北京城市副中心某项目试验桩施工技术

张艳芳　陈佳宇

Construction technology of test piles in Beijings sub-center

ZHANG Yanfang1， CHEN Jiayu2

（1. Beijing Geo-engineering Company， Beijing 100143， China;

2. Beijing Institute of Science and Technology Information， Beijing 100044， China）

Abstract： A project of Beijing City sub-center adopts the foundation with raft plate plus post-grouting piles or uplift piles， in which twelve groups of test piles are designed according to different pile types. This paper summarizes the construction technology of test piles under the condition that must eliminate the friction resistance of the invalid section of these piles. The construction technology and method， the design of double casing and the key points of quality control and so on are presented herein. With the technology， the test pile construction achieves the expected purpose， effectively guides the construction of the piles in the subsequent large scale projects， and provides reference models for the design and construction of pile foundations in similar project constructions.

Keywords： test pile; rotary drilling; slurry wall protection; double casing

進入21世纪以来，我国建筑行业迅猛发展，深基础工程随之应运而起，桩基础作为其中的一项重要技术，在现代建筑及桥梁等工程建设中被广泛应用。根据基础设计等级及场地地质条件的复杂程度，有时需要通过试验桩确定所选桩型的施工工艺、单桩竖向承载力取值等，为桩基础深化设计及工程桩施工提供依据。

对于桩基础试验桩的设计、施工、检测等相关问题，不少学者曾做了很多研究。蒋牧等（2017）结合昆明景成大厦项目试桩工程实例，针对用于清除摩阻力的双护筒，较全面介绍了其设计原理、加工安设要点以及试验过程中的监测情况;杨春霞（2014）和王辉（2011）等人系统研究和总结了国家金融信息大厦、天津高银117 大厦的试桩施工情况;王卫东等（2012）介绍了处于超过60 m 厚的密实砂层中的上海中心大厦桩型选择与试桩设计;贾中兴（2018）结合太原地区某工程试桩静载试验实例，提出了检测结果达不到要求时的有效解决办法。彭满华等（2020）在上海地区厚层砂（粉）性土层中进行试桩，从施工工艺及注浆工艺方面解决了桩基承载力问题。

北京城市副中心场地受地质条件所限，有众多建设项目采取了地基处理或桩基础。本文依托运河商务区某项目的试验桩工程，总结了需消除桩无效段摩阻力情况下的试桩施工技术，包括施工工艺及方法、双护筒设计、质量控制要点等，经检测试桩承载力及桩身质量均达到了预期的效果，以期为后续类似工程设计与施工提供指导或参考。

1 工程概况

项目位于北京城市副中心运河商务区，主要建筑物为塔楼和地下车库，塔楼设计桩筏基础，工程桩采用桩侧桩端后注浆技术;地下车库基础形式为筏板，采用抗拔桩解决抗浮问题。

（1）试桩目的

试桩目的：检验所选择的施工工艺及机械是否适合本项目施工场地的工程地质情况;为工程桩施工时可能会遇到的问题提供解决预案;后续进行单桩竖向抗压、抗拔承载力静载试验，试验结果将为设计方提供参数依据。

（2）场地地层条件及地下水情况

根据本项目勘察报告，场地地形基本平坦，钻探深度范围内地层可分为人工堆积层、新近冲洪积层和第四系冲洪积层3大类，按地层岩性及工程特性进一步划分为11个大层，本文选取勘察报告中典型钻孔Z05分析地层岩性特点，如表1所示。勘察深度范围内有3层地下水，地下水类型及实测水位见表2。

（3）试验桩设计情况

本项目±0.00相当于绝对标高22.30 m，塔楼设计试验桩（SZ1）桩径900 mm，有效桩长约为46 m，预估单桩竖向承载力特征值为9000 kN，SZ1桩端持力层为细砂—中砂⑩层，试验桩桩端需进入持力层至少1.5 m。采用桩端桩侧复合注浆工艺，设置桩端注浆断面并于桩端以上12 m、24 m、34 m处设置3道桩侧注浆断面（表3）。

车库地下3层部分设计抗拔桩（SZ3）桩径600 mm，有效桩长约为15 m，单桩抗拔承载力特征值为750 kN;地下四层部分设计抗拔桩（SZ4）桩径600 mm，有效桩长约为20 m，单桩抗拔承载力特征值为950 kN。SZ1、SZ3、SZ4分别设置3根试桩，每根试桩的周边布设4根锚桩（MZ），共12组试桩。

2 试桩施工中的重点及技术措施

（1）施工工艺的选择

根据场地的工程地质、水文地质条件，选用泥浆护壁钻孔的机型，旋挖钻机具有施工效率高、泥浆可循环利用、行走移动方便及桩孔对位准确等优点（周应茂，2019），因此项目试验桩施工采用旋挖钻机成孔、水下灌注混凝土施工工艺。详细施工工艺流程如图1所示。

