浅谈钻孔灌注桩在湿陷性黄土地基中的应用

张世年

兰州铁路局建设管理处，甘肃兰州 730000

在西北湿陷性黄土地区，因黄土遇水沉陷而导致各类建筑物的沉陷事故多有发生。现就钻孔灌注桩技术在湿陷性黄土地基中的应用实践和钻孔灌注桩的技术特点以及有关技术问题谈一些粗浅的看法，使这一技术在具体运用中进一步完善，以期在实践中发挥更大的作用。

1 钻孔灌注桩技术特点

钻孔灌注桩做为深基础的主要形式之一，近年来在国内外被广泛地应用于房屋建筑、桥梁等基础工程之中。这一技术首先应用于地下水位高、土层错综复杂的美国匹兹堡地区。目前我国大部分地区特别是沿海地区相继使用。近年来，我们在住宅楼工程中大胆引进，取得了较好的技术经济效果。

钻孔灌注桩技术是采用反循环回转钻进设备，利用转盘式钻机，提放大直径钻具，配备各种反循环泵组及其相应的动力设备和附属设备；与反循环钻进使用较短钻具、给进行程小的情况相适应。其成桩过程是采用反循环冲洗钻孔方式的一种回转钻进方法，使用清水做冲洗液，钻进中形成泥浆护壁，利用水柱压力保持孔壁稳定达到设计深度后提钻，换浆清孔，经扩底后下管、灌注混凝土、下钢筋笼、插筋后形成桩体。该技术具有以下特点：

1）可以采用较大的桩径，目前国内外已达到3m以上，还可以采用底部扩大的桩径；

2）桩的长度灵活，因而可以适应于桩端持力层标高起伏变化复杂的地区；

3）适应性广。包括基岩、卵石在内的各种土层、岩层和各种形式的基础工程都可以采用。不受地下水位高低的限制和影响，不用大开挖，不用放坡，对相邻筑物没有影响。既可在室外施工，也可在室内施工。既可在山区、丘陵地区采用，也可在沿海软土地区和西北黄土地区应用；

4）可减少土方工程量，减轻工人劳动强度，提高施工机械化水平和劳动生产率，缩短基础工程施工工期；

5）节省钢材和木材，因此成本较低；

6）施工所用设备比较简单，制做容易。所需大型设备较少，施工技术不十分复杂；

7）施工工序简单。钻孔灌注桩不需要预制，成桩后亦不用截桩；

8、施工灵活方便，无噪音、无公害。打预制桩由于受打桩设备限制，在建筑物附近或厂房内不能施工;打桩产生噪音对附近居民也有一定影响；

9）杭震性能好。一些震灾调查资料表明，凡是采取钻孔灌注桩基础的建筑物，其上部结构震害都很轻且变形也小。目前大部分地区从事建筑时都要考虑抗震设防，而钻孔灌注桩则是抗震性能最好的一种基础形式；

10）单桩承载力高。根据桩径和长度的不同，单桩承载力可由几十吨到几百吨乃至上千吨。因此，它既可作为低层建筑的基础，又可作为高层建筑和重型构筑物的基础；

11）在钻孔过程中能够进一步核查地质情况，可根据地层构造选定适当的桩长和桩径，桩可长可短，可粗可细，应用上比较灵活，不受运输和起重条件的限制。

由于钻孔灌注桩技术具有上述特点，当前，全国大部分地区均已采用了这一施工技术。铁路、公路部门已广泛采用了钻孔灌注桩。航务、水利、工业和民用建筑等工程部门也已大量采用，取得了较好的技术经济效果。实践证明，钻孔灌注桩是一种切实可行的基础形式，展现了良好的使用前景。

2 在黄土地基中钻孔灌注桩的应用

黄土湿陷是一个极为复杂的现象，过去由于对黄土的湿陷性认识不足，对基础的处理不够慎重，加之采取的处理措施不力，对于水的管理失控，致使不少建筑物基础在浸水后出现下沉、开裂等情况。有的建筑物地基虽经多次处理仍未彻底解决问题，造成停工停产，影响了运输生产，甚至给人们生命财产带来极大危害。

