全护筒钻孔灌注桩在流塑状尾砂地层中的应用

詹慧宗

(安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽 铜陵 244000)

黑砂河原是铜陵市一条天然河流，它起源于天鹅抱蛋山和大铜官山之间，延着市区中间，一直向西注入长江，全长4 500余 m[1]。上世纪的五十年代初期，铜官山选矿厂建成投产，为了排放含有大量尾砂和其它物质的选矿废水，铜官山矿将这条天然的小河进行了人工拓宽，加深和修整，并切断了在市区中心分叉的支流河流，主要用来排放工业废水和市民的生活污水。

为践行“绿水青山就是金山银山”的坚定理念，近些年来铜陵市对黑砂河流域的污水治理“屡出重拳”，铜陵市黑砂河超磁站降氨氮桩基工程就是实现黑砂河局部流域“污水变绿水”的基础。本文以铜陵市黑砂河超磁站降氨氮桩基工程实践为例，详细介绍全护筒钻孔灌注桩的工艺及技术要点，为在尾砂层等软弱地层中的桩基础设计及施工提供实践经验与借鉴。

1 项目概况

拟建场地位于黑砂河西侧铜官大道北侧，天泉游泳馆东侧。拟建物含3座Q4000魔方尊B型，2座魔方尊A型，一座返清洗水箱，一座一体化泵站及一栋2层办公楼。拟建场地属黑砂河古坳沟地貌，经建设改造，现场地西高东低，北高南低。场地东侧紧邻黑砂河，黑砂河水面标高约11.0 m，场地与黑砂河间现状为浆砌片石挡墙，墙高约5.0 m(图1)。

图1 施工场地平面位置图

1.1 地层岩性

拟建场地岩土层结构较复杂，自上而下依次为：(1)杂填土；(2)尾砂；(3)粉质粘土；(4)残积粘土；(5)中风化灰岩[1]。现分述如下：

第(1)层杂填土：灰黄色、灰褐、灰黑色及棕红等色，颜色较杂，稍湿～饱和，松散～中密状态，主要成分以粘性土、炉渣、碎砖石为主，局部为淤泥质土回填。该层在场地范围内普遍分布，厚度8.00～10.30 m，层底标高8.89～11.45 m，层底埋深8.00～10.30 m。

第(2)尾砂：灰黑及灰褐色，软塑～流塑，饱和，含有机质及较多腐烂物，混有40%～50%淤泥质土。该层为人工冲淤积成因，由于位于尾砂滩的外围，局部有二次淤积，因此混有大量淤泥质土，软塑接近流塑状态或扰动后呈流塑状态，干强度中等，韧性中等。该层在场地范围内广泛分布。层厚2.60～5.90 m，层底标高5.48～8.92 m。

第(3)层粉质粘土：灰黄及黄灰色，湿～稍湿，土质不均匀，硬塑局部夹可塑，含少量灰白色条纹，底部夹20%～40%碎砾石，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层在场地范围内普遍分布，厚度2.70～6.70 m，层底标高-0.42～4.44 m，层底埋深14.20～19.80 m。

第(4)层残积粘土：系闪长岩风化残积土，灰黄色及褐黄色，硬塑，湿～饱和。含少量闪长岩风化残积碎片。该层在场地范围内普遍分布，在1#孔被钻穿，钻穿钻孔揭露厚度4.40 m，层底标高-4.82 m，层底埋深24.20 m。

第(5)层中风化灰岩：为三叠系中统分水岭组灰岩，灰白色，中厚层状，微晶结构，节理裂隙较发育，裂隙面上有溶蚀现象，岩芯较破碎，呈柱状及短柱状，长度一般5～30 cm，岩芯采取率约80%，为较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。层顶埋深24.20 m，层顶标高-4.82 m。本次钻探该层未钻穿。

1.2 地下水

拟建场地浅层地下水为潜水，主要含水层为第(1)层杂填土、第(2)层尾砂。勘察期间测得稳定水位埋深6.30～7.20 m，水位标高11.92～12.58 m。地下水补给来源主要为地表水、侧向地下水、大气降水及黑砂河水补给，其活动形式以渗透泾流为主。拟建场地紧邻黑砂河，勘察期间黑砂河水位标高11.55 m。场地地下水及浅层土对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性[1]。

1.3 场地地震效应

场地土类型属软弱场地土，根据钻孔地质资料，该区覆盖层厚度大于 24.2 m且小于80 m，综合判定该建筑场地类别为Ⅲ类。本区抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.10 g，设计地震分组为第一组，根据该场地类别和设计地震分组依据GB50011-2010(2016版)规范条款，该场地特征周期为0.45 s。根据场区工程地质条件分析，场地紧邻河道，为抗震不利地段。设计基本地震加速度值为 0.10 g。

2 全护筒钻孔灌注桩施工工艺

在桩基础施工中，全护筒钻孔灌注桩具有成孔工效快、预防塌孔、混凝土充盈系数正常、质量高、能缩短工期、对地下水没有污染、施工现场整洁等优点[5]。

由于本项目区场地地质条件复杂、尾砂层较厚(2.6～5.9 m)，场地狭小且紧邻黑砂河，地下管道重要且错综复杂，不宜采用人工挖孔桩施工工艺(安全隐患大)、冲击成孔和PHC管桩施工工艺[7](易对地下管道及临河挡墙产生水平作用力)及其它普通成孔工艺(无法穿越尾砂层顺利成孔)。为此，结合相关基础参数及场地特殊条件，本项目亦采用全护筒钻孔灌注桩施工工艺。

