北京CBD核心区某高层建筑试验桩施工技术

程金霞，张贵秀，黄鑫峰，郁河坤，陈 辉

(1.北京建材地质工程公司，北京100102;2.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南250013)

0 引言

拟建的某超高层建筑高度超过550 m，位于高层建筑密集的北京市朝阳区东三环中路CBD核心区，对周边环境影响控制要求极高。该工程基础桩施工采用钻孔灌注桩后压浆工艺。在进行钻孔灌注桩工程桩施工前，拟通过试桩确定桩基的选型是否合适，桩基的承载力和沉降是否满足要求。本文对该工程钻孔灌注桩试验桩施工技术进行了总结，以期能为后续的钻孔灌注桩工程桩施工中起到指导作用，对今后类似工程施工也具有参考意义。

1 工程概况

北京市CBD核心区拟建项目为超高层建筑，基础底板埋深约38 m。本工程采用后注浆钻孔灌注桩，±0.000=38.200 m(绝对标高)，本次施工包括3根试验桩及8根锚桩，本工程试桩有效桩长约从绝对标高0.200 m算起，成桩作业面为绝对标高约20.500 m处，有效桩长42.200 mm，设计桩底标高为－42.00 m。混凝土设计强度为C50，水下混凝土灌注;桩直径均为1.0 m，单桩竖向承载力极限值36000 kN，采用桩端、桩侧复式注浆工艺。

拟建场地地基土层主要为永定河多次冲洪积形成的冲洪积层，在勘探深度111 m范围内，除人工堆积层外，主要为第四纪沉积层粉质粘土、粉土、细中砂及卵石、砾石等，在垂直方向上形成多次沉积韵律。本场区深度25 m范围内的土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。在本工程拟建场地范围内，不存在影响拟建场地整体稳定性的不良地质作用。

根据初勘报告，拟选用⑫卵石层做为桩端持力层，保证桩端进入持力层深度不少于5.0 m，相关土层状况详见表1。

2 试桩施工重点和难点

2.1 桩成孔质量控制

孔深约63 m，需穿越④、⑥、⑧层共3层卵石层并进入持力层⑫层卵石层内，地层复杂，如何顺利成孔、控制桩孔垂直度及护壁质量、控制孔底沉渣厚度是确保成桩质量的前提。

2.2 消摩阻套筒的设计、制作、安装

根据设计要求，成桩地面至设计有效桩长桩顶标高0.200 m约20.300 m范围采用双套管法消除该段土体的侧摩阻力，消摩阻套筒静载试验时有效分离、切实起到消摩阻作用是本次试桩能否成功的最关键一环。套筒的构造、制作、底部密封、安装垂直度及固壁措施等环节均需严格控制。

表1 试桩地层情况

2.3 超长桩的钢筋笼加工、起吊和对接难度较大

包括桩顶预留锚盘连接长度，桩钢筋笼长度接近65 m，钢筋直径大，加工难度大，上部主筋分内外两层进行加工，分两段入孔，施工难度较大。

2.4 桩身混凝土质量控制

必须保证灌注一次成桩，避免桩身缺陷，否则将影响整体试桩进展，试桩必须在承受40000 kN荷载情况下不得有任何破坏。

2.5 后注浆工艺的要求高

严格控制注浆阀定位，并在钢筋笼吊运、就位过程中防止注浆阀破坏，做到保证各注浆阀正常工作也是试桩成败的关键。

3 试验桩施工工艺

3.1 试验桩成孔质量保证措施

旋挖成孔施工法是利用钻杆和钻斗的旋转及重力使土屑进入钻斗，土屑装满钻斗后，提升钻斗出土，这样通过钻斗的旋转、削土、提升和出土，多次反复而成孔。此法适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及含有部分卵石、碎石的地层。具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、噪声小、环保的特点。

本试桩桩长63.0 m，直径1.0 m，桩身垂直度控制要求为1%，采取如下措施进行控制:(1)平整场地并夯实;(2)埋设孔口护筒，周围用粘土回填夯实;(3)场地控制钻塔本身的垂直度(可用经纬仪、靠尺检验校正);(4)控制钻进速度，根据土层情况不同选择合适的钻斗，尤其是遇到粘性土，如速度过快，极易造成钻孔倾斜;(5)通过操作室内仪表盘随时观察钻孔垂直度情况，及时调正。

为保证护壁质量，采用钠基膨润土，掺加外加剂护壁泥浆。钻进孔深在距设计孔深0.5～1.0 m时，钻机停钻0.5～1 h，待泥浆中沉渣沉淀后，再利用旋挖钻机进行捞渣清孔，并钻进到设计孔深。此时称为“一清”。导管下放完毕后，对所成桩孔进行二次清孔，采用双3PN大泵并联正循环清渣或采取灌注导管内气举反循环方式进行二清。

钻进开始时，注意钻进速度，调整不同地层的钻速。钻进过程中，采用工程检测尺随时观测检查，调整和控制钻杆垂直度;边钻进边补充泥浆护壁。钻进过程中，穿越第⑥、⑧、⑫层卵石层用特制的螺旋钻和筒钻，如图1所示。

