大直径超深钻孔灌注桩施工难点分析

大直径超深钻孔灌注桩施工难点分析

张伟忠

深圳市岩土工程有限公司广东深圳518000

摘要：大直径超深钻孔灌注桩的在工程中的应用越来越广泛，但是大直径超深钻孔桩在施工过程中存在成孔、沉渣控制、清孔、钢筋笼安装等难点。本文结合实际案例对大直径超深钻孔灌注桩施工过程中的难点进行了总结归纳，为类似工程提供经验参考。

关键词：旋挖桩；沉渣；泥浆；孤石；清孔；钢筋笼

Thedifficultiesanalysisofsuper-deepboredpileconstruction

Zhangweizhong

Abstract：Super-deepboredpileisappliedmoreandmoreextensivelyinengineering,but,theprocessofsuper-deepboredpileconstructionexistentdifficultiesofmakinghole,depositcontrol,holecleaningandsteelreinforcementcageinstalling.Thispapersummarizesthedifficultofprocessofsuper-deepboredpileconstructionbasedontheactualcase,whichcanprovidereferencetosimilarconstruction.

Keywords：super-deepboredpile;deposit;mud;boulder;holecleaning;steelreinforcementcage

前言

快速的城市进程，促使建筑越建越高，超高建筑对桩基的要求越来越高。大直径超深钻孔灌注桩已经较为普遍的运用在超高建筑中。而大直径超深钻孔灌注桩的施工存在很多难点。本文结合深圳本地实际项目，对大直径超深钻孔灌注桩的施工难点进行了总结。

1、工程概况

1.1桩基工程概况

百度国际大厦西塔楼位于深圳市南山高新区，西塔楼桩基础工程采用钻（冲）孔灌注桩，桩径有0.8m、2.2m及2.4m三种，参考桩长40m～97m，桩端持力层0.8m桩进入强风化岩层3m，2.2m和2.4m桩进入中风化岩层1m。但2.2m和2.4m桩在施工时经超前钻揭露，发现桩深大部均超深超长，大部90余米以上。桩基础施工时，主要采用旋挖钻进成孔工艺，局部采用旋挖+冲孔联合钻进成孔工艺。受有大量的超大、超深基桩、地质条件复杂、全、强风化花岗岩层不均等因素影响，造成旋挖钻进难、孔壁易坍塌、桩孔倾斜、沉渣过厚等，施工困难，工效低下。

1.2工程地质概况

桩基础施工所涉及的岩土层有：杂填土（厚6.30～15.70m）；淤泥质粉质粘土（厚0.60～2.70m）；砾（砂）质粘土（厚11.00～35.70m）；全风化花岗岩（厚2.50～27.000m）；强风化花岗岩上层（厚6.70～14.50m）；强风化花岗岩中层（厚5.50～27.00m）；强风化花岗岩下层（厚1.00～28.00m）；中风化花岗岩（厚1.00～27.60m）、微风化花岗岩。

2、材料与设备

2.1材料

本工法所需材料分为工艺材料和工程材料。

2.1.1工艺材料：主要是造浆材料，包括：膨润土或粘土、纯碱、添加剂等。

2.1.2工程材料：主要是商品砼、钢筋、超声检测管、焊接材料等。

2.2设备

2.2.1主要机械设备选型

（1）钻机选用：由于大直径超深基桩施工时要求桩机设备扭矩大，施工深度深，为达到成孔后各项设计指标，施工采用中联420、中联250-C及中联280-A旋挖钻机。其中，中联420旋挖钻机钻进扭矩大，施工效率高，最大成孔直径达3000mm，最大成孔深度达110m，该钻机各项指标能满足超大超深基桩施工要求。钻机基本参数及实物图见表2.2.1-1~2.2.1-3。

表2.2.1-1中联420旋挖钻机基本参数

表2.2.1-2中联250-C旋挖钻机基本参数

表2.2.1-3中联280-A旋挖钻机基本参数

（2）起重机选用：采用一台50t履带吊加两台汽车吊进行钢筋笼等设施吊装，负责配合钻机成孔后的灌注工作，以及灌注完毕后起拔护筒。

（3）泥浆泵选用：

1）6kW以上泥浆泵：用以向钻孔内放浆，也可选用潜水泵；

2）10kW以上泥浆泵：清孔用；

3）10～20kW左右搅浆泵：用于泥浆池内泥浆循环，大小根据泥浆池的储量进行配置。

3、成孔难点

3.1进尺速度的控制

由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层或强（全）风化则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。必须按要求测试进、出口泥浆指标,发现超标及时调整。

3.2沉渣控制

在钻进过程中如果泥浆相对密度小于1.3，会造成灌孔前沉渣太多而超出规定，即使旋挖钻机二次旋挖清孔也无济于事，以致造成混凝土灌注困难，故控制泥浆比重对泥浆护壁成孔来说，至关重要。旋挖钻进施工时，必须保证每抓一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定的高度，以平衡孔内侧压力。

3.3砂层成孔

在砂层中施工，旋挖工艺成孔困难，一定要控制好泥浆，选择好钻斗形式，才能有效地保持正常施工。应严格按照工艺要求进行施工，避免造成成孔孔径部分偏大，混凝土量局部超灌现象。含砂量大的泥浆要及时排放，补足制备好新泥浆，使充盈系数控制在1.11～1.15。砂层施工中，如发生垮孔，首先把垮孔回填，经过一段时间地层稳定后，采用优质泥浆，严格按工艺要求进行施工。

