大直径超深钻孔灌注桩施工技术相关问题研究

摘要：钻孔灌注桩是民用和工业建筑广泛应用的一种基础形式，具有适应性强、施工操作简单、设备投入不大等优点。本文结合某具体建筑工程，论述了大直径超深钻孔桩的施工技术，旨在为类似工程提供借鉴。

关键词：超深钻孔灌注桩、施工技术、质量控制

1 工程概况

某建筑桩基工程，桩基采用抗压桩和抗浮桩两种型式。其中，抗压桩采用的是Φ950mm 的钻孔灌注桩，共有97根，设计桩深为55 m，桩深最深达到了68.5m；抗拔桩采用桩径为Φ1000mm的钻孔灌注桩，共有76根，设计桩深为52 m，桩深最深达到了60.3m，两者都符合大直径超深钻孔灌注桩（桩径＞Φ800mm，长径比L/D＞50以上的桩）标准，因此整个工程桩基都属于超深钻孔灌注桩。

根据工程的地质勘察报告，Φ1000抗拔桩的持力层是⑨1的中砂层，按照设计要求，单桩的抗拔极限承载力需要达到7800KN；一柱一桩的Φ950 钻孔灌注桩的持力层在⑨2，为灰色粗砂层，其单桩的抗压极限承载力需要达到21000KN。另根据设计要求，成孔后的垂直度保证在为1/300以内，这些都给施工技术带来了更高的要求。

2 超深钻孔灌注桩的施工技术难点

（1）地层土质硬度较高，给机械设备选用提出更高要求。本工程中，抗压桩的最低标高是-68.5m（桩端已经进入了持力层⑨2灰色粗砂层4m之多），成孔后深度达到了73.3m左右，且成孔过程中，遇到的地层土质情况变化非常大，特别是⑦2的灰色粉砂、⑨1的灰色中砂以及⑨2的灰色粗砂，其N值都是大于45的，土质很硬，因而必须采用超常规的钻孔机来成孔。

（2）成孔后的垂直度要求非常严格，需要控制在1/300以内。施工中，必须详细分析以下两点。其一，考虑到成孔深度很深，地层土质情况变化大等因素的影响，增加了保证成孔垂直度的难度。其二，因为抗压桩中的钢管立柱垂直度（设计要求为1/600），这就给成孔垂直度提出了更高的要求（按照成孔垂直度 1/300来计算，已知基坑底深度为-13.7m，则基底处将会有50mm左右的偏差产生，而钢筋笼和钢管之间的间隙为45mm左右）。

（3）孔壁的稳定性要求非常高：成孔后到混凝土的浇灌之间的时间间隔长（期间还有提钻、钢筋笼下放、导管下放、清孔施工工序），经过认真计算，计算得间隔时间约为9小时。这么长的时间，要保证孔壁的稳定性，则需要严谨的施工程序和过硬的施工技术。

（4）孔底的沉渣厚度要求很高。本工程中，孔底沉渣设计要求是很高的，钻孔灌注桩的孔底沉渣厚度需要达到50mm，因为土层⑦2灰色粉砂层、⑨1灰色中砂层、⑨2灰色粗砂层都是含砂层，因此，如何控制好泥浆中含砂率，就成为了成孔的泥浆比重以及孔底沉渣厚度控制的关键。

（5）钢筋笼的制作精度要求高。本工程中钢筋笼的对接采取机械接头连接，钢筋容易产生比较大的变形，这样就给钢筋笼的制作造成了很大麻烦。此外，采用直螺纹连接，其工艺要求主筋间距和位置都非常严格（而本工程中钢筋笼的主筋采用了26Φ32 钢筋，主筋的间距是非常小的），这又给工程施工带来了困难。

3 解决问题的技术措施

3.1 保证成孔顺利的技术措施

（1）施工前，我们首先按照设计规范要求在轴线外侧进行了两个试成孔的施工。做试成孔的目的是为本工程提供相应可靠的工艺参数与工序施工时间参数，得出保证整个桩基工程施工质量的依据：核对地质、水文资料是否正确；检测孔深、孔斜、孔壁稳定性、孔底沉渣、缩孔、坍孔是否符合设计要求；检验设备的性能和施工工艺是否适合本工程施工。试成孔检测后，拟出48小时内的桩孔孔径检测曲线（每六小时检测一次），以确定各地层中钻速、钻压要求、泥浆的比重、粘度等技术参数。

