沿海厚吹填土地层条件下桩基缩径问题的控制研究

摘 要：本文根据现场桩基成孔缩径情况和成孔检测资料，并依据工程勘察报告技术参数，通过分析吹填土地层缩径原因，及缩径时间与缩径量之间的对应关系，并提出解决厚层吹填土缩径的方法。

关键词：桩基;工程勘察;吹填法

1 引言

吹填法作为一种围海造陆的手段，在吹填陆地的同时还可以疏浚巷道，是解决沿海城市土地资源紧缺的一种有效经济手段，但同时吹填土的高液限、高含水率、高压缩性，及低干密度、低强度、低渗透性即“三高三低”的特性，对桩基的施工、使用和安全产生很大的影响。

2 孔壁稳定性影响因素

钻孔桩孔壁失稳的根本原因是由于钻孔过程破坏了孔周土体原始应力平衡，孔周邊形成应力集中，孔壁土体受力超过了其强度值，致使土体屈服破坏。

2.1 天然因素

2.1.1 原始地应力

研究表明，水平地应力的各向异性对井壁稳定性具有显著的影响，当最大水平地应力与最小水平地应力的比值（σ_H/σ_h）越大，井壁发生破坏的可能性就越大^[1]。

2.1.2 时间因素

根据土力学，软土土体具有蠕变特性，随时间的延长，岩土的变形量会增加，当这种变形量达到一定程度，会产生孔内缩径甚至局部坍塌。另外，有的土体经长时间在水中浸泡会膨胀、软化，也会对孔壁产生较大影响。所以，孔壁稳定还必须满足时间因素条件。

2.2 人为因素

2.2.1 泥浆性能

由孔壁稳定性基本条件—静力平衡条件：

根据此平衡条件可以看出，要使得桩孔处于稳定状态主要通过控制泥浆的密度等参数来达到。

2.2.2 施工工艺

成孔工艺的影响：钻孔桩成孔工艺主要有正循环和反循环，在同等条件下，正循环由于泥浆通过泥浆泵强行压入会对孔壁产生正压力，而反循环由于泥浆泵的对孔内泥浆抽吸会对孔壁产生负压力。正循环钻进成孔工艺对孔壁稳定的影响比反循环成孔工艺更有利。

2.2.3 附加荷载

主要包括静荷载和动荷载。静荷载主要包括临近建筑物荷载、施工机械设备及桩孔附近的堆载，由上述静力平衡条件公式也可以看出荷载大小，与桩孔的距离对其都有重要影响^[2]。

3 场地工况

3.1 地层工况

本文工程拟建场地所处地貌单元属滨海海积滩涂，从区域地质及钻探资料来看，场地上部分布有大于80m厚的第四系松散沉积物，其中上部40m左右为软土，属河口相和海相沉积物，为淤泥及淤泥质土，成因时代为第四纪全新世（Q₄）;中下部为河流相、湖泊相沉积物，为黏性土和碎砾石层，成因时代为中更新世（Q₃）。缩径问题主要发生在3～9米处的吹填土层，故将以上部吹填土地层为主展开研究。吹填土，灰黄色，稍湿，松散状，吹填形成，主要成分为淤泥，含少量黏性土和粉砂，为新近吹填而成，时间小于1年，全场分布。淤泥为灰色，流塑状，高灵敏度，高压缩性，韧性高，干强度高，摇振反应无，切面光滑，含少量粉砂、贝壳碎片及腐殖质，局部相变为淤泥质黏土。上部已预压排水，含水量相对较小，全场分布。

3.2 成孔泥浆工况

本次钻进中泥浆工艺采用的是钻孔自然造浆，重度γ_s= 1.1 kN/m³。根据上述静力平衡条件，岩土内应力F取土体的抗剪强度，圆环应力σ与半径有关，无具体参数，忽略圆环应力有利于增大泥浆的重度，对稳定有利，故将其忽略不计。泥浆的水头压力P=ρgh。附加荷载R₀只有钻塔和钻杆的重量，但钻塔底部支架面积较大，附加应力与土体自重应力相比较小可忽略不计。孔壁岩土的侧压力P₀按静止土压力计算：

由静力平衡条件可知，当F + P + σ= P₀+ kR₀时，孔壁土体处于极限状态，此时的深度Z=1.04m。即在深度1.04m以下，土体将逐渐屈服，直至破坏。

4 缩径控制

根据场地土层性质及参数结合工程经济，缩径控制主要通过三种手段：加长护筒、改善泥浆、钻孔扩径。

4.1 加长护筒

护筒控制缩径效果较好，安全可靠，但超过一定深度，施工难度及成本将成倍增高，本工程缩径主要在3～9米深度，下护筒显然不是一种最合适的手段。

4.2 改善泥浆

本文项目钻进过程使用的泥浆是钻孔自成浆，泥浆重度为1.1 kN/m³，根据静力平衡条件计算得，在距地平面以下1.04m处，井壁土体即处于极限状态，向下将发生屈服，直至破坏，且缩径将沿孔深一直产生。而实测缩径发生在3～9m处，这计算与实测数据有偏差，分析是由于忽略了护筒支撑保护和井壁的圆环应力，护筒支撑和圆环应力对计算稳定性有利，导致缩径实际开始位置与实际有偏差。另一，实际缩径发生在3～9m处，与计算值不符^[3]。

4.3 钻孔扩径

根据计算分析可得出，缩径发生在钻进的刚开始，且缩径量较大，最大缩径量达到276.5mm。缩径曲线斜率增大，表明随时间的增长，缩径速率在增大，这与土体的蠕变性有关。由上述曲线可在确定时间计算出缩径大概值，为实际工作的展开提供依据。如本次施工，从钻孔完成至灌浆结束，大约4个小时，在4小时内，设计600mm的桩径缩径量最大达到168mm，所以可提前将孔径扩至770mm～800mm;设计800mm的桩径在四小时内缩径量将达到87.7mm，故800mm的桩孔可钻至870～900mm。

5 结语

由于吹填土的特殊性及其固结时间短，造成其工程性质较差，影响桩基施工质量、工期、安全及经济性，因此建议采取添加水硬性胶结材料、掺填膨润土、添加外加剂、预扩径等技术措施改善吹填软土地基地质力学性能。

参考文献：

[1]王 芳，郭进京，郑忠成.吹填土地基处理方法的讨论. 岩土工程界，2008，12（6）：15-17.

[2]罗绍明， 朱文鉴.大口径钻孔桩孔壁稳定分析研究.探矿工程.2000，1：35-37.

[3]史燕南，俞炯奇，周剑锋，等. 吹填淤泥固化室内试验研究. 水运工程.2014，5：138-142.

作者简介：姓名：李明（出生1967年8月-），性别：男，民族：汉族，籍贯：上海，学历：大学本科，职称：高级工程师，主要研究方向：岩土工程/地基基础工程/地下建筑工程。