深厚富水砂层中旋挖桩的应用

深厚富水砂层中旋挖桩的应用

林云1 周密2

云南省城乡建设投资有限公司 云南昆明 650500

1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 云南昆明 650051

摘要：本文结合某深厚砂层桩基础施工遇到的问题，通过边施工边探索，分析出项目的塌孔区域分布规律，并采取相对应措施，节约了较大成本和缩短了工期。

关键词：旋挖桩；深厚富水砂层；塌孔区域；分布规律

1.工程实例

该项目位于云南，地上25层，讲台1〜2层，地下2层。基坑的开挖深度约为9.0m（由SMW方法支撑，并使用三轴搅拌桩止水）。根据岩土工程勘察报告，项目现场暴露的地层主要为第四纪土壤层（填充层，冲积层）和第三纪粗糙岩石（含泥岩和砂岩）。

2.工程地质条件

从上到下详细介绍了每个岩土层的工程地质特性和分布特征：

填土（第1层）：灰黄色，灰色，湿至饱和，疏松，主要由黏土组成。层厚度为0.80至6.10m，平均为3.03m；

淤泥质土（层数2-1）：灰黑色，流动的塑料，有臭味，含有更多腐殖质，部分含有较多砂。层厚1.20～7.20ｍ，平均3.59ｍ；

粗砾砂（层数2-2）：灰黄色，饱和，稍致密至中等致密，石英质，粒度不均匀。层厚1.40〜13.70m，平均5.55m。

粉质黏土（2-3号层）：灰黄色，塑料，带有少量沙子，土壤质量不均匀。层厚1.10〜12.10m，平均3.69m；

淤泥质土（2-4层）：灰黑色，流动的塑料，有臭味，含有更多的腐殖质和植物根茎，局部含有更多的沙子。层厚度为0.80至19.90m，平均为5.12m；

粉质粘土（2-5层）：灰色，灰黄色，塑料，部分沙质，土壤质量不均。层厚度为0.60至3.60m，平均为3.36m；

粉砂（第2-6层）：灰黄色，灰色，饱和，稍致密至中等致密，部分疏松，石英，粒度不均，部分包含更具粘性的土壤。层厚1.90〜14.60m，平均7.13m；

粗砾石（第2-7层）：灰黄色，饱和，稍致密至中等致密，石英质，晶粒大小不均，局部含有更多的砾石砂或少量圆形砾石，粒度为2至8 mm。层厚度为0.30至10.80m，平均为4.66m；

圆砾（层数2-8）：灰色，淡黄色，灰白色，中等且致密，颗粒成分为石英岩，主要为半圆形。层厚度为0.60至17.30m，平均为5.39m；

淤泥质土（第2-9层）：灰黑色，流动的塑料到软塑料，有气味，含有更多的腐殖质，部分含有较多的粘性土壤。层厚度为0.80至11.50m，平均3.99m；主要岩土力学参数如表１所示。

表1 岩土体力学参数

3.水文地质条件

根据含水介质的类型，该场地的地下水可分为填充层中第四系赋存于填土层中的上层滞水，赋存第四系砂土层中的潜水和基岩裂隙中的水。此处的粘土层和淤泥土壤层是相较不透水的。第四系地下水主要分布在淤泥，粗砾砂和圆砾层中。它有丰富的水，连续性好，并可能有一定的承压力。在调查过程中，测量孔中静态水位的埋藏深度为0.00至3.80 m，水位变化范围约为0.5至2.0 m。

4. 桩基础设计及施工

本项目桩基础设计为现浇混凝土灌浇桩，桩身混凝土为C30标号，桩径为800mm，采用端承摩擦桩，强风化泥质粉砂岩用作桩端承重层。该场地的地面标高为4.0m，设计桩顶的绝对标高为-4.9m。对地质条件和设计入岩要求进行了综合分析，使用多台Sany SR280旋挖钻机钻孔。在施工过程中，土方转送面的高程为-2.9m，即基坑距原地面的深度为6.9m。施工期间，基坑外的水位高为3.0m，基坑内的水位为-3.9m。

5.工程出现的问题及解决方法

5.1施工过程

试桩是在项目施工之前进行的。根据测试桩的两种不同结果，施工采用了两步法。两个打桩机沿着第二和第三测试桩位置开始施工。另外，在第1试验桩位置上设置了打桩机，在10m的距离处构筑了减压井，在该桩附近进行开孔施工。整个过程从站点的东侧向西侧发展。当施工完成到场地的四分之一时，发现该项目的坍塌孔区域集中在中间的带状分布区域上。该区域具有边界并显示在边界内。孔坍塌的可能性基本上为零。

