超长钻孔灌注桩施工技术

【摘要】天津高新区中央商务区高银117大厦桩基础设计为超大长径比超长钻孔灌注桩，质量要求高，施工难度大。本文介绍了高银117大厦超大长径比超长钻孔灌注桩工程的施工情况，其经验可供同类工程借鉴。

【关键词】钻孔灌注桩；质量控制

1 工程概况

高银117大厦位于天津市滨海高新区中央商务区，地下3层、地上117层，建筑高度597m，本工程主塔楼桩基础设计为1000钻孔灌注桩，成孔深度98.25m，有效桩长76.5m，混凝土要求强度等级C50，桩侧、桩底均进行后注浆，共941根。场地为海相与陆相交互沉积地层，桩基础穿越5个承压水层。

2 技术难点

2.1 超深钻孔泥浆质量控制

场地地层以粉砂、粉土和粉质粘土为主，工程桩成孔深度达98.25m，设计要求桩底沉渣厚度100mm，钻孔持续时间长，成孔质量要求高，对泥浆性能提出较高要求。

2.2 超大长径比超长钻孔灌注桩钻孔垂直度控制

工程桩设计要求桩孔垂直度偏差小于1/200，高于国家和行业规范要求的1/100，对于超长钻孔桩，一旦由于地质条件或者施工控制不当造成塌孔、桩孔偏斜等事故，很难进行处理，从而影响到成桩的质量，形成了安全隐患。

2.3超深水下混凝土灌注质量控制

根据设计要求，本工程采用C50水下混凝土进行浇注。混凝土工作性能应适应孔深达98.25m灌注要求和狭小空间内超长混凝土导管施工风险是关注与控制的重点。

2.4 后注浆质量控制

类似场地超长桩后注浆缺乏成熟、可靠经验，注浆阀的布置，注浆管、注浆阀的连接与固定，水泥浆性能确定与配置，施工过程中成品保护等是此超长桩后注浆技术难点。

3 试成孔

为更好的检验拟选用的设备是否适应场区内的地质条件，同时为获得相关施工参数，保证工程桩施工的顺利进行，在进行工程桩施工前进行试成孔的施工。

3.1 试成孔时详细记录地层在变化情况，不同地层施工时的钻压、转速、进尺等钻进参数，出口及入口处泥浆密度 、粘度、含砂率、pH值等性能指标。

3.2 按设计要求测定成孔后0、6、12、18、24、30、36h等不同时间点的孔径和孔底沉渣，并观察泥浆的渗漏情况。

3.3 根据试成孔的测试结果分析总结，确定工程桩施工时的钻进工艺参数、泥浆性能指标等，并对试成孔过程中与到在问题制定相应的预防及处理措施。

4 关键施工技术

4.1 埋设孔口护筒

孔口护筒具有导正钻具、控制桩位、保护孔口、隔离地表水渗漏、防止地表坍塌、保持孔内水头高度及固定钢筋笼等作用。本工程护筒采用壁厚4mm钢护筒，护筒长度大于1.5m，护筒直径1.2m，采用挖埋法设置，调整护筒中心与垂直度偏差满足要求后，护筒外侧采用粘性土振捣密实。为防止钻进过程中泥浆外溢污染场地，护筒高出地面约20cm，并在周围采用粘性土形成围堰。

4.2 泥浆质量控制

钻孔灌注桩施工中，泥浆具有携带钻渣、稳固孔壁、冷却和钻具等作用，因此泥浆性能指标选取的合理与否直接关系到钻孔质量和钻进效率。

通过分析场地地质条件，117大厦场地内主要地层为可塑～硬塑的粉质粘土和密实的粉土层，原地层造浆能力较强，孔壁也较稳定。因此117大厦钻孔施工时采用原地层造浆，采用较小的泥浆粘度和密度，既保证了孔壁的稳定，又提高了钻进效率。钻孔过程中泥浆指标控制为粘度17～20s，密度1.07～1.15g/cm3。

