大直径钻孔扩底灌注桩在昆明地区的应用

郭光八

(十四冶建设云南勘察设计有限公司， 云南 昆明 650001)

大直径钻孔扩底灌注桩在昆明地区的应用

郭光八

(十四冶建设云南勘察设计有限公司， 云南 昆明 650001)

在城市不断扩展和建设过程中，高层和超高层建筑不断涌现，对相应的桩基础设计和施工技术提出了更高的设计标准和工艺要求。结合昆明地区某超高层建筑物所采用的钻孔扩底灌注桩工程实例，阐述了这类新型桩基础的优势和特点，介绍了钻孔扩底灌注桩基础的施工工艺，重点分析了施工过程中可能会遇到的特殊施工问题及应采取的处理措施，为类似工程的设计和施工提供了借鉴。

大直径；钻孔扩底灌注桩；施工工艺；特殊处理

0 前 言

近年来，随着中部崛起和西部大开发进程的推进，云南省昆明地区的高层和超高层建筑不断涌现，这些高层和超高层建筑的主要特点是对桩基础工程的要求越来越高，尤其是在软弱土、周边建筑密集和城市环境复杂地区，使得作为高层超高层建筑重要承载功能的桩基础施工技术不断创新和提高[1￣3]。近年来在沿海地区出现了一种新型桩基础——钻孔扩底灌注桩，这种桩型具有桩径范围大、单桩承载力高等特点，并且在施工时不需要专门降水、施工振动小，因而得到了迅速推广[4￣6]。但是，由于这种桩型施工过程中需要扩大底部承载面积，施工工艺复杂，对施工人员要求比较高，目前在西部地区应用相对较少。本文结合钻孔扩底灌注桩作为昆明地区某高层建筑桩基础的工程实践，对这种新型桩基础的施工工艺及有关质量控制措施进行介绍，为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

某拟建大厦位于昆明市主城区，主体结构形式为钢筋混凝土框支剪力墙，占地超过5000 m2，建筑物总高度109.6 m。拟建场地东侧建筑物离基坑最近约4 m，南为另一建筑工地，西面紧邻30层大厦，北靠近主干道。根据该建筑物荷载分布情况，设计采用钻孔扩底灌注桩作为传递荷载的桩基础，其中设计桩身直径为1.2～2.0 m，灌注桩底部扩大头直径为相应桩身直径的2倍，有效设计桩长18.5～28.5 m，设计桩身混凝土强度为 C30。该工程共设计有钻孔扩底灌注桩132根。

2 工程地质与水文地质条件

根据该工程勘察单位提供的工程地质勘察资料显示，以其中的钻孔ZK14揭露为例，该场地地层自上而下可划分为：

(1) 素填土，该层填土结构疏松，层厚为1.5 m；

(2) 粘土，该层粘土呈可塑态，层厚为1.8 m；

(3) 粘土，该层粘土呈可塑态，结构较松散，其均匀性较差，层厚为5.8 m；

(4) 粘土，该层粘土呈硬塑态，压缩性中等，其均匀性差，层厚为14.3 m；

(5) 粉砂，该层土有轻微粘质感，钻进15 m后终孔，未能揭穿该土层。

场区内地下水稳定水位埋深在自然地表以下3.0～4.5 m，水位埋藏较浅，水量丰富，为潜水，局部承压。

3 钻孔扩底灌注桩施工

3.1 基础方案选择

根据场地工程地质和水文地质情况分析，建议可采用钻孔灌注桩、预应力管桩和人工挖孔灌注桩作为上层建筑物基础。针对上述建议方案，从实用性、施工工艺、工期、施工对周边建筑的影响以及经济性等方面综合比较分析，最终优选出技术可靠、经济合理、工期较短的基础施工方案。

预应力管桩在造价和工期上均有优势，但施工时振动较大，噪音大，而且施工管桩容易发生断桩事故，施工质量无法保证；人工挖孔桩是一种比较理想的桩型，但在施工中需要采取降水措施，而场地紧邻高层建筑，降水不当会导致地面沉降，其后果不堪设想；近年来钻孔扩底灌注桩在沿海地区得到了广泛应用，其施工速度快、不用降水，通过桩底部扩大头施工有效提高承载能力。经过测算，该工程采用钻孔扩底灌注桩的总造价，比采用人工挖孔桩含降水措施费的总造价节省近200万元，具有较大的经济优势，因此本工程桩基础采用钻孔扩底灌注桩进行施工。

