浅析岩溶地区旋挖钻孔灌注桩施工方法

浅析岩溶地区旋挖钻孔灌注桩施工方法

茶本伟

云南滇中保障房建设有限公司

摘要：云南省空港经济区大板桥片区，岩溶强烈发育，地下水位丰富，并存在地下承压水及河床，地质复杂，该地区以居民房及厂房居多。为响应国家政策，按照云南省政府统一规划，该地区涉及棚改工程，未来建成空港经济区。本项目为高层建筑，桩基础为旋挖成孔灌注桩，本文将结合项目实际情况，对旋挖钻孔灌注桩施工工艺、施工控制重点及难点、质量控制措施等进行分析阐述，以为类似工程提供借鉴。

关键词：岩溶地区；旋挖钻孔灌注桩；沉渣控制；泥浆护壁

1.工程概况

1.1项目概况

拟建项目位于云南省昆明市官渡区空港经济区大板桥集镇，项目地块总用地面积25186.08㎡，地上建筑面积97499.41㎡，地下建筑面积23167.07㎡。拟建建筑5幢27~34层高层建筑，拟建项目设置1层整体地下室。本工程抗震设防烈度八度，建筑设计使用年限50年（3类）。

1.2地质情况

拟建项目为破坏后果很严重的重要工程，工程重要性等级为一级工程。不良地质作用（岩溶）强烈发育，场地复杂程度等级为二级（中复杂场地）；场地内岩土种类较多，上覆土层主要为杂填土、耕土、粉质粘土、圆砾、粘土、有机质土，下伏基岩为白云质灰岩，整个场地岩土层性质变化较大，场地地基复杂程度为一级（复杂地基）。

1.2.1地基土分布

通过岩土勘察分析，该地块地下土质分布情况为：①1杂填土；①2耕土；②1粉质粘土；②2-1硬塑次生红粘土；②2-2可塑次生红粘土；②3有机质土；②4圆砾；②5可塑次生红粘土；③粘土（溶洞填充）；④1强风化白云质灰岩；④2中风化白云质灰岩。

其中：④2中风化白云质灰岩：岩体较完整，RQD值一般在15～50%之间，岩石饱和抗压强度fr=12.4～26.7MPa，平均18.3MPa，按坚硬程度划分为较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

1.2.2场地水文地质情况

1.2.2.1地表水

紧邻场地南边为宝象河，河宽约4m，深0.3~0.5m，水流流速约为0.26m/s，宝象河与场地水力联系较紧密。

1.2.2.2地下水

根据场地钻探揭露，钻孔深度范围内主要含水层为表层杂填土、耕土和下伏圆砾层，地下水类型主要为赋存于杂填土层及耕土中的上层滞水，圆砾层中的第四系微承压孔隙型潜水及深部基岩裂隙中的裂隙水，各土层除圆砾层为强～中等透水层外，其余土层均为相对隔水层。

1.3基础设计要求

本工程抗震设防烈度为8度（0.2g），设计地震分组第三组，场地类别为II类，地基基础设计等级为甲级。基础部分环境类别为二类a。

1.3.1基础形式

本工程高层主楼采用旋挖钻孔灌注桩基，上做钢筋砼筏板，为桩筏基础。桩直径800mm，桩嵌入承台内100mm。桩端持力层为④2中风化白云质灰岩，桩端进入持力层不小于1.5米，有效桩长10~15m。桩长以桩端进入持力层深度控制。单桩竖向抗压承载力特征值为4500KN（极限值为9000KN）。混凝土强度等级：桩身为C35水下砼。

1.3.2施工要求

（1）所处地质区域为岩溶地区，桩基均必须进行一柱一孔施工勘察，确保桩端以下5m范围内无溶洞、破碎带或软弱夹层等不良地质现象。

（2）旋挖钻孔灌注桩施工为泥浆护壁成孔工艺，泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土。泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计。

