复杂地质条件下钻孔灌注桩成桩实例

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1、工程概况和工程地质  
    某工程位于钱塘江北岸滨江地块，地基土由冲海相砂土和海湾相软土组成，地下水位高，由于土体形成时间较短(系围垦而成)，土体结构差，含砂量高，且极不稳定，而且局部地表下有一层厚约4m由30～100cm块石组成的块石层，在较深处还有零星抛石，给桩基的施工带来了很大的困难(表1)。 

     表1 土层物理力学指标
    土层编号及名称 层厚(m) 含水量  
    w(%) 重度γ(kN/m3) 孔隙比e压缩模量Es(MPa) 桩周土摩阻力  
    (kPa) 桩端土承载力(kPa) 承载力标准值(kPa) 
    ①粉质粘土 2.00～5.5031.9 18.8 0.910 7.5 12 -- 120  
    ①-1淤泥 0.50～1.70 --16.5 -- -- 4 -- 45  
    ②-1块石 0.30～8.70 --22.0 -- -- -- -- 150  
    ②粉质粘土 0.00～9.4032.8 18.3 0.919 5.0 12 -- 90  
    ③-1粉土 0.40～8.4030.2 19.2 0.840 9.0 20 -- 130  
    ③-2粉砂 2.00～5.8029.8 19.3 0.829 16.2 25 1800 170  
    ③-3粉质粘土 2.50～4.8033.5 18.9 0.922 9.1 -- -- 120  
    ④淤泥质粉质粘土 1.90～3.9038.5 18.0 1.104 4.17 -- -- 90  

    2、桩基方案选择及其施工工艺  
    由于①、②层粉质粘土易产生振动液化，在类似工程地基处理中曾有采用沉管灌注桩产生大面积断桩失败的事例，设计时经多方比较最终选用550水下钻孔灌注桩，设计要求桩尖进入持力层③-2层4d以上，桩长约15m，单桩承载力设计值420kN。  
    在所述地质条件下，保证成桩质量必须解决：击穿块石层，使成孔后块石层部分孔壁不发生坍塌、缩颈；碰到大漂石要确保成孔质量；钻孔过程中因土体不稳定要防止土体流动并保证成孔后不发生缩颈。针对以上情况，采用了以下施工工艺：  
    (1)为穿透块石层采用“冲击+回旋”的工艺。在地表面至块石层底用700冲击钻头冲击造孔，并放置钢护筒至块石层底护壁，以防止成孔后坍塌和缩颈。要保证护筒不移位，在护筒外空隙用黄泥均匀分层填筑以使护筒能保持垂直。放置护筒后，冲击钻机移位，再改用10型回旋钻机钻孔至持力层。成孔后将护筒留在孔内。 
    (2)部分孔位存在有较大的漂石，采用上下反复扫孔将漂石挤入土体。若无法挤掉漂石，则调用冲击钻机击碎处理。 
    (3)为防止土体流动，一是采用跳打施工工艺，跳打间距控制在10d。因按顺序施工，成孔时将由于邻桩间的混凝土侧向挤压使孔壁不稳定，极易导致土体流动，改用跳打工艺后，先打的桩的混凝土已固化，不再产生侧向挤压力，可消除顺序施工时因侧向挤压而引起的孔壁不稳定；二是要在钻头进入易流动的土层时放慢钻进速度，并用优质泥浆掺加白泥以提高泥浆的粘性(造孔时泥浆密度控制在1.3～1.5kg/m３之间)，增加护壁效果。 
    3、成桩情况及试验结果  
    采用上述工艺先施工两根试桩，成桩后经过静载试验(表2)，单桩承载力标准值分别为426kN和492kN满足设计承载力要求。按照试桩施工经验，对施工工艺作适当调整后全面进行工程桩施工，共施打500余根桩，动测结果表明：70%成桩完好符合设计要求，29%有轻度缩颈但基本不影响原设计强度，仅有极个别存在严重缩颈和夹泥现象需采取加固补强处理。但普遍存在充盈系数较大的情况，说明用这种施工工艺成桩时扩孔现象较严重。 
    表2 静载试验结果  
    试桩编号 最大试验荷载  
    (kN) 最大沉降量  
    (mm) 极限承载力  
    (kN) 承载力标准值
    (kN) 承载力标准值对应的沉降量(mm) 
    S1 710 16.64 ＞710426 4.31  
    S2 820 25.32 ＞820492 4.20  
    基础浇筑到标高±0.00m后，即实施沉降观察测量。上部结构结顶时，建筑物的沉降仅3～9mm，不均匀沉降较小，满足国家规范要求。