建筑工程桩基础施工工艺探析

一.工程概况

某工程为两栋一组高层建筑，沿街2层的裙房通过骑楼衔接两栋高层主体建筑，该桩基为钢筋砼钻孔灌注桩，地基基础等级为甲级，安全等级为一级，A、B塔楼桩基础为嵌岩桩，嵌岩深度为1.5m、2.5m两种类型。有效桩长约为83M，￠1000及￠1000A单桩承载力特征值分别为8500 KN 和 9500 KN ，并采用后注浆工艺；￠800单桩承载力特征值为2800KN，￠800A为抗拔桩，单桩承载力为2800KN（抗拔承载力为900KN）。水下砼标为C30，C35，C40三种。采用双管孔底后注浆工艺，注浆压力>10Mpa，排浆量>5m3/n，水灰比0.4～0.6，单桩注入水泥量>1800kg（￠1000A为2500kg），注浆维持压力>2Mpa，注浆实行双控指标，以注入水泥量为主，注浆压力为辅。

二.工程地质、水文地质条件及试打桩概况

本工程地质条件复杂，共分11个地层，水文条件简单，地下水对混凝土结构及钢筋有弱腐蚀性。

选取6根工程桩作为试桩，通过设备选型，钻具选择和工艺操作对比，合理选择出适合本工程的施工方法和工艺。

塔楼钻孔灌注桩为嵌岩桩，嵌岩深度为1.5m、2.5m。

钻机：GPS18型、GPS20型钻机；

钻具：普通三翼钻头、冲击锤头、牙轮钻头、滚刀钻头；

工艺组合：GPS18型钻机+“普通三翼钻头钻进+正循环”；

GPS20型钻机+“牙轮钻钻进+ 气举反循环”；

GPS20型钻机+“滚刀钻头钻进+气压清渣”。

三.试打桩施工情况

（一）工艺一：GPS18型钻机+“普通三翼钻头钻进+正循环”，1#试桩

1）试桩工艺的确定：主要根据原设计试桩施工工艺。采用“普通三翼钻头钻进+正循环”。

2）泥浆比重选择：本场地上部淤泥质粘土地层造浆性能好，选用原土自然造浆，泥浆比重控制在1.2左右。

3)钻进设备的选择：选用GPS-18型工程钻机，钻头选用普通硬质合金三翼钻头。

4 )实际钻进情况：1#桩自9月24日8∶08开钻，至10月16日16∶30结束，历时23天，在试打桩过程中，出现过糊钻、埋钻和钻杆断裂等情况，在其有效工时内，钻机进尺情况如下：

A、含粘性土角砾以上土层：采用普通硬质合金三翼钻头钻进，有效钻进时间17.22小时，成孔深度35.58m，钻进速度平均为2.07m/h。

B、含粘性土角砾层：采用普通硬质合金三翼钻头钻进，有效钻进时间52.83小时，成孔深度22.79m，钻进速度平均为0.43m/h。

C、强风化凝灰岩层：采用普通硬质合金三翼钻头钻进，有效钻进时间35.50小时，成孔深度2.8m，钻进速度平均为0.08m/h。

D、中风化凝灰岩层：采用普通硬质合金三翼钻头钻进，有效钻进时间194.75小时，成孔深度3.68m，钻进速度平均为0.01889m/h。

5)故障处理与原因分析：

A、在粘性土角砾层中，加钻杆时发现钻杆被埋提不动，分别采用25T及50T汽吊强行提钻无果，后来向导管压气反循环清渣将沉渣清除后才顺利提钻。出现该故障的主要是因为含粘性土角砾层岩屑粒径较大，钻进时泥浆比重控制过小，钻进速度过快，沉渣上浮较慢，在更换钻杆过程中沉渣快速沉积造成埋钻。

B、在含粘性土角砾层及强、中风化凝灰岩层中，均出现过钻杆断裂，主要原因是挡位过高，转速过快，钻压过大，钻机机械性能不能满足工法要求。

C、在强、中风化凝灰岩钻进中，钻具磨损严重，钻头刀具脱落，钻机离合片损坏。主要原因是孔太深，钻杆太长，岩层坚硬，钻头阻力较大，普通硬质合金三翼钻头钻进不能满足工法要求。

6)小结：在后续试打桩过程中应作如下调整：钻进至含粘性土角砾层后，钻速减慢，泥浆比重调整到1.5左右，强大泥浆护壁和浮渣功能；对钻机性能进行全面检查，更换部分配件；进入强、中风化凝灰岩后要改用其它钻头具。

（二）工艺三：GPS20型钻机+“牙轮钻钻进+气举反循环”，3#试桩

1）施工工艺的确定：总结1#、2#桩试打桩经验，在3#桩试打桩过程中再次进行了工艺调整，即在含粘性土角砾层以上采用“普通三翼钻头钻进+正循环”，进入含粘性土角砾层后改用“普通三翼钻头钻进+气举反循环清孔”，但因土角砾层碎石粒径过大造成堵管，再次采用普通三翼钻头钻进+正循环”，进入强、中风化岩层时采用“牙轮钻钻头钻进+气举反循环清孔”。

