长螺旋钻孔压灌桩在西安某项目的试验研究
长螺旋钻孔压灌桩在西安某项目的试验研究
砂卵石场地的钻孔灌注桩通常采用泥浆护壁旋挖或反循环成孔工艺，该类成孔工艺泥浆用量大、质量控制要求高，易产生塌孔、沉渣超标等质量问题，导致单桩承载力不能满足设计要求。长螺旋钻孔压灌桩工艺无泥皮和沉渣，成桩质量和单桩承载力大幅提升，但对于超长桩，该工艺不能下通长钢筋笼，一定程度上限制了该工艺的使用。结合西安奥体中心工程进行试验研究与论证，将通长配筋改为按桩长2/3且不大于25 m配筋，保证了长螺旋钻孔压灌桩在该项目的使用。
场地地质条件
图 1 展示了场地的综合工程地质剖面图，详细描述了不同地层的分布和特征。
试验研究与数据分析
图 2 显示了试桩载荷试验的Q-s曲线，图 3 比较了某工程的两次试桩方案，图 4 给出了代表性沉降观测点的沉降历时曲线。
工程实例分析
建筑基础设计参数
表 1 列出了各建筑的基础设计参数，包括桩径、有效桩长、桩顶埋深、单桩极限承载力、桩数、混凝土方量和单柱最大荷载等关键指标。
拟建建筑名称 | 桩径/mm | 有效桩长/m | 桩顶埋深/m | 单桩极限承载力/kN | 桩数/根 | 混凝土方量/m3 | 单柱最大荷载/kN |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
体育场 | 800 | 30 | 3.5 | 6400 | 2486 | 37290 | 16000 |
600 | 30 | 3.5 | 4600 | 1459 | 12386.91 | ||
羽毛球馆 | 600 | 20～28 | 3.5 | 约1000 | 约7075 | 10000 | |
跳水游泳馆 | 600 | 27 | 3.5/8.0 | 约1000 | 约7641 | 10000 |
地层及岩性特征
表 2 描述了不同地层的岩性特征，包括层厚、层底深度和层底高程等信息。
地层编号 | 年代成因 | 岩性描述 | 层厚/m | 层底深度/m | 层底高程/m |
|---|---|---|---|---|---|
①-1 | Qpd | 耕土 | 0.50 | 0.50 | 374.06～375.71 |
①-2 | Q4ml | 杂填土：杂色，以黏性土为主，含砖块碎石，为场地整平时填土 | 0.70～2.00 | 0.70～2.00 | 373.54～376.14 |
② | Q4al+pl | 黄土状土：褐黄色，硬塑为主，岩性以粉质黏土为主，局部夹薄层粉土，具针状孔隙 | 3.20～10.50 | 3.70～11.00 | 364.97～371.41 |
③-1 | 中粗砂：灰黄色，中密，局部含少量圆砾，偶见卵石，以中砂为主，局部相变粗砂，平均标准贯入试验锤击数修正值24.2击 | 2.50～3.80 | 6.30～9.20 | 366.65～368.90 | |
③-2 | 粉质黏土：黄褐色，硬塑为主，岩性以粉质黏土为主，局部夹薄层粉土、黏土透镜体 | 0.00～3.40 | 7.20～12.50 | 363.24～368.00 | |
③ | 中粗砂：灰黄色，稍湿—饱和，密实，局部含少量圆砾，偶见卵石，局部相变粗砂，平均标准贯入试验锤击数修正值49.7击 | 10.8～12.20 | 20.60～23.50 | 364.74～355.03 | |
④ | Q3al+pl | 粉质黏土：黄褐色，可塑，含少量的石英质砂土颗粒，岩性以粉质黏土为主，局部夹薄层粉土 | 1.00～5.90 | 20.00～24.40 | 351.06～355.78 |
⑤ | 中砂：灰黄色，饱和，密实，砂质较纯净，局部夹薄层粉砂、相变为粗砂、细砂，级配不良 | 2.70～5.30 | 24.30～26.10 | 319.21～351.13 | |
⑥ | 粉质黏土：黄褐色，可塑，含少量的石英质砂土颗粒，岩性以粉质黏土为主，局部夹薄层粉土 | 1.00～5.90 | 27.90～30.40 | 345.06～348.32 | |
⑦ | 中砂：灰黄色，饱和，密实，砂质较纯净，局部夹薄层粉砂、相变为粗砂、细砂，级配不良 | 3.90～7.40 | 33.40～36.30 | 339.47～342.81 | |
⑧ | 粉质黏土：黄褐色，可塑，含少量的石英质砂土颗粒，岩性以粉质黏土为主，局部夹薄层粉土 | 1.00～3.50 | 35.80～38.50 | 337.18～340.42 |
成桩工艺对比
表 3 对比了不同成桩工艺的优缺点，包括旋挖钻机成孔水下灌注、反循环成孔水下灌注和长螺旋钻孔压灌桩。
成桩工艺 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
旋挖钻机成孔水下灌注 | 设备能力强、可钻深度大、施工速度快、适应地层范围广、价格适中，在西安广泛采用 | 对砂土互层、以砂为主的本场地，成孔时易塌孔、孔底沉渣不易控制；泥浆削弱桩的侧摩擦阻力及桩的承载力；在桩侧及桩底注浆消除桩侧泥皮效应及桩底沉渣负作用，工程造价将大幅提升 |
反循环成孔水下灌注 | 泥皮效应小、孔底沉渣可控制、适应地层范围广、价格适中，早期在西安地区广泛采用，也是一种成熟的基础桩施工工艺 | 设备简陋，施工不连贯、速度慢（单机每天可成桩4～6根），大量挖置泥浆池，大量泥浆及泥渣不易排放并对环境产生影响 |
长螺旋钻孔压灌桩 | 全新基础桩施工工艺，既无泥皮，又无孔底沉渣；后插筋时对桩体混凝土重新振捣，克服了断桩的可能性，同时桩体混凝土与孔壁土体接触更紧，对摩擦型桩，单桩承载力大幅提升；机械化程度高、成孔成桩一体化，施工连续性好、速度很快，单机日均可成桩10～15根，可大幅缩短工期 | 受现有设备及工艺限制，桩长超过一定长度时钢筋笼难以下置到桩底 |
桩基配筋规定
表 4 列举了不同规范规程对桩基配筋的具体规定。
规范或规程条目 | 具体规定 |
|---|---|
《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）[12]第4.1.1.2条 | 摩擦型灌注桩桩配筋长度不应小于2/3桩长；当受水平荷载时，配筋长度尚不宜小于4.0/α（α为桩的水平变形系数） |
《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）[13]第4.4.5条 | 液化土和震陷软土中桩的配筋范围，应自桩顶至液化深度以下符合全部消除液化沉陷所要求的深度，其纵向钢筋应与桩顶部相同，箍筋应加粗加密 |
《建筑地基基础设计规范》GB 5007—2011）[14]第8.5.3.8条 | 坡地岸边的桩、8度及8度烈度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋；钻孔灌注桩构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/3；桩施工在基坑开挖前完成时，其钢筋长度不宜小于基坑深度的1.5倍 |
参考文献
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[12] JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范[S].
[13] GB 50011—2010 建筑抗震设计规范[S].
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