深厚富水砂卵石复杂地层桩基施工技术

张 鹏，姚 娇，王 建 昭

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

大明市新区公寓房安置项目二期位于新昌县大明市黄泽江北侧，占地面积为1.9万m2，总建筑面积为7万m2。该工程为钢筋混凝土剪力墙结构，包含7幢、13～18层高层住宅、1～2层配套用房和少量商业用房，项目配套2层地下室，局部为1层。基坑围护结构为自然放坡+高压旋喷止水帷幕结构+嵌桩；工程基础桩采用Ф800钻孔灌注桩，设计桩数为747根，桩端嵌入持力层为中等风化粉砂岩2.5 m，混凝土设计标号为C30，设计有效桩长为8～14 m，部分桩底扩孔直径为1.4 m，钢筋笼统长配置，工程计划施工工期为70 d。

由于灌注桩施工工艺的特殊性和隐蔽性，桩身易产生断桩、斜桩、颈缩、离析、夹层、胶结不良等缺陷，加之群桩快速施工和现场多变的地层对现场施工分区、施工顺序、施工次序、施工流程等现场施工总体安排和成孔设备性能要求较高，且因富水砂层地质条件极易诱发塌孔，易造成质量和安全事故[1]，因此，质量和安全成为该工程管控的重难点。

现场勘探揭示：在勘察深度范围内地基土按成因类型和物理力学特征划分为素填土、圆砾、强风化粉砂岩、中等风化粉砂岩，各土层的岩性特征自上而下描述为：素填土(mlQ4)：黄灰色，松散，其主要成分为黏性土和粗砂，局部含少量3～50 mm粒径的砾石，本层全场分布，层厚0.2～1.8 m。圆砾(al-plQ4)：灰黄色、灰褐色，稍密-中密，其成分以中等风化石英砂岩、凝灰岩等为主，呈亚圆状、次圆状，颗粒间为砂粒及粉、黏粒充填，下部相变为卵石，均匀性一般，属低压缩性土，本层全场分布，层厚5.3～8.2 m。强风化粉砂岩(Kc)：紫红色、棕红色，原岩组织结构已强烈破坏，岩芯多呈块状，少量呈黏土状，手折易断，岩体较破碎，本层全场分布，层厚3.5～4.5 m。中等风化粉砂岩(Kc)：紫红色、棕红色，具粉砂结构、层状构造，原岩组织结构部分破坏，岩芯多呈柱状，少量呈碎块状，该层风干后易开裂呈碎块状，浸水有软化现象。岩石天然单轴抗压强度标准值frk=5.265 MPa,属软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。本层全场分布，钻探未能揭穿。

该项目地下水类型主要为浅层孔隙水，水位埋深4.4～6 m，水量较大。场地主要含水层为圆砾，孔隙较大，渗透性好，为强透水层，是地下水贮存和径流的良好空间与通道。地下水主要受大气降水渗入和南侧黄泽江江水的渗入补给，水位随季节和气候动态影响变化较大，年变化幅度为5 m左右。

2 施工方案优选

施工前，项目部对拟采取的冲击钻+泥浆护壁、旋挖钻+短钢护筒施工、旋挖钻+长钢护筒施工三种施工工艺措施进行了论证和试验分析[2]。

2.1 冲击钻+泥浆护壁

冲击钻+泥浆护壁工艺虽然可以适用各种地层，但考虑到该工艺设备笨重、设备配置类型较多且场内的中等风化粉砂岩层浸水、软化；同时，泥浆护壁和悬浮颗粒出渣所需的泥浆对现场和周围环境易造成污染，不符合环境保护和文明施工的需求，且占用了较大的施工场地、配置泥浆制运设备、修建泥浆池等临建设施，基于以上原因，新昌江北二期公寓房项目工程基础桩施工未采用该工艺。

2.2 旋挖钻+短钢护筒施工

该项目的桩基前期采用2台300型旋挖钻机施工，钻孔7根(其中塌孔4根，成孔3根)，平均成孔率为42.9%。经分析，短护筒仅能起到桩孔定位、保护孔口和防止地面石块掉入孔内等作用，未达到防孔壁坍塌的作用；从现场钻渣看，地层均为圆卵石砂砾层，原有3 m长钢护筒不能适应现场地层钻孔施工需要。

2.3 旋挖钻+长钢护筒施工

采用旋挖钻机钻孔、增加护筒跟进设备施工。由于该项目地表以下5～8 m深大部分为砂卵石层，故有针对性地选择长度为9 m的钢护筒直接穿透砂卵石层、至少嵌入基岩1 m。长钢护筒的特点是可以防止贯通桩基的砂卵石层造成土层及孔桩护壁的塌孔，同时，通过长护筒的作用可以阻隔地下水流入桩孔内。

