大直径超长冲孔灌注桩施工技术.docx

大直径超长冲孔灌注桩施工技术
[摘 要] 珠海xx大厦基础地质复杂，塔楼基础设计采用了大口径超长冲孔灌注桩，实际施工冲孔深度达到60m，采取正循环钻进成孔，气举反循环清孔的施工工艺。本文对大直径超深冲孔灌注桩施工进行了实践论述，可为同类型工程施工提供借鉴。
[关键词] 大直径；超长；冲孔灌注桩；施工；技术
珠海xx大厦位于珠海市吉大九州大道与景山路交叉东南角，塔楼33层，裙楼4层，地下1层，总建筑面积68882.80m2，总建筑高度139.00m，属一类超高层建筑，工程建成以后将成为珠海市标志性建筑。
本工程采用框架－筒体结构体系，塔楼采用冲孔灌注桩基础，设计为60根钢筋砼冲孔灌注桩，桩基设计技术参数如下表：
桩号
桩径
（D）
纵筋
加劲箍范围
螺旋箍
加劲内环箍
加密箍范围
单桩竖向极限承载力标准值(kN)
根数
ZH1
1400
16ф22
14000
f10
ф18@2000
5000
33700
7
ZH2
1600
20ф25
16000
f10
ф18@2000
6000
41300
25
ZH3
1700
20ф25
17000
f10
ф18@2000
6000
45300
14
ZH4
1800
20ф25
18000
f10
ф18@2000
7000
52100
14
桩孔深度52～60m，桩端入中风化花岗岩大于0.5m,岩石单轴抗压强度大于30MPa。由于场地的地质条件较为复杂，有珠海湾仔断裂带的低序次断裂经过，灌注桩的施工周期长，孔径大，桩身深，施工难度大。
1 地质条件
根据工程地质报告表明，施工中钻孔通过主要地层为：①素填土层②冲积土层、砂质粉质粘土层及粉质粘土、砾砂（石英为主，砾径2～8mm厚度2～9m不等）；③中粗砂层，厚度2～6m不等，砾径2～5mm；④砂质粉质土层，厚度1.5～6.0m不等,以石英砂粒为主;⑤花岗岩风化残积土及燕山期风化花岗岩⑥全风化～强风化花岗岩,岩面埋深23～54m,坡角480⑦中风化花岗岩，岩面埋深38.20～64.90m,坡角510。该层岩石坚硬，岩石裂隙发育、破碎，局部为石英脉和绿泥石充填⑧微风化花岗岩，岩面埋深51.50～100m,最大坡角610。
2 施工难点
在钻孔桩成孔过程，将会遇到较大的困难，石英为主的砾砂层～中粗砂层，在钻进中会出现重复破碎，钻头容易磨损、孔径不规则或超径，应注意调整泥浆性能；在钻进燕山期风化花岗岩或全风化花岗岩时，孔内失水较大，钻头泥包钻进困难，容易缩径，应调整钻进参数、降低泥浆失水量；在钻进强风化、中风化或微风化花岗岩层时，因其岩面起伏较大，岩层倾角大，岩石坚硬、破碎，裂隙发育，容易出现孔斜或断钻杆、掉钻头事故，应注意掌握好钻进参数，防止在钻进成孔过程中孔内发生事故而无法清孔成桩。
3 施工工艺
3.1 测量放线
由专业测量工程师依据业主方提供的测量基准点，用全站仪准确测量出每根桩的桩

