舟山地区超高层建筑桩基础工艺探析

孔唐

摘 要：本文主要根据港航国际大厦工程试桩施工原始记录和监理旁站资料，及主楼工程试打桩情况。通过工艺性试桩，探索出一套适用的工法和合理的工艺。在舟山及类似地区有参考价值。

关键词：试桩； 工艺； 探析

Abstract： This paper is mainly based on the incoming International Building engineering test pile construction next to the station， the original records and supervision of data， and the main building engineering test piling. Through the process of test pile， to explore a set of engineering methods and reasonable process. Reference value in Zhoushan and similar areas.

Key words： test pile； process； Exploration

1.工程概况

舟山港航国际大厦工程位于舟山临城新区CBD商务二期临港综合商务区块，西邻千岛路，东靠CBD中央绿化带，北至翁山路，南到定沈路。

工程为两栋一组超高层建筑，地上总建筑面积166548平方米，其中A楼地上48层，建筑高度197.5米，建筑面积95408米；B楼地上36层，建筑高度150.7米，建筑面积52640平方米，沿街5层的裙房通过骑楼衔接两栋高层主体建筑，裙房建筑面积18500平方米。地下两层建筑面积36246平方米。

2.桩基工程概况：

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。

3.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（见下表），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。在钻进过程中主要穿越以下地层：

4.试打桩施工情况

4.1：工艺一：GPS18型钻机+“普通三翼钻头钻进+正循环”，1#试桩

4.1.1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”。

4.1.2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。

4.1.3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。

4.1.4 实际钻进情况：1#桩自9月24日08：08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。

4.1.5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。

4.1.6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。

4.2：工艺二：GPS20型钻机+“冲击锤冲孔+正循环”，2#试桩

4.2.1施工工艺的确定：在总结第一根桩试打桩经验的基础上，2#桩进行了工艺调整，即在含粘性土角砾层以上（含粘性土角砾层）采用“普通三翼钻头钻进+正循环”，进入强、中风化岩层时采用“冲击锤冲孔+正循环”。

4.2.2泥浆比重选择：，2#桩在粘性土角砾层中钻进，泥浆比重控制在1.5左右，避免1#桩埋钻。

4.2.3钻进设备的选择：在含粘性土角砾层以上（含粘性土角砾层）采用GPS-20型钻机普通三翼钻头钻进，辅以正循环清孔；进入强、中风化岩层时采用“冲击锤冲孔+正循环”。

4.2.4实际钻进情况：2#桩自10月3日16：31开钻，至10月19日09：00结束，历时16天，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14.3小时，成孔深度42.98m，钻进速度平均为3.01m/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81.03小时，成孔深度29.35m，钻进速度平均为0.36m/h。

C、强风化凝灰岩层1：采用普通硬质合金三翼钻头钻进，有效钻进时间49小时，成孔深度1.45m，钻进速度平均为0.03m/h。

D、强风化凝灰岩层2：改用单绳冲击锤冲孔，有效冲孔时间为24.67小时，成孔深度1.71m，平均进速为0.07m/h。

E、中风化凝灰岩层：冲击锤冲孔，有效钻进时间31.42小时，成孔深度2.06m，平均进速为0.07m/h。

4.2.5小结：综合分析2#试打桩全过程，对后续试打桩工艺应作如下调整：钻进至含粘性土角砾层后，泥浆比重要始终控制在1.5左右；同时，为保证钻进效率，减少钻机对岩屑的重复磨碎，拟引进气举法反循环清孔工艺，及时将孔底岩屑气举排出孔外；进入强、中风化凝灰岩后，宜改用更高强度钻具，引进牙轮钻头或（滚刀钻头），以提高嵌岩效率；对冲击成孔工艺，对桩成孔质量和桩底基岩的完整性可能产生不利影响，因此立即停止了该工艺的试用。

4.3 工艺三：GPS20型钻机+“牙轮钻钻进+气举反循环”，3#试桩

4.3.1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”。

4.3.2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。

4.3.3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”。

4.3.4实际钻进情况：3#桩自11月1日18：50开钻，至11月9日09：00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。

4.3.5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。

4.3.6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。

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

4.4.1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”。

4.4.2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。

4.4.3钻进设备的选择：GPS20型钻机。

4.4.4实际钻进情况：4#桩自11月12日06：00开钻，至11月16日09：05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。

4.5 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。

5.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。

参考文献

[1] 地基与基础验收规范

[2] 桩基施工技术规范

[3] 港航国际大厦岩土工程地质报告