（3）旋挖钻孔灌注桩为端承型，孔底沉渣不得大于50mm。

（4）施工时桩顶混凝土灌注后应高于设计桩顶标高不小于0.5m，浇注承台前应凿除该段桩顶疏松混凝土，并调直伸入承台之锚拉纵筋。

1.4本工程桩基的突出特点分析

经过对设计、勘察文件及图纸的认真分析研究，并通过对现场进行了全面而细心的踏勘，本工程的现状和突出特点如下：

（1）本项目地处喀斯特溶岩地质发育地带，地质情况复杂，地下有溶芽、石林、溶沟、溶洞等发育溶岩，地层结构变化大。

（2）地层中存在溶洞（溶隙）、圆砾层，施工旋挖桩遇圆砾层时会出现孔壁坍塌、遇溶洞（溶隙）时会出现漏浆，浇桩时无法成桩的情况。

（3）孔底沉渣过厚影响成桩质量，孔底沉渣过厚的主要原因分析如下：①选用的清孔方法不适当；②清孔时间及泥浆的指标控制不当；③孔壁剥落、坍塌。

（4）部分桩可能发生桩倾斜及桩偏离轴线的情况，原因分析如下：多由于场地原因，桩机对位不仔细，地层原因使钻孔对钻杆跑偏原因造成。

（5）施工过程中不可预见因素多。

2.旋挖钻孔灌注桩施工方案

2.1现场准备

桩基施工前，现场做好人、材、机准备工作，并由技术管理人员对现场管理人员、技术人员、现场工人进行安全技术交底，并合理布置现场，安排临水临电设施。

2.2施工参数

（1）旋挖灌注桩，桩径800mm，桩端持力层为第④2层中风化白云质灰岩，桩端极限端阻力标准值为45000kpa，地基承载力特征值为9000kpa。高层主楼部分采用旋挖钻孔灌注桩基，所处地质区域为岩溶地区，桩基均必须进行一桩一孔施工勘察，确保基础承载力满足上部荷载要求。

（2）旋挖桩入岩采用大功率旋挖机来取芯，入岩部分应以地勘单位一柱一孔施工勘察为依据，保证基岩面最低点进入中风化持力层至少1500mm。

（3）旋挖桩桩身混凝土为水下混凝土，强度等级为C35，钢筋详桩身大样。

2.4.4钻机就位、钻进、清孔

（1）钻机就位时，要做到机座平稳，转盘中心与桩位偏差不得大于20mm。还必须做到“三点一线”，即天车中心，回转器中心与钻头中心线在同一铅垂线上。

（2）根据测量定位，护筒中心与桩中心重合。钻机钻进过程中，注意钻机稳定，以免倾倒和移位。当通长设置钢护筒时，随着钻机钻进过程逐节下钢护筒，直至钻孔底部。遇到溶洞时，在钻进溶洞以上1～2m左右位置停止钻进，逐节下钢护筒，后再击穿溶洞顶层岩层；振动下沉钢护筒至溶洞地层基岩；抛填片石和黏土，继续冲进至下层溶洞顶以上1～2m左右；再重复上道工序，直至设计桩底标高。

（3）钻进过程中应细心观察进尺及出渣情况，出渣种类根据及多少适当控制进尺速度，根据地层变化，按照成孔工艺技术要求，通过试钻孔选择钻进参数，在较松散的地层调整钻速，防止因成孔速度太快导致孔壁坍塌；同时对不同土层采用不同的泥浆比重，以保证孔壁稳定性。

⑷成孔控制：

①控制孔内水头标高，使护筒内保持1.0～1.5m的水头高度。

②桩长较长，孔深较深，钻机就位时，必须保持平整、稳固，不发生倾斜。经常检查钻杆垂直度，确保孔壁垂直，利于成孔质量、后序下放钢筋笼及水下混凝土灌注。

③泥浆的比重根据试验控制在规范要求内。

④当无圆砾层及无溶洞时护筒埋设深度不小于2m，下端埋入粘土层不小于1米或埋入基岩不小于10cm；当遇圆砾层时，自然地坪至圆砾层部位需全埋设可回收护筒；当遇溶洞需设置永久性全钢护筒时，护筒下端埋入持力层基岩不小于1米。经测量检查其垂直度后，在其四周回填粘性土并分层夯实，护筒露出地面0.5m，护筒上有十字线。

⑤根据设计的桩位布置情况，进行有序的隔桩跳打施工顺序，防止窜孔。

（5）钻进时如孔内出现坍孔等异常情况时，应立即将钻具提离孔底并保持泥浆液面高度；必要时向孔内输送性能符合要求的泥浆，提高净水压力，以抑制继续坍孔。

（6）为提高钻进效率和保证孔壁稳定，必须及时换浆和排渣，确保泥浆性能指标满足钻进成孔需要。

（7）及时清理孔口排渣，避免泥浆漫流，做到文明施工。

（8）钻孔达到设计深度后，此时空转不进尺，以比重较低（1.05～1.10）的新泥浆替换孔内比重较大的泥浆进行清孔。

（9）桩孔终孔后，对其桩径（钢卷尺）、孔深（深度传感器）、垂直度（深度传感器或全站仪、水准仪）及孔底沉渣（测绳及沉渣测量仪）等各项指标依据规范规定及设计要求进行验收，合格后进行下道工序。