根据这条带的趋势，将人为地对其进行扩展以绘制项目的水力影响路线图（①试验桩布置图；②减压井的布置；③施工总流向；④水力影响路线）。在以后的旋转挖掘桩施工之前，沉淀井集中在该区域。此时，探索了早期的减压井建设，并进行了指导施工。事实证明，减压井的后期效果明显，基本解决了该范围内的灌注桩施工问题，确保了整个工程的顺利进行，直至工程完成。总体施工流程图如图1所示。

图2施工总体流程图

5.2问题及原因分析

为了验证施工方案的合理性，安装了三个旋转打桩机，同时打开了三个测试桩位置。其中，在第1号测试桩位置，打桩机在当前地面以下约22m处钻了一个孔，钻杆被拔出并放置了很长一段时间。更换钻头后，继续钻孔，出现泥浆冒泡，随后压力水涌出，涌动越来越大，钻头立即停止的次数就越多。使用吊绳检测孔的形成深度，以确定桩孔已塌陷。为了防止孔进一步塌陷，使用了平原土壤和沙土回填孔。但是，第2号和第3号试验桩的开孔过程是正常的，直到浇筑混凝土时才发生孔塌陷。

根据一号试桩场的地质分析，施工桩的长度没有穿透砂层，孔洞塌陷现象是由地下水活动引起的。造成这种情况的可能原因是：①深水沙层中可能存在承压水。当旋转钻机穿透上层不透水层时，压力水沿着桩孔从桩孔中涌出。 ②由于打开了测试桩，位置靠近基坑。安装在基坑中的防水桩可能无法完全穿透砂层，这将导致钻机开孔并破坏原始的水力平衡。

另外，根据地质调查发现，地层与2号和3号试验桩的试验结果相似。对1号测试桩遇到的问题的初步评估不是该站点的全面功能，可以采取不同的处理方式。

5.3 成桩质量与测试

土方开挖至基坑底部后，检查工程桩基。在挖起桩头后，发现在上述受地下水压力影响的区域中的上述钻孔桩具有两个湿表面的桩，并怀疑桩中有渗漏通道。测试了两个桩的小应变和岩心拉力测试。验证它是否有缺陷。高压旋转灌浆后，测试了两个桩的小应变和静载荷。试验结果表明，桩基的承载力满足设计要求，可以投入使用。该项目剩余基础桩的测试结果表明，桩体的完整性完好无损或存在轻微缺陷，分别为一等和二等桩。没有三等桩。现浇桩的施工质量是可以接受的，并且该项目已成功完成

6 解决方案

根据上述内容分析，泥浆返涌及地下压力水上涌，是因为成桩洞内水头压力大于泥浆自重覆盖压力，为解决该问题，提出了以下三个方案，并对其分别展开了试验，最后验证了其合理性。

（1）增加泥浆比重，让泥浆柱形成的压力大于地下承压水压力。将泥浆比重由1.25上调至1.35，对压力水上涌现象有一定缓解作用，但静置一段时间后仍然出现压力水上涌现象，单纯的依靠上调泥浆比重，仍无法平衡承压水水头压力。

（2）设置高护筒或土方回填，使桩孔孔口位置高于承压水水头高度，但高护筒或土方回填会提高混凝土浇筑要求，并增加工程工期和成本，不适用本工程。

（3）场地面设置降压减压井。降压减压井采用施工中的旋挖钻机设备施工，穿过底部砂层透水层不少于1.0ｍ，通过设置减压井后，发现临近减压井的桩位施工时，水头不再上涌，工程桩从开孔到浇筑都能顺利完成，且过程无涌水、返浆现象。

为达到最合理状态，本工程采用了增加泥浆比重，同时加设降压减压井，以加大平衡力结合降低水头压力的综合方案进行处理，最终灌注桩都全部顺利施工。

7 结论

根据该项目深水富砂层的现浇桩施工分析，钻孔塌方和现浇桩的质量是该项目首先要解决的问题，与整个项目的成功有关。在旋挖施工中，增加了泥浆的比重，结合设置降压减压井进行降压的同时，综合考虑了试验桩的施工规则，并在合理的区域内布置了降水井，在减少沉淀井数量的同时，还减少了对整个场地的地下水的影响，尽可能地保持了原有的水力平衡，并确保了其余场地的现浇桩的施工质量。本项目采取的相关措施，可为类似的工程地质项目提供一定的参考。

参考文献

[1] 周鹏忠等．砂砾质粉质粘土层中旋挖灌注桩施工技术探讨[J]．工程技术交流，2016（5):77-79．

[2] 梁镜宇．旋挖钻在富水厚砂层桩基施工中的应用[J]．施工技术，2018（11）:145-146．