垃圾填埋地层中长螺旋钻孔压灌桩高质量成桩工艺探究

李绍才

（北京城建集团有限责任公司建筑工程总承包部，北京 100088）

1 施工环境及地质情况描述

当前城市建设快速发展，城市中心区域已无法满足空间要求，向市郊扩展已成为普遍现象，不少市郊杂填土区域、垃圾填埋场等已被规划为建设用地，在此环境中，各类建筑工程施工将面临不少问题，桩基或护坡桩施工同样面临挑战。

本文所述垃圾地层中成桩，指在城郊多年囤积的垃圾填埋区采用长螺旋工法施工护坡桩，桩长为20，22，25m，桩径为0.8，1.0，1.2m。建筑物基坑为明挖深基坑，基础埋深为原地面以下15.0～18.0m；基坑支护采用护坡桩+预应力锚索体系；地下水处理采用坑外三轴搅拌桩止水+坑内疏干井排水。垃圾填埋数量达数十万立方米，填埋深度10m左右，垃圾成分以生活垃圾居多，掺杂砖头、瓦块等其他杂物，成分极为复杂。

在上述地层条件下进行护坡桩施工，成桩质量难以控制，高质量成桩更面临巨大挑战。如果成桩质量无法保证，基坑开挖后坑壁外观效果也将受到较大影响，甚至不利于工程验收。

2 长螺旋施工工艺选择及遇到的难题

长螺旋成孔压灌混凝土后插钢筋笼工艺属于干作业工法，施工工艺较简单，对工期把控有利。在垃圾填埋地质层中选择长螺旋工艺成桩的原因包括：①施工速度快；②无需排除泥浆，可解决城区施工泥浆排放不便及成本高的难题；③同等条件下，相较其他工法节约成本；④在采取合理措施后安全质量有保障。

当采取相应措施后可使孔壁土较密实，同时对桩身侧向变形及位移起到更好的保护作用，且可为后续施工的桩间喷射混凝土提供较好的作业基面。但该工艺对地质条件要求较高，主要体现在岩层、易坍塌地层、松散地质层中施工难度大或质量无法得到保障，在垃圾地质及杂填土层中（主要指生活垃圾、砖头、瓦块、卵石或孤石）成桩难度更大，主要表现如下。

1）易塌孔且影响混凝土灌注及钢筋笼下放 生活垃圾成分较杂，且多为塑料袋包裹后丢弃，钻杆触接到该地层后会被杂物或包裹袋缠绕，加之杂物整体性及自稳性能极差，钻杆提升会造成孔壁坍塌。若此时按传统工法操作提升钻杆并灌注混凝土，桩身质量将无法保证，会因孔壁杂物较大阻力反侵入桩身混凝土，造成桩体缺陷。另外，由于杂物侵入桩身混凝土，混凝土和易性变差或阻力过大，导致钢筋笼无法插放到既定标高位置。

2）混凝土充盈系数大、不经济 主要原因为孔壁孔隙较大或地层窜浆流失所致，混凝土灌注后直接填充到桩身以外孔隙或通过孔隙流失，严重时混凝土充盈系数可达2.0，对成本控制不利。

3）桩身外观效果差、验收合格率无法保障 基坑开挖桩身外露后，因上述原因多显示为夹渣、鼓凸，外观效果极差。夹渣清除后，桩身缺陷显露为孔、凹坑；鼓凸部位剔凿费工费力，甚至剔凿时易因大块混凝土脱落导致钢筋外露，存在质量隐患。

3 超前预控处理措施

3.1 试桩试验

按设计及相关要求布置试桩点，试桩尽量选择地勘未探测到或地质情况有疑虑部位，必要时可增加试桩数量。为避免试桩不合格导致不良后果，不宜采用原位试桩，应将试桩位置选择在拟施工桩位附近。试桩步骤如下。

1）超前钻探 试桩前采用长螺旋钻机钻孔提取土样，将钻孔得到的土质情况与地勘报告对比，分别标明施工作业范围桩位地层实际分布情况，为下一步预控措施做准备。

2）灌砂土 此工序是处理措施的核心步骤，其主要目的是增加孔壁自稳性能、防止塌孔和控制灌注混凝土的充盈系数。砂土的灌入对垃圾层起到挤压作用，将桩孔部位杂物推挤到桩身固结体外。为节约成本，采用的砂土材料可就近选用基坑土，土中掺入天然砂，体积比约为土∶砂=8∶2。砂土在长螺旋第1次成孔拔出钻杆后灌入，灌入砂土后采用钻杆二次成孔，灌入量根据试桩效果达到桩身质量要求确定。砂土灌入后，在地下水或砂土本身自重作用下，会渗入垃圾层中对孔隙起填充作用，同时，砂土在钻杆旋转作用下将形成“泥膜”，可有效防止塌孔，增强桩孔圆真度及孔壁稳定性。当遭遇局部孔位塌孔严重区域，可采取多次砂土灌入、多次钻杆旋转搅拌，以确保垃圾层空隙填充密实。

3）取芯检测 试桩结果采用取芯检测，每棵试桩取4个芯位，取芯分为外环和内环取芯。外环芯位布置在靠近桩身外沿，但不得破坏钢筋笼，取3个点，按120°圆心角布置；内环取芯取1个点，布置在桩身圆心部位。该项工作主要目的是检测桩身实体完整性及是否存在孔洞、夹渣等质量缺陷，为施工操作收集参数，确保正式施工成桩质量。

3.2 成桩顺序

垃圾地质层中必须实行跳孔成桩，一般按不小于4倍桩径进行跳孔，同时要确保相邻桩混凝土灌注间隔时间不少于48h。

3.3 钻杆提升及灌入混凝土要求

泵入混凝土时，钻杆提升速度宜控制在1.0m/min左右，较常规要求提升速度要减慢，以确保混凝土灌注后能保证桩身设计强度，且充盈系数控制在理想状态。通过该处理措施后，绝大多数桩体充盈系数可控制在1.0～1.1。

4 结语

实践证明，通过对长螺旋工法在垃圾地层中成桩质量出现的难题及解决措施探讨与研究，灌注混凝土充盈系数得到有效控制，基坑开挖后显示桩身外观质量效果良好，实现高质量成桩。

1）经济效益 相同施工条件下较冲击成孔、旋挖成孔节约成本。另外，桩孔中填入砂土材料价格低，与混凝土流失量相比大大降低成本。

2）社会效益 扩展长螺旋施工工法的应用范围，且该成果除可推广应用于垃圾填埋层外，还可用于杂填土等松散地质层。

3）环境效益 长螺旋施工工艺本身无需排除泥浆或泥浆外运，在垃圾地质层中成功应用该施工工艺，实现泥浆不外排的良好结果，减少对施工现场及运输道路的污染，有效保护了生态环境。