深厚回填土干作业旋挖灌注桩施工技术

文／朱德铭 广东省建筑工程集团有限公司 广东广州 510000

1、应用项目简介

东源县精神专科医院建设项目位于河源市东源县灯塔镇柯木村禾峰岭省道S341旁，拟建五栋单体建筑，包括后勤周转楼、行政/科研楼、住院楼、医技楼、门诊楼及地下室工程，最高层数为6层，总建筑面积为32200㎡。基础采用旋挖钻孔灌注桩基础，桩径有0.8m，1.0m，1.2m三种，桩长15m-30m，桩端持力层为中风化泥质粉砂岩，桩端嵌入该岩层分别为5m、6m和7m。

场地原始地貌主要包括残丘坡地以及丘间谷地，地面标高起伏大，最大高差达30.55m。现地貌是经过土石方平整后，施工范围局部回填土厚度达15-20m，基坑开挖深度范围内的主要地层为①填土层、③含砾粉质粘土、⑤1全风化泥质粉砂岩、⑤2-1强风化土状泥质粉砂岩，⑤2-2强风化块状泥质粉砂岩,⑤3中风化泥质粉砂岩等。

地下水类型主要为孔隙潜水及基岩裂隙水。孔隙潜水主要赋存于素填土层（①）、粉质粘土层（②1）、淤泥质土层（②2）、含砾粉质粘土层（③）、粉质粘土层（④）土体孔隙中，富水性不均。潜水补给来源主要是大气降水。自然蒸发和侧向径流是潜水排泄的主要两个方式。裂隙稍发育，紧闭状为主，多为泥质充填，水量一般较小。

综上所述，深厚回填土层地质条件复杂，广东省建筑工程集团有限公司设立课题组，对现场深厚回填土灌注桩施工工艺进行了一系列提炼与研究，形成了“深厚回填土干作业旋挖灌注桩施工技术”，为类似深厚回填土灌注桩施工奠定良好的技术基础，提供借鉴参考。

2、成立项目研究小组

为确保项目研究的顺利开展，广东省建筑工程集团有限公司成立了技术力量雄厚的专题研究小组。根据工程项目的技术特点，组织专业人员参与研究，并明确了各人的分工和任务，为及时有效地完成研究成果提供了保证。

3、发明、发现及创新点

本课题以广东省建筑工程集团有限公司承建的东源医共体（灯塔）健康产业园项目为依托，针对深厚回填土灌注桩施工过程的难题，结合项目实践提炼形成深厚回填土干作业旋挖灌注桩施工技术。主要发现、创新点如下：

（1）深厚回填土层由强风化块状泥质粉砂岩与粉质粘土回填形成，基于岩块硬度较低且遇水易软化性质，推荐选用截齿半合钻头，该钻头钻进难度不大、速度较快，且取土、倒土速度快，能大大缩短施工工期。

（2）本地区深厚回填土层含砂量大遇水易融化，采用干作业成孔施工工艺能有效避免泥浆护壁工艺出现泥浆液流失、塌孔现象，一般仅需埋设常规长度的钢护筒以保证上部孔壁稳定，即可顺利成孔，施工工艺简单，在提升成孔质量的时候还可加快成孔的速度，实现施工工期的缩短，还能对施工的成本、减少对周边环境的污染有积极作用。

（3）深厚回填土干作业成孔施工虽然工期大大缩短，但回填土层存在粉质粘土和强风化块状泥质粉砂岩互层现象，施工时需密切关注下方土层变化。

4、主要技术内容

4.1 钻机、钻头及成孔工艺的对比与选择

4.1.1 钻机选择分析

随着现阶段我国旋挖钻机价格的降低以及人工成本的逐渐提升，最受欢迎的一个方法就成了旋挖钻机成孔，并且，在实际施工中采取旋挖钻机，还具备显著优势，例如：高效、低噪、环保等等。

课题依托项目的技术人员在深入了解深厚回填土层的地质及地下水情况后，一致认为旋挖钻机在深厚回填土层条件下能够满足成孔作业要求。

4.1.2 钻头对比分析

这个区域具有复杂的地质情况，上层为深厚回填土层，由于土石方回填质量难以控制，强风化块状泥质粉砂岩与粉质粘土形成互层现象，但岩块直径较小且硬度较低；中层为残积粉质粘土，局部下卧有淤泥质土；下层为全风化、强风化、中风化岩层。在回填后钻进深达30多米的岩层成孔施工不易。

在试桩开始前，结合地质情况，配置了三种类型的钻头，以下进行详细介绍：

第一种为双底板双边进土截齿硬岩捞砂钻头，这种类型的钻头具备平直的底面，还具备双底板的基础结构，在底板上还设置了截齿，在进行正向旋转的过程中，两底板重合，进而露出进土口，进土口是左右对称的，在反向旋转的时候，则会下底板关闭进土口。这个钻头具备非常广的适用性，在残积粉质粘土层和淤泥质黏土层、强风化块状泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩等软硬地层和复杂地层中钻进效果良好。