（2）雙护筒设计

施工作业面标高为-6.0 m（相对标高），3种桩型分别存在9.7 m、8.7 m、13.5 m的无效段，为了保证试验桩与设计吻合，采用双套筒的施工工艺，以确保试验时基底以上部分桩体不与土体接触，消除此位置桩的侧摩阻力。

双护筒的设计有以下要点：1）外护筒需将桩周围的土体完全隔离，因此需吊装时筒体保证垂直;2）外护筒需牢固固定，在试验时外护筒才不会因为内护筒的移动而移动;3）内外护筒之间需留有一定的间隙，以保证两者在相对移动时尽可能的降低摩擦力;4）外护筒要给内护筒提供一定的水平力，以防止内护筒在荷载作用下失去稳定性;5）成桩过程中的泥浆及混凝土等材料很容易流入内外护筒间，为了保证两者一直处于相互分离的状态，应当采取密封措施;6）双护筒的设计应便于安装。

基于以上设计要点及实际工程情况，双护筒制作采用内筒10 mm、外筒8 mm厚钢板卷制，双护筒的长度为打桩工作面至桩顶设计标高之间的距离，内外护筒之间在顶部进行帮条焊，在底部采用密封胶进行止水处理，内护筒外侧每隔2.5 m对称设置4根600 mm长的导向圆钢，双护筒上口对称设置4个直径为60 mm的起吊孔。

3 试验桩施工方法

（1）测量定位

根据建设单位提供的场地基准点、基线控制点以及设计单位提供的桩位图，测量人员使用全站仪进行桩位测定，在定出的桩位点打入一个约30 cm长的小木桩，将钉子钉在木桩上作为桩位中心的标记，随后采用“十字栓桩法”做栓桩标记，标识点需做好妥善保护不得损坏。

（2）钻机就位

由于旋挖钻机在不平整的场地上施工会致使功率不足以及机身倾斜移动，从而引发安全事故，因此开钻前应进行场地平整。钻机就位后调整钻杆至铅直状态，并使钻斗处于桩中心点标识的正上方。

（3）护筒埋设

钻机平稳就位后即可开孔钻进，钻到一定位置埋设护筒，护筒既可以保护孔口又能作为钻头的导向装置。护筒顶部应高出打桩工作面200 mm左右。

（4）泥浆制备

泥浆可以起到防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等的作用，因此泥浆是保证成孔质量的重要因素，由于场地土层夹有砂层、地下水位埋深浅，调制出良好性能的泥浆尤为重要。泥浆在现场制作，由水、膨润土、CMC（羟甲基纤维素）等材料调制而成。泥浆性能指标主要有比重、黏度、含砂率等，在施工过程中应随时检测，确保质量合格。

（5）旋挖钻机成孔

旋挖钻机成孔的原理是用底部带有活门的桶式钻头回旋破碎岩土，将其装入钻斗内，进尺一定深度，利用钻杆将钻斗提出孔外进行卸土，不断钻、提、卸土，直至钻至设计深度（陶延鹏，2017）。旋挖钻机的钻进压力主要来自于钻头自身的重量以及加压油缸的压力，操作室内液晶显示屏控制其钻进深度。在施工过程中根据地层的变化调整钻进速度、钻进压力等。

根据设计要求控制试验桩桩长，当钻进至持力层时放缓钻进速度，钻孔完成后立即采用钻孔灌注桩成孔质量检测系统，分别检测成孔的孔深、孔径、垂直度及沉渣厚度。

（6）双护筒安装

双护筒在机械加工厂加工成型并连接，运至现场架空堆放并保持平稳，采用履带吊安装，起吊前认真核算，在保证起吊安全的前提下，将加固连接好的双护筒一次吊装安放入孔。

（7）清孔

旋挖钻机工法采用无循环泥浆钻进，钻渣不能通过泥浆的循环携带到地面而沉降，因此清除孔底沉渣，可采用双层底捞砂钻斗，在无进尺的情况下，回转钻斗使沉渣尽可能地进入斗内，反转，封闭斗门，即可达到清孔的目的。

（8）钢筋笼吊放

由于钢筋笼长度较大，吊装困难，采用逐段接长法安装工艺。分节长度应按孔深、起吊高度和孔口连接时间等因素合理选定，本项目选用15～20 m为一节，主筋采用孔口直螺纹套筒连接，相邻两节钢筋笼对接时，其主筋的位置应一一对应，以保证上下钢筋笼轴线一致，第一节钢筋笼安装好后需用钢管卡住，随后立马吊放第二节钢筋笼，对准后套筒连接，连接牢固后继续下放钢筋笼，直至设计标高。