新昌江北二期公寓房项目的实际地质情况及实践证明：采用9 m钢护筒桩基施工法未出现塌孔情况，提高了工作效率。

3 施工工艺

3.1 旋挖钻+长钢护筒施工流程

群桩快速施工的现场施工分区、顺序、次序、流程等现场施工总体安排主要考虑了设备和材料进场的入口和撤离出口的交通条件，整体施工顺序为：先施工地下室二层基坑内的桩基，后施工地下室一层基坑内的桩基；先施工基坑周边的桩体，后施工基坑中间的桩体，桩基间隔施工。

旋挖钻+长钢护筒施工的主要流程：施工准备→测量放桩位→振动锤设备打设钢护筒→旋挖钻机钻孔施工→桩体混凝土浇筑→拔出钢护筒[3]。

该施工工艺具有的优点：(1)该工艺属于干法作业，无需泥浆护壁，尘土泥浆污染少、现场干净整洁；无需修建泥浆制备临建设施，临建占地少，临建设施费用低。(2)机械化程度高，操作工人劳动强度小，人工配置需求少，设备投入少，人工费用低，现场生产组织和管理较简单。(3)适用范围广。旋挖钻机可配备筒式取芯钻头、螺旋钻头、旋挖斗、扩底钻头、冲抓锥钻头、冲击钻头，可用于岩层、砂层、土层等不同地层的钻孔。旋挖钻机可以钻垂直桩和斜桩。(4)长护筒对孔壁的防护有效地避免了塌孔，成孔速度快，能保证进度与质量。

3.2 主要机械设备

新昌江北二期公寓房项目工程基础桩施工采用的主要设备见表1。

3.3 施工准备

(1)场地平整、清除杂物，四周开挖排水沟。

(2) 9 m长钢护筒制作：钢护筒采用壁厚16 mm的Q235钢管焊制，护筒外径与设计桩体直径一致；钢护筒分节制造，垂直度偏差不大于3 mm，钢护筒焊接连接时应保证接头圆顺，同时满足刚度、强度及防漏要求。

3.4 测量定位

采用全站仪放样，完成后设置十字型护桩，然后报请监理工程师进行复测检查。埋设的护桩必须标识明确，钻机就位前仔细核对桩位。

表1 工程基础桩主要施工机械设备配置表

3.5 埋设护筒

吊装：在起重指挥人员的指挥下，液压振动锤位于两个钢护筒吊耳上挂钩作业，待作业区内没有其他人员停留后，指挥起重司机吊升钢护筒，到达一定高度时竖直9 m钢护筒。

夹管：吊起液压振动锤，通过液压振动锤下端的液压夹持器夹紧钢护筒顶端。

对位：将夹紧的钢护筒吊起、移动，使钢护筒下端对准孔口，先利用自重下沉且保持钢护筒顶面在同一水平面上。

下沉：下沉时先依靠钢护筒和振动锤的自重使其沉入土中，待钢护筒入土达到一定深度后确保钢护筒的稳定。对于局部大卵石地层，可先对卵石层松挖后再埋设钢护筒。

振打：启动振动开关，以10 s为一个振动间隔，每振打10 s测量护筒偏位，在两个方向设监测点，指挥振动设备操作，钢护筒需保持垂直状态下沉入土中。在振沉过程中每3 m用经纬仪检测一次垂直度，发现有倾斜倾向时立即进行纠正。

埋设钢护筒时必须测量定位准确，其顶面位置偏差不大于5 cm，倾斜度不大于1%，使护筒中心与桩中心重合；埋设护筒，在其四周回填黏土并分层夯实，护筒高于地面0.2～0.5 m。

3.6 钻孔施工

钻孔前，先将钻斗落在护筒内，对显示器进行清零操作，记录钻头的起始位置；钻进过程中，司机通过钻机的三向垂直控制系统仔细检查成孔的工作位置、垂直度、每次进尺和孔深位置以确保成孔质量。

旋挖钻机成孔应采用间隔成桩的施工顺序，已完成混凝土浇筑的桩与邻桩成孔的安全距离应大于4倍桩径或间隔时间应大于36 h。钻孔渣土的临时堆存位置应距离桩孔口大于6 m并及时清运。

针对不同地层选用适宜的钻具：土层使用旋挖钻斗；强度不高的岩层使用筒式钻头；遇到强度较高的岩层塌孔而旋挖钻斗无法继续钻下时使用锥螺旋钻头；设计有扩底桩时，扩底部分使用扩底钻头；使用有锥螺旋钻头时，岩芯取样须使用专用的取芯钻头；捞渣时使用捞渣钻头。

