复杂地质条件钻孔灌注桩施工技术

复杂地质条件钻孔灌注桩施工技术

郭经武

广州锐骏建筑工程有限公司广东广州510000

摘要：为保障基桩工程施工效益，文章结合工程实例，在分析施工重难点的基础上，给出了一系列相应的施工关键技术以及质量控制措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：钻孔灌注桩；关键技术；质量控制

对于建设工程而言，桩基工程施工至关重要。而钻孔灌注桩是建设工程施工中经常应用的一种基桩施工技术，在提升工程施工质量和速度等方面发挥着重要作用。因此，必须保障其施工的质量，特别是在复杂地质条件的施工过程中。我们需要认真掌握和了解施工的重点和难点，并采取相应有效的技术进行工程施工，以保质保量地完成了桩基施工。

1.工程概况

某工程由2层地下室、7层裙楼和2栋高249m的塔楼组成。

工程基坑深10～12m，场地地面绝对高程在26.44～27.93m之间，桩基设计为钻孔灌注桩，桩径为1m，有效桩长53m，嵌入中风化岩层9m，钻孔深度63～65m，桩身强度等级为C45水下混凝土，后压浆施工。试验桩桩顶标高-0.50m，桩底标高同工程桩，单桩竖向抗压承载力特征值Ra=11000kN，混凝土强度等级同工程桩。

2.水文地质条件

本工程以冲洪积地层为主，上部为黏性土，下部为砂性土和粉细砂含少量砾卵石，岩层为含硅质泥岩。

工程所处区域土层含水丰富，下层透水层水头高度年变化幅度在3～4m之间，常年平均水位绝对高程为18.97m。

经过场地野外钻探、原位测试及室内土工试验，场地所在区域地层从上至下依次为：①1杂填土，②2素填土，②1淤泥质粉质黏土，②2粉质黏土，②3粉质黏土，②4粉质黏土夹粉土，③1粉砂夹粉土、粉质黏土，③2粉砂，③2a粉质黏土夹粉砂，③3含砾细砂，④1强风化泥岩，④2中风化泥岩。

3.工程特点和难点

3.1水文地质条件复杂

场地杂填土层中赋存上层滞水，无统一自由水面，水位变化较大，水量随大气降水及地表排水而波动。在钻孔施工时，浅部土层中的地下水会以汇水点的形式渗入孔坑，易形成流土、流砂，并对其下黏性土结构强度造成破坏。

①1层杂填土为新近回填，厚度较大，结构松散，极易发生漏浆现象；②1层淤泥质黏土为相对隔水层，呈流塑性，易发生颈缩；②3层粉质黏土和②4层粉质黏土夹粉土其下部砂性土层富含孔隙承压水，勘察期间测得承压水水位标高为17.89～19.25m，易产生突涌现象；②层为典型的“花层”地层，该层水平向渗透系数大于垂直向渗透系数，易冲蚀渗透泥皮；③层地基土均为第四系全新统冲积层砂性土，为强透水层，易发生坍孔、透水和漏浆现象，是护壁泥浆设计和钻进速度考虑的重点。

3.2桩身垂直度控制

本工程工程桩设计有效桩长53m，钻孔深度63～65m，桩顶以上空孔深度12m，桩身垂直度控制为工程施工的重点。

3.3入岩深度深

钻孔灌注桩设计桩端持力层为中风化粉砂质泥岩（fa值为2500kPa），主楼桩端进入持力层深度≥9m，如何保证钻头的碎岩效率是工程施工的难点。

4.施工关键技术

4.1钻机设备选型

综合考虑施工质量和进度控制，经过对钻孔设备的比选，主要从钻机扭矩、钻杆形式、钻头类型与岩性匹配等方面考虑，最终选择TR360旋挖钻机为本工程桩基成孔设备。

旋挖钻机在粉质黏土、粉砂层中钻进速度快，泥浆净化工作量小，大范围施工对电力依赖少，成孔垂直精度高。TR360旋挖钻机为大功率旋挖入岩钻机，输出功率高，扭矩大，钻进效率高，经统计，非入岩段平均成孔速率5.8m/h，入岩段平均成孔速率0.48m/h；钻杆刚度足、连接可靠，可有效减少扭矩在传递过程中钻杆的摆动幅度，减少钻孔倾斜和鼓肚现象，保证桩基成孔垂直度。

中风化泥岩层因含有硅质，且入岩深度9m，故钻渣有糊钻现象（图1），普通截齿钻头易打滑，需要配置筒钻对岩层进行切削。

图1TR360旋挖钻机入岩9m时间统计

4.2孔壁稳定性控制

（1）根据场地状况，加大清障措施力度，尽量将表层杂填土揭土外运，降低杂填土厚度，减少漏浆现象发生。选择埋设长6m的加长钢护筒，尽量穿透杂填土层，确保泥浆不渗漏。

（2）配制泥浆时，需要根据土层性质随时调整泥浆相对密度和添加剂，在本类地质状况下采用膨润土为主要制浆材料，适量添加黄土和纯碱。随钻进深度，通过泥浆循环系统不断调整泥浆性能，以满足不同土层的钻进和清孔需要。不同阶段的泥浆性能控制指标如表1所示。

