特殊地质情况下桩基成孔方式及造价分析

特殊地质情况下桩基成孔方式及造价分析

唐荣付

四川良友建设咨询有限公司610000

摘要：桩基础作为重型荷载的最终载体，关系着构筑物的质量和安全，在复杂多变的地质情况下，桩基的成孔方式，须从工艺、经济、质量等多方面因素考虑

关键词：桩基成孔方式；特殊地质；造价分析

桩基础是现阶段广泛使用的主要基础形式之一，它具有承载力高、沉降小、施工灵活方便和适用条件广泛等优点。特别在大型、特大型桥梁工程中，桩基础作为重型荷载的最终承载载体，发挥着重大作用，桩基础的设计适用性及施工质量关系着整座桥梁的质量和安全，而桩基成孔则是桩基施工的第一步，作用至关重要！因此，我们需要做好这关键的第一步工作，根据地质情况选择不同的成孔方式，以提高成孔质量和经济性。

桩基成孔施工的常见施工方法如下：冲击钻机成孔法、旋挖钻机成孔法、回旋钻机成孔法、人工挖孔法，其各自的施工方式及特点如下：

一、冲击钻进成孔是采用冲击式钻机用卷扬机带动一定质量的冲击钻头（或称为冲锥），在一定的高度内周期性地作自由落体运动，冲击破碎岩层或冲挤土层形成桩孔，再用捞渣筒或泥浆循环等方法将岩屑钻渣排出的成孔方法。适应范围较广，能适应各类地质条件，在施工中使用较多。缺点是施工噪音大，环境污染大，施工产生的振动可能破坏周边构筑物或地下构筑物（特别是地铁区间范围）。

二、旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。其特点是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少。旋挖钻机一般适用粘土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层，可以适用微风化岩层。

三、回旋钻机成孔法，又称正反循环成孔灌注桩，是回旋钻机在泥浆护壁条件下，慢速钻进，通过泥浆排渣成孔。其特点是：可利用地质部门常规地质钻机，可用于常规地质条件，各种大小孔径（300mm~2000mm）和深度（40m~100m），护壁效果好，成孔质量可靠；施工无噪音，无震动，无挤压；机具设备简单，操作方便，费用较低，但成孔速度慢，效率低，用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制。不适用于卵砾石、漂石、块石、基岩、施工难度大,及易坍孔的地质情况。

四、人工挖孔是一种通过人力开挖而形成井筒的成孔方法。在人工开挖送土的过程中，要用钢筋砼井圈护壁。一般适用于土质较好、地下水位较低的粘土、含少量砂卵石的黏土层。其优点是施工操作工艺简单,施工方便,不需要大型机械设备，无噪音，无振动，施工环保；单桩承载力高,可直接检查桩外形尺寸和持力层情况,受力性能可靠,抗震能力强；可多桩同时进行,遍地开花，施工速度相对较快。缺点是需要大量人工，孔内环境差，劳动强度大，安全风险系数较高，且在成都市需报政府相关安全部门进行审批、备案。

在实际桩基成孔施工时，由于地质情况复杂多变，没有任何一种成孔方式是万能的，这就需要施工组织者根据成孔方式的优缺点及施工经验，综合考虑质量、安全、进度、造价等因素，选择最合理可行的成孔方案。下面以实际工程为例，探讨特殊复杂地质情况下，桩基成孔方式的论证及选择：

某桥梁工程位于成都市成华区，主线桥全长1800米，桥宽30米。桥梁上部结构以预制小箱梁为主，局部大跨度桥段采用钢箱梁。桥梁共有54个桥墩，采用倒圆角矩形墩上接盖梁，下部结构采用承台及桩基础形式，桩基础为嵌岩桩，设计桩基成孔方式为机械成孔。经统计，全桥共计365根桩基础，桩径为1.8米，平均桩长约30米。

