大斜面溶岩区大直径大承载力嵌岩灌注桩施工技术

程志求 （安庆市重点工程建设处，安徽 安庆 246003）

0 前言

近年来，伴随我国工程建设技术突飞猛进，高层、超高层建筑大量涌现，桩基基础施工技术得到了大量运用和长足发展，其中灌注桩施工凭借其无振动、噪音小和适宜在城市建筑密集区域施工等优点被广泛应用。但国内外对喀斯特地貌富集溶岩地区的桩基础施工研究有待发展，尤其是大型建筑物溶岩环境桩基础施工运用灌注桩技术的研究并不成熟。需知全球碳酸盐岩占大陆壳11%，中国仅裸露型岩溶地区即90万km以上，为岩溶分布最广、类型最全的国家。系统研究、解决溶岩区大直径大承载力灌注桩施工难题，保障桩基础施工安全、加快施工进度、提高施工质量、减少施工成本已引起业内人士的高度重视。文章通过对该医院工程门诊楼溶岩区大承载力大直径嵌岩灌注桩施工工艺的研究，希望能为大型建筑物溶岩环境桩基础施工运用灌注桩技术的工程实践提供一些参考、借鉴。

1 工程概况

该医院工程位于安庆市北部新城区，总建筑面积239042.4m2。门诊楼地下一层，地下部分建筑面积4489m2，地上五层，地上部分建筑面积16829m2，桩基采用采用钻孔灌注桩，桩径规格为1000mm、1200mm、1300mm、1500mm、1600mm四种，设计总桩数为546根，桩以第5层中分化闪长岩为桩端持力层。单桩抗压承载力特征值6100KN～14000KN，其中14000KN单桩抗压承载力特征值试验加载量达到28000KN，为安庆地区单桩抗压承载力试验之最。

2 施工难点

①本工程门诊楼桩基采用混凝土灌注桩，单桩承载力大，入岩深度深，地质情况复杂。

②场区内地下水丰富，主要分为二类：一类为孔隙型潜水，主要含水层为岩层上方可～软塑状粘土，赋水性弱～中等，渗透性均较弱；另一类为基岩裂隙水及岩溶水，赋存于各岩层中，受基岩裂隙的开度及岩溶发肓程度制约。因局部基岩溶（裂）隙贯通，雨水期水量较充沛。

③通过前期施工勘察查明，场区内地质条件复杂，为溶岩微发育地质条件。场区内石灰岩与闪长岩层位相交错，入岩难以判断，桩基承载力难以保证。在溶岩地质条件嵌岩灌注桩施工易出现塌孔、漏浆现象，且基岩成孔难度大、施工进度慢，如果处理不当，不仅会对施工工期造成延误，且也会对建筑工程的稳定性和安全性造成重大影响。

3 方案确定

针对该工程复杂的地质条件和较高的桩基施工质量要求以及较大的工期压力，我们对溶岩区大承载力大直径嵌岩灌注桩施工处理进行了仔细的讨论和分析，初拟定三种桩基施工方案（表1）。

根据对比分析，结合方案实际施工做法和影响，对初选方案的安全、质量、进度、成本和技术难度给予了选择依据（表2）。

根据选择依据，工程技术团队对三个初选方案进行了评分。为同时满足安全、质量、进度等综合考虑，该工程决定采用第3种施工方式，采取旋挖+冲击钻孔灌注桩施工方式进行施工，发挥各自施工优势，确保实现拟定目标（表3）。

4 优选方案分解

我们对桩基施工工艺进行详细分解，针对过程中会对施工质量和施工进度有重大影响的内容进行列举并制定了各工序对策表：

冲击成孔具有适应性广的特点，在任何地质条件下均能够实现顺利成桩，但是施工效率低，施工进度慢；旋挖成孔具有成孔速度快、效率高的特点，但是溶岩地质条件和入岩施工难度大。利用旋挖成孔和冲击成孔工艺间的协调作业施工方法，针对溶岩区复杂地质条件下桩基成孔进行了综合细致的系统研究，充分发挥了旋挖钻孔和冲击成孔施工优势，加快了施工进度、保障了施工质量。