3.2 施工工艺

钻孔扩底灌注桩的成孔成桩工艺比较复杂，施工过程中应严格遵循有关的施工规范和操作规程[7￣9]，严格按要求做好施工过程的监控和工程质量管理，确保工程质量。钻孔扩底灌注桩的施工流程见图1[10]。

图1 钻孔扩底灌注桩施工流程

钻孔扩底灌注桩施工过程中的成孔工艺相比普通钻孔灌注桩的成孔工艺要复杂很多，其主要包括桩身钻进和孔底扩大2道工序。桩身钻进采用GPS-15型钻机钻进，钻至设计深度后，使用机械三翼扩底钻头进行扩底，然后采用泵吸反循环清孔，清除孔底沉渣，最后利用水下导管回顶法进行混凝土灌注，养护成桩。

4 特殊情况处理

钻孔扩底灌注桩施工工艺十分复杂，应严格按照施工规范和设计要求进行操作，施工过程中如发生特殊情况，应及时采取相应的预防手段和有效的处理措施。

4.1 桩身缩径

在淤泥层、软弱土层中钻进易发生缩径。一般用钻头在缩径位置来回多钻削孔即可达到处理目的，缩径严重者则可以加重钻头来保证成孔直径。

4.2 塌 孔

塌孔是钻孔扩底灌注桩的通病之一，其危害较大，如处理措施不当则会导致混凝土灌注充盈量加大，造成严重浪费并存在质量隐患。在卵石层、砂层、见水易化的粉土层或地下承压水大的易塌孔地层应特别调配泥浆的浓度和粘度，泥浆比重一般控制在1.3左右、粘度不小于22 s，必要时掺入优质粘土或粉土以确保孔内泥浆液柱压力。另外，钻进时要控制好钻进速度，吊放钢筋时注意不要碰撞挂壁。

4.3 斜 孔

产生斜孔的主要原因有：场地不平整，施工机械安装不平稳即开始作业，地层中有孤石、夹层、风化球体或障碍物，钻机主动钻杆与导向杆异常变形等。因此，施工前首先要平整施工场地，使钻机在施工中保持稳定、钻杆垂直，在钻进过程中要随时观察垂直度的情况，在复杂地层应使用导正器慢速钻进，局部斜孔地段可采用循环钻头加导正器进行扫孔，孤石和硬岩地层可采用冲击成孔。

4.4 扩底直径

钻孔扩底灌注桩的主要优势就是在桩端部进行扩大。扩大头可以成倍提高桩端承载力，减少桩身直径和桩的设计长度，降低工程造价。但由于扩大头是在水下作业，不能下到桩底直接丈量检查扩大头的直径。因此，要保证桩的承载力，桩端扩大头的尺寸应得到很好的控制。在施工过程中，主要是通过检查钻杆位移是否符合要求来检查扩底情况，即按每种不同规格的扩底钻头和不同的扩底直径要求，通过三角函数公式计算出钻杆位移的尺寸，另一方面也可利用超声波检测仪来进行水下扩大头直径的检测。

5 结 论

钻孔扩底灌注桩是在钻孔灌注桩的基础上发展起来的一种新桩型，由于其具有振动小、噪音低、单桩承载力高、不用降水等优点，近年来在高层和超高层建筑建设中得到了迅速发展。在单桩承载力相同条件下，与钻孔灌注桩相比，钻孔扩底灌注桩可有效减少桩身直径或缩短桩长，同时还可缩小承台面积，节省钢筋、混凝土等材料用量，具有较好的经济效益。因此，钻孔扩底灌注桩具有广阔的应用前景。

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[5]高长征,王顺利,赵自东.扩底灌注桩承载性能机理研究[J].施工技术,2014(19):70￣72.

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[7]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[8]GB50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].

[9]《基础工程施工手册》编写组.基础工程施工手册(第二版)[M].北京:中国计划出版社,2002.

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2015￣01￣16)

郭光八(1976-)，男，云南祥云人，工程师，主要从事岩土工程生产及管理工作,Email:376107138@qq.com。