目前还没有一种假说能够比较确切而满意地阐明黄土的湿陷机理。黄土的湿陷性质和物理、力学性质虽然互有关联，然而它们之间很难找到定量的关系。既然黄土的湿陷机理如此复杂，处理对策如此困难，就必须从地基处理技术上寻找出路。为此，钻孔灌注桩这一施工工艺就被广泛应用于湿陷性黄土地基当中。

钻孔灌注桩在湿陷性黄土地基实际应用当中，可以对混凝土配方和施工工艺不断的进行摸索、改进。比如，当桩孔净间距过小时应采用间隔跳跃施工顺序，防止孔内串穿，也有利于成桩后的平行灌注作业；通过垂直静载和水平静载试桩，对桩体不同深度、不同部位取出的试块做不同龄期的抗压抗折强度和弹性模量试验，为改进混凝土配方积累试验数据和资料。大量工程实例证明，钻孔灌注桩无论是施工工艺还是桩径、桩体的长期强度等技术指标，在湿陷性黄土地基中做为桩基而被广泛应用是有优势的。

3 工程实例

在当前人工工资日益增加的情况下，钻孔灌注桩技术应用于湿陷性黄土地基中基础工程中，具有较好的技术、经济效果。

某高层住宅楼地处二级湿陷性黄土场地上，黄土层厚14m～15m，地下水埋深为12m左右。根据土工试验资料，地下8.5m土层仍存在湿陷性。当时吸取了其他工程基础浸水后出现下沉、裂缝的教训，对钻孔灌注桩与钢筋混凝土打入桩、挖孔桩、机械成孔振动桩等方案进行了技术经济比较，最后决定采用钻孔灌注桩基础。

表1

该住宅楼系钢筋混凝土框架结构。地层自上而下为：填土、黄土状轻亚粘土、卵石。地基土天然地基承载力为：黄土状轻亚粘土0.16MP，卵石0.45MP。钻孔灌注桩按每个框架柱下一根桩设计，桩长15m～16m，桩尖进卵石层0.3m，施工使用QZ-200型钻机。施工后采用“动测法”对桩基做了承载力试验。通过计算机对实测结果分析，得出各桩的垂直极限承载力（Pu）值（见表1）。

我们以F-17桩为例计算其单桩垂直容许承载力(Pa)值如下：

Pa=1/1.5-(2970-20×10×0.9л)-10×10×9.1л=1320(kN)（参考当地有关资料：桩周正摩擦力平均值取20kN/m2，桩周负摩擦力平均值取10kN/m2），因此，从实测资料分析，并根据现有场地及施工条件，单桩垂直容许承载力可取用1 320kN，测试桩符合设计要求。

随后又对该住宅楼桩基桩身混凝土质量进行了无损动测，通过研究弹性波在桩身混凝土中的传播特征，检测其纵波速度（Vp），评定桩身质量，依据国内外采用的混凝土质量与纵波速度（Vp）分类标准来评价（见表2）。

表2

依此标准对所测12根桩进行质量评价（见表3）

表3

由上表看出，C4和B23为优质桩，其余各桩均为良好桩。结论为：通过对C4等12个桩无损动测检测结果，认为桩基混凝土灌注质量良好，桩身完整，结构密实、无损害缺陷。

钻孔灌注桩的具体应用将该住宅楼原设计的桩基数量大大减少，节约了基础费用投资，工期也加快了许多。在其他基础工程的应用中也取得了满意的技术经济效果。

4 有待进一步分析和探讨的问题

通过实践，钻孔灌注桩技术用于建筑物基础，尤其用于深层黄土地区的建筑物基础有着明显的优势。大量的工程实例和试验数据表明这一技术已趋成熟，但也还存在一些问题需要进一步分析和探讨。