钻孔过程中根据土层条件调整钻进泥浆性能指标，排出的泥浆通过净化、调节后循环使用。当钻至设计标高时，将钻具提离孔底，继续转动钻具，维持泥浆循环状态，调整泥浆性能。

4.3 钻孔垂直度控制

117大厦钻孔灌注桩孔成孔深度达98.25m，设计要求桩孔垂直度偏差小于1/200，为达到设计要求，采取以下措施：

（1）对桩基施工场地地表进行硬化处理，确保钻机底座平稳和作业期间稳定。

（2）钻头采用笼式双腰带刮刀钻头，增加上、下腰带之间的距离，使上、下腰带高度达到1.3m，以增加钻头的防斜效果。

（3）钻机就位时确保钻机磨盘水平、钻架垂直，在施工过程中经常检查钻机磨盘的水平度和钻塔垂直度，在孔深15m、30m、60m时必须强制检查。

（4）开钻时慢速钻进，待导向部分全部进入地层方可加速。在钻进的时候，必须针对不同的地层，不同的钻进阻力，来调整钻进的速度和转速，以便使钻进的过程平稳，不致产生过大的偏斜。遇到软硬地层交界处，采取减压钻进，降低转速，钻压控制在10～15kPa，转速20r/min。

4.4 孔底沉渣厚度控制

为满足孔底沉渣厚度100mm的设计要求，钻孔施工过程中采取二次清孔工艺，严格控制一次清孔后的泥浆性能指标，在混凝土浇筑前再次清孔。

第一次清孔是在终孔后进行，经过安放钢筋笼、焊接、下放导管等过程，一般需要4h，在这段时间内，由于孔内泥浆处于静止姿态，原来悬浮在泥浆中的泥、砂砾等会沉人孔底，同时，安放钢筋笼和导管时也会擦碰孔壁，而使泥砂落孔内，为此，在混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔。二次清孔应做到边循环清孔边测孔底沉渣，当孔底沉渣厚度符合设计及规范要求时，再在循环中调整泥浆各项指标，终止清孔泥浆指标一般控制在以下范围：相对密度在1.05～1.10g/cm3之间，粘度为16～18s，含砂率1%。当测得泥浆各项指标均符合规范要求后，应立即进行水下混凝土的灌注工作。

4.5超深水下混凝土灌注质量控制

（1）混凝土配合比设计

原材料选用质地坚硬、无碱活性、级配合理、粒形良好的优质粗、细骨料，选用优质减水剂降低混凝土单位用水量，经持续试配、调整优化后，选定混凝土施工配合比（kg/m3）为：P.O42.5水泥：粉煤灰：矿渣：中砂：5～25mm碎石：聚羧酸外加剂：水=330：100：110：670：1010：6.4：173。

（2）混凝土灌注

通过计算分析，确定浇灌数量、时间和标高的对应关系，以指导混凝土的供应、浇灌和导管提升作业的控制。导管下放前进行密闭性检验，确认接头顺直、通畅、严密。混凝土浇灌应连续进行，初灌量保证导管埋入混凝土顶面1m，浇灌过程中持续探测混凝土顶面标高，适时提升和逐段拆卸导管，保持导管在混凝土内埋深2～6m。

4.6 后注浆质量控制

（1）注浆管安装

注浆采用镀锌钢管，综合钢筋笼净空、保护层等影响因素，桩端注浆管设置在钢筋笼内侧，桩侧竖向注浆管设置在钢筋笼外侧，与钢筋笼主筋绑扎固定，随钢筋笼分节采用套管焊接连接。桩侧注浆阀在钢筋笼下放过程中绑扎安装，注浆阀与竖向注浆管采用三通连接。

（2）开塞与注浆

为保证开塞与注浆效果，重点控制桩孔垂直度、孔径、孔深和钢筋笼下放底标高，使钢筋笼侧、底注浆阀不被混凝土包裹。注浆采用压力与注浆量双控，采用P.O42.5水泥，水灰比0.6～0.7，注浆流量75L/min。

5 结语

高银117大厦超大长径比超长钻孔灌注桩工程的施工，采用上述各种质量控制方法和措施，使941根超长桩得以顺利完成。通过第三方检测单位对成孔和成桩检测，没有发现缩径和垂直度不满足设计要求的情况，从而验证了所采用质量控制方法和措施的合理性，为保证整个工程的质量安全打下了坚实的基础。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院，JGJ94-2008 建筑桩基技术规程[S]，北京，中国建筑工业出版社，2008

[2] 刘利民，舒翔，熊巨华，桩基工程的理论进展与工程实践，北京：中国建筑工业出版社 2002

[3]张晓炜，黄生根，钻孔灌注桩后压浆技术理论与应用[M]，武汉：中国地质大学出版社，2007