各拟选方案说明 表1

可行性分析表 表2

各工序的具体施工流程如图1所示。

方案评分表 表3

5 施工措施

5.1 一桩一孔勘探

图1

该工程岩溶区桩基为大直径嵌岩桩，要求的单桩承载力相对较大，桩底需全断面作用在稳定的中风化或微风化基岩上。由于桩基施工成孔选用机械成孔的方法，仅仅依靠打桩机钻进状态及所取上来的岩渣无法准确判定桩底是否为全断面的稳定基岩，而且更不能确定桩底以下3～5m范围内是否还发育有溶洞、软弱夹层等影响桩基稳定的不良地质作用。因此该工程严格根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）(2009年版)第5.1.5条第4款和第5.1.6条相关要求，在岩溶地区进行施工勘察时，对大直径嵌岩桩进行一桩一孔逐桩布置。

对策表 表4

5.2 旋挖钻施工

安装旋挖钻机，成孔设备就位平正、稳固，确保在施工过程中不发生倾斜、移动。钻机就位后准确、稳定埋设护筒。护筒埋设准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不大于50mm。护筒可用4～8mm厚钢板制作，其内径应大于钻头直径100mm，上部需开设1～2个溢浆孔，护筒的埋设深度应大于等于1.5m，护筒下端外侧应采用黏土填实。同时在埋设过程中，一般采用十字栓桩法确保护筒中心与桩位中心重合。钻头着地、旋转、开孔，以钻头自重并加液压作为钻进压力。将侧面铰刀安装在钻头内侧，开始钻进。旋挖钻机成孔应采用跳挖方式。

5.3 溶岩区处理

当旋挖机钻到溶洞顶时，将溶洞根据地质条件进行分类，采取不同的处理方式，采用冲击钻反复冲击成孔。若溶洞内为全填充时，采用填黏土块和片石，黏土块和片石量宜为1∶2；若溶洞内为半填充或无填充时，则采取灌注低标号混凝土，待混凝土强度终凝后利用冲击钻反复冲击成孔。

5.4 入岩成孔施工

5.4.1 入岩成孔施工

桩基入岩施工采用冲击成孔方式施工。冲击至岩面时，加大冲程，勤清渣。每钻进100～200mm取一次岩样，并妥善保存，以便终孔时验证。冲击过程中，为防止跑架，随时校核钢丝绳是否对准桩位中心，发生偏差应立即纠正。直至达到设计深度。

5.4.2 斜截面岩石成孔施工

钻探资料也会有偏差，因为岩层表面并不是一个平面，还没到钻探深度的岩层已经碰到岩石，特别是半边岩这种情况更为明显。由于岩石的倾角较大，或者由于溶沟、溶槽、形成孔内的“半边岩”现象，此时冲击成孔会发生“跑边”现象，桩头的钢丝绳会发生偏斜，钻孔也会发生明显的歪斜。这时应提起钻头，将孔内抛入片石，进行二次成孔。

5.4.2 扩底施工

图2为大直径扩底桩的受力示意图。由于拉裂缝的出现，使得摩阻力和端阻力处于分离状态。与直桩的受力和破坏机理不同，桩基扩底可有效改善桩基承载力。

图2 大直径扩底桩的受力示意图

当冲击钻至桩持力层，经确认终孔后，即旋挖钻孔扩底钻头进行扩底。

①该工程采用MRS合金扩底钻头进行扩底，使用前检查钻头收缩和张开是否灵活（张、收试验），焊接部位是否牢固，销轴连结是否可靠，检查无问题后下入孔内。当扩底钻头下入孔底后，在主动钻杆上做好行程标记，并在扩孔钻头底轴下焊接固定钢板，扩孔钻头上装行程限位器，以便确定扩底终点。