位，并用钢筋埋入土中作好标记，并固定，在施工前注意保护未施工桩的桩位标不受扰动破坏。
3.2 桩机就位
桩机移机对准桩位，使桩机天车前缘、桩位中心在同一铅垂线上，并将机台垫平，垫实。
3.3 埋设护筒
护筒采用钢护筒，直径大于设计直径20cm，护筒埋入至坚实土层，护筒顶高出地面20~30cm，护筒中心线与桩中心线垂合。
3.4 成孔
采用泥浆护壁成孔，钻进中清碴采用掏渣筒清渣和气举反循环清孔。
根据地质资料表明，本场地内存在较厚的砾石，中粗砂层，基岩面起伏较大，倾角大，容易发生孔斜的特点，成孔时保持注意泥浆比重控制在1.2~1.45kg/L,粘度25~30S。在松散的地层和砂砾层，钻进时保持泥浆比重在1.3~1.45kg/L,钻速不宜过快，以形成良好的护壁泥皮，保持冲孔稳定。成孔必须进入中风化岩石砂不小于0.5m，达到设计标高。
在冲进中随着孔深的增加，为使沉渣大量返出孔口，提高成孔效率，清渣时采用空压风机送压缩空气到孔底，利用气举反循环进行孔底清渣。
当冲进至基岩面时，必须放慢冲进速度，避免斜孔。在冲击成孔时，应密切注意成孔质量，针对不同地层，选择不同冲程和调节泥浆性能，初始冲孔时应低锤密击，进入基岩后，再高锤碎岩。
3.5 清孔
冲进至设计深度后采用气举反循环清孔，沉渣厚度应小于50mm，为了保证清孔质量，下钢筋笼以后，仍须继续清孔。
3.6 钢筋笼制安
在冲孔的同时，按照设计图纸和规范要求制作钢筋笼，钢筋笼长度为14—18米，在现场制作时，应靠近桩孔，位于吊车回转半径内，一次性加工成型，便于吊车吊装入孔，安装固定。
制作时按设计图纸要求，II级钢焊接采用E50焊条，双面焊，焊缝长度大于5d，单面焊，焊缝长度大于10d（d为钢筋直径）。焊接后上下两段钢筋中心线在同一直线上。接头按规范要求错开，同一截面接头数不大于钢筋总数的50%。
防止笼体变形应在笼中及顶部适当位置加焊加强钢筋，当钢筋吊起，放入孔内时应扶正中，缓慢放入，避免碰撞孔壁，笼体下放至设计标高时，应做好固定和对中，以防止钢筋笼下坠，上浮和偏移。采取在钢筋笼底引4根立筋，直至孔底（作为固定声测管），每2m设加劲箍焊接，作为抗浮钢筋。
3.7 水下砼灌注
大直径深长冲孔灌注桩的水下砼灌注是成桩质量的关键工序，在浇筑水下砼前，应再次检测孔底沉渣情况，不符合设计要求的必须利用灌注导管作二次清孔，清孔至沉渣符合

设计要求，经验收后，必须尽快浇筑水下砼，水下砼浇筑采用预拌商品砼，泵送直升导管法灌注工艺，砼经泵送至孔口料斗，沿导管下到孔底，并由底向上置换泥浆浇注成桩，其技术要求为：
（1）浇筑前调整泥浆性能，使泥浆比重在1.15~1.25kg/L，沉渣不得大于50mm，含砂率不大于10%，粘度不大于28S；
（2）导管连接必须密封、牢固；
（3）首次灌砼量必须保证导管埋入砼中不少于0.8m。
（4）每车砼到达现场都必须检测砼的坍落度是否符合要求，缓凝时间不少于10h；
（5）灌注过程中，有专人测定砼的上升高度，确定导管的埋深，使导管埋入砼中2~6m；
（6）水下砼浇筑前应做好一切准备工作，开始浇筑后应快速连续灌注完毕，中间停顿不能超过2h防止发生灌注事故；
（7）当浇筑面接近设计标高时，应注意控制好浇注高度，不要欠浇或超高太多，造成浪费。
4 技术处理
为提高成孔质量，施工中必须配备足够的不同口径、重量的冲孔钻头，修孔钻头，冲岩钻头。在冲击钻头锥顶和提升钢丝绳之间，设置自行转向装置，以保证钻头自动转向，避免形成梅花孔，成孔的质量检测，均有明确的质量检测方法及检测器具，如冲孔深度用测绳测量，卷尺校核，垂直度检测采用检查钢丝绳垂直度及吊紧桩锤上下升降后钢丝绳的变化测定。孔径的检测则用专用钢筋探笼检测。
通过成孔过程中的正循环清渣，将孔内钻渣基本清除干净，待安装钢筋笼后，下入风管，气举反循环清孔，清除干净孔底沉渣后，起上风管，下入灌注导管，并利用灌注导管进行正循环清孔，将孔底少量沉渣清除。隐蔽验收检查合格后，尽快灌注首批砼，以避免孔底再二次清渣。
水下浇筑砼过程中，对砼面的测量使用测锤，砼面的测定应多点测量，并结合砼浇筑量，较准确的测量，以指导埋管深度，严禁埋管深度小于2m。应满足埋管深度2~4m，不得大于6m的规范要求。
根据地质情况，因地制宜地改变施工工艺参数。如：在粘土或粉质粘土层中，应采用中小冲程1~2m，泵入清水稀释泥浆，中粗砂层中应采用中冲程1~3m，泥浆比重1.2~1.3,投入粘土块，勤掏渣。如表土为淤泥时可投入粘土块或小片石反复冲孔护壁。碰到大孤石时应抛入硬度相近的片石，高锤冲击将大孤石击碎挤入孔壁等等，造成坚实孔壁，提高冲进效率。
现场设置一个专门的注浆池，专门调配和贮存合格泥浆，在桩孔终孔后，将合格泥浆用泵抽到施工泥浆池，置换桩孔内较浓泥浆，使泥浆指标尽快达到规范要求，以减少泥浆的置换时间。
5 质保措施
5.1 管理措施

