地基處理中的鉆孔柱錘沖擴(kuò)碎石樁法

申作存

摘要：鉆孔柱錘沖擴(kuò)法是綜合鉆孔樁和柱錘沖擴(kuò)法的一種方法，是在施工場地中，先進(jìn)行鉆孔然后再將碎石填入鉆好的孔中進(jìn)行夯實(shí)成孔的一種方法。一般鉆孔直徑采用300-600mm，深度不大于10米。質(zhì)量為1-8T的柱狀錘（簡稱柱錘），通過自行起重機(jī)或其它設(shè)備，將柱錘提升至距離地面一定高度后落下，將填充在孔內(nèi)的填料分層夯實(shí)形成樁體，同時(shí)對樁間土進(jìn)行擠密，形成復(fù)合地基，并在樁頂部設(shè)置200-300mm厚砂石墊層。

關(guān)鍵詞：鉆孔柱錘沖擴(kuò)法；夯實(shí)；復(fù)合地基；鉆孔樁；柱錘沖擴(kuò)法；附加應(yīng)力；承載力特征值

1 加固機(jī)理

鉆孔柱錘沖擴(kuò)碎石樁法的加固機(jī)理為：

①對擴(kuò)樁填充置換作用。

②對樁間土的擠密作用。

上述作用依不同土類有明顯區(qū)別。對地下水位以上的雜填土、素填土、粉土、及軟-可塑的粉質(zhì)粘土、黃土等都適用，經(jīng)檢測孔底及樁間土在夯孔后都得到擠密，試驗(yàn)證明擠土影響范圍為2-3倍樁徑。一般對地下水位以下的飽和土層等鉆孔時(shí)塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重，有時(shí)甚至無法完成，經(jīng)檢測樁間土的擠密效應(yīng)不明顯，樁身質(zhì)量也難保證，因此對上述土層應(yīng)慎用。

2 施工

2.1 成樁工藝

成樁工具主要為長螺旋鉆，適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、雜填土、中等密實(shí)以上的砂土，成孔時(shí)不會(huì)發(fā)生塌孔現(xiàn)象，且當(dāng)周圍環(huán)境對噪聲、泥漿污染比較嚴(yán)格時(shí)。

采用上述成樁工藝施工時(shí)除應(yīng)執(zhí)行國家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定外，尚應(yīng)符合下列要求：

①長螺旋鉆孔施工至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)準(zhǔn)確掌握提爸鉆桿時(shí)間，一般拔管速度控制在1.2-1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥質(zhì)土，拔管速度應(yīng)適當(dāng)放慢。

②施工樁頂標(biāo)高宜高出樁頂不少于0.5米。

③褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法，當(dāng)基礎(chǔ)底面下樁間土的含水量較小時(shí)，也可采用動(dòng)力夯實(shí)法，夯填度（夯實(shí)后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不小于0.9。

2.2 樁身材料

樁身材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅(jiān)硬粗顆粒材料，粒徑大于300mm的顆粒含量不大于全重的30%。

2.3 施工順序

①清理場地并平整施工場地，當(dāng)表土松軟時(shí)可鋪設(shè)厚度1.0-2.0米的砂石施工墊層。

②標(biāo)出鉆孔位置，并測量場地高程，一般高出設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5米左右。

③鉆機(jī)就位，進(jìn)行鉆孔，鉆至設(shè)計(jì)深度后，拔出成孔。

④樁體施工垂直度偏差不應(yīng)大于1%，對滿堂紅布樁基礎(chǔ)，樁身偏差不大于0.4倍的樁徑；對條形基礎(chǔ)，樁身偏差不大于0.25倍樁徑，對單排布樁樁位偏差不大于60mm。

⑤鉆機(jī)離開，使柱錘施工機(jī)具就位，使柱錘對準(zhǔn)已鉆好的樁體。

⑥成樁：用標(biāo)準(zhǔn)料斗或運(yùn)料車將拌合好的填料填入樁孔夯實(shí)。錘的重量、錘長、落距、分層填料量、分層夯實(shí)厚度、夯擊次數(shù)、總填料量等應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。每個(gè)樁孔應(yīng)夯填至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上至少0.5米，其上部樁孔宜用原槽土夯封。

⑦施工機(jī)具移位，重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一根樁施工。

3 設(shè)計(jì)與計(jì)算

樁的布置

處理范圍大于基底面積，一般在基礎(chǔ)的邊緣外擴(kuò)2-3排樁，并不小于基底下處理土的厚度的1-2。對存在軟弱土層或有可能存在砂土液化的粉土和細(xì)砂層，可適當(dāng)?shù)募訉挕?/p>

地基處理的寬度超過基礎(chǔ)邊緣一定范圍，主要作用于增加地基的穩(wěn)定性，防止基底下被處理的土層在附加應(yīng)力的作用下產(chǎn)生測向變形，因此，越軟的土層，加寬的范圍應(yīng)越大。通常按應(yīng)力擴(kuò)散角θ=30度來確定加固的范圍，并不少于2-3排。

樁位布置可采用正方形、矩形三角形布置。常用樁距1-3米，或樁徑的2-3倍，樁徑可采用400-800mm，孔內(nèi)的填料必須經(jīng)過檢驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