施工进场后，施工单位根据图纸要求及地勘资料，采取旋挖钻机进行试桩钻孔作业，试桩过程中，发现人工填土层下广泛分布着夹灰白色高岭土粘土层，该土层为中弱膨胀土，受地层滞水的影响易变形及坍塌，导致旋挖钻孔时塌孔严重，无法成孔。在后续的试桩中，分别采用了干孔旋挖成孔法、高分子化学泥浆护壁成孔法、抽芯成孔法等办法，均在11～23.5m处发生了塌孔，结合试桩的情况与地勘资料情况，本工程无法采用常规的旋挖钻机成孔方式。且桩基施工沿线与地铁线重合，部分桩基离地铁盾构的距离为3米左右，不能采用冲击钻机成孔方式。鉴于实际情况，建设单位组织了专家组进行了变更论证，讨论了多种可行的成孔方式，主要为：人工挖孔成孔法、“上挖下旋”成孔法、搓管机全护筒成孔法、局部钢护筒机械成孔法，笔者就从造价的角度，分析探讨各种成孔方式的经济可行性。

一、人工挖孔成孔法

考虑到人工挖孔对地铁盾构影响小，且本工程可以多点开花，施工进度相对较快，因此，人工挖孔成孔成为备选的方案之一。本工程以桩径1.8米，桩长30米，护壁平均厚度25cm为例，得出以下工程量数据：人工挖土石方124.58m3，护壁C20混凝土48.28m3，护壁钢筋2521kg，桩芯C30混凝土76.30m3，桩芯钢筋6490kg。采用2015年《四川省建设工程工程量清单计价定额》组价，得出人工挖孔桩综合单价为4404.94元/m（含钢筋）。

二、“上挖下旋”成孔法

“上挖下旋”成孔法是指上部易塌孔地质段采用人工挖孔方式，下部岩石地质段采用旋挖机械成孔的“组合型”成孔方式（本工程造价分析时，考虑上部20m人工挖孔，下部10m岩层段机械成孔）。为确保下部机械施工时候钻头能顺利进出，上部人工挖孔段需进行扩孔施工，成孔净直径为2米，护壁设置同人工挖孔成孔法。主要工程量数据：人工挖土方98.13m3，机械挖石方25.43m3，护壁C20混凝土35.33m3，护壁钢筋1681kg，桩芯C30混凝土88.23m3，桩芯钢筋6490kg。采用2015年《四川省建设工程工程量清单计价定额》组价，得出“上挖下旋”成孔桩综合单价为4053.21元/m（含钢筋）。

三、搓管机全护筒成孔法

搓管机全护筒成孔法是指采用搓管机摇动装置的摇动（或回转装置的回转）使钢套管与土层间的摩阻力大大减小，边摇动（或边回转）边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土，直至套管下到桩端持力层为止的机械成孔方法。其主要施工工艺为：搓管机按节埋设钢护筒→冲抓斗挖掘取土→下放钢筋笼，浇筑混凝土→搓管机拔出钢护筒。搓管机市场保有量低，成孔效率较低，且2015年《四川省建设工程工程量清单计价定额》中无搓管机定额，需按照市场价格执行。搓管机成孔法市场综合单价约为6195.38元/m（含钢筋）。

四、局部钢护筒机械成孔法

局部钢护筒机械成孔法是指在易塌孔地质段局部设置钢护筒进行硬护壁，确保顺利机械成孔的方法。本工程拟定在10~20m易塌孔地质段设置钢护筒，0~10m段为方便钢护筒能顺利放入，需进行扩孔施工，采用内径为1.9米的钻头施工，钢护筒壁厚为10mm。主要工程量数据：机械挖土石方85.2m3，桩芯C30混凝土82.11m3，桩芯钢筋6490kg，钢护筒重量4683kg。采用2015年《四川省建设工程工程量清单计价定额》组价，得出局部钢护筒机械成孔桩综合单价为4167.79元/m（含钢筋）。

结束语

通过对比，从造价上分析，第二种成孔方式“上挖下旋成孔法”最为经济。这是本工程根据现场地质情况，通过了大量论证评审工作，综合考虑了各种因素，特别是在几种可行方案的情况下，进行了造价测算及分析，而量身定制的“组合型”桩基成孔方式，有效地推动了现场施工进度，也为业主节约了变更资金。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院，《建筑桩基技术规范》.中国建筑工业出版社.

[2]肖建平，《桥梁工程施工》.机械工业出版社.

[3]张忠苗，《桩基工程》.中国建筑工业出版社.