（1）建立健全质量保证体系，采用三级质量监控系统，对每个施工工序进行质量监控，同时，班组兼职质检员认真履行“自检”、“互检”职责，使质量事故隐患消灭在萌芽状态。
（2）确质量岗位责任，坚持“谁施工谁负责质量”，“谁操作谁负责质量”的原则，工人讲究操作质量，管理人员注重工作质量，人人履行质量职能，个个把好质量关。
（3）严格执行原材料和半成品检验制度，钢材、水泥、砼等材料应有质量证明和出厂合格证，并按规定抽样复检。砂、石等要及时作好其物理性能试验，其它材料均应进行主要技术指标的检验，凡不符合标准要求的材料一律不准进场使用。
5.2 技术措施
冲孔灌注桩施工环节较多，容易出现桩位偏差过大、桩孔倾斜超标、孔底沉渣超厚、埋管、钢筋保护层不足、桩体砼离析、断桩及露筋等质量问题，这些质量问题往往使成桩难以满足设计要求，且补救困难，其施工质量关键在于施工各个环节的严格控制。
（1）严格控制桩位偏差、严格控制测量放线的误差、护筒埋设偏差、钻机对位偏差及钢筋笼下放定位对中时的偏差；
（2）入岩深度的控制，冲孔桩的嵌岩深度是根据岩石的风化程度而定。冲进基岩面标高时应取出岩样判断，或在冲孔前首先进行超前钻探，以准确确定桩端入岩深度，同时也可在冲进至中风化岩每进尺0.5m以下时,对返渣取岩样,捞取渣样，请地质专家判定其入岩深度。
（3）孔底沉渣的控制,冲孔灌注桩最大的缺陷就是孔底沉渣不能彻底清除干净。施工时应严格清孔质量，可采用正循环换浆、二次气举反循环清孔，也可采用更换新鲜泥浆，通过调整泥浆性能，保证孔底少量钻渣在泥浆胶体悬浮作用下，在一定时间内不下沉以保证孔底干净；
（4）灌注水下砼的质量控制
采用水下导管方法灌砼时应严格控制以下要求：
a. 导管使用前必须经过密闭试验，试验压力一般为0.6~1MPa,保证导管底端离孔底0.3~0.5m距离;
b. 首次料斗储砼量应满足孔底埋管深度;
c. 严格砼配合比配制,加入适量缓凝剂,保证砼的坍落和砼的工作性;
d. 严格探测砼上升高度,计算和绘制砼上升曲线对照检查,砼上升高度与上升孔段灌注量及超灌系数,严禁埋管过深或将导管拔离砼面;
e. 注意探测桩顶砼上升的准确数据,防止因浮浆过大造成桩顶砼未被灌满或半边砼上升过快的误差。通常应对四个方位进行探测判断砼面上升情况，以确保桩头砼质量。
6 桩基检测
桩基在2002年04月17日开始施工，到2002年09月15日全部完成塔楼冲孔灌注桩施工。
2002年09月02日至09月26日期间，广州xx质量安全检测中心对桩基进行波透射

法试验，共检测60根桩，其中I类桩36根，占所测桩数的60%，Ⅱ类桩14根，占所测桩数的23.3%，Ⅲ类桩10根，占所测桩数的16.7%。为了进一步探明桩的质量情况（特别是其中Ⅲ类桩）， 2002年11月02日至11月19日期间，珠海市建设工程质量监督站对桩基进行钻芯法检测，抽芯检测12根桩检测结果表明，桩底沉渣层厚度基本为0，桩长略长于施工记录桩长，除2根桩局部砼强度偏低，需进行处理外，其余桩砼强度全部满足C35的设计强度等级。经处理后的2根桩，其承载力满足设计要求。
7 结束语
（1）随着超高层建筑的发展，大直径超长冲孔运用将更加普遍，必须不断更新施工工艺，掌握新的施工方法，才能满足施工需要。
（2）大直径超长冲孔灌注桩再施工中，要重点做好
（3）水下砼浇注质量是控制冲孔灌注桩质量的关键
（4）根据国家规范，桩的检测，至少应保持2种方法以上，才能有效判断桩身质量情况。
参考文献：
[1] 岩土工程勘察规范.GB50021-2001
[2] 建筑桩基技术规范.JGJ94-94
[3] 广东省建筑地基基础施工及验收规范.DBJ15-201-91
[4] 桩基工程手册.中国建筑工业出版社
[5] 广东省桩基质量检测技术规定.穗建筑[2001]395号

5