2）泥浆比重选择：在含粘性土角砾层以上，选用原土自然造浆，泥浆比重控制在1.3左右，进入土角砾后调整为1.5左右。

3）钻进设备的选择：在含粘性土角砾层以上采用GPS-20型钻机普通三翼钻头钻进，辅以正循环清孔工艺；进入含粘性土角砾层后采用气举反循环及普通正循环工艺；进入强、中风化岩层时采用“牙轮钻钻孔+气举反循环”。

4）实际钻进情况：3#桩自11月1日18∶50开钻，至11月9日9∶00结束，在其有效工作时间内，钻机进尺情况如下：

A、含粘性土角砾以上土层：采用普通硬质合金三翼钻头钻进，有效钻进时间9.3小时，成孔深度47.58m，钻进速度平均为5.12m/h。

B、含粘性土角砾层：采用普通硬质合金三翼钻头钻进，同时开始采用气举反循环清孔工艺，有效钻进时间22.49小时，成孔深度22.64m，钻进速度平均为1.01m/h。

C、强风化凝灰岩层：采用牙轮钻头钻进，气举反循环清孔，有效钻进时间17.25小时，成孔深度4.58m，钻进速度平均为0.27m/h。

D、中风化凝灰岩层：采用牙轮钻头钻进，气举反循环清孔，有效钻进时间6.49小时，成孔深度1.62m，钻进速度平均为0.25m/h。

5）故障处理和原因分析：

A、在角砾层钻进中，采用气举反循清孔工艺，产生堵管。主要原因是角砾粒径较大，造成反循环管路堵塞，其中气举反循环吸出的石块最大边有17cm。

B、在角砾层中钻进，钻头阻力较大，钻头刀具脱落和钻机离合片损坏严重。

6）小结：反循环清孔工艺适用本主楼工程桩的施工，在岩层中不仅钻进效率高，还能保证清孔质量；牙轮钻头在岩层中钻进效率较高，应优选；在角砾层中反循环钻进堵塞严重，施工效率低，设备事故率高，应改用正循环工艺。如果在二次清孔时，改用气压法直接从孔底压气排渣、置换泥浆，不仅不会堵管，而且还能调浆，把泥浆比重调到灌注砼的要求。

（三）工艺四：GPS20型钻机+“滚刀钻头钻进+气压清渣”，4#、5#、6#试桩

1）施工工艺的确定：含粘性土角砾层以上采用“普通三翼钻头钻进+正循环”，进入强、中风化岩层时采用“滚刀（牙轮）钻钻头钻进+气举反循环清孔”。

2）泥浆比重选择：在含粘性土角砾层以上，选用原土自然造浆，泥浆比重控制在1.3左右，进入土角砾后调整为1.5左右。

3）钻进设备的选择：GPS-20型钻机。

4）实际钻进情况：4#桩自11月12日6∶00开钻，至11月16日9∶05结束，历时5天，在其有效工作时间内，钻机进尺情况如下：

A、含粘性土角砾以上土层：采用普通硬质合金三翼钻头钻进，有效钻进时间13小时，成孔深度47.1m，钻进速度平均为3.62m/h。

B、含粘性土角砾层：采用普通硬质合金三翼钻头钻进，正循环清孔工艺，有效钻进时间14.42小时，成孔深度23.08m，钻进速度平均为1.6m/h。

C、强、中风化凝灰岩层：采用滚刀钻头钻进，气举反循环清孔，有效钻进时间25.41小时，成孔深度6.66m，钻进速度平均为0.26m/h。

5）5#、6#桩试打桩情况

5#、6#桩成桩均在4～5天，施工工艺与4#桩相同，在中风化岩层中改用滚刀钻头，同时采用气压清渣工艺，钻进效率明显提高。同时采用气压清渣工艺，钻进效果也很好，这两根试桩在二清时都使用了气压法直接从孔底压气排渣、置换泥浆，不仅没有堵管，而且还能调浆，把泥浆比重调到灌注砼的要求。

四.结束语

综合上述六根工程试桩情况，结合本工程地质条件和工程结构特点，该工程嵌岩桩施工工艺最后定为：

上部地层在进入角砾层前用“GPS—20钻机+普通三翼钻头钻进+正循环+中档转速+中钻压+高性能泥浆+大泵量”工艺钻进，泥浆比重控制在1.2左右；进入角砾层以后除泥浆比重调整到1.5左右外其工艺上同；进入强、中风化凝灰岩后，改用GPS—20钻机+滚刀钻头钻头+正循环+高档转速+高钻压+中性能泥浆+中泵量”工艺钻进。在砼导管下放完成后进行二清时，辅之以气压清渣工艺，直接压气，气举沉渣，置换泥浆，下调比重，直到满足砼灌注沉渣厚度和泥浆比重要求。

实践证明：上述成桩工艺适用该地层钻进。通过桩机设备更新，钻具改进，机工培训和工艺合理，原试桩半个月成桩，现五天成桩，不仅能保证质量，而且能缩减工时，为关键工期提供保证。对类似该地区地层的成桩具有指导意义。