常聚友，王亞民

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

目前我國在建的中部某客運(yùn)專線以及在建的南方某客運(yùn)專線，其路基、橋梁基樁的施工大部分采用沖擊成孔C30混凝土灌注樁，且所處地域多為沖洪積扇、古河道等低洼地，地下水豐富，以及地層中夾有砂層、灰?guī)r頂面的松散土、溶洞內(nèi)的充填物等軟弱層。在沖擊成孔的沖擊作用下，軟弱層受到較大振動的水平水浪沖刷力，尤其在地下水位處水浪沖刷力更大，使軟弱層隨著沖刷力的作用，落入孔內(nèi)被泥漿返孔帶出孔口，使其周圍形成大于施工樁徑的地下空間。灌注混凝土?xí)r地下空間處出現(xiàn)大的擴(kuò)徑，此擴(kuò)徑不僅浪費(fèi)了混凝土，當(dāng)采用反射波法檢測樁身完整性時，由于嚴(yán)重擴(kuò)徑不規(guī)則原因，使反射波曲線樁底不明顯，還會誤判為缺陷樁。為此提出要結(jié)合地質(zhì)條件綜合分析形成擴(kuò)徑的原因，判斷擴(kuò)徑的存在，并確定擴(kuò)徑的深度;以及要設(shè)法預(yù)防擴(kuò)徑的出現(xiàn)，達(dá)到不浪費(fèi)混凝土的目的。

1 地質(zhì)特征及沖擊成孔施工

1.1 地質(zhì)條件

基樁所處地層由上而下為:①黏土層;②砂層;③卵石層;④黏土層;⑤灰?guī)r。其中黏土層不含水，砂層、卵石層、灰?guī)r含水。雖然黏土層不含水，但黏土層在與含水砂層、卵石層、灰?guī)r的接觸帶處，黏土層受地下水的滲透作用，也含水呈軟塑狀態(tài)。

1.2 沖擊成孔施工

基樁采用沖擊成孔施工，在沖錘沖擊力的作用下，使地下水位處、砂層處、與灰?guī)r頂面接觸的松散土處、溶洞內(nèi)的充填物處均產(chǎn)生一個較大的振動水平?jīng)_刷力，使其周圍的松散軟弱層落入孔內(nèi)被泥漿返孔帶出孔口，使其周圍形成大于施工樁徑的地下空間。

1.3 沖擊成孔混凝土灌注

在上述沖錘沖擊力的作用下，使地下水位處、砂層處、與灰?guī)r頂面接觸的松散土處、溶洞內(nèi)的充填物處形成大于施工樁徑的地下空間;灌注混凝土?xí)r易形成大于施工樁徑的擴(kuò)徑樁，此擴(kuò)徑樁浪費(fèi)大量混凝土(有一個樁超灌混凝土300 m3);并采用反射波法檢測樁身完整性，有時反射波曲線樁底不明顯，還會誤判為缺陷樁。因此要結(jié)合地質(zhì)條件綜合分析形成擴(kuò)徑的原因，判斷擴(kuò)徑的存在和位置;做好預(yù)防措施，預(yù)防擴(kuò)徑出現(xiàn)，達(dá)到不浪費(fèi)混凝土目的。

1.4 沖擊成孔的預(yù)防擴(kuò)徑樁施工措施

常規(guī)沖擊成孔施工時重錘提升高度1～2 m，泥漿護(hù)壁厚度為2～3 cm，稱為常規(guī)沖擊成孔施工法。為避免沖擊成孔灌注樁擴(kuò)徑，達(dá)到不浪費(fèi)混凝土目的，在沖擊成孔過程中應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

1)對于各軟弱層地基承載力fk＜80 kPa的軟塑黏土、粉細(xì)砂、與灰?guī)r頂面接觸處的松散土，沖擊成孔施工到位時，其深度填入二倍軟弱層高度的顆粒較大塊石、硬塑黏土等，并重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護(hù)壁厚度達(dá)到3～8 cm，稱為重錘輕擊加塊石護(hù)壁加厚施工法。

2)對于上述各軟弱層地基承載力fk≥80 kPa的軟塑黏土、粉細(xì)砂、與灰?guī)r頂面接觸處的松散土，沖擊成孔施工到位時，其深度不填入顆粒較大塊石、硬塑黏土等，但要重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護(hù)壁厚度達(dá)到3～8 cm，稱為重錘輕擊護(hù)壁加厚施工法。

3)對于灰?guī)r溶洞沖擊成孔施工難度最大，施工時遇到溶洞泥漿全部漏完，此時在溶洞處首先填入三倍溶洞高度的顆粒較大塊石、硬塑黏土等，并用黏土填至孔口，重新沖擊成孔施工(有時可能還要進(jìn)行第二、第三次重復(fù)施工)并重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護(hù)壁厚度達(dá)到3～8 cm，稱為重錘輕擊加塊石溶洞護(hù)壁加厚施工法。

