复杂土层承压水条件下超长旋挖桩施工技术的研究与应用

高春雷

云南建投基础工程有限责任公司 云南 昆明 650501

旋挖钻孔灌注是一种常用的钻孔灌注桩施工方法，其具有成桩质量较好、施工速度快、土层适用能力强等优点[1-4]。国内外旋挖钻孔灌注桩施工中多采用传统施工技术，在遇到含有较厚软弱土的复杂土层、承压水（水头高度超过工作面高度）、桩长超长条件下，或放弃使用旋挖钻孔灌注桩工艺，采用更为传统的回旋钻施工方法，或采用成本较高的全护筒施工方法。但此2种工艺均不经济。

1 工程概况

1.1 项目概况

背景项目位于昆明市西山区日新中路陆家社区片区，为某集团的办公楼，项目占地面积约2.33 hm2，拟建2栋主塔楼及1栋附楼，工程桩均采用旋挖钻孔灌注桩，主楼桩径800 mm，附楼桩径600 mm。主楼旋挖桩钻孔深度约51.5 m，钢筋笼长48.7 m；附楼钻孔深度约40 m，钢筋笼长37.6 m。所有旋挖钻孔灌注桩均埋设2根注浆管，进行后压浆施工；30%旋挖桩设置2根声测管，用于成桩质量检测。

1.2 项目地质情况

项目位于昆明滇池断陷盆地中部地段，为滇池盆地湖相沉积平原地貌，地基土层主要以厚度较大的第四系湖积相、沼泽相松散堆积层为主，浅部分布有少量人工填土及冲洪积黏性土等。主要土层有浅层杂填土、黏土，深层为泥炭质土和粉土（粉砂）互层，土质较差，成孔难度较大，成桩质量难以保证。

1.3 桩基工程设计概况

本工程主楼建筑为双塔形式，双塔之间通过1层屋面平台相连，双塔高均为24层、建筑高度99.8 m，±0 m相当于绝对高程1 890.3 m；规划主楼地上建筑面积79 677.9 m2；附楼位于主楼西侧，高9层、建筑高度38.0 m，与主楼通过室外走廊相连，规划地上建筑面积12 839.8 m2。本工程2栋主塔楼工程桩桩型为φ800 mm旋挖灌注桩，共372根；1栋附楼工程桩桩型为φ600 mm旋挖灌注桩，共162根。所有旋挖桩均进行后注浆施工，注浆量为5 t /根。

2 旋挖桩施工重难点及目标

2.1 施工重难点

本项目针对软弱土较厚的复杂土层、承压水等情况下的旋挖桩施工方法进行研究，主要针对以下4个方面进行全面探索：承压水水头高于工作面，须降低承压水水头；因承压水的影响，泥浆被稀释，坍孔现象比较严重；土质较差且比较复杂，加上承压水水头高、桩长较长（钢筋笼下放时间较长）等原因，导致沉渣较厚的问题；桩径较小，且设有注浆管与声测管，混凝土浇筑过程中导管对注浆管、声测管的影响。针对以上方面，提出一系列的技术处理措施，来解决本工程及类似工程的施工难题，最大限度地保证施工安全、进度及质量。

2.2 拟达到的目标效果

针对软弱土较厚的复杂土层、承压水等类似情况下的旋挖桩施工时存在的问题进行研究，最终达到：降低承压水水头，避免承压水外流，以保证混凝土浇筑质量，同时本项目降承压水不对周边环境产生影响；解决泥浆被稀释的问题，确保泥浆的护壁作用，防止或减少坍孔现象；缩短成孔后钢筋笼的下放时间，以最短时间下放钢筋笼、导管，减少沉渣的产生；对含有注浆管、声测管的φ600 mm旋挖桩钢筋笼进行改造，最大限度地保证钢筋笼中部空间，减少导管上下插拔时对注浆管与声测管的影响。以为类似工程项目提供技术处理措施参考，解决类似工程的施工安全、质量、进度问题。

3 采取的主要技术措施

针对以上技术难题，本项目采取了5项与传统旋挖桩施工不同的新技术。

3.1 设置全自动泄压井

1）在不影响工程桩及后期土方开挖、底板施工的前提下，在基坑周边设置6个φ1 200 mm泄压井，泄压井深度为20 m，采用旋挖桩机成孔，孔内放钢筋笼，钢筋笼外包φ1.0 mm网孔的8 mm×8 mm钢丝网，钢丝网外包土工织物。

2）每个泄压井设计一个全自动抽水泵，沿周边设置一圈φ63 mm的PE管，自动抽水泵与PE管连接。

3）水泵抽排地下水至工程桩施工工作面以下1～2 m，以减少涌水造成沉渣超标的情况，同时有利于保证混凝土浇筑质量。

4）水泵抽至工作面以下1～2 m后，自动停止抽排，待水位上涨后自动开始抽排。

5）在泄压的过程中，通过加强周边的监测，来判断是否对基坑周围有影响。监测方式：通过观察法，观察泄压井周围有无沉降、开裂现象。若有影响，应立即停止抽排水，采用C25素混凝土进行浇筑封堵。