（10）保证垂直度要注意以下几点：

钻桅的垂直度要控制在0.2度以内。动力头和钻桅的间隙不能太大。钻杆的随动架中心应和动力头中心一致。④钻杆和钻杆的方头不能偏斜。⑤下护筒时应垂直。⑥钻头方头箱和中心锥不能偏斜。⑦对于底层变化大的，建议选用直筒钻头。

（11）终孔验收注意事项

1）认真对照地质勘探资料，绘制出每个桩体持力层顶端标高等高线，待施工中钻孔深度达到等高线附近时可进行判别。

2）认真进行钻孔记录，详细了解钻进情况。根据现场观察，桩基入岩后往往钻进较平稳，不会出现跳钻、别钻现象，钻进速率在强风化层中一般为20~50cm/h，在中风化层中为<20cm/h。钻进速率一般与桩机型号及钻头种类、钻头磨损程度有关。

3）仔细检查岩样（钻进返渣）。强风化层岩样一般棱角不明显，多为碎块状，粒径一般5~12cm，硬度较低，矿物风化蚀变较强，多见石英及长石颗粒；中风化层岩样多为棱角形及刃角形，粒径10cm以上，硬度较高，矿物较新鲜。

4）旋挖桩机钻进基岩取出岩芯后称重计量，根据取出岩芯重量、设计桩径可初步计算理论入岩深度。当钻取芯样中夹杂有粘土、圆砾层等土体时，该芯样不能作为称重样本，应取出可作为持力层的中风化基岩进行称重计量，通过钻取基岩的体积、重量、进尺深度可判断该基岩是否满足作为持力层要求。

（12）成孔质量标准

孔深允许偏差：+300mm；垂直度允许偏差：1%；孔底沉渣：≤50mm；

泥浆比重：1.05～1.20。

2.4.5钢筋笼的制作与安装

⑴钢筋笼制作

①进场钢筋规格符合设计要求，并附有厂家的材质证明，现场取样送试验室进行原材及焊接试验检验。

②钢筋笼制作严格依施工图进行，允许偏差符合规范规程规定。

③主筋在同一截面上的接头数量不得超过50%；d≤22的钢筋容许采用搭接，搭接长度为42d，接头必须按规范要求错开，纵横钢筋交接处均应焊牢。

④纵向钢筋的接长应优先采用焊接，焊缝长度>10d（单面焊，其中d为钢筋直径），应尽量减少接头。

⑤主筋与加强筋间点焊焊接，箍筋与主筋间绑扎并间隔点焊。

⑥为保证钢筋笼位置的准确，要采取导向和护壁措施，避免切削孔壁泥砂，确保钢筋保护层的厚度。

⑦钢筋笼有条件时宜整根制作与吊装，分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接或机械式接头。钢筋笼堆放及运输过程，严防扭转和弯曲；下钢筋笼时应吊直、对准、缓慢下降；为避免钢筋笼上浮，将钢筋笼上端与钢护筒点焊连接，待浇筑完成及拔出护筒前断开点焊连接的钢筋。