4)上述施工也可不加(少加)顆粒較大塊石、硬塑黏土等，且放入鋼護(hù)筒護(hù)壁，稱為鋼護(hù)筒護(hù)壁施工法。

2 反射波法對擴(kuò)徑樁完整性檢測

2.1 反射波法對地下水位處的擴(kuò)徑樁完整性檢測

以目前我國在建的中部某客運(yùn)專線七工區(qū)，路基60-7#沖擊成孔灌注樁為例進(jìn)行分析。該樁長10 m，樁徑1 m;其地層0～2 m為黏土，2～4 m為軟塑黑色黏土(fk=80 kPa)，4～10 m為含水卵石層，地下水位4 m;按常規(guī)沖擊成孔施工法施工。其樁身完整性檢測反射波曲線見圖1。

圖1 60-7#擴(kuò)徑樁反射波曲線

圖1可見樁深4 m處擴(kuò)徑，波速4 250 m/s，應(yīng)灌注混凝土9.4 m3(充盈系數(shù)1.2)，而實(shí)際灌注混凝土14.4 m3，超灌注混凝土5.0 m3，分析樁深2～4 m處軟塑黑色黏土擴(kuò)徑，經(jīng)開挖驗(yàn)證為擴(kuò)徑，見圖2。

圖2 60-7#樁深2～4 m擴(kuò)徑

鑒于上述，在軟塑黏土(fk=80 kPa)、砂層(fk=80～100 kPa)地層的沖擊成孔施工中，采用了重錘輕擊護(hù)壁加厚施工法施工，并選取50-5#樁為例進(jìn)行分析。該樁長15 m，樁徑1 m;其地層0～1.5 m為黏土，1.5～2.5 m為軟塑黏土，2.5～3.5 m為砂層(含水)，3.5～15.0 m為卵石層(含水)，地下水位2.5 m。其樁身完整性反射波曲線見圖3。

分析圖3反射波曲線，波速為3 903 m/s，樁深1.5～3.5 m軟塑黏土、砂層無擴(kuò)徑，應(yīng)灌注混凝土14.2 m3(充盈系數(shù)1.2)，而實(shí)際灌注混凝土13.4 m3，無超灌注混凝土，經(jīng)開挖驗(yàn)證無擴(kuò)徑，見圖4。

圖3 50-5#無擴(kuò)徑樁反射波曲線

圖4 50-5#樁深2～4 m處無擴(kuò)徑

2.2 反射波法對含水砂層處的擴(kuò)徑樁完整性檢測

以目前我國在建的中部某客運(yùn)專線三工區(qū)，路基2-23#沖擊成孔灌注樁為例進(jìn)行分析。該樁長50.5 m，樁徑1 m;其地層0～6 m為粉質(zhì)黏土，6～12 m為細(xì)砂層(含水)(fk=100 kPa)，12～34 m為粉質(zhì)黏土，34～50 m為灰?guī)r(含水);按常規(guī)沖擊成孔施工法施工，其樁身完整性檢測反射波曲線見圖5。

圖5 2-23#擴(kuò)徑樁反射波曲線

分析圖5反射波曲線，波速為3 709 m/s，樁深7～10 m處擴(kuò)徑，15 m處是擴(kuò)徑后陡縮反應(yīng)，且呈多次反射，有樁底反應(yīng)，屬完整樁;應(yīng)灌注混凝土47.6 m3(充盈系數(shù)1.2)，而實(shí)際灌注混凝土60 m3，超灌注混凝土為12.4 m3;由此對2-23#擴(kuò)徑樁進(jìn)行鉆探深度20 m取芯驗(yàn)證。

此后，在砂層(fk=100 kPa)的沖擊成孔施工中，采用了重錘輕擊護(hù)壁加厚施工法施工，并選取2-3#樁為例進(jìn)行分析。該樁長34 m，樁徑1 m;其地層0～8 m為粉質(zhì)黏土，8～14 m為細(xì)砂層(含水)(fk=100 kPa)，14～24 m為粉質(zhì)黏土，24～34 m為灰?guī)r(含水)。其樁身完整性反射波曲線見圖6。

分析圖6反射波曲線，波速為3 827 m/s，樁深8～14 m砂層(含水)無擴(kuò)徑，應(yīng)灌注混凝土32 m3(充盈系數(shù)1.2)，而實(shí)際灌注混凝土30.5 m3，無超灌注混凝土。

