某建筑旋挖成孔冲孔入岩钻孔灌注桩施工质量控制

某建筑旋挖成孔冲孔入岩钻孔灌注桩施工质量控制

廖建炜

廖建炜

广东建科建设监理有限公司，广东广州510500

摘要：结合广州开发区东区某生产大楼项目工程桩施工实例，从监理的角度阐述桩长超深、桩底为坚硬岩的钻孔灌注桩采用旋挖成孔、冲孔入岩的成桩施工工艺的施工质量控制要点，供同行参考。

关键词：灌注桩；坚硬岩；旋挖；冲孔；质量控制；

1工程概况

开发区东区某生产大楼项目地下室占地面积约为5923m2，建筑高度28.5m，地下室3层，地上7层；基坑开挖深度约13.6～17.2m，坑中西半区开挖深度为17.2m，基坑采用桩锚＋钢筋混凝土内支撑支护。桩基础设计为钻（冲）孔灌注桩，桩径为800mm～1400mm等共4种，抗压桩桩端持力层为入微风化花岗岩不少于500mm，抗拔桩桩端持力层为入微风化花岗岩不少于1500mm。由于旋挖钻机施工作业面的需要，钻孔桩必须布置在基坑开挖前的原地面进行施工，钻（冲）孔深度大，工程桩总数为239根。

2地质情况

根据地质勘察报告以及超前钻勘察所揭露，自上至下的地层为人工堆积层、第四系冲洪积层、残积层和燕山期风化花岗岩。自上而下将其岩性和物理力学性质分述如下：

1.人工堆积层（Q4ml）

①层素填土：棕褐色，松散，稍湿～饱和，主要成分为粉质粘土和花岗岩碎石，局部表层0.2m为砼路面。厚度1.10～4.10m，平均2.19m。

2.第四系冲洪积层（Q4al+pl）

②-1层粉质粘土：棕色，可塑，较均质。厚度0.60～6.90m，层顶埋深1.10～7.30m，层顶标高4.16～10.65m。该层承载力特征值fak为130kPa。

②-2层淤泥质粉质粘土：深灰色，流塑，含有机质，具腥臭味，局部含少量粉砂。厚度0.60～10.70m，层顶埋深2.60～8.60m，层顶标高3.27～9.18m。该层承载力特征值fak为70kPa。

②-3层砾砂：褐色，稍密，饱和，主要成分为石英，粘粒含量5～10%，局部相变为圆砾。厚度0.40～5.50m，层顶埋深3.30～9.10m，层顶标高2.72～8.39m。该层承载力特征值fak为180kPa。

②-4层淤泥：深灰色，流塑，含有机质，具腥臭味。厚度1.30～8.90m，层顶埋深7.50～14.10m，层顶标高-2.28～4.29m。该层承载力特征值fak为50kPa。

②-5层粉质粘土：灰绿色，可塑，较均质。厚度0.60～9.90m，层顶埋深5.30～19.50m，层顶标高-7.68～6.53m。该层承载力特征值fak为190kPa。

②-6层中粗砂：灰色，中密，饱和，主要成分为石英，粘粒含量5～10%。厚度0.70～3.50m，层顶埋深6.30～19.70m，层顶标高-8.19～5.53m。该层承载力特征值fak为190kPa。

②-7层粉土：灰色，稍密，很湿，含少量粉细砂，摇震反应迅速。厚度1.20m，层顶埋深17.30m，层顶标高-5.69m。该层承载力特征值fak为200kPa。

3.第四系残积层（Qel）

③层砂质粘性土：灰黄色，硬塑，为花岗岩风化残积形成，遇水易软化。厚度0.60～22.90m，层顶埋深7.90～21.60m，层顶标高-10.15～3.92m。该层承载力特征值fak为200kPa。

4.燕山期风化花岗岩（γ5）

按其风化程度及岩性划分如下：

④-1层全风化花岗岩：灰黄色，原岩结构基本破坏，岩芯手捏易碎、呈坚硬粘性土状，遇水软化崩解。属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。厚度2.00～28.60m，层顶埋深15.80～31.10m，层顶标高-19.38～-4.02m。该层承载力特征值fak为350kPa。

④-2层强风化花岗岩：黄褐色，原岩结构大部分破坏，岩芯手可掰碎、呈砂土状，遇水软化崩解。属软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。揭露厚度0.70～19.50m，层顶埋深18.70～47.00m，层顶标高-35.27～-6.92m。该层承载力特征值fak为700kPa。

