复杂地质条件下长螺旋引孔辅助预应力管桩施工技术

贾青山 郭 鹏 刘 赛 王道新 蒋 浩

中建八局第三建设有限公司 江苏 南京 210046

1 工程概况

1.1 地质概况

安徽省五河县青年圩西侧棚户区改造工程所处场地为第四纪地貌形态，属淮河冲积平原地貌单元，场地的地层依次为：①层杂填土、②层黏土（粉质黏土）、③层粉质黏土夹粉土（粉细砂）、④层粉质黏土（黏土）、⑤层粉土（粉细砂）夹粉质黏土、⑥层粉质黏土夹粉土。

1.2 桩基工程概况

主楼基础形式为桩筏基础，满堂布桩。桩基采用先张法预应力高强混凝土管桩（PHC桩），为摩擦端承型桩，桩型为PHC-AB500（125），桩端持力层为⑥层土（个别楼栋为⑤层土），桩端全截面进入持力层深度不小于1.5 m。施工时采用桩长及终压力进行双控，以终压力控制为主。施工前每栋楼选取1根（非工程桩）进行预沉桩及静载试验，经试桩确定沉桩压力值为5 000 kN，有效桩长约25 m。

2 桩基施工难点

14#、15#楼施工过程中遇到管桩仅施工到有效桩长15 m左右（③～④层土）就达到设计压力值，且相邻桩基有效桩长相差达8 m左右的现象。随后进行的8#楼、10#楼预沉桩施工到有效桩长16 m左右（③～④层土）时压力值达到5 200 kN，无法继续沉桩。

出现上述桩身未进入持力层情况后，经工程各方现场查看，确认沉桩困难区域大致分布在旧河床部位，并决定对沉桩困难区域进行补勘[1]。

3 地质补勘情况

15#楼钻孔过程中，在进尺到18～20 m时土层出现较密集的钙质结核（图1），穿过20 m后土质变为正常的粉质黏土（图2）；8#楼、10#楼在进尺到21～23 m时土层出现较稀疏的钙质结核但含有直径约10 cm的孤石。钻孔过程中钙质结核层夹有贝壳，也验证了沉桩困难区域为旧河床部位。

图1 钙质结核

图2 粉质黏土

根据补勘结果，勘察报告给出的管桩难以达到设计桩长的主要原因有2点：③层土中的粉土、粉细砂厚度不匀，密实度有一定差异，分布无明显规律；在③、④层中均不同程度地混有钙质结核。

4 引孔参数确定

根据地质补勘报告，14#、15#楼区域含钙质结核土层标高为－3.83～－1.72 m，8#、10#楼区域含钙质结核土层标高为－7.90～－4.90 m。

为打穿钙质结核层，有以下3种方式：采用长螺旋引孔施工技术；采用锤击方式沉桩；增加预应力管桩壁厚，加大沉桩压力。

采用锤击方式沉桩施工时有挤土、噪声和振动等公害，项目处于主城区，西侧及北侧为密集居民小区，东侧为县人民医院，故无法采取锤击方式沉桩。本工程所用的PHC-AB500（125）管桩，若增加壁厚，则只能选择大直径预应力管桩，采购成本将大大增加且无法保证桩能否穿透该河床地质层。而长螺旋引孔具有施工速度快、成本低的特点，且能打穿河床地质层，使桩端进入设计持力层。

经过综合考虑，本工程采用长螺旋引孔的方式进行辅助施工，结合地质补勘报告确定引孔深度：14#、15#楼引孔底标高为－5.00 m，8#、10#楼区域引孔底标高为－8.00 m。根据JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》，预钻孔孔径可比桩径小50～100 mm，由此确定引孔孔径为400 mm。

确定引孔参数后，每个区域各选3根桩进行预沉桩和静载试验，结果表明引孔后管桩达到设计有效桩长，静载试验合格，且与未引孔管桩静载试验的沉降量无明显偏差。

5 长螺旋引孔辅助施工要点

5.1 施工工艺流程

测量放线布桩→长螺旋钻机就位→钻进成孔至设计深度→提升钻杆至地表→移机至下一根桩→挖掘机清理引孔渣土→PHC管桩静压桩机就位→压桩→接桩→压至设计要求→按上述工序继续施工至基桩完毕