钻孔过程中，应安排专人将工作内容、桩编号、桩位、钻进深度、钻进速度、孔底标高、地质情况等施工信息填写在《钻孔记录表》中并绘制孔桩地质剖面图。

钻孔达到设计深度后，将钻渣与地勘资料进行对照，验证实际地质情况能否满足设计要求。若其与地勘资料不符时应及时联系监理工程师和设计代表确认并进行处理。

3.7 清孔及检查

为避免桩底沉渣降低桩基的承载力，应采用机械清孔的方式。扩孔底桩采用人工辅助清孔。清孔分两次进行：第一次清孔是在钻孔深度达到设计深度、扩孔底作业完成后进行机械清孔；第二次清孔是在桩孔初检时由人工对孔底浮渣进行清除，应保证孔内沉渣厚度不超过5 cm的规范要求，严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔作业。

3.8 钢筋笼的制作与安装

(1)用于钢筋笼制作的钢筋必须经检测合格并准确控制下料长度。

(2)钢筋笼加工场地应平整，用C15混凝土进行表面硬化处理。

(3)钢筋笼主筋的连接采用单面焊接，焊接长度≥10d，焊缝宽度不小于0.7d，厚度不小于0.3d，且同一截面接头数≤50%[4]。

(4)钢筋笼保护块为直径110 mm、中间带孔的圆饼砂浆保护垫块，每隔3 m设一组，每组4个，在同一水平面沿钢筋笼周围对称布置，间距均匀。

(5)对成型的钢筋笼进行逐节验收，验收合格的钢筋笼应水平堆放在平整干净的地面上，堆放层数不超过2层。

(6)应缓慢平稳下放钢筋笼，避免其摆动碰撞孔壁、损伤保护层垫块并造成塌孔。

(7)钢筋笼的主筋间距、箍筋间距、钢筋笼直径允许偏差为±10 mm，钢筋笼长度的允许偏差为±100 mm。

(8)吊装作业前，应认真检查作业环境、防护用品、吊索具等，必须确保吊装区域无闲散人员，障碍物已清除，吊索具无缺陷，捆绑正确牢固，被吊物与其他物件无连接，确认安全后方可实施吊装作业。

3.9 灌注混凝土

(1)灌注过程中，应关注导管内混凝土下降和孔口的返水情况，及时量测混凝土顶面标高。每次拆管、提管前，反插1～2次，保证孔内混凝土密实并保持导管埋深2～3 m。

(2)灌注开始后，应保持连续一次完成混凝土灌注，避免先灌注的混凝土初凝后再续灌混凝土的情况出现。

(3)为确保桩体质量，应根据设计要求保证混凝土的超灌量，混凝土的充盈系数不得小于1.1，桩顶混凝土的浇灌面比桩顶设计统一高程高出0.8～1 m。

(4)为避免地下水渗入桩孔内，必须协调好混凝土运输到场的时间和成孔时间，成孔半小时内必须完成浇筑作业。

3.10 钢护筒的回收

桩基混凝土灌注后或混凝土初凝之前，及时拔出钢护筒。钢护筒的拔出方法是用反铲挂振锤边振边拔。拔管前，应先激振5～10 s后方能起拔，拔管速度控制在1.5 m/min左右，拔管速度应均匀，严禁停振拔管。钢护筒必须垂直拔出以防止桩孔位移。对损坏的钢护筒及时进行焊接修补，然后进行统一堆存和整齐码放。

3.11 凿除桩头

桩体混凝土强度达到设计强度的70%后进行桩间土开挖。首先，由人工将桩头四周清理干净；其次，通过测量确定桩顶标高所在位置，用油漆做好标识，采用手持式切割机沿油漆标记环切，然后由人工使用风镐将钢筋从混凝土中剥离出来，凿除时必须注意掌握深度和凿除方向，以免损伤钢筋。钢筋清理完毕，在桩顶线以上1～2 cm沿桩头四周每根桩均匀布置10～12个孔位，采用手风钻打孔，打孔深度为8～10 cm。钻孔完成后，在环向切割线对称打入钢楔子切断桩头，最后吊离桩头，人工手持打磨机对桩顶面进行打磨，准备检查桩基。

4 结 语

新昌江北二期公寓房项目桩基钻孔采用旋挖钻机钻孔、长钢护筒跟进施工技术，将钢护筒穿透砂卵石层，该方法可有效防止塌孔，保证施工进度。该施工工艺设备配置少、简单、易操作、现场环境干净、桩基成孔速度快，作业时间大幅度缩减，保证了工期进度。该工艺可供深厚砂砾石地层、砂卵石地层、淤泥层等不良地质条件桩基施工时借鉴。