成后，进行桩周土体开挖，挖至设计标高后，放置直径为1050mm 的钢护筒（如图5 所示），钢护筒内壁距桩表面留有3～7cm 的空腔，从而有效隔离了桩身与基础底板以上范围内的土体。隔离套筒安放后，周围土体回填压实。

图5 开挖后置土层隔离护筒工艺

5 试桩预估单桩竖向极限承载力

本项目地勘报告依据 《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)，给出了桩基设计参数，见表2。

表2 钻（冲）孔灌注桩极限端阻力标准值及极限侧阻力标准值

依据(JGJ94-2008)表5.3.10，卵石层中后注浆端阻力增强系数βp=3.2～4.0，试桩计算中取3.2，计算得到预估单桩竖向极限承载力标准值为：Quk=7766KN。

6 试桩的检测

6.1 桩身完整性检测

根据声波透射检测及低应变检测结果分析，桩身完整性无明显差异，试验桩桩身完整，均判定为Ⅰ类桩。

图6 三根试验桩的Q-s 曲线与s-lgt 曲线

6.2 单桩竖向抗压静载荷试验

如图6 所示，本次所检测的3 根试桩，当加载至荷载13000kN 时，最大沉降量均在8～9mm，Q-s 曲线呈缓变型，未出现明显陡降段，s-lgt 曲线未出现明显向下弯曲现象。由于试验加载已达到预估单桩竖向极限承载力标准值的1.7 倍，没有继续加载。

7 分析与结论

7.1 长螺旋成孔工艺在较大直径卵石层中可行

长螺旋压灌桩适用于粘性土、粉土、砂土地层，对于卵石层，尤其是直径较大的卵石层缺少经验。对于兰州地区广泛分布的卵石层，当地普遍采用旋挖成桩工艺，施工中成孔困难，桩基质量难以保证。

本项目证明在卵石最大直径200mm 以内时，长螺旋在卵石层中钻进顺利，成桩快，桩身质量可靠，是可行的成桩工艺，应推广并替代当地常用的旋挖成桩工艺。根据对现场施工过程的分析：对于最大直径大于200mm、小于400mm（长螺旋钻机的螺距为400mm）的卵石，也可以成桩，但成桩速度会慢。对于最大直径大于400mm 的卵石或建筑垃圾，如钻机在慢进、旋转过程中能将石块慢慢挤开也可成孔，但有失败的风险，同时钻头容易损坏更换。

7.2 卵石层中采用后注浆的工艺能够大幅提高单桩承载力

试桩证明后注浆的工艺适用于卵石层，注浆量能够得到保证。浆液充填进入卵石间的空隙，凝固后将卵石胶结在一起，事实上对桩基形成了扩底的效果，从而大幅提高了桩基承载力。

由于当地缺少卵石层中采用后注浆提高桩基承载力的经验和数据，此次试桩加载有限，桩未破坏。建议以后的工程应在此次经验的基础上，进一步提高单桩承载力。

7.3 解决了长螺旋成桩中设置土体隔离筒问题

本项目首创的开挖后置护筒工艺成功的解决了长螺旋成孔中设置双套筒隔离无效桩长段土体的问题，为长螺旋成孔工艺的推广奠定了基础。

综上，对于卵石地层，长螺旋压灌桩结合后注浆工艺能保证成桩质量，具有很高的工期和成本效益，值得大力推广。