超长超深空孔灌注桩施工关键技术

贺 浩 胡 俊 胡福龙

（武汉地质勘察基础工程有限公司， 湖北 武汉 430000）

1 工程概况

某综合管理大楼位于汉阳区江城大道与四新大道交汇处东北侧，本工程主楼为地上62 层、地下2-3 层的超高层建筑，主楼结构拟采用钢框架-混凝土核心筒混合结构，桩基形式采用钻孔灌注桩。

2 地质情况[1]

根据岩土工程勘察报告，场地土空间分布变化不大，土质较均匀，场区各土层工程特性评价如下：

（1-1）杂填土（Qml），厚度1.0～4.0m，压缩性高，场地无规律分布，由黏性土与砖块、碎石、块石等建筑垃圾生活垃圾混合而成，该层土结构不均、土质松散，堆积时间少于5 年。

（1-2）素填土（Qml），厚度0.6～4.2m，压缩性高，场地无规律分布，主要由粉质黏土夹少量建筑砖块、碎石组成，结构松散，堆积时间少于5 年。

（2-1）粉质黏土（Q4al），厚度1.4～7.9m，压缩性中， 、含少许氧化铁及结核云母片等物质，光泽反应强，场地大部分地段分布。

（2-2）粉质黏土（Q4al），厚度5.2～15.7m，压缩性高，含少许有机质，层间局部地段（深度段）为淤泥质黏性土，流塑状，具臭味，可见少量铁锰质氧化物斑点，稍有光泽反应，切面较光滑，全场地分布。

（2-3）黏土（Q4al），厚度0.8～6.5m，压缩性中， 、含少许氧化铁及结核 云母片等物质，光泽反应强，场地大部分地段分布。

（3-1）黏土（Q3al+p1），厚度1.5～9.0m，压缩性低， 、含少许氧化铁 铁锰质结核及少许条带状高岭土，切面较光滑，干强度高，韧性高，全场地分布。

（3-3）黏土（Q3al+p1），厚度2.0～5.0m，压缩性低， 、含少许氧化铁 铁锰质结核及少许条带状高岭土，夹少许碎石，切面较光滑，干强度高，韧性高，局部场地缺失。

（4-1 ）强 风化含钙、 含泥细砂岩（K-E），厚度0.2～4.1m，压缩性低，岩芯风化强烈，呈土状、 粉砂状，局部夹未完全风化岩块。岩芯采取率约95%，属极软岩～软岩范畴，岩芯破碎，岩体基本质量等级为V 类。

（4-2 ）中 风化含钙、 含泥细砂岩（K-E），厚度大于27.0m，视为不可压缩地层，岩芯呈块状或短柱状，泥质～粉砂状结构，块状构造，节理 、裂隙较发育，孔隙式胶结，倾角在15 度左右，岩芯采取率约为90%，属极软岩～软岩范畴，岩芯破碎，岩体基本质量等级为V 类。

（5）中风化砂砾岩（K-E），厚度大于19.0m，视为不可压缩地层，岩芯呈碎块、 细粒状，节理裂隙较发育，细粒结构，厚层状构造，孔隙式胶结，取芯率低，约为50%。根据室内岩芯单轴抗压强度试验（共10 组）；属坚硬岩的有3 组；较硬岩的有4 组，较软岩的有2 组，极软岩的有1 组：说明该岩层在强度方面离散性较大，软硬不均。

3 主楼试桩设计技术要求[2]

1、主楼试桩，采用钻孔灌注桩，桩径1200mm，桩长约68m，其中有效桩长约52m，空孔约16m，且以桩端进入持力层深度进行双控，设计终孔条件为桩端全断面进入（5）层中风化砂砾岩不小于4.0m。

2、混凝土设计强度为 C50（水下混凝土，应进行试配，确保水下灌注后混凝土强度达到设计要求），混凝土最小水泥用量为360kg/m3，桩头及接桩部分混凝土强度为 C60。

3、施工前应进行试成孔，并对其中的各项指标进行跟踪监测，清孔监测时间不少于36h，试成孔完成后采用C15 低标号混凝土进行封填处理。

4、混凝土充盈系数不得小于1.0 且不大于1.2，施工时必须控制最后一次灌注量，实际超灌高度不应小于0.8m。

5、钻孔灌注桩成孔后桩孔垂直度不超过1/300。

6、采用多台钻机施工时，在相邻混凝土刚灌注完毕的临桩旁成孔施工，相邻钻机开孔之间距不得小于四倍桩径，或最少时间间隔不应小于36 小时。

4 设备选型及施工工艺

根据该工程桩基设计图纸及勘察报告，主楼的钻孔灌注桩须进入（4-2）中风化含 钙、 含泥细砂岩不小于27m，并进入（5）中风化砂砾岩不小于4.0m，其中中风化 含 钙、 含泥细砂岩桩端阻力特征值达到1500KPa，中风化砂砾岩桩端阻力特征值达到2500KPa，且该工程要求桩孔垂直度不超过1/300。

针对本项目岩层深厚、桩孔垂直度要求高、工期紧张等特点，采取旋挖钻机与冲击反循环钻机成孔接力施工的方法进行施工，旋挖钻机选用动力头扭矩为250kN/m 的SR250C 旋挖钻机，冲击反循环钻机选用YCJF-20，以确保按期完成钻孔灌注桩的施工。

5 主要施工情况

5.1 旋挖钻机在黏土层中的施工效率

SR250C 旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备，广泛应用于公路、铁路、桥梁、高层建筑等的桩基工程施工。主楼试桩成孔深度约68m，成孔前约50m 采用旋挖钻机成孔，钻进速率约7m/h，入岩段约3m/h。

5.2 冲击反循环钻机在岩层中的施工效率

YCJF-20 冲击反循环钻机适用于钻凿高层建筑、桥梁、港口基桩孔、大口径水井等，可轻松钻进微风化岩层。从主楼工程桩的施工记录中取两组代表性的资料加以分析，冲击反循环钻机在岩层的施工情况详见表5-1 及表5-2。

表5 -1 钻进情况统计表1

表5 -2 钻进情况统计表2

根据以上代表性桩在中风化泥质砂岩钻进情况统计表可见，冲击反循环钻机在中风化砂砾岩的钻进效率较高。

5.3 垂直度检测结果

对本工程成孔后进行质量检测，工程桩垂直度检测有东西走向与南北走向，采用CZ-2 型测孔仪进行伞式曲线检测及超声波检测，主要结果如表5-3。

表5 -3 主要桩基垂度检测结果

根据检测结果可知，东西走向与南北走向垂直度向量和（%）均在1/600 以内，因此垂直度控制情况良好，满足设计要求。

6 结语

本工程桩径较大，桩孔较深，入岩深度（中风化含钙 、含泥细砂岩；中风化砂砾岩）约在31m～35m，采用旋挖钻机进行入岩钻进是可以实现的，但消耗时间长、费用高，不经济，同时在旋挖钻机进入中风化岩层后，桩孔垂直度容易发生偏斜。

因此采用旋挖钻机+冲击反循环钻机接力施工时[3]，应尽量将接力时机控制在土层与岩层的交界处，让旋挖钻机充分发挥土层钻进能力，冲击反循环钻机充分发挥岩层钻进能力，从而达到接力成孔施工工效利用的最大化[4]。