鉆孔柱錘沖擴(kuò)法的承載力設(shè)計(jì)與計(jì)算因無現(xiàn)成的公式計(jì)算，復(fù)合地基承載力應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定初步設(shè)計(jì)可按公式①

fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk進(jìn)行估算。式中fsk為樁間土的承載力特征值，可取天然地基承載力特征值，β為樁間土承載力折減系數(shù)。當(dāng)樁間土未經(jīng)修正的承載力特征值大于樁側(cè)土承載力特征值的平均值時(shí)，可取0.1-0.4，差值大時(shí)取低值，當(dāng)樁側(cè)土未經(jīng)修正的承載力特征值小于或等于樁側(cè)的承載力特征值的平均值時(shí)，可取0.5-0.9，差值大時(shí)取高值；當(dāng)設(shè)置褥墊層時(shí)均取高值；Ra為鉆孔柱錘沖擴(kuò)樁的單樁承載力特征值。

也可按公式②Ra=ηfcuAp進(jìn)行計(jì)算。式中fcu為鉆孔柱錘沖擴(kuò)樁現(xiàn)場的實(shí)際檢測出的承載力，η為樁身折減系數(shù)，干法可取0.2-0.3，根據(jù)公式①和②進(jìn)行比較取小值作為此設(shè)計(jì)的依據(jù)。

變形計(jì)算。地基處理后的變形驗(yàn)算可按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）鉆孔樁有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，樁長范圍內(nèi)復(fù)合土層方法和天然地基相同。初步設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)合土層的壓縮模量可按公式

Esp=【1+m(n-1)】Es并結(jié)合柱錘沖擴(kuò)法進(jìn)行計(jì)算。

Esp為復(fù)合地基的壓縮模量，Es為加固后樁間土的壓縮模量，可按當(dāng)?shù)厝≈怠?/p>

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

4.1 施工過程質(zhì)量

施工過程中應(yīng)隨時(shí)檢查施工記錄及現(xiàn)場施工情況，并對照預(yù)定的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，對每根樁進(jìn)行質(zhì)量評定，對樁身質(zhì)量有懷疑的工程樁，應(yīng)用重型動(dòng)力觸探進(jìn)行自檢。

4.2 柱身及樁間土質(zhì)量檢驗(yàn)

在施工結(jié)束后7-14天內(nèi)，可采用重型動(dòng)力觸探進(jìn)行樁身及樁間土進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，并對處理后的樁身質(zhì)量及復(fù)合地基承載力做出評價(jià)。檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)一般為總數(shù)的2%。每一單體工程樁身及樁間土總點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于6點(diǎn)。

基槽開挖后，應(yīng)檢查樁位、樁徑、樁數(shù)、樁頂密實(shí)度及槽底土情況。如發(fā)現(xiàn)漏樁、樁位偏差過大、樁頭及槽底土質(zhì)松軟等質(zhì)量問題，應(yīng)采取被動(dòng)補(bǔ)救措施。

4.3 竣工驗(yàn)收及承載力檢驗(yàn)

應(yīng)進(jìn)行單樁復(fù)合地基或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，載荷試驗(yàn)應(yīng)在成樁14d后進(jìn)行。檢驗(yàn)總數(shù)為總樁數(shù)的0.5%，每一單體工程不應(yīng)少于3點(diǎn)。

5 工程實(shí)例

某市一廠房，單層，無地下室，長200米，寬50米，上部為雜填土，深6-7米，下部為承載力為fak=150Kpa，含水量在23%-27%之間的粉質(zhì)粘土，因如采用樁基礎(chǔ)，不經(jīng)濟(jì)。故進(jìn)行地基處理。

因場地主要為雜填土，里面含有大量的建筑垃圾，如采用普通柱錘沖擴(kuò)法，成孔鉆進(jìn)難度較大；如采用鉆孔樁，樁長較大，不經(jīng)濟(jì)，所以采用了鉆孔柱錘沖擴(kuò)碎石樁法進(jìn)行地基處理。

本工程鉆機(jī)采用普通長螺旋鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，樁徑采用直徑600mm，樁距為2.00米，樁長8米，進(jìn)入下部粉質(zhì)粘土層。將無錫生產(chǎn)的SH-30鉆機(jī)將重1T的夯錘，吊起1米以上進(jìn)行夯擊，用標(biāo)準(zhǔn)料車填充，每填一車，用夯錘夯擊10次，然后再填，再夯，直至地表。

在處理完整個(gè)場地后，在14天后進(jìn)行樁體和樁間土進(jìn)行檢測，采用的是重型動(dòng)力觸探和多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。動(dòng)力觸探進(jìn)行了103處，多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)6點(diǎn)。

經(jīng)檢測，所有處理過的地基全部承載力超過fak=200Kpa，符合對淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，本工程在地基處理后，采用了淺基礎(chǔ)。本工程從2000年處理后，目前使用良好，節(jié)省了工程造價(jià)，縮短了施工工期，甲方給予了認(rèn)可，并對該處理方法給予極高的評價(jià)。