5.2 长螺旋引孔施工要求

1）测量放线布桩：根据打桩路线，确定测量区域控制轴网，采用长300 mm的φ6 mm钢筋打入桩位中心定位。

2）长螺旋钻机就位：桩位定位后，长螺旋钻孔机平稳就位、对中，检查并调整钻杆的垂直度。

3）钻进成孔至设计深度：钻进过程中应先慢后快，这样既减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔过程中，如钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则易导致钻孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。

4）提升钻杆至地表：钻到设计标高后，提升钻杆、清理钻杆上的泥土，随着钻杆旋转，将钻杆提升至地表。

5）移机至下一根桩：当上一个桩位引孔施工完成后，重复以上步骤进行下一个桩位引孔施工。

6）挖掘机清理引孔渣土：每根桩引孔完成后，安排挖机将引孔产生的土及时清理，保证现场桩机在场地内施工时移动便利。

5.3 长螺旋成孔质量保证措施

1）成孔孔位控制：技术人员要严格按照图纸放线布桩，所放点位做好标记，每个桩位点施工前均应用全站仪进行复核，还要根据轴线及周边桩位进行复核。因施工时引孔施工队伍和桩基施工队伍不属于同一单位，故为减少测量放线的人为误差，测量放线工作交由同一队伍进行。

2）钻孔深度控制：根据地表标高和引孔底标高确定钻孔深度，为方便管理和施工，14#、15#楼引孔深度统一定为22 m，8#、10#楼引孔深度统一定为24 m。在钻机大臂的钻孔深度对应位置画好标记，使施工和管理人员一目了然。

3）钻孔垂直度控制：钻机就位工作应处于水平状态，施工前将钻杆调整至大臂中央无偏差后方可钻进，钻孔时先慢后快，过程中随时检查钻孔偏差，及时校正。

4）成孔数量控制：施工人员应做好成孔记录，并经常检查成孔数量，确定无漏孔现象。

5.4 施工注意事项

1）因桩基设计为满堂桩，桩间距在2 m左右，故需采用随引随打的方式施工，如大面积引孔后再打桩，则打桩过程中的挤压会使相邻孔洞产生挤密、钙质结核层坍孔等现象，使引孔作用丧失，影响后续打桩施工顺利进行。

2）长螺旋钻机和静压桩机体积大，工作时相互影响，近距离工作时尚存在安全隐患，因此，采用随引随打的方法时，应根据长螺旋钻机的工作效率进行合理的安排调度。本工程长螺旋钻机成孔速度平均为1 m/min，钻机就位到移至下一孔位时间为30～40 min，每日成孔数量在20根左右。长螺旋钻机沿桩位长向（东西方向）引孔，引孔至第10根时，静压桩基就位施工，根据引孔速度控制沉桩速度，形成流水施工，提高桩基施工效率[2]。

3）长螺旋钻机施工时，管理人员应观察钻杆底部土质，如钻杆底部土质仍有较密集的钙质结核，则应暂停施工，及时调整引孔深度。

4）本工程8#楼部分桩基因天气原因在成孔10 d后方进行施工，施工过程出现管桩仍无法打穿钙质结核层的现象，故应严格按照规范要求施工，使引孔作业和压桩作业连续进行，间隔时间不宜大于12 h。

5）本工程引孔深度达24 m，作业时钻杆带出泥土容易脱落，故长螺旋钻机作业时周边严禁站人。

6 结语

在本工程桩基施工过程中，通过长螺旋引孔辅助静压桩机施工，解决了管桩穿过钙质结核层的问题，并通过对长螺旋钻机成孔的质量控制和合理的组织流水施工，减少了因地质原因而导致沉桩困难时对质量和工期的影响，可为类似桩基施工提供借鉴和参考。