沿海厚吹填土地層條件下樁基縮徑問(wèn)題的控制研究

摘?要：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)樁基成孔縮徑情況和成孔檢測(cè)資料，并依據(jù)工程勘察報(bào)告技術(shù)參數(shù)，通過(guò)分析吹填土地層縮徑原因，及縮徑時(shí)間與縮徑量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并提出解決厚層吹填土縮徑的方法。

關(guān)鍵詞：樁基;工程勘察;吹填法

1?引言

吹填法作為一種圍海造陸的手段，在吹填陸地的同時(shí)還可以疏浚巷道，是解決沿海城市土地資源緊缺的一種有效經(jīng)濟(jì)手段，但同時(shí)吹填土的高液限、高含水率、高壓縮性，及低干密度、低強(qiáng)度、低滲透性即“三高三低”的特性，對(duì)樁基的施工、使用和安全產(chǎn)生很大的影響。

2?孔壁穩(wěn)定性影響因素

鉆孔樁孔壁失穩(wěn)的根本原因是由于鉆孔過(guò)程破壞了孔周土體原始應(yīng)力平衡，孔周邊形成應(yīng)力集中，孔壁土體受力超過(guò)了其強(qiáng)度值，致使土體屈服破壞。

2.1?天然因素

2.1.1 原始地應(yīng)力

研究表明，水平地應(yīng)力的各向異性對(duì)井壁穩(wěn)定性具有顯著的影響，當(dāng)最大水平地應(yīng)力與最小水平地應(yīng)力的比值（σ_H/σ_h）越大，井壁發(fā)生破壞的可能性就越大^[1]。

2.1.2 時(shí)間因素

根據(jù)土力學(xué)，軟土土體具有蠕變特性，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，巖土的變形量會(huì)增加，當(dāng)這種變形量達(dá)到一定程度，會(huì)產(chǎn)生孔內(nèi)縮徑甚至局部坍塌。另外，有的土體經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間在水中浸泡會(huì)膨脹、軟化，也會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生較大影響。所以，孔壁穩(wěn)定還必須滿足時(shí)間因素條件。

2.2?人為因素

2.2.1 泥漿性能

由孔壁穩(wěn)定性基本條件—靜力平衡條件：

根據(jù)此平衡條件可以看出，要使得樁孔處于穩(wěn)定狀態(tài)主要通過(guò)控制泥漿的密度等參數(shù)來(lái)達(dá)到。

2.2.2 施工工藝

成孔工藝的影響：鉆孔樁成孔工藝主要有正循環(huán)和反循環(huán)，在同等條件下，正循環(huán)由于泥漿通過(guò)泥漿泵強(qiáng)行壓入會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生正壓力，而反循環(huán)由于泥漿泵的對(duì)孔內(nèi)泥漿抽吸會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生負(fù)壓力。正循環(huán)鉆進(jìn)成孔工藝對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響比反循環(huán)成孔工藝更有利。

2.2.3 附加荷載

主要包括靜荷載和動(dòng)荷載。靜荷載主要包括臨近建筑物荷載、施工機(jī)械設(shè)備及樁孔附近的堆載，由上述靜力平衡條件公式也可以看出荷載大小，與樁孔的距離對(duì)其都有重要影響^[2]。

3?場(chǎng)地工況

3.1?地層工況

本文工程擬建場(chǎng)地所處地貌單元屬濱海海積灘涂，從區(qū)域地質(zhì)及鉆探資料來(lái)看，場(chǎng)地上部分布有大于80m厚的第四系松散沉積物，其中上部40m左右為軟土，屬河口相和海相沉積物，為淤泥及淤泥質(zhì)土，成因時(shí)代為第四紀(jì)全新世（Q₄）;中下部為河流相、湖泊相沉積物，為黏性土和碎礫石層，成因時(shí)代為中更新世（Q₃）?？s徑問(wèn)題主要發(fā)生在3～9米處的吹填土層，故將以上部吹填土地層為主展開研究。吹填土，灰黃色，稍濕，松散狀，吹填形成，主要成分為淤泥，含少量黏性土和粉砂，為新近吹填而成，時(shí)間小于1年，全場(chǎng)分布。淤泥為灰色，流塑狀，高靈敏度，高壓縮性，韌性高，干強(qiáng)度高，搖振反應(yīng)無(wú)，切面光滑，含少量粉砂、貝殼碎片及腐殖質(zhì)，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)黏土。上部已預(yù)壓排水，含水量相對(duì)較小，全場(chǎng)分布。