圖6 2-3#樁反射波曲線

把圖5，圖6曲線放在同一坐標(biāo)、同一放大倍數(shù)狀態(tài)下進(jìn)行分析，2-23#擴(kuò)徑樁反射波曲線樁深2～12 m坐標(biāo)的負(fù)包絡(luò)面積設(shè)為S2、樁深12～17 m坐標(biāo)的正包絡(luò)面積設(shè)為S1;2-3#無擴(kuò)徑樁反射波曲線樁深2～12 m坐標(biāo)的負(fù)包絡(luò)面積設(shè)為 S0，S2－S0=ΔS，ΔS越大，說明擴(kuò)徑越大;S1面積越大，說明擴(kuò)徑后陡縮程度越大，稱為擴(kuò)徑包絡(luò)面積分析法。

2.3 反射波法對黏土與灰?guī)r接觸處的擴(kuò)徑樁完整性檢測

以目前我國在建的中部某客運(yùn)專線八工區(qū)，橋梁45-1#沖擊成孔灌注樁為例進(jìn)行分析。該樁長26 m，樁徑1 m;其地層0～13 m為粉質(zhì)黏土，13～26 m為灰?guī)r(含水);按常規(guī)沖擊成孔施工法施工，其樁身完整性檢測反射波曲線見圖7。

圖7 45-1#擴(kuò)徑樁反射波曲線

分析圖7反射波曲線，波速為3 850 m/s，樁深13 m處擴(kuò)徑，應(yīng)灌注混凝土25 m3(充盈系數(shù)1.2)，而實(shí)際灌注混凝土38 m3，超灌注混凝土13 m3，分析樁深13 m處與灰?guī)r(含水)接觸處的軟塑松散土擴(kuò)徑。

為避免擴(kuò)徑的發(fā)生，在與含水灰?guī)r接觸處有軟塑松散土層的沖擊成孔施工中，采用了重錘輕擊護(hù)壁加厚施工法施工(填入5～7 m3小塊石)，并選取13-10#樁反射波曲線進(jìn)行分析，見圖8。

該樁長43.7 m，樁徑1 m;其地層0～25 m為粉質(zhì)黏土，25～43.7 m為灰?guī)r(含水);分析圖8反射波曲線，波速為3 517 m/s，樁深25 m與灰?guī)r接觸處無擴(kuò)徑特征，應(yīng)灌注混凝土41 m3(充盈系數(shù)1.2)，而實(shí)際灌注混凝土39 m3，無超灌注混凝土。

圖8 13-10#樁反射波曲線

反射波法對溶洞的擴(kuò)徑樁和鋼護(hù)筒護(hù)壁的灌注樁的完整性檢測，不在此論述。

3 結(jié)論

1)認(rèn)真研究地質(zhì)資料，確定能夠形成沖擊成孔施工擴(kuò)徑的地下水位、軟塑黏土、粉細(xì)砂，還有與灰?guī)r頂面接觸處的松散土以及灰?guī)r溶洞內(nèi)的充填物等軟弱層的位置、深度和規(guī)模，并選擇相應(yīng)有效的施工方法，阻止上述軟弱層落入孔內(nèi)被泥漿返孔帶出孔口，使其周圍不形成大于施工樁徑的地下空間，達(dá)到灌注樁不浪費(fèi)混凝土的目的。

2)采用重錘輕擊加塊石護(hù)壁加厚施工法，對于地基承載力fk＜80 kPa的軟塑黏土、粉細(xì)砂、與灰?guī)r頂面接觸處的松散土，沖擊成孔施工到位時，其深度填入二倍軟弱層高度的顆粒較大塊石、硬塑黏土等，并重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護(hù)壁厚度達(dá)到3～8 cm。

3)采用重錘輕擊護(hù)壁加厚施工法，對于地基承載力fk≥80 kPa的軟塑黏土、粉細(xì)砂、與灰?guī)r頂面接觸處的松散土，沖擊成孔施工到位時，其深度不填入顆粒較大塊石、硬塑黏土等，但要重錘輕擊，重錘提升高度0.5 m，泥漿護(hù)壁厚度達(dá)到3～8 cm。

4)上述各沖擊成孔的重錘輕擊護(hù)壁加厚施工灌注樁，均采用反射波法進(jìn)行完整性檢測。

［1］中華人民共和國建設(shè)部．JGJ 106—2003 建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003．

［2］中華人民共和國鐵道部．TB 10218—2008 鐵路基樁檢測技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國鐵道出版社，2008．

［3］中華人民共和國建設(shè)部．JGJ 79—2002 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［4］中華人民共和國鐵道部．GB 50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2004．

［5］中華人民共和國鐵道部．TB 10013—2004 鐵路工程物理勘探規(guī)程［S］．北京:中國鐵道出版社，2004．

［6］常聚友，劉志軍，周其祥．路基端承灌注樁完整性及承載力研究［J］．鐵道工程學(xué)報，2008，113(2):35-39．