（2）在详细分析了先前两个试成孔提供的技术参数后，为进一步检验在本技术参数下的桩孔径、垂直度，孔壁稳定性、孔底沉淤厚度等情况，决定再做两个试成孔。为了掌握第一次清孔后到灌注混凝土这段长时间间隔内，孔径曲线和孔壁稳定性的变化情况，在第二次清孔质量检测之前，再进行一次模拟的二次清孔，两次清孔质量检测的间隔时间为 10小时。通过对这四个试成孔的施工和数据检验，充分掌握地层地质的分布、机械设备的性能和施工工艺中的各技术参数等情况，为成孔顺利完工打下施工技术基础。

3.2 控制成孔垂直度的技术措施

（1）因为成孔深度深、地层土质情况变化大，为了保证成孔垂直度满足设计要求，就必须选用底盘较为稳定的钻孔机具，且成孔过程中采用“控制钻速、减压钻进”的施工工艺，以确保垂直度满足设计要求。为此，我们选择了扭距大、钻机稳、功率大的 GPS-20A型回旋钻机（转盘扭矩达到了65KN.m），并采用防斜梳齿钻头。该钻头上面直接装置配重块，既保证钻头压力，又提高钻头工作稳定性和钻孔的垂直精度，而且具有较高的刚度和耐磨性能，可用于钻进 N 值 50 以上的较硬硬土层、带砾石的砂土层。

（2）成孔过程中塔架头部滑轮组，回转器与钻头始终保持在同一铅垂线上，并保证钻头在吊紧的状态下钻进（减压钻进）。施工过程中应随时检查机架平整度，并严格控制其水平。减压钻进采用拉力控制措施。

3.3 保证成孔壁稳定的技术措施

由于成孔结束后到混凝土浇灌需要一段时间（其中主要包括了提钻、钢筋笼的下放、导管下放、清孔等施工工序），这就要求必须在试成孔的时候获取相关工程施工参数，制作好48 小时内桩孔的孔径曲线（每6小时检测一次孔径），再据此确定各土层的钻速、钻压大小、泥浆的比重以及粘度等相关参数。

（1）钻进参数

表1 钻压、钻速参数表

3.4 成孔后控制桩底沉渣厚度的有效措施

本工程中，对孔底的沉渣厚度要求相对比较高，设计要求达到了50mm。为了确保沉渣厚度符合设计要求，清孔时采用6BS泵吸反循环的施工工艺，并且在成孔施工中采用了除砂器（图2）。同时还要注意以下几点：一是清孔时入孔口的泥浆比重宜控制在1.20，粘度18~22”；二是钻进过程中采用除砂器保证浆内含砂率在 4%范围内；三是泵吸反循环清孔应注意保证补浆充足与孔内泥浆液面稳定，使用时还应注意清孔强度过大，以免造成孔底坍塌。

3.5钢筋笼制作及精度控制措施

（1）本工程中的钢筋笼的连接采用了机械接头方式。为了保证质量，整个钢筋骨架都必须在钢筋加工场地的胎架上来加工,相邻节段的钢筋骨架进行拼装加工，把前面一节的骨架当成后一节骨架的加工模具，并要求在对应主筋上面作好相应的标记，以保证钢筋对接的准确无误。

（2）钢筋端部的不平整以及在预拼装时候可能产生的间隙偏差，都会使得连接时套筒的外形长度不足，为了防止此类事情的发生，我们在加工直螺纹套筒时，将其外观长度加长8mm，以确保钢筋笼钢筋接头质量合格。

4 结束语

事践实证明采取上述措施，有效保证了工程的顺利进行，桩孔施工质量都符合设计规范要求――本工程对所有成孔的垂直度都进行了检测，成孔的垂直度大部分都控制在 1/500 以内，有效确保了钢筋笼与钢管之间的调垂空间，并且施工过程中也没发现孔壁坍塌质量事故，孔底沉渣厚度均达标。

由此可以得出，在超深大直径钻孔灌注桩施工中，应当根据场地工程地质条件、设计要求，结合施工经验，采用合理的施工措施，通过严格控制钻孔灌注桩施工过程中的各个工序环节，从而有效保证工程质量达标。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。