复杂地层大直径桩基础施工技术研究

复杂地层大直径桩基础施工技术研究

梁明,许景达,赵文亮

中建二局第一建筑工程有限公司 广东省深圳市 518000

摘要：随着我国社会经济的高速发展以及城市化进程的加速推进，混凝土灌注桩的使用得到广泛的普及，超高层建筑采用大直径混凝土灌注桩基础已然成为常态。不同地方的地质构造表现出明显的差异性，施工成孔的技术、成本、质量等各项指标的控制是建筑企业面临的一大问题。文章主要以实例阐述复杂地质情况下大直径混凝土灌注桩基础的施工技术。

【关键词】复杂地层 大直径 泥浆配置 桩基础施工技术

根据现有工程的地质情况，大直径工程桩的数目占比较大，无形中加大了施工难度。为了加快施工进度、增加经济效益、保障施工质量，管理人员结合现场实际，研究出一套新的成孔工艺，下文主要针对强风化、中风化及微风化地质结构面各节点的施工技术进行介绍，经现场实际施工验证能较大限度缩短工期并保证整体的成孔质量，进而达到降本增效的目的。

1、工程概况

本工程属于棚改项目，建设占地面积1.8万平米，主要为住宅、配套商业及公共设施，地基基础采用泥浆护壁钻孔灌注桩，共有800mm、1000mm、1200mm、1600mm、1800mm、2200mm、2400mm、2600mm 8种直径的混凝土桩基础。桩身净长45m左右不等，桩身直径的多样化以及复杂的地质构造。其中部分桩基的入岩深度达到30米。其中入微风化岩层约19米，入中风化岩层约11米，地质构造主要为强风化、中风化及微风化，且因项目位于岩层破碎带，夹杂较多且较厚的中风化夹层，对应的岩层硬度厚度均有明显差异，施工的难度大大增加，据此进行研究各地层中的旋挖桩施工特点。

2、桩基础施工技术

根据现场实际情况，对具体的施工方法进行改善，由于是大直径甲级桩基础，施工进度及质量保障措施贯穿整个施工过程。采用泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺，施工作业开展前需对钻孔进行定位，并按要求复测；同时地面表土层松软易坍塌，故需要下放钢护筒保护上部表土,防止塌孔；旋挖机钻桅的垂直度应严格控制在1/100的误差范围内；除此之外泥浆配合比同样占据举足轻重的地位，且正常施工时应有足够的泥浆供应，随时进行泥浆的置换。施工过程中要做好各层段岩层风化程度的判断,并按要求做好验收工作。可按下列方法进行判断：

强风化：大部分岩体变色、岩体中心部分尚较新鲜，岩体强烈破碎、呈块状、岩屑时夹粘性土，物理力学性质不大均一、强度较低、岩块单轴抗压强度小于原岩的1/3、风化较深的岩块均可用手捏碎，敲击为哑声；

中风化：岩体表面及裂隙表面大部分变色，断口颜色较新鲜，岩体一般较好、原岩结构构造清晰、风化裂隙尚发育、时夹少量岩屑，单轴抗压强度为原岩的1/3~2/3，敲击发声不够清脆；

微风化：岩石颜色仅沿裂隙表面有所改变，岩体完整性好、风化裂隙少见，物力力学与原岩相差无几，敲击声清脆可闻。

现就泥浆护壁钻孔灌注桩各地质层段的具体的施工技术做如下说明：

（1）地表表土~强风化岩面

从地面标高到强风化岩层结构面之间地质构造多为软弱岩土层，故采用土层双底捞沙钻斗从地表钻进至强风化岩面，施工速度相对较快。值得注意的的是：

①严格按照设计说明，控制旋挖机钻桅的垂直度；

②护筒垂直度应与钻桅垂直度保持一致；

③施工时需要提供旋挖机的工作面，且不时对钻出的岩土进行清理；

④泥浆的配比应满足《建筑桩基技术规范》JGJ-94-2008的要求：孔底500mm以内的泥浆相对密度应小于1.25；含砂率不得大于8%；粘度不得大于28s；

⑤还应满足除①~④以外的各项重要技术关键点。

（2）强风化岩面~中风化岩面

中风化岩层较为坚硬，需要更换钻头配合作业，使用土层双底捞沙钻斗钻并不适用中风化岩层，速率会大打折扣，且钻斗损耗严重，使用寿命缩短。采用筒钻或者螺旋钻头专门针对中风化岩层，施工时整体的进度会加快，取芯率较高，达到事半功倍的效果。中风化岩层钻进过程中泥浆的含砂率会增大，应对泥浆配合比进行复测，各项指标应满足④要求，确保泥浆护壁的整体效果，防止成孔段塌孔，增加工作量。

