复杂地质条件下超高层建筑桩基施工

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1 工程概况

西安欧亚论坛三期酒店项目是欧亚经济论坛配套项目，未来将成为欧亚经济论坛的永久会址。三期酒店工程包括主楼及周边裙楼2部分，如图1所示，其中：主楼建筑高度127 m，构筑物高度147 m，地下1层，地上32层，为超高层建筑；周边为3层裙楼结构，地下1层。基础设计为桩基础，桩径800 mm，桩长29～53 mm不等，共320根，采用反循环钻孔灌注桩。

图1 欧亚经济论坛三期酒店项目效果图

本项目位于西安市浐灞生态园区浐河与灞河交汇处，原为采砂场，河道内存在大量的卵石块。建筑场地为后期填筑而成，地质条件复杂。地层自上而下依次为杂填土（主要为建筑垃圾、砾石、生活垃圾）、淤泥，细砂、中粗砂、粉质黏土等。由于本工程位于河道内，地下水位标高较高，为满足施工要求，主楼基坑周边设置了2排高压旋喷桩，桩径600 mm，并布置了8口降水井。桩基施工时，主楼与裙楼处地下水均在桩顶标高下4 m左右处，且水位受河道水位影响较大。

地层中主要影响桩基施工的土层为：

1）①层杂填土，主要由建筑垃圾、砖瓦块混黏性土组成，混有大量大块径混凝土，最大直径达1.20 m。松散-稍密状态，层厚3.7～7.10 m。

2）②层淤泥，流塑（半流动状态）。土质极软，含有少量粉砂颗粒，有明显腐臭味，层厚0.4～8.7 m；局部有大体积卵石，最大直径为1 m。

3）③层细砂、中粗砂，该层以中粗砂层为主，稍密-中密状态。颗粒基本纯净，矿物成分以石英、长石为主，含有少量圆砾、卵石颗粒，层厚2.5～7.6 m。

根据地勘报告可以看出，本项目影响桩基施工的主要地层为以上3层，且地层分布不均匀，给施工带来了不良影响。

2 常用桩基施工方案适用性分析

常用的灌注桩施工方法包括泥浆护壁钻孔灌注桩、长螺旋钻孔灌注桩、冲孔灌注桩以及人工挖孔桩等。

1）泥浆护壁钻孔灌注桩及长螺旋钻孔灌注桩适用于黏土、粉土、沙土、素填土以及风化岩层。主要优点在于成孔质量好、施工速度快、成本低。然而针对本项目地层中的杂填土层，由于该土层中含有大量粒径较大的建筑垃圾，且较为松散，如采用上述2种工艺施工容易导致管道堵塞、泥浆流失严重等现象。而若按照传统做法在孔壁上部安置护筒，则护筒长度需达到8 m，个别桩位甚至要达到10 m以上，使得护筒无法回收，大量增加施工成本[1-3]。

2）冲孔灌注桩主要适用于穿透旧基础、建筑垃圾填土或者孤石等地层。对于本项目杂填土层有着较好的适用性，但是根据本项目的地质条件，由于杂填土松散，在冲孔过程中，容易造成上部石块坍落甚至孔壁大范围坍塌现象，施工难度大，质量无法保证。另一方面，冲击成孔施工速度较前2种工艺慢，影响工期。

3）人工挖孔桩适用于各种地层，但其在地下水位较高以及厚度较大的淤泥层中适用性差，且容易产生施工事故。本项目原为灞河河床，建筑场地为后期填筑而成，地下水位较高，淤泥层较厚。如采用人工挖孔桩进行施工，需先在场地周边施工止水帷幕进行降水后方可满足施工条件。此方法必将增加施工成本，且工期较长。

从以上分析可以看出，如采用单一工艺进行施工，将对成本及工期造成不利影响，甚至无法施工。因此针对本项目地质条件的特殊性，采用多种工艺配合施工，以达到满足工期、质量、成本等多方面要求[4,5]。

3 复杂地质条件下桩基施工方案优化

由于本项目地质条件的特殊性，使得采用单一施工方法进行施工，将对工期、质量以及成本有不良影响。通过对地质情况的现场实际勘察以及多次的现场实验论证，最终确定了以人工挖孔、冲击钻及反循环多种施工机械配合施工的方案。具体施工方案如下[6,7]：

1）定位放线，确定每个桩位。采用人工排查的方式，将每个桩位的表层土质进行排查，以确定施工方案所适用的范围，以便安排施工。经过人工勘察确定本项目主楼区域土质较好，可以采用反循环直接成孔，裙楼区域土质采用原设计工艺存在较大困难，因此采用多工艺配合施工。

2）人工开孔。建筑场地存在较为松散的杂填土层，如采用机械施工易造成孔口偏位、坍孔等现象，因此采用人工进行挖孔。人工每下挖1.0 m左右土层，即进行桩孔周壁的清理及直径和垂直度校核，并浇筑混凝土护壁以保证施工人员安全及孔壁稳定（图2）。同时为保证后期机械施工及钢护筒安装需求，将内径定为900 mm。

3）当人工挖孔至地下水位后且已挖穿杂填土时，直接使用反循环工艺成孔，若人工挖孔至6.0 m深仍不能穿透杂填土，则用冲击钻机成孔再钻进14 m左右；确保下面大的石块及障碍等冲碎后，再用旋挖钻机进行捞渣、钻进。确认可通过时，再用反循环成孔。采用反循环钻进时，特别是在砂层及淤泥层钻进时，应适当提高泥浆浓度，以提高孔内静水压力，保持孔壁稳定，降低钻进速度。如仍无法保持孔壁稳定则在人工挖孔底部安装钢护筒。

4）当达到孔底标高时，采用不进尺回转捞渣的方法清孔，清孔后孔底沉渣厚度≤100 mm，保证孔底沉渣清理干净方可下钢筋笼进行混凝土浇筑。

图2 人工挖孔示意

经过此方案优化，可以将工程场地完全利用，不会造成机械窝工等现象。欧亚经济论坛三期酒店项目的裙楼及主楼部分桩基均历时45 d全部完成，比方案优化前的60 d节省15 d。同时由于采用了该施工方法，减少了大量的土方换填工作，节约了工程成本，同时也保证了施工质量。经后期桩基检测，采用多工艺配合施工的桩基，在桩身完整性以及承载力要求方面均能达到设计要求和国家规范的要求[8]。

4 结语

通过以上分析可以看出，通过合理安排，在复杂地质条件下对超高层建筑桩基采用多种成桩工艺配合施工的方法是可行的。同时，该方法在某些复杂地质条件下，可以节省工程成本，保证工期。