表1泥浆性能控制指标

（3）加大开孔初期的泥浆黏度，使开孔区段土体形成有效密实泥皮，减小漏浆量。

（4）在砂层钻孔时，将泥浆相对密度控制在1.15～1.30，并加大泥浆流量，保持足够的泥水压力，减缓钻机速度和进程，慢钻缓进，控制提起钻杆的速度，降低对土层的扰动。

4.3成孔垂直度控制

（1）提高成桩垂直度控制标准，由1/100提高到1/200，避免超长桩在下部发生串孔现象，同时节省能耗，减小桩机损坏事故。若垂直度偏差过大，钻头在较深的地层中钻进时，偏心距就大。而钻机的最大扭矩是有限的，若偏心距增大1m，就会使钻头与孔底的嵌挤力减小一半，表现为钻机的扭矩不足，钻头切削能力降低，甚至发生卡钻现象。而且最终成孔后钢筋笼和混凝土导管安装均会发生卡阻现象，严重影响施工作业和桩基承载力。

（2）在控制垂直度的过程中除了提高标准值以外，还应充分利用钻机转速和钻头及钻杆的自重这三者间的关系，采取慢转速、小进程、靠钻杆自重下沉的钻进方法来保证垂直度，禁止对钻杆施加大力、强行向下压迫钻进，以及高速转动和扫孔。

4.4沉渣厚度控制

本工程桩孔深度大，承载力高，桩端沉渣厚度控制要求高。工程采用气举反循环清理方法，二次清孔工艺，有效减少钻渣残留并减小桩壁泥皮厚度。

钻进到桩底设计标高时，将钻头提离孔底50cm，开足泵量，反复进行扫孔，将孔内沉渣尽可能地清理出来，完成一次清孔。

由于场地地层条件复杂，含砂率较高，所以根据设计要求采用反循环二次清孔，其空压送风量由小至大，且须随着沉渣和泥浆喷出，及时补充孔内泥浆。

泥浆各项性能应根据实际情况进行调节，相对密度应小于1.15，黏度小于20Pa•s，含砂率小于6%，孔底沉渣厚度不大于5cm。

4.5混凝土灌注

本工程桩为水下C45混凝土强度，根据设计要求需提高2个等级，按照C55强度配制，高强度混凝土粗骨料含量高，必须具备良好的和易性、较大的坍落度，坍落度控制在200mm±20mm为宜。

本工程桩直径大、桩孔深，混凝土灌注方量大，是一般桩基的3～4倍；灌注时间较长，按同样的混凝土供应能力考虑，灌注时间是一般桩基的2～3倍，应在保证二次清孔结束后0.5h内进行连续高效浇筑。

采用导管大斗法水下浇筑，并采用球胆进行隔水，导管直径300mm，端部埋入混凝土深度宜为2～8m。导管每次安装前必须检查气密性能，正确安装密封圈。

4.6后压浆施工

本工程钻孔灌注桩采用桩端、桩侧复式后压浆，先进行桩侧后进行桩端。压浆管采用φ25mm×3mm钢管，桩端压浆管伸出地面约30cm；桩侧注浆管自孔底12m开始设置，每隔8m设置1道，共设3道。

桩端压浆管需在桩基混凝土浇筑24h内进行压力清水劈裂，混凝土浇筑后7d左右进行压浆施工。施工统计显示，工程桩桩端注浆量平均为3.0t，桩侧1.5t，桩端注浆压力终止平均值为5.5MPa。

4.7糊钻处理措施

本工程桩基深度较大，其下部土体的黏度和泥浆稠度相对较高，特别是进入强风化层时，钻头在该处的发热量大，切削下来的钻渣极易发干板结，这就增加了发生糊钻的频率。糊钻后，钻头无法进尺，钻渣粘在钻头上不易被清除。

考虑到中风化岩层自身孔壁的稳定，在容易糊钻的地层钻进时适当减小泥浆相对密度，将其控制在1.15左右，减小糊钻发生频率。同时，降低钻杆转速，减少钻头的摩擦发热量，降低钻渣因热发干板结的概率。

5.质量控制情况

5.1桩身完整性检测

通过有针对性的对上述各重点、难点及关键技术进行控制，本工程294根工程桩基质量控制良好，孔壁垂直度检测均小于1/200，无坍孔现象；小应变桩身完整性全数检测，波速均大于3990m/s，均为Ⅰ类桩，无颈缩、夹泥缺陷出现，桩身结构完整。

5.2单桩竖向静载试验

对3根试桩进行了单桩竖向抗压静载试验（图2），采用千斤顶加载，堆重平台反力装置给千斤顶提供反力，荷载用并联于千斤顶上经计量标定的优于0.4级的压力表测油压，经事先计量标定的千斤顶率定曲线换算荷载，沉降采用对称安装在沉降测定表面上的2个大量程百分表测读。

图2现场试桩静载试验3根试桩最大试验荷载加载至23200kN，最终沉降量均小于4cm，满足设计及规范要求（图3）。

图3试桩静载试验Q-s曲线

6.结语

总之，在建设工程中，基桩工程施工至关重要，尤其是在地质条件相对复杂的情况下，为保障钻孔灌注桩施工质量，我们必须要了解桩基施工的难点和关键，并采取有效技术做好施工，从而保障桩基工程的施工质量。

参考文献：

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