6）旋挖桩施工完毕后，深层地下水便不用再泄压，停止抽排水，采用C25水下素混凝土进行浇筑封堵。

通过设置泄压井，解决了桩孔内地下水外涌问题，减少了坍孔和地下水对泥浆的稀释以及沉渣的产生，保证了混凝土浇筑质量。

3.2 动态调整泥浆相对密度

在旋挖桩钻孔时，泥浆起到护壁、抵消水压力的作用。本工程施工中，存在一定的承压水，旋挖钻孔的过程中，泥浆会不断被稀释，减弱泥浆的护壁能力。在钻孔过程中，每10 min测量1次桩孔内的泥浆相对密度，根据泥浆稀释情况，往桩孔内加入密度较大的泥浆，以补偿承压水对泥浆的稀释，保证泥浆的护壁能力。施工前将膨润土、火碱、纤维素加入泥浆池内，提前24 h制作泥浆，泥浆发酵24 h后护壁效果最佳。

动态调整泥浆配比，减少了承压水对泥浆的稀释，达到了最佳的护壁效果。

3.3 设置长护筒对接钢筋笼

因本工程钢筋笼较长，达48.7 m，一笼起吊整体性、安全性都难以保证。分2节制作时，钢筋笼在孔口对接时间较长。本项目在非桩位处施工2根长24 m的φ1 m钢护筒作为对接孔，用于提前对接钢筋笼。待钢筋笼对接好后，用履带吊整体起吊，并立即下放至刚成孔的桩孔中，随后立即下放导管、浇筑混凝土，减少桩孔摆放时间，以减少坍孔及沉渣的产生。

长护筒的处理：待所有旋挖桩施工完毕后，为防止长护筒成为地下室的漏水通道，采用C25水下混凝土，将长护筒浇筑回填。

在长护筒内提前对接好钢筋笼，整笼吊放至桩孔内，可节约1.5～2.0 h的钢筋笼对接时间，减少了坍孔及沉渣的发生概率。

3.4 采用空气压缩设备辅助清孔

当沉渣较厚，常规清孔设备无法清至规范要求的厚度以内时，使用20 m3空压机，配自制的清孔设备（图1），用钢软管将压缩空气送入孔中，沉渣随空气带出至沉淀桶内进行沉淀，以达到快速清除沉渣的目的。

图1 空压机辅助清孔示意

3.5 改变常规钢筋笼构造

同时设置声测管和注浆管的φ600 mm桩，通过改变常规钢筋笼构造。在加工好的钢筋笼上，将笼内的所有加劲箍对称切除2段，将声测管、注浆管设置在切除段以内，外侧加焊一段加劲箍，以节约钢筋笼中部的空间（图2），避免浇筑混凝土时，导管的上下插拔使声测管、注浆管破坏。

图2 改造后钢筋笼构造示意

改变常规钢筋笼构造，增加了钢筋中部净空间，有利于导管下放，避免破坏声测管与注浆管。

4 效益分析

4.1 社会效益

本项目作为云南省重点工程，工期紧、任务重，通过采用5项技术措施，成功地解决了软弱质土中、承压水条件下、超长旋挖桩施工难题。本项目所施工的旋挖工程桩中：抽取了30%进行低应变检测，其中Ⅰ类桩比例为91%；抽取了10%进行超声波检测，全部为Ⅰ类桩，Ⅰ类桩比例为100%。在此种土层复杂、软弱土较厚的地质条件下，Ⅰ类桩比例仍可以达到优质工程的要求，足以证明本项目所采用的技术措施的作用是显著的。通过以上几项技术措施，本项目高效、保质、保量地完成了旋挖工程桩施工任务，是类似地质条件下旋挖桩施工典范，为云南甚至全国类似工程施工提供可以借鉴的施工经验。同时，该工法也具有非常好的社会效益。

4.2 经济效益

本项目通过设置自动泄压井、调整泥浆配比、履带吊一笼整体吊放钢筋笼、采用空压机辅助清沉渣、改变钢筋笼构造等措施，完美解决了软弱质土中、承压水条件下、超长旋挖桩施工难题。本项目若无法采用旋挖钻孔灌注桩进行施工，而变更为回旋钻、冲击钻等灌注桩施工工艺，成本更高，工期更长，安全文明施工方面更加难以控制。本项目通过5项技术措施，解决了旋挖桩施工难题，为本项目节约了成本，取得了不错的经济效益，同时为本工程节约了工期。

5 结语

昆明市市区东、西、南、北向的地质差别很大，尤其是滇池附近地质条件最差，泥炭土等软弱质土较厚，桩基施工难度大。

本项目通过采用5项技术创新措施，成功地解决了复杂土层中、承压水条件下、超长旋挖桩施工难题。桩基检测结果，验证了5项技术措施在此区域范围内实际工程中的应用效果，高效、保质、保量地完成了旋挖工程桩施工，为类似地质条件下旋挖桩施工提供经验，值得在类似工程中大力推广和应用。