3.2?成孔泥漿工況

本次鉆進(jìn)中泥漿工藝采用的是鉆孔自然造漿，重度γ_s= 1.1 kN/m³。根據(jù)上述靜力平衡條件，巖土內(nèi)應(yīng)力F取土體的抗剪強(qiáng)度，圓環(huán)應(yīng)力σ與半徑有關(guān)，無(wú)具體參數(shù)，忽略圓環(huán)應(yīng)力有利于增大泥漿的重度，對(duì)穩(wěn)定有利，故將其忽略不計(jì)。泥漿的水頭壓力P=ρgh。附加荷載R₀只有鉆塔和鉆桿的重量，但鉆塔底部支架面積較大，附加應(yīng)力與土體自重應(yīng)力相比較小可忽略不計(jì)?？妆趲r土的側(cè)壓力P₀按靜止土壓力計(jì)算：

由靜力平衡條件可知，當(dāng)F + P + σ= P₀+ kR₀時(shí)，孔壁土體處于極限狀態(tài)，此時(shí)的深度Z=1.04m。即在深度1.04m以下，土體將逐漸屈服，直至破壞。

4?縮徑控制

根據(jù)場(chǎng)地土層性質(zhì)及參數(shù)結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)，縮徑控制主要通過(guò)三種手段：加長(zhǎng)護(hù)筒、改善泥漿、鉆孔擴(kuò)徑。

4.1?加長(zhǎng)護(hù)筒

護(hù)筒控制縮徑效果較好，安全可靠，但超過(guò)一定深度，施工難度及成本將成倍增高，本工程縮徑主要在3～9米深度，下護(hù)筒顯然不是一種最合適的手段。

4.2?改善泥漿

本文項(xiàng)目鉆進(jìn)過(guò)程使用的泥漿是鉆孔自成漿，泥漿重度為1.1 kN/m³，根據(jù)靜力平衡條件計(jì)算得，在距地平面以下1.04m處，井壁土體即處于極限狀態(tài)，向下將發(fā)生屈服，直至破壞，且縮徑將沿孔深一直產(chǎn)生。而實(shí)測(cè)縮徑發(fā)生在3～9m處，這計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有偏差，分析是由于忽略了護(hù)筒支撐保護(hù)和井壁的圓環(huán)應(yīng)力，護(hù)筒支撐和圓環(huán)應(yīng)力對(duì)計(jì)算穩(wěn)定性有利，導(dǎo)致縮徑實(shí)際開始位置與實(shí)際有偏差。另一，實(shí)際縮徑發(fā)生在3～9m處，與計(jì)算值不符^[3]。

4.3?鉆孔擴(kuò)徑

根據(jù)計(jì)算分析可得出，縮徑發(fā)生在鉆進(jìn)的剛開始，且縮徑量較大，最大縮徑量達(dá)到276.5mm?？s徑曲線斜率增大，表明隨時(shí)間的增長(zhǎng)，縮徑速率在增大，這與土體的蠕變性有關(guān)。由上述曲線可在確定時(shí)間計(jì)算出縮徑大概值，為實(shí)際工作的展開提供依據(jù)。如本次施工，從鉆孔完成至灌漿結(jié)束，大約4個(gè)小時(shí)，在4小時(shí)內(nèi)，設(shè)計(jì)600mm的樁徑縮徑量最大達(dá)到168mm，所以可提前將孔徑擴(kuò)至770mm～800mm;設(shè)計(jì)800mm的樁徑在四小時(shí)內(nèi)縮徑量將達(dá)到87.7mm，故800mm的樁孔可鉆至870～900mm。

5?結(jié)語(yǔ)

由于吹填土的特殊性及其固結(jié)時(shí)間短，造成其工程性質(zhì)較差，影響樁基施工質(zhì)量、工期、安全及經(jīng)濟(jì)性，因此建議采取添加水硬性膠結(jié)材料、摻填膨潤(rùn)土、添加外加劑、預(yù)擴(kuò)徑等技術(shù)措施改善吹填軟土地基地質(zhì)力學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]王 芳，郭進(jìn)京，鄭忠成.吹填土地基處理方法的討論. 巖土工程界，2008，12（6）：15-17.

[2]羅紹明， 朱文鑒.大口徑鉆孔樁孔壁穩(wěn)定分析研究.探礦工程.2000，1：35-37.

[3]史燕南，俞炯奇，周劍鋒，等. 吹填淤泥固化室內(nèi)試驗(yàn)研究. 水運(yùn)工程.2014，5：138-142.

作者簡(jiǎn)介：姓名：李明（出生1967年8月-），性別：男，民族：漢族，籍貫：上海，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：高級(jí)工程師，主要研究方向：巖土工程/地基基礎(chǔ)工程/地下建筑工程。