商业综合体超大直径旋挖钻孔灌注桩施工技术

商业综合体超大直径旋挖钻孔灌注桩施工技术

李,新

中铁二局第四工程有限公司  四川成都  610300

摘要：随着社会的快速发展，基础建设中各类桩的设计荷载增大，导致桩基长度增加、直径也越来越大。本文结合东莞格兰名筑项目桩基工程，对超大直径旋挖钻孔灌注桩的施工工艺进行了详细的阐述，针对施工过程中关键工序和易出现的质量问题进行了深入分析，总结出超大直径旋挖钻孔桩施工中相应的质量控制措施，可供类似工程参考。

关键词：超大直径旋挖桩、旋挖钻机、施工技术

Key words: super large diameter rotary digging pile, rotary drilling rig, construction technology

在中国沿海地带的复杂地质中，采用超大直径旋挖钻孔灌注桩需要克服砂质黏土层、花岗岩等多层地质问题，随着深度和地层变化带来的地质复杂化，桩基施工难度更大，需要克服一系列难题，例如：钻机的选择、护筒的选择、各类地质钻孔施工、钢筋笼制安、混凝土浇筑质量控制等。本文以东莞格兰名筑旋挖钻孔灌注桩施工为例，通过各工序问题采取的控制措施，为今后在复杂地质中超大直径旋挖钻孔灌注桩的施工提供一定的参考。

1 工程概况

东莞格兰名筑商业、办公楼位于东莞市东城区东城中路422号，项目西侧为东城中路和R2号线天宝地铁站、东城中路下方是东莞地铁R2号线；北侧为3-5层居民区和温莞路；东侧为3-5层居民区和高田坊路；南侧为已建的格兰名筑小区，占地面积12971平方米。

本工程有三层地下室，基坑开挖面积10267.84㎡，最大开挖深度16m，拟建高度146.95m。本工程基础采用大直径灌注桩，桩径有1.2m、1.6m、2.0m、2.4m共4种，桩长约40m（入中风化花岗岩2m），共48根工程桩，桩身混凝土设计强度C40。其中塔楼区域有33根工程桩，桩径为1.6m、2.0m和2.4m。

本工程地质由上往下分层情况如下：①素回填土（平均层厚3.00m）、②粉质黏土（平均层厚3.10m）、③砂质粘性土（平均层厚16.69m）、④全风化花岗岩（平均层厚16.95m）、⑤强风化花岗岩（平均层厚11.54m）、⑥中风化花岗岩（平均层厚6.26m），其中砂质粘性土含砂率较高，遇水易崩塌。

图1 工程桩平面布置图

图2 塔楼区地质分层剖面图

2 施工设备与工艺选择

2.1 桩机选型分析

本工程桩基平均深度40m，砂质粘性土平均厚度16.69m，要求入中风化花岗岩2m，场地狭窄，且工期短。结合本工程地质、场地、工期等因素综合分析，选用旋挖钻机施工。

表1 旋挖钻机参数对比表

旋挖钻机选型中，为保证钻机施工过程中稳定性及成孔质量，宜选用重量大的旋挖钻机；为增强钻机的破碎岩石能力，宜选择扭矩大的旋挖钻机。综上分析，桩径1.2m、1.6m灌注桩选用徐工XR280D机型，桩径2m、2.4m灌注桩选择徐工XR460D机型。

2.2 钢筋笼加工设备分析

本工程工程桩桩径大，钢筋笼长，钢筋笼若采用人工加工，速度慢，精度差，不满足进度和质量要求，综合考虑采用自动数控钢筋笼绕筋机进行钢筋笼加工，其主要优点如下：

（1）加工速度快，一般情况下3人/班，20m钢筋笼成型耗时3小时，工作效率高。

（2）加工精度高，使用电动数控钢筋笼绕筋机施工，主筋、箍筋间距均匀，符合规范要求。

（3）箍筋不需搭接，比人工加工节省钢材约1%。

（4）主筋间距分布均匀，多个钢筋笼搭接时误差小，吊装安装快。

图3 自动数控钢筋笼绕筋机钢筋笼加工示意图

2.3 施工工艺流程

针对项目地质情况，采用旋挖钻孔灌注桩标准施工方法，即场地平整、测量放线、埋设护筒、泥浆护壁、旋挖钻进成孔、清孔清渣、钢筋制安、浇筑水下混凝土等工序。具体施工工艺流程如下：