（3）中风化岩面~微风化岩面

钻进微风化岩面时，岩性坚硬难磨，钻齿要及时更换为牙轮齿。牙轮齿适宜超硬岩石的钻进，碾压破碎岩石，牙轮多为耐磨合金刀，使用寿命长。

据此，项目针对此类特性，采用了的三次成孔工艺进行，并且针对各岩层的变化进行合理更换钻头，提高成孔的垂直度和成孔的工效，详细以直径为2.2米的桩基础为例，

（1）直径1.2米小钻头第一次钻进成孔

①钻机加压油缸为钻筒提供压力，通过旋转带动钻尖切削土层，将土挤进切入钻筒，进而完成一个回次的钻进。每一回次的钻进量应以深度仪表为参考，以说明书钻速、钻压扭矩为指导，进尺量适当，不多钻，也不少钻。钻多，辅助时间加长，钻少，回次进尺小，效率降低。

②当钻斗内装满土、砂后，提钻后注意地下水位变化情况，若泥浆减少要补浆防止坍塌。保证孔内泥浆液面标高比地下水位高，形成压力差；因此要从储浆池中用泵向孔内输入优质泥浆。

③旋转钻机每钻完一个回次后，将钻斗内的土卸出，用铲车及时运走，运至不影响施工作业为止。

④钻进和提升钻斗的过程中，应始终使钻斗的底层铁门保持关闭状态，以防止钻斗内的土渣落到孔内而使护壁泥浆性质变坏或沉淀到孔底。

⑤结合本工程岩层较厚的特点，应选用较短斗齿及齿间距较小的钻斗以免断钻，提钻后应经常检查底部切削齿，及时更换已磨钝的斗齿。

⑥钻遇硬土层，如发现每回次钻进深度太小，钻斗内碎渣量太少，可换一个较小直径钻斗，先钻一小孔，然后再用直径适宜钻斗扩孔。

⑦提升钻头过快，易产生负压，造成孔壁坍塌，施工中动力头旋转速度应控制在（5～15）r/min，速度过高会对钻杆产生较大的冲击，速度过低则工作效率低。在一般情况下，采取低速旋转慢钻进方式进行施工。在遇到填石层等易坍塌地层，应采用高速旋转慢钻进方式，使孔的护壁性能好，不易坍塌。

⑧动力头内键与钻杆第一节键配合间隙应在1.5～2.5mm之间，如间隙过大，应及时修复或更换动力头内键。

⑨在桩端持力层钻进时，可能会由于钻斗的提升引起持力层的松弛，因此在接近孔底标高时应注意减少钻斗的提升速度。

⑩每条桩旋挖至中风化面后根据岩石破碎程度选择更换钻头的种类：岩石较完整采用牙轮取芯钻头，岩石破碎的先用小直径取芯钻头取芯，创造临空面再用破岩钻头把岩石打碎最后用筒钻清渣。

钻至设计终孔标高后终孔。

（2）直径1.8米中钻头第二次钻进成孔

第一次小钻头终孔后，更换至1.8米钻头重复上述工作至终孔。

（3）直径2.2米大钻头第三次钻进成孔、终孔

直径1.8米第二次中钻头终孔后，更换至直径2.2米钻头重复上述工作至终孔。

3、清孔及混凝土浇筑

单桩施工完成后，按照设计蓝图的孔底沉渣厚度要求，立即对钻孔进为防止坍孔，泥浆配合比各项指标不得超过规范标准；

②第二次清孔，钢筋笼及导管安装完成后进行二次清孔，且时间不宜过长，防止坍孔，保证后续混凝土的浇筑顺利进行。

清孔完成后，对孔底沉渣进行测量，可使用测锤和测绳对沉渣厚度进行大概的测量，沉渣厚度设计说明有要求的严格控制在设计说明的误差范围，设计说明没有严格要求的按照相关规范标准执行。

清孔结束后应尽快进行水下砼的浇筑，时间不宜拖太久，地质情况复杂，上部岩土层浸泡时间太久易坍塌，水下砼浇筑出现夹层、断桩等情况，导致废桩，并连带大额经济损失。

结束语

桩基础的施工技术能够提高高层建筑的荷载能力，是保障建筑物安全性的重中之重。随着社会的发展，人们对建筑质量、建筑构造等有了更高水平的要求，施工技术也在同步更新，走向更加成熟的阶段。但是依旧需要有合理地规划、现场详细的地质报告、机械设备的选择以及现场的运营管理水平，才能保证桩基的质量、盈利及整体的施工进度。

参考文献

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