4.1 关于设计、施工的一些问题

地下建筑、重型建筑以及承载力大的深基础采用钻孔灌注桩基础显然比其它方法更经济便利。无论从理论上还是实际经济、技术效果上来看，在湿陷性黄土地基中采用钻孔灌注桩基础设计是适合的，也是安全的。在近期一些工程中，由于不受工期的制约，一些施工单位不愿意在施工机械方面加大投入，擅自改变施工工艺，将设计的钻孔桩改为人工挖孔桩，使桩基质量得不到有效保证。桩基的变更，必须结合实际地质条件，符合相关技术规范要求，认真履行设计变更程序，坚持“先批准、后变更、先变更、后施工”的原则。为此，施工单位要加强现场管理，做好技术交底，严格按照设计施工；监理单位要加大现场监管力度，严把质量控制关；建设单位要加强现场监管，规范建设管理，确保桩基质量。

4.2 在黄土地基中钻孔灌注桩作为桩基的问题

通过对黄土地基中钻孔灌注桩作为桩基进行配方和现场工艺试验，以及对桩进行垂直和水平静载试验，钻孔灌注桩在黄土中用于桩基的基本要求比其他基础是有优势的。例如对于高层框架剪力墙结构住宅楼按抗震设防烈度8度考虑，每个开间布置6个桩计算，单桩的垂直容许承载力无论考虑水平力作用与否，条件都是很满足的，显然钻孔灌注桩用于湿陷性黄土地基中桩基是有优势的。

4.3 关于桩底沉渣及质量问题

桩底沉渣是影响桩基承载力的重要因素，终孔时应有效测定沉渣厚度，灌注混凝土以前必须复测并不得超规定。尽管这样，与预制桩相比，无论是大直径或是小直径的灌注桩都更容易出现质量事故。用大直径桩时，要求每根桩的承载力很大，常常是一个基础只有一个单桩构成，因此，对施工管理绝不能马虎大意。虽然实测资料表明钻孔灌注桩在湿陷性黄土地基中的可靠性，却也证明了钻孔灌注桩在施工中由于管理不善可能产生的一些共有的缺陷，主要是：1）桩底处以及桩身周围地基土的松软；2）孔壁的崩塌；3）桩体因混凝土质量不佳造成离析、断层、缩颈；4）桩孔底部钻渣的沉淀。在具体施工中常常发现混凝土灌注量不足或超灌的情况，都属不正常。前者有可能造成缩颈，后者说明坍塌或遇流砂。因此在实际施工中实际灌入的混凝土量不得少于设计桩身的理论体积。为确保钻孔灌注桩的可靠性，除对施工管理重要性要有足够的认识外，必须严格控制桩底沉渣，才能保证桩基承载力。必要时对桩身质量（结构完整性）和单桩承载能力进行检测。

4.4 关于降低钻孔灌注桩造价的问题

降低钻孔灌注桩的造价是完全可以实现的，在混凝土中掺人一定比例的粉煤灰，造价即可降低。据室内试验的结果，水泥浆中掺入一定比例的粉煤灰，固结体的早期强度有所降低。但后期强度（3个月后）可以达到甚至超过纯水泥浆的固结体强度。粉煤灰的掺量可以用到25%～50%。粉煤灰的价格仅为水泥的1/5左右。若按25%掺量计算，钻孔灌注桩的综合单价可以降低5﹪左右。而粉煤灰是工业废料，利用粉煤灰不仅可以降低钻孔灌注桩的造价，而且也能减少环境污染，一举两得。

5 结论

钻孔灌注桩技术经过多年的试验应用，在施工设备、施工工艺和技术参数以及设计原则等方面都日臻完善和成熟，尤其是在深层湿陷性黄土中的应用前景十分广阔。在当前大规模基础设施建设过程中，继续对这一技术在湿陷性黄土地基中的应用从设计、施工方面加以研究，将这一技术更加系统化、规范化、标准化，在今后的工程建设中发挥更大的作用，保证大规模基础设施建设又好又快发展。