2.1 地基土参数

根据勘察土工试验、原位测试结果，各岩土层承载力特征值fak及压缩模量值Es(1-2)见表1[1]：

表1 施工场地岩土体参数

2.2 桩基参数

根据工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级，综合划分岩土工程勘察等级为甲级。根据岩、土试验、标贯试验和动探试验结果，按照行业规范结合本场地前期试桩和工程桩检测结果，确定桩基参数[2]，桩基参数见表2。

表2 钻孔灌注桩参数

根据《岩土工程勘察报告》采用全护筒钻孔混凝土灌注桩，钻孔成孔灌注桩的机具选择、护筒埋设、施工要点及清孔等要求应按现行规范和规程执行[6]。桩基础设计等级为丙级，场地类别为Ⅲ类，桩基为非嵌岩桩。所有灌注桩以第三层土--粉质黏土为持力层，其极限端阻力标准值 qpk=1 200(KPa)，桩长约12～17 m，一般桩要求有效桩长(不含承台)不小于6 m且进入持力层深度不小于2.5 m，桩身穿越尾砂及粉质粘土层时，极限侧阻标准值qsik分列为21 kPa和82 kPa。具体设计参数见表3。

表3 桩基设计参数一览表

2.3 工艺流程

2.3.1 全护筒钻孔灌注桩施工工艺

测定桩位→钻机就位→钻进至第二层尾砂层(以钻出土体判别)→使用振动锤将长护筒振入(振入时必须完全超过尾砂层，且进入第三层粉质粘土层≥1.5 m)→继续钻进至桩底(满足入持力层厚度要求)→清孔→钢筋笼制安→二次清孔(根据桩的性质其沉渣厚度需满足规范要求)→安装导管及料斗→灌注混凝土(超灌高度不小于0.5 m)→使用振动锤拔出长护筒(当拔护筒至尾砂层时应缓慢拔出)→桩基检测(完整性检测+承载力检测)→验收。施工简图见图2。

图2 施工简图

2.3.2 主要技术要点

(1)旋挖钻孔至尾砂层时，采用振动锤将长护筒(设计桩径0.8 m的孔下直径0.9 m的钢护筒，设计桩径1 m的孔下直径1.1 m的钢护筒)振入，要求振入第三层粉质粘土层深度不小于1.5 m(见图3)。

图3 长护筒施工现场 图4 尾砂层钻进现场

(2)若桩心距<2.5 d或2.5 m，应采用间隔跳打，即浇筑完一排后再跳打相邻桩。

(3)桩孔成型后必须清除孔底沉渣，清孔后沉渣厚度不得大于50 mm。

(4)钢筋采用HRB400级钢，桩身混凝土保护层厚度为50 mm。

(5)纵向钢筋沿环向均匀放置，桩身钢筋笼主筋应通长，如需分段制作时，接头应焊接，接头位置应错开35d且不小于500[4]；

(6)吊放钢筋笼时，不得碰撞孔壁，应防止钢筋笼弯曲扭转；钢筋笼外侧需设混凝土垫块，或采取其他有效措施，以确保钢筋保护层厚度达 50 mm。

(7)纵向钢筋用HRB400级钢，接头应采用焊接，同一截面不超过总量的50%，且应隔位错开焊接，焊接班头错开距离不小于35 d且不小于500 mm[2]。

(8)本工程灌注桩的混凝土强度等级为 C35，混凝土的用料及配合比按现行规范和规程处理[3]。

(9)采用导管灌注混凝土，导管的构造和使用以及灌注混凝土的施工要领按现行规范和规程处理。为确保混凝土的质量向导管灌注混凝土时建议采用混凝土泵输送或采用其他有效措施。

(10)实际施工桩顶应超浇500 mm以上[2]，后续施工承台结构时，再将超浇部分(浮浆)凿除，必须同时保证凿除浮浆后暴露的桩顶混凝土达到设计强度，桩顶伸入承台100 mm。

3 效果综述

通过本工程实施，对尾砂地层采用全护筒钻孔灌注桩，成孔顺利、质量有保证、效率高且投资小(图4)。通过桩基检测显示桩身完整性及承载力均能满足设计及相关规范要求。该桩基项目也成为铜陵市黑砂河流域治理的优质工程，在尾砂等其它软弱地层施工中提供了一定的借鉴作用。

4 结语

相对于普通成孔工艺，全护筒灌注桩技术在流塑状尾砂层施工过程中安全可靠，不会出现塌孔、缩颈、混凝土超方严重等现象，为顺利成孔及桩身质量提供了有力保证，对地下水没有污染、施工现场整洁，并具有较好的经济效益。在淤泥质粉质粘土、砂土等其它软弱地层中，全护筒灌注桩施工同样适用，但应结合软弱地层的层厚、压缩模量、承载力特征值、地下水位等因素确定桩身相关参数。通过全护筒灌注桩技术在铜陵市黑砂河超磁站降氨氮桩基工程的成功实施，为后续同类项目的施工提供了一定的参考及借鉴作用。