⑧根据《建筑地基基础工程质量验收规范（GB50202-2002）》规定，钢筋笼制作允许偏差如下：

主筋间距：±10mm；螺旋筋螺距：±20mm；钢筋笼直径：±10mm；

钢筋笼长度：±100mm；主筋保护层：±20mm。

（2）钢筋笼的吊放

①钢筋笼吊放时值班工长、质检人员、安全员及机台班长必须在场，并由值班工长统一协调指挥。

②钢筋笼较长时用吊车整体起吊入孔，应保证平直起吊。

③笼子吊离地面后，利用重心偏移原理，通过起吊钢丝绳在吊车钩上的滑动并稍加人力控制，实现平直起吊转化为垂直起吊，以便入孔。

④各起吊点应加强，防止因笼较重而变形。起吊过程中要注意安全。

⑤吊放钢筋笼入孔时，应对准孔位轻放慢放入孔，遇阻碍要查明原因，进行处理，不得强行下放。

⑥钢筋笼下放孔底后不得再悬吊，避免扭转和反复冲撞孔壁、孔底，以防止塌孔。

⑦入孔后，由垫块及通过插杆定位，通常配筋桩全部钢筋笼到底后，应提起冲击几下使钢筋笼下端插入坚实岩层。

2.4.6安装导管及二次清孔

（1）导浆管连接必须加密封圈，连接坚固，不漏浆。

（2）初灌时，导管底口距孔底距离控制在0.3-0.5米之内。

（3）导浆管安装完成后，浇注前应测孔底沉渣厚度，如未达到要求，应进行二次清孔，保证灌注混凝土前，沉渣厚度满足要求。

2.4.7灌注混凝土成桩

水下混凝土浇筑是最后一道关键性的工序，施工质量将严重影响灌注桩的质量，在施工中要严格控制；

（1）浇筑混凝土时，为避免浇筑过程中混凝土内水泥浆液在桩底被地下水稀释及流失，浇筑前应将地下水位降至桩底以下一定水位。本项目场地内地下水较丰富，结合现场实际情况无法保证将地下水位降至桩底，需保持地下水位在一个相对平稳的水平面，在浇筑过程中暂时停止对工程桩浇筑区域内的降排水工作。

（2）灌注前检查漏斗、测试仪器、量具、隔水塞等各项器械的完好情况。

（3）采用商品砼，强度等级为C35水下混凝土，粗骨料最大粒径不得大于25mm，坍落度180-220mm，扩散度为34cm～45cm。

（4）导管埋深：要保持在2～6m，严禁导管提出砼面，设专职人员测量导管内外砼高差，确保灌注连续并填写水下砼灌注记录.

（5）在确认初灌量备足后，即可开始灌注，借助砼重量排除导管内的泥浆，首次浇灌时，使用容量为1.8m3的混凝土料斗以及直径为360mm的导管，初灌混凝土量应将导管底端能一次埋入2m并且导管内存留的混凝土高度足以抵制钻孔内的泥浆侵入导管，防止钢筋笼浮起。

（6）在实际浇灌混凝土过程中，经常检查导管埋置深度。要连续浇灌混凝土，不得中断，导管埋置深度不得小于2m，不得大于6m，超过6m容易造成钢筋笼上浮，堵管、埋管、挂钢筋笼等现象发生，造成质量事故。起拔导管时，须先测量混凝土面高度，根据导管埋深，确定拨管节数；要勤检查，均匀拨管，保持埋深在2～6m。

（7）灌注砼到达桩顶时，必须超灌1m以上砼，使桩顶浮渣全部排出，保证桩顶混凝土浇筑质量。

（8）试块制作：在浇桩过程中，随机抽取1～2盘混凝土做试块，每桩应做一组试块，制作好的试块在12h后拆模，放置静水中养护。

（9）砼的养护：浇灌完后做好砼养护，养护时间不少于7天。

2.4.8起拔护筒

旋挖桩水下灌注混凝土浇筑结束后，分节起拔护筒，护筒每节护筒提升速度控制在3～5min每节，每节护筒拔起完成后混凝土出现回落立即进行砼灌注。

护筒回收保证措施：待砼达到一定强度后，用150KW沉桩锤将外护筒拔出，回收利用。若沉桩锤无法拔除，则在外护筒上焊反力架，用千斤顶将护筒顶出，再辅于沉桩锤拔出。

3.结论

综上所述，针对岩溶强烈发育地区，旋挖成孔灌注桩施工前应做好一桩一勘施工勘察工作，并对地下水位较丰富地区采取适当降水措施。成桩质量关键在于桩身垂直度、桩身质量、桩底沉渣、桩端入岩的控制，并应要求勘察、设计单位对终孔岩层进行判断。专业基础公司施工过程中应做好现场施工记录，并对成渣进行终孔时、钢筋笼安装前、砼浇筑前三次测量。施工过程中并应随时观察孔壁坍塌情况、泥浆比重情况，并针对不同情况采取相应措施，方可保证成桩质量。

参考文献：

[1]《建筑施工组织设计规范》，（GB/T50502-2009）

[2]《建筑地基基础设计规范》，（GB50007-2011）

[3]《建筑地基处理技术规范》、，（JGJ79-2012）

[4]《建筑桩基技术规范》，（JGJ94-2008）

[5]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》，（GB50202-2002）

[6]《建筑桩基检测技术规范》，（JGJ106-2014）

[7]《广西岩溶地区建筑地基基础技术规范》，（DBJ/T45）