图4 施工工艺流程图

3 超大直径旋挖桩施工技术

3.1 超大直径钢护筒的制安

对于灌注桩施工，护筒的设置主要是防止上部孔口塌方，减少孔底沉渣。护筒一般由钢板制作而成，护筒内径应大于钻头直径100mm，上部宜开设1～2个溢浆孔；埋设钢护筒应准确、稳定，护筒中心与桩位中心偏差不得大于50mm，护筒顶面宜高出原地面至少30cm；护筒下端外侧用黏土填实。

普通直径旋挖灌注桩护筒（1.2m、1.6m桩径）：采用6mm厚钢板制作，长度3m，自重约0.8t，由挖机挖坑埋设及拔出。

超大直径旋挖灌注桩护筒（2.0m、2.4m桩径）：采用8～10mm厚钢板制作，长度6m，自重3.5～4t；因6m护筒太重，采用两段3m护筒焊接加长，以保证顺利通过松散土层。因场地回填土较厚，易发生坍塌，为了确保在旋挖桩施工中护筒更稳固，防止下坠，可对护筒采取防坠措施，即在护筒顶部加焊工字钢、钢板辅助。

3.2 超大直径旋挖桩泥浆护壁

泥浆护壁中的钻孔浆液主要由水、泥土等材料构成，再配合冷却钻头、润滑钻具等的使用，使得静水压力有所增大，在槽壁表面形成一定的泥皮，从而阻止内部水的渗出。如果调制的泥浆太稀，就会使得护壁能力变差，排渣作用变小；如果调制的泥浆太粘稠，就会降低钻头的冲击效果，使得操作速度减慢。因此，超大直径旋挖桩施工时，泥浆比重和黏度要求较高，各阶段泥浆参数为：

（1）土层和软岩成孔阶段，由于旋挖成孔速率大，孔壁泥皮较薄，此阶段泥浆比重宜控制在1.08～1.20，黏度18～20s。

（2）硬岩成孔阶段，为减少钻具截齿与硬岩摩擦的热能，泥浆比重宜控制在1.05～1.15，黏度20～22s。

（3）二次清孔后，为保证孔底段泥浆处于絮状，保持泥浆中的粗颗粒处于悬浮状态，确保孔底沉渣满足设计要求，泥浆控制为低密度、大黏度，泥浆比重宜控制在1.05～1.10，黏度22～25s。

3.3 超大直径旋挖桩钻孔施工

根据地质勘察报告，本工程工程桩的持力层为中风化花岗岩，钻孔灌注桩施工时需穿越土层和岩层，结合各地质特点，需采取不同的钻进工艺成孔。

（1）钻机就位及试运行。钻机就位前，护筒顶面和原地面标高已测量完成，桩位附近场地已平整，检查钻机的工作性能，确保钻机各零部件、液压系统及各种仪表正常工作。之后把钻机开到桩位旁，将钻头的尖端正对桩位标注点，再用垂球及钻机仪表控制钻杆的垂直度和钻机机身的水平，并保证钻架上的起吊滑轮、钻杆中心及转盘中心在同一条铅垂线上。检查在回转半径范围内是否有障碍物影响回转。

（2）土层和软岩段一次钻进成孔。根据本工程地质变化情况，素填土、砂质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩地层选用双边进土截齿硬岩捞沙钻斗（钻头形式为带凸点的高强度截齿钻头）一次钻进成孔工艺。钻进中，每次起钻土体体积较大，当钻头离开孔时，为保证孔内水头压力，需降低提升钻斗的速度，及时补充泥浆。

（3）硬岩段扩孔钻进。该工程桩基持力层为中风化岩层，为克服大断面的钻进阻力，中风化岩层采用牙轮钻头扩孔钻进：即先用小尺寸的 Φ1600mm牙轮钻头钻进岩芯至设计深度，然后更换Φ2400mm牙轮钻头扩孔至设计孔径，并用捞渣斗将孔底石块和岩屑捞出。

3.4 超大直径旋挖桩清孔

根据工程特点，为防止桩底沉渣超标对桩基质量的影响，采取二次清孔工艺。

（1）第一次清孔。钻孔至设计深度，经过对孔位、孔径、垂直度等进行检查确认钻孔合格后，开始第一次清孔。清孔时将钻斗留在距离孔底0.8m左右旋转数圈，通过旋转带动孔底沉渣，并将孔底沉渣尽量装入旋挖斗内，提钻甩渣，起钻时缓慢上升，防止钻头刮到孔壁，并及时向孔内补充泥浆，稳定孔内的水头高度。