图1 螺旋钻和钻筒

3.2 消摩阻套筒制作及组装

内外套筒管壁厚度均为12 mm，外筒内径1.200 m，加工长度为 9.700 m(上)+10.410 m(下);内筒内径 1.100 m，加工长度为 10.000 m(上)+10.700 m(下)。为了便于套管上端与地面预埋件焊接固定，套管上端均高出地面300 mm。内外套管之间间隔3.600 m，沿内护筒外侧径向对称每30°设置一根长0.300 m25 mm环形导向圆钢，共设置12根。内外护筒分两节在工厂内加工成型，由场内将内外护筒套装完毕后，运抵现场进行对接组装。图2为加工好的双套筒。

图2 加工完成的双套筒

双套筒起吊前应在“吊耳”、“牛腿”之间内筒上口焊加固支撑防止孔口变形，起吊采用双机抬吊空中回转立直，履带吊为主吊，缓缓下放至孔内，对中后放至孔底，使套筒利用自重切入粘土层200～300 mm，插入深度以重锤量测外筒与孔壁间孔底与孔口高差来推算，取多点平均值。

利用吊装“牛腿”调整套筒垂直度，调整后固定。

双套筒入孔后，在预留丝堵及注水管内注入清水，然后封闭密封。

双套筒与引孔孔壁间下端2.0～3.0 m左右采用水泥浆固壁，水泥浆水灰比0.4左右，采用导管插入底部沿孔壁周圈均匀注浆，注浆量需提前计算确定。固壁水泥浆初凝后，套筒外至孔口填细砂固壁，边填边用钢筋捣实。

3.3 钢筋笼的制作和安装

钢筋笼长达63 m，采用整长绑扎成型(即两节同时绑扎)后在分节处断开方式，断开前在连接分体式直螺纹套筒(图4)和钢筋上分别编号，接口处按编号方向对接。钢筋笼接头连接采用滚轧直螺纹连接，孔口对接采用分体式滚轧直螺纹连接(图5)，加劲箍与钢筋笼采用焊接。

钢筋笼对接时，按事前绑扎钢筋笼时确定的钢筋编号和分体式直螺纹套筒编号对应连接，先将一个锁套套入下节钢筋，另一个锁套套入上节钢筋，然后将钢筋对准，放入分体套筒的两片，然后将锁套套入分体式套筒，用专用的液压压接机加压连接。

图3 双层钢筋笼截面图

图4 分体式套筒结构图

图5 加工完成的分体式套筒连接钢筋

钢筋笼吊装采用100 t履带吊和25 t汽车吊配合，水平起吊、空中回转直立，吊装前按图纸在吊点处做好标记，起吊必须按事前确定吊点位置固定卡环，以减小钢筋笼变形。

3.4 桩身混凝土质量控制

试验桩设计要求混凝土强度为C50，为保证水下砼灌注并为保证设计要求，按混凝土设计强度等级提高一级进行配合比设计，即用C55配合比施工试桩。配制的混凝土应该密实，具有良好的和易性、流动性及扩展度，坍落度控制在200～220 mm。采用直径300 mm导管，接头双螺纹方扣快速接头，导管组装时接头必须密合不漏水(要求加密封圈，黄油封口)。导管上部漏斗设有网眼不大于100 mm×100 mm的钢筋篦子以过滤出大的结块或石块，防止堵管。混凝土的埋管深度宜控制在2～6 m之间，实际灌注标高要高于设计标高1.0 m以上，以保证桩顶部的混凝土强度。

在混凝土灌注过程中，根据规范要求制作混凝土试块，并随时对混凝土的和易性、坍落度进行检测，确保混凝土质量。试块每桩制作标养1组，同条件试块2组(用于测定70%强度值)。

3.5 后注浆工艺

桩底后压浆采用与声波透射法检测管合用，因此需待超声检测完成后进行注浆。试桩桩底3根管阀注浆，阀门底与钢筋笼底主筋齐平;沿桩身进行3道桩侧环向注浆。桩侧环向压浆阀位置在桩孔底以上13、25和37 m各布置一道。桩侧压浆管和桩端压浆管分别采用DN20和DN40焊接钢管。管与管连接方式采用外套粗管焊接。压浆钢管与阀门为一次性埋入桩身砼中。水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，根据现场地质、返浆情况及降水情况综合确定参数。

压浆顺序为先上后下，先桩侧后桩端;后注浆终止注浆条件以压浆量和注浆压力双控。

4 结语

试桩施工结束后，对整个试桩过程的施工功效、质量效果进行了分析比较。本次试验桩静载试验结果和超声波检测结果显示试验桩垂直度、桩身强度、承载力及沉降等均满足要求，确定了设计桩型是满足使用要求的，并确定了工程桩施工工艺，归纳总结出了一套可以指导本工程施工的标准化工艺。并可供类似或相关工程试桩参考。

［1］刘金波，黄强.建筑桩基技术规范理解与应用［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［2］张雁，刘金波.桩基手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［3］建筑施工手册(第四版)编写组.建筑施工手册(第四版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

［4］郑昌晶，张顺英.钻孔灌注桩后注浆加固机理及其应用［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2011，38(8):45 －49.

［5］彭仕奇.苏通大桥超长桩桩底后压浆试验及效果［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2011，38(11):54 －58.