②扩底前，将扩底钻头提高孔底，便其处于悬吊状态，起动钻机和水泵，待钻机和水泵工作正常后即可开始扩底，扩底采用低速回转的技术参数，开始时不随意加压，当运转平稳后，依据钻机的能力和孔内的反映情况，适当调整压力。

③在扩底完成后，钻头在原位继续回转，此时因切削无阻力，转动较畅顺，至清孔完毕后即迅速提钻。提钻时轻轻地、渐渐地提动钻具，使之产生一定的向上收缩力，在径向和轴向的双重作用下，收拢钻头，提出孔外。如出现提钻受阻现象，不急躁、不强提、猛拉，采取上下窜动钻具，并在钻头脱离孔底情况下，轻轻旋转，使钻头慢慢收拢。

④清孔作业。在钻进到设计深度后立即清孔，清孔是保证钻孔灌注桩成桩质量的重要环节之一，通过清孔确保桩孔的泥浆密度、含砂量、孔底沉渣厚度等指标符合成孔质量要求。先采用旋挖钻斗磨盘式双底板捞砂钻斗进行捞渣法清孔，可一次或多次进行捞渣，清孔后孔底沉渣不得大于50 mm。在孔内安装好钢筋笼、灌注导管后，采用大泵量泥浆泵泵入性能指标符合要求的新泥浆，进行正循环法二次清孔，并维持循环30 min以上，确保孔底沉渣厚度符合要求。

5.5 钢筋笼制作及吊装

为确保桩基施工质量，该工程施工人员严格按照灌注桩桩位图中的规格加工制作钢筋笼、内加劲箍及三角支撑筋，并将三角支撑筋端头伸至护壁与加劲箍点焊固定钢筋笼，保证钢筋笼的垂直度及不弯曲、不变形。

钢筋笼在孔上制作成型后，为确保钢筋笼吊装安全，采用吊车整体吊装的方法进行桩身钢筋笼安装。隐蔽验收时，工程技术人员对标高、主筋直径、间距、箍筋间距、焊接质量、绑扎质量、保护层等进行严格自检，自检合格后书面报请监理单位检查，检查合格后及时办理好隐蔽工程签字手续。

钢筋笼制作、安装允许偏差 表5

5.6 水下混凝土浇筑

开始灌注水下混凝土时，管底至孔底的距离宜为300～500mm，并使导管一次埋入混凝土面以下0.8m以上，在以后的浇筑中，导管埋深宜为2～6m；桩顶灌注高度不能偏低，宜为高出设计桩顶标高以上800～1000mm，应使在凿除泛浆层后，桩顶混凝土要达到强度设计值。首罐混凝土浇筑前，工程技术人员在漏斗颈部设置一个隔水挡板，挡板由细钢丝绳栓住挂在吊机副钩上，当混凝土在漏斗内贮存满后，提起钢丝绳可把挡板向上拉出并连续向漏斗内灌注混凝土，混凝土压力使漏斗内的混凝土顺利地通过导管并从导管底部流出，向桩四周和上面挤开，减少了混凝土与泥浆的接触，充分保证了水下混凝土的质量。混凝土浇筑完成3d内，将现场制作的试块送至工程质量检测所标准养护28d。

6 结论

在国内外对喀斯特地貌富集溶岩地区的桩基础施工研究有待发展且大型建筑物溶岩环境桩基础施工运用灌注桩技术的研究并不成熟的情况下，我们积极研究探索，较好的解决了该工程溶岩区大直径大承载力灌注桩施工难题。同时，创新性使用旋挖+冲击钻孔灌注桩施工方式进行施工，在保证桩基质量的前提下，较好的加快了桩基施工进度，节约了桩基施工成本。同时，该项施工技术已在安庆市老峰片两区共建和平还建点三期项目和安庆博物馆项目先后付诸实践，均取得较好的效果，具备较好的经济效益和社会效益。