④-3层中风化花岗岩：黄褐色，中粒结构，块状构造，由石英、长石和少量黑云母组成，裂隙较发育，岩芯呈碎块状，采芯率60～70%。属较软岩，较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。厚度0.40～6.10m，层顶埋深23.10～52.80m，层顶标高-41.07～-11.27m。

④-4层微风化花岗岩：青灰色，中粒结构，块状构造，由石英、长石和少量黑云母组成，裂隙不发育，岩芯呈柱状（节长10～60cm），采芯率90～95%。属较硬～坚硬岩，较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ级。该层未钻穿，揭露厚度2.40～7.30m，层顶埋深24.30～54.00m，层顶标高-42.27～-12.47m。

孤石：青灰色，成分为微风化花岗岩，裂隙不发育，岩芯呈长柱状，为花岗岩球状风化体。属坚硬岩，完整，岩体基本质量等级为Ⅰ级。

表1部分工程桩超前钻检测岩石抗压强度报告

3施工工艺选择

根据工程桩超前钻报告，各个桩位中风化岩坚硬程度不满足设计要求，所有工程桩桩端均须进入微风化花岗岩，微风化岩顶标高处于-26.6m~-55m之间，钻（冲）孔深度达27.2m~56.5m，其中，80%的桩钻（冲）孔深度大于40m。

从地质勘查资料来看，地面至强风化岩层较软，中风化岩处于较软岩与较硬岩之间，微风化岩是坚硬岩，有15%的桩位存在孤石，孤石硬度也属于坚硬岩。经参建各方研究分析，决定采用旋挖成孔+冲孔入岩的成桩工艺进行施工。

旋挖钻机：是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机的额定功率一般为125～450kW，动力输出扭矩为120～400kN?m，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。缺点是在孤石层、风化岩、坚硬岩中成本高。

冲孔打桩机：冲孔灌注桩具有设备简单，操作方便，适用范围广，能穿越地下水位上下的各类复杂地层，能形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不同规模的建筑物的优点，在桥梁、水工和房屋建筑工程中得到广泛应用。

4钻（冲）孔混凝土灌注桩施工技术难点

（1）桩径较大，最大桩径φ1400mm。

（2）钻孔与空孔深度大，实际钻孔孔深至少为25.2m，最大钻孔深度达52m；空孔深度范围为12.8m～16.2m，孔底沉渣厚度要求不大于50mm，控制难度大。

（3）入岩深度大，设计要求抗拔桩桩端入微风化岩深度不小于1.5m，加上中风化岩厚度，桩入岩深度最大达8m；

（4）岩层坚硬，中风化花岗岩饱和单轴抗压强度标准值18~36MPa，微风化花岗岩饱和单轴抗压强度标准值66~150MPa。

（5）桩顶标高低，最低标高为16.2m，现场控制难度大。

（6）现场施工场地狭小，只有90m×90m，一台旋挖钻机、一台80t履带吊车、15台冲孔桩机，还需要布置钢筋笼加工场地。

（7）塌孔：旋挖钻机与冲孔桩机所需要的泥浆比重不一样，在旋挖成孔后，冲孔桩机就位前，需要进行换泥浆工作，在换泥浆过程中会出现塌孔情况，现场控制难度大。

5钻（冲）孔混凝土灌注桩施工中的质量控制

5.1加强现场测量放线的复核控制，多次定位复核

由于施工场地狭小、桩位多、多台设备同时作业、工程桩钢筋笼制作均在施工场地内进行，无法整体放线，只能采用多次桩位放样的方法进行。根据定位轴线的坐标计算出每一根桩的坐标，在具备施工条件的桩位工作面出现时，即采用全站仪施放桩位点，再根据该桩尺寸与桩位点埋设护筒。

在钻孔前，在护筒顶面铺放模板并采用全站仪进行二次定位，拉十字线引至护筒顶完成定位，控制桩位偏差在规范允许范围之内；同时测量护筒顶标高，为钢筋笼定位提供依据。

在更换冲孔桩机时，用全站仪复核护筒定位是否发生偏差，确认符合规范要求后才进行冲孔入岩施工。

5.2成孔过程中泥浆稠度、比重的控制

本工程钻孔灌注桩主要采取旋挖钻机成孔施工，依靠钻头旋挖取土，不携带泥浆，取土界面与孔内泥浆互不掺混，泥浆仅起支撑固壁之用，固壁泥浆选用中粘度钠基膨润土，细度较高，细度模数选择200-220目，含砂率低，护壁效果好，添加CMC、Na2CO3及NaHCO3、重晶石等增加粘度的材料，配制泥浆具有能充分发酵、胶体率高、不分层等特点.配合比在试桩过程中由现场试验确定。