（2）第二次清孔。在钢筋笼、灌注混凝土导管安装完成后，为保证二次清孔满足设计和规范要求，本工程采用泥浆泵吸反循环技术。即通过砂石泵的抽吸功能，在灌注管道内处于负压状态，在大气压强作用下，处在灌注管道与孔壁之间环状空隙中的泥浆流入孔底，被吸进灌注管道内，继而上升至地面泥浆的循环系统中，经泥浆沉淀池沉淀处理后，再从泥浆池、泥浆循环槽注入孔内。二次清孔时间约30～60分钟，待测量沉渣厚度符合设计要求后（孔底沉渣≤50mm）进行混凝土浇筑工作。

图8 泵吸反循环二次清孔原理示意图

3.5 超大直径旋挖桩钢筋笼制安

由于钢筋笼直径和长度较大，结合履带吊车性能和桩长，为减少钢筋笼下笼时的对接次数，每节钢筋笼长度控制在15～20m，并做好以下工作：一是钢筋笼加工时各焊点焊接牢固，设置主筋保护措施；二是为防止吊装过程中钢筋笼变形，需做好钢筋笼骨架加固措施；三是为保护钢筋笼吊装下放时不破坏桩孔孔壁，需垂直轻放；四是为缩短钢筋笼对接的焊接时间，采用2台焊机对称作业；五是为防止砼浇筑过程中钢筋笼沉降或浮起，钢筋笼下放完毕，需做好钢筋笼顶部的固定。

3.6 超大直径旋挖桩混凝土浇筑

由于工程桩直径较大，采用Φ300mm钢导管进行混凝土浇灌。混凝土浇注前需做好以下工作：一是导管使用前需做好密封性检查，设置密封胶垫进行管道防水；二是按照桩长对管道的长度和数量进行合理选择并逐根记录，以确保管底距孔底30～50cm；三是正确测算好首灌混凝土用量，以桩径2.4m为例，导管埋入混凝土不小于1m，首灌混凝土约9m³；四是做好混凝土塌落度检查，控制在180～220mm；五是为保证初浇量，选用3m³以上的料斗，首灌时搅拌车同时加料，首灌时还应加隔水球，既可以在首灌时防止混凝土不被水稀释，也对孔底沉渣再次冲洗，有效降低了孔底沉渣厚度。

混凝土浇注过程需连续进行，并做好混凝土供应不间断措施，以防止断桩。浇注过程中须勤测孔内砼上升标高、计算孔内导管长度和导管埋管深度等，并控制混凝土管道埋深2～6m，以避免超灌。本工程工地现场距商混站约0.5小时车程，每车10m³混凝土灌注时间约为3分钟，灌三车混凝土后拔一次导管。

3.7 质量检测

根据规范及设计要求，本工程基桩检测结果如下：

（1）本工程48根基桩全部做低应变法检测，检测结果Ⅰ类桩48根；

（2）本工程的基桩进行了声波透射法检测，抽检4根工程桩，检测结果Ⅰ类桩4根；

（3）本工程的基桩进行了钻芯法检测，共抽检10根工程桩，每根桩均钻2个孔，桩身完整性均为Ⅰ类，桩底沉渣厚度均满足规范要求，持力层岩性及岩石单轴抗压强度均满足设计要求；

（4）本工程的基桩通过了单桩竖向抗拔静载试验，共抽检3根工程桩，竖向抗拔极限承载力UU≥7000kN，满足设计要求（单桩抗拔承载力设计特征值3500kN）。

通过第三方检测结果表明，本工程Ⅰ类桩占比100%，无Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类桩。

4 结语

（1）工程实践表明，对较厚砂质粘性土层地质采用旋挖钻机施工较冲孔灌注桩施工能有较大幅度的缩短工程桩成孔施工时间，节约工期。

（2）项目前期试桩时，超大直径灌注桩采用了3m护筒，但存在护筒下沉的问题，后期通过加长护筒和护筒顶部加焊工字钢、钢板辅助的改进措施后，有效防止了护筒的倾斜、坍塌。

（3）工程实践表明，采用自动数控钢筋笼绕筋机进行大直径钢筋笼加工，有效保证了钢筋笼成型质量，且工效高。

（4）工程实践表明，采用3m³及以上的大料斗和搅拌车不断加料的方式，再配合隔水球措施，在首灌混凝土浇筑时，能有效清除桩底沉渣，经抽芯检测，桩底沉渣厚度控制较好。

参考文献：

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[2]肖博法、陆耀辉，珠三角地区软土地质中的超深超大直径钻孔灌注桩施工技术.建筑施工；2019（01）

[3]夏建云、赵德鹏，超大桩径旋挖桩施工技术的应用研究.工程技术与应用；2020（15）