3.4孤石处理

成孔过程中如遇到孤石等障碍无法钻进时，可调用CJZ-5型冲孔桩机进行穿透处理。

3.5清孔

首先桩孔终孔后，第一次清孔采用正循环清孔。清孔方法为：将钻具提高20～50cm，采用大泵量泵入性能指标符合要求的优质新泥浆，并维持正循环30min以上，直到清除孔底沉渣且使孔壁泥质、泥浆含砂量小于4％为止。

其次，因桩孔有较厚的松散易坍土层，清孔后不能立即终孔，而在孔内下入钢筋笼，安装好灌浆导管后施行二次清孔作业，以使混凝土灌注前孔底沉渣厚度符合要求，保证混凝土成柱质量。第二次清孔方式采用反循环清孔。具体操作方法是:在桩孔终孔后,将制作好的钢筋笼按要求放置孔内,同时将导管接至孔底10cm处。将带有1m长管子的气管插入导管底部，气管底与导管底最小间距为2m，在气管处接入高压风管(或在导管顶端接入)，高压风管另一端连接空压机,而导管口采用密封只留泥渣排出口的方法,使高压气流通过风管在导管底部于泥浆高压混合,并在高压的情况下夹带泥渣流出导管泥渣排出口至沉淀池。沉淀池沉淀泥渣后余泥浆回流孔内,保持孔内压力平衡,不至塌孔,保证终孔混凝土成桩质量，泥渣定期外运。

4、钢筋笼制作与安装难点

4.1钢筋笼制作

应将支撑架按2m的间距摆放在同一水平面上对准中心线，然后将配好定长的主筋平直摆放在焊接支撑架上。考虑到本次配筋量大，可适当增加加强箍，另外，制作时应确保钢筋搭接满足设计要求。为确保保护层厚度，应焊接钢筋笼保护层钢筋环。将制作好的钢筋笼稳固放置在平整的地面上，防止变形。

4.2钢筋笼吊装

钢筋笼长度较长，一次成型与吊装难度很大，因此制作时应将钢筋笼分成12m一节，利用履带吊将钢筋笼分段吊装至孔口，在孔口进行连接。起吊钢筋笼可采用扁担起吊法，起吊点在钢筋笼上部箍筋与主筋连接处，且吊点对称。吊至孔口时，按设计要求进行双面焊接，焊接长度≥5d。

下放钢筋笼时，要求有技术人员在场，使用吊筋以控制钢筋笼的桩顶标高及钢筋笼上浮等问题。钢筋笼安装到位，经检查合格后，要采取措施用支撑架将钢筋笼固定在孔口。

5、水下混凝土灌注难点

5.1导管的安装与使用

导管在使用前，要检查导管的密封性，可由压水试验检查，试水压力0.6-1.0MPa,不漏水为合格。导管下入孔内必须居中，其实际长度必须做严格丈量，使导管底口与孔底的距离能保持在0.3-0.5m左右，第一段导管长度不应小于4m。在堆放导管时，须垫平放置，不得搭架摆置。在吊运导管时，不得超过5节连接一次性起吊，导管孔口连接应使用专用孔口支撑板。导管在使用后，应立即冲洗干净，以备再用。

5.2首浇（初灌量）

开导管时下料斗内须初存的混凝土量要经计算确定，以保证完全排出导管内泥浆，并使导管出口埋深不小于0.8m的流态混凝土中，防止泥浆卷入混凝土中，加之导管底距坑底距离为0.5m，根据压力平衡原理，计算确定混凝土初灌量。

5.3灌注混凝土

在完成首浇后，灌注混凝土要从漏斗口边侧溜滑入导管内，不可一次放满，以避免产生气囊。拔管时，要准确测量和计算导管埋深后，方可拔管。导管埋深不得大于6m，也不得小于1.5m。当混凝土面快到钢筋笼下端时，为防止钢筋笼上浮，当混凝土面接近和初入钢筋笼时，应保持较大的导管埋深，放慢灌注速度，当混凝土面进入钢筋笼后，应适当提升导管，减少埋深（不得少于2.0m）以增加钢筋笼对导管底口下的埋置深度。混凝土浇筑到桩顶5m以内时，可不再提升导管，直到灌注到设计标高后一次拔出，灌注至桩顶时必须多灌0.8～1.0m高，以保证凿出桩顶伏浆后混凝土的强度达到设计强度。在最后一次拔管时，要缓慢提拔导管，以避免孔内上部泥浆压入桩中。

6、结论

（1）成孔过程应根据不同的地层控制进尺速度。

（2）在成孔过程须进行沉渣控制。

（3）砂层成孔应控制塌孔现象。

（4）成孔中如遇到孤石，可采用冲孔方式进行清除。

（5）成孔完成后应进行两次清孔，以保证沉渣厚度满足规范。

（6）钢筋笼应分段吊装。

（7）水下混凝土灌注时应严格控制初灌量和导管埋深。

参考文献

[1]常士骠，张苏民，工程地质手册[M]，北京，中国建筑工业出版社，2007.

[2]龚晓南，高有潮，深基坑设计施工手册[M]，北京，中国建筑出版社，1998.

[3]中华人民共和国行业标准，建筑桩基技术规范，（JGJ94-2008）.