经试验，本工程由于淤泥层、砂层较厚，在旋挖成孔时的，泥浆密度在1.2-1.3g/cm3时，孔壁稳定性能够得到保证。本工程泥浆性能控制指标：开孔时新鲜泥浆密度为1.2g/cm3，粘度控制在22s，循环泥浆密度为1.3g/cm3，粘度控制在26s，在粘土层中适当调低泥浆密度；新制泥浆在膨化池内膨化24h后方可使用；烧碱、CMC掺加比例按膨润土用量控制在0.2-0.4%。

本工程在强、中、微风化岩层以及遇孤石时，需换冲孔打桩机冲孔入岩，必须进行换泥浆工序，采用冲孔打桩机锤击入岩时，护壁泥浆比重要达到1.3~1.4g/cm3，通过计算桩孔内泥浆立方数，再通过导管把相同体积的大比重的护壁泥浆从冲孔面注入，将桩孔内溢出的低比重泥浆回收至专用泥浆池。在浇注混凝土时，也要回收冲孔泥浆。回收泥浆必须经沉淀净化、采用220目纱网进行隔渣等处理后，变为合格浆液再重复利用。而且在冲孔时，要勤冲勤掏渣，要经常投入粘土块，保持泥浆粘度。

在施工过程中，要为两种施工工艺分设两个泥浆池，要对泥浆性能定期检测，包括流变特性、密度、含砂量、泥浆流失、过滤板厚度和pH值等，适当添加相应掺合料以调整泥浆性能适用于不同地层，除CMC、烧碱外，还包括添加高分子包被剂、降失水剂、防塌剂等。保证孔内泥浆液面高度必须高于护筒底1m以上，避免引起护筒下孔壁的坍塌。

5.3终孔条件的控制与孔深验收

本工程所有抗压端承桩以及50%的抗拔桩均在施工前进行了超前钻勘探，这部分桩由设计根据超前钻岩层的深度、设计要求的入岩深度及护筒埋设的顶标高，确定终孔孔深.其余50%的抗拔桩由设计根据邻近桩的超前钻岩层的深度、设计要求的入岩深度及护筒埋设的顶标高，计算并暂定终孔孔深。

在现场施工过程中，有超前钻勘探资料的桩孔，到达资料显示的微风化岩顶部标高时，每进尺50cm就取样一次，由监理单位负责人与施工单位技术负责人共同判别岩样及桩孔深度是否与超前钻资料吻合，相吻合时按设计要求孔深进行终孔验收。由于本工程大部分工程桩的桩径较大，“一孔一钻”不能完全反映持力层的情况，若与超前钻资料差异较大时，由勘察单位负责人、监理单位现场负责人与施工单位技术负责人一起进行实际取出岩样的特性与超前钻芯样特征对比分析，现场确定终孔深度，从而保证了桩端持力层验收的可靠性。

在没有超前钻勘探资料的桩孔，按实际取出岩样的特性判定已到达中风化岩层后，每进尺50cm就取样一次，由勘察单位负责人、监理单位现场负责人与施工单位技术负责人一起进行实际取出岩样的特性与超前钻芯样特征对比分析，现场确定终孔深度，从而保证了桩端持力层验收的可靠性。

5.4桩孔存在孤石或岩面不平整时质量控制措施

本工程有15%的桩孔存在孤石，球状的孤石容易在冲孔过程中造成偏锤。另外，地下岩层不平整，有些桩孔出现一部分面积是岩层、一部分面积是土层，在锤击过程中会发生偏锤。这些情况都容易造成偏孔情况，影响成桩质量。

为解决偏锤问题，现场采取在出现偏锤情况的桩孔回填相同抗压强度的片石，每填1立方片石，就试打几下，确认不再偏锤后，就继续进行冲孔打桩，经过采取有效措施，现场没有出现偏桩质量问题。

5.5钢筋笼与吊筋的质量控制及钢筋笼就位标高控制验收

（1）钢筋笼的钢筋品种、规格、数量必须符合设计要求，钢筋笼直径及其制作质量应符合施工规范规定，其长度应符合对应的终孔孔深要求。另外，在起吊钢筋笼前应检查吊点的牢固程度及钢筋笼加劲箍的数量。大直径桩钢筋笼的加劲箍采用三角形加强处理，现场采用80t履带吊进行钢筋笼吊装。