（9）水下灌注混凝土

桩径900 mm桩型采用直径为250 mm的导管，桩径600 mm桩型采用直径为200 mm的导管，导管使用前应试拼装、试压，破损的密封圈应及时更换，导管试压合格后，方可进行导管安放。首灌正常后持续不停的灌入其余混凝土，中途不得停歇。随着桩孔内混凝土面的上升，快速将导管逐节拔除，混凝土灌注到桩孔上部5.0 m以内时，可不再提升导管，直到灌注至设计标高后一次拔出。

（10）桩侧、桩端后压浆

SZ1试验桩采用桩端、桩侧压浆模式，MZ1采用桩侧压浆模式。后压浆详细施工步骤如图2所示。

（11）桩头加固处理

试桩桩头处理应先剔除桩顶部的浮浆及松散的混凝土，凿桩头过程中应注意保护主筋，处理后的桩头顶部应平整光滑。本项目桩头加固设计如图3 所示。

4 施工质量控制措施

（1）双护筒稳定性控制

在外套筒外侧均匀安放4组φ30 mm的注浆钢管，并压注1∶ 0.55的水泥浆（加入适量早强剂）将外套管外50 mm的间隙充满。

（2）钢筋笼上浮控制

造成钢筋笼上浮主要是因为混凝土的表面与钢筋笼的底部接近，混凝土导管底处于钢筋笼底以下3 m至以上1 m之间的位置时，混凝土的灌注速度太快致使其下落时向上反冲，而钢筋笼的自身重量又不足以抵消其向上的顶托力。

施工过程中应采取措施防止钢筋笼上浮，首先当混凝土的表面在钢筋笼底部上下约1 m的位置时，降低灌注混凝土的速度，小于0.4 m3·min-1为宜。其次钢筋笼吊放完毕后可将上端与护筒焊接固定，此时护筒也可以承受一部分顶托力，可以起到一定的防止钢筋笼上浮的作用;最后混凝土导管应保持在钢筋笼中间，若有偏移，则应该边旋转边起吊导管。

（3）钻孔深度大，易发生塌孔事故

桩长较长，并且有空桩施工，钻孔深度较深，施工前必须要调制好泥浆，施工过程中控制好孔内泥浆高度，保证水头压力，防止塌孔事故发生。如发生塌孔及时向孔中填入好土并压实，静止一段时间后再行施工。

（4）孔底沉渣的控制

泥浆护壁灌注桩的孔底沉泥，严重影响桩端承载力的发挥，因而采用泥浆护壁灌注桩时必须注意清底工艺，否则易留下隐患（史佩栋，2015）。旋挖钻孔灌注桩孔底沉渣的成因主要有：桩孔孔壁塌落、泥浆沉淀、钻孔残留等（房召亮，2020）。

要求必须分两次清孔，钻进孔深达到设计深度后，进行第一次清孔，第二次清孔在钢筋笼和导管安装完成之后进行，当检测沉渣厚度不符合要求时，采用气举反循环等方法进行排渣。清孔后用测绳捆绑重铁并下放，检测沉渣厚度，在满足要求后立即组织灌注混凝土施工。

（5）后注浆控制

后注浆作业的起始时间是保证能否顺利注浆的重点。开塞时间太早则强度不足，桩端质量及桩体强度会遭到高压浆液的冲射破坏;开塞时间太迟，预埋注浆管被高强度混凝土包裹，注浆头的橡胶膜可能会打不开而无法注浆。

注浆压力的控制也是保证成桩质量的关键因素，压力太大注浆管可能会被破坏，压力太小则会因为浆液充填不足而达不到增强桩体承载力的要求，应根据设计单位给定的注浆压力设计值施工。后注浆施工过程中，应经常对后注浆的各项工艺参数进行检查，发现异常则需采取相应的处理措施。

5 结论

采用低应变法进行试验桩桩身完整性检测，结果桩身完整无明显缺陷;采用慢速维持荷载法进行单桩竖向抗压、抗拔承载力检测，单桩承载力检测加载总量为单桩承载力极限值的1.2倍，SZ1、SZ3、SZ4加载总量分别为21 600 kN、1800 kN、2280 kN，检测完成后桩身未被破坏。检测结果表明试验桩施工工艺可行，双护筒设计合理，试桩承载力及桩身质量达到预期的效果，有效指导了后期大面积工程桩施工，期望为类似工程建设中桩基础设计与施工提供借鉴。

参考文献：

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蒋牧，陈江，李培，等，2017. 清摩阻双护筒在超长试桩中的应用[J]. 施工技术，46（21）：102-105.

贾中兴，2018. 太原地区某工程试樁静载试验检测问题分析[J]. 山西建筑，44（1）：81-82.

彭满华，陈志新，张海顺，等，2020. 某工程试桩承载力异常原因分析及解决措施[J]. 岩土工程技术，34（4）：225-228+233.

史佩栋，2015. 桩基工程手册：桩和桩基手册[M]. 2版.北京：人民交通出版社股份有限公司.

陶延鹏，2017. 旋挖钻机钻孔灌注桩施工技术及常见质量问题[J]. 住宅与房地产（24）：218.

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