（2）由于桩顶标高在-12.7～-16.3m之间，空桩较深，钢筋笼就位时必须按实际孔深、桩顶标高及护筒标高准确计算吊筋长度，以确保钢筋笼就位标高符合设计要求。首先将钢筋笼准确地吊放于孔口，再根据实际孔深、桩顶标高、有效桩长制作吊环、吊筋，并在孔口与钢筋笼主筋进行现场焊接，两根吊筋应对称布置在钢筋笼加筋箍的中心线上。

（3）钢筋笼入孔后，根据吊筋与护筒之间的距离及开孔时护筒上的十字定位线，检查其是否处在桩孔中心；钢筋笼入孔就位后，检查吊筋吊环位置是否与护筒顶标高一致，如吊筋长度超出护筒面较多，则表明钢筋笼未到位，应立即吊出钢筋笼，查明原因并纠正后重新就位；钢筋笼正常就位后应穿放定位钢管进行固定，以防止钢筋笼标高发生变化。

5.6孔底沉渣的检查验收

冲孔冲至设计标高经现场验收并确认终孔深度后，运用二次清孔来达到混凝土灌注前对泥浆的技术性能要求。

第一次清孔是冲孔至持力层并进入持力层达到设计深度要求时进行的泥浆循环清孔工作。第一次清孔是能否达到技术要求的基础，不能因为有第二次清孔而忽视第一次清孔的重要性，因为第一次清孔吸力大，清孔能力强，可以把绝大部分沉渣吸出孔外；而第二次清孔是在下完钢筋笼和导管后，利用导管进行清孔，吸力要小得多，目的是清除在下钢筋笼和导管过程中沉淀到孔底或是被钢筋笼碰撞而掉下去的泥块沉渣。在清孔过程中必须保持孔内水头，防止坍孔，清孔完毕后孔底500mm以内的泥浆应达到以下技术性能要求：孔底沉渣厚度≤50mm，泥浆比重≤1.25，含砂率≤8，粘度≤28S。满足条件后，立即组织混凝土浇灌。

5.7水下混凝土浇筑的质量与钢筋笼上浮的控制

混凝土浇筑采用水下直升导管法，下放导管前应在孔口设置浇筑平台并固定导管料斗，以保证在浇筑过程中施工人员的安全；导管应顺桩孔中心而下，避免挂住钢筋笼。

混凝土浇筑前应根据不同桩径、桩长等，计算出混凝土的初灌量，分别采用不同的灌注斗进行初灌。初灌量保证最小埋管高度1.0m，选定Ф300mm灌注导管，保证初灌量达到封底埋管的要求。

混凝土灌注前，要对各作业环节认真检查，制定有效的预防措施；严格遵守操作规程；根据清孔情况和浇筑过程及时联系混凝土搅拌站保证灌注作业连续紧凑；每车混凝土到场后，应注意检查其塌落度。另外，由于空孔深度较大，下料速度应适当控制，否则易造成钢筋笼上浮；另外，要加强施工现场管理，防止违规操作。导管提升应匀速平稳，控制灌注时间在适当的范围内；如遇突发事件导致浇筑停滞时间较长时，应不断提升导管防止出现卡管、堵管现象；灌注混凝土时，必须有专职施工员负责桩顶混凝土标高和超灌注高度的控制。

6、结束语

超深超硬岩混凝土灌注桩施工具有相当大的难度，旋挖成孔、冲孔入岩的施工方法能够很好满足施工质量的要求、较好满足施工工期投资控制的要求。在这种工艺方法实施过程中，施工技术负责人与监理工程师应做好各道工序的质量控制点、有效落实既定措施、方案，才能控制好混凝土灌注桩施工质量。

参考文献：

[1]《岩土工程勘察规范》（GB500214-2001）（2009年版）北京；中国建筑工业出版社，2009.

[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）北京；中国建筑工业出版社，2002.

[3]《泥浆护壁钻孔灌注桩施工中常见的质量通病及防治》广州；黄伟源，安徽建筑，2003年，第2期.

[4]《浅谈旋挖钻孔灌注桩施工工艺》西安；常昭诠，中国新技术新产品，2011年，第1期.

[5]《冲孔灌注桩施工过程中的质量控制》深圳；陈森韬，现代物业，2011年，第07期.