第二种为取芯筒钻头，这个钻头是一种环状的筒体，不需要设置底板，并且切削具是一个子弹头型的截齿，一般在筒体下缘位置焊接，一般情况下会用来进行松动岩体的切削，需配套取土钻头使用。适用于桩底标高附近大块状强风化块状泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩等硬岩。

第三种为截齿半合钻头，这个钻头是一种半合式的钻头，钻头底部则是圆锥形，在孔内取土之后，通过钻杆在孔外正反旋转摆动，促使两片钻头分开倒土的方式工作。通常适用于粉质粘土层和淤泥质黏土层等黏性太大，不容易甩土的地层。

4.1.3 成孔工艺分析

泥浆护壁成孔形式、干作业成孔形式是成孔过程中钻孔灌注桩的主要两种形式。

干作业成孔相对于较多繁琐程序的缩减，其可以实现大量机械及大量人力的节约，并且还可以最大程度的降低施工成本，而且场地无泥浆池存在，符合当前文明施工的要求，但地质条件是否具备干作业成孔条件，需进行试成孔进行分析。

本工程深厚回填土层为强风化块状泥质粉砂岩与粉质粘土，且岩块较小，灌注桩桩长最深达30多米，按原设计灌注桩基础采用泥浆护壁成孔工艺进行试桩。在泥浆护壁成孔试桩实践中发现，泥浆液在渗入槽壁土体时难以形成不透水的泥皮，槽壁上土颗粒易离散、流失，无法发挥护壁作用。经课题组研究决定改用干作业试成孔，针对回填土层上部可能出现的塌孔现象，准备2-4m的钢护筒，以保证上部孔壁稳定，进行2根深厚回填土层桩基础采用干作业试成孔方式，确定其工艺施工可行性。

4.1.4 试桩

在试桩中选取比较有代表性编号为B1#、B7#钻孔灌注桩进行试钻，该灌注桩设计桩径0.8m，桩长15-30m，孔深分别为33.24m。三种类型的钻头准备使用。护筒选用钢护筒，选择的钢护筒直径达到1.0m，钢护筒的长度则达到4.0m。在施工现场需要配备一台反铲挖掘机予以使用，主要的工作就是进行护筒的埋置。在开始前期流程之后，就可以进行下一步的试成孔，考虑双底板双边进土截齿硬岩捞砂钻头适用土层广，首先选用该钻头，若成孔速度较快，中途可以不对其他类型钻头进行更换，减少更换钻头的时间。我们描述试成孔结果详细如下所示：

（1）在深厚回填土层，主要为强风化块状泥质粉砂岩与粉质粘土，钻进难度不大，速度较快，但出现倒土困难的情况，经研究决定更换截齿半合钻头。

（2）采用截齿半合钻头钻进时，由于深厚回填土层下含有少量地下水，且土体、岩块遇水易软化，旋挖钻机钻进拌和后带有一定粘性，具有一定的泥浆护壁的效果，因此该钻头钻进施工工效良好，并不亚于双边进土截齿硬岩捞沙钻头及截齿硬岩取芯钻头的钻孔速度，且取土、倒土速度快。

（3）地面以下约5m范围深厚回填土层若地下水含水量较大，渗入孔内，在护筒下口区域将出现塌孔现象，现场考察后查明原因为恰逢雨水影响导致表层土含水量增大，决定改用5-8m长护筒继续钻进作业后无塌孔现象，成孔质量得到保证。

（4）两根桩试钻至设计深度平均耗时2h13min，施工工效比较理想。

根据干作业试成孔结果综合经济效益、施工效率等因素考虑，决定深厚回填土层采用干作业成孔施工工艺，旋挖钻机钻头选用截齿半合钻头，并埋设2-4m护筒护壁。从后续深厚回填土层区域桩基础施工结果来看，两百多根灌注桩成孔时间均在2h左右，能够满足工期要求，且施工质量符合规范要求。

4.2 技术原理及特点

施工工艺要点:

（1）桩位放样

严格按照“从整体到局部的原则”来进行桩位放样操作，在钻孔标高放样工作进行的过程中，需要第一时间选择放样标高进行详细的复核。使用全站仪的方法，实现各桩点位置的准确放样，促使误差可以满足规范标准。

（2）钢护筒埋设

现场人员配合架设十字护桩，中心距2m。护筒下好后，复核桩位，校核护筒中心位置。

①护筒内径最好是超过桩径，超过一般达到200～400m。

②护筒中心竖直线需要重合桩中心线，如果设计没有其他的详细规定，那么平面允许存在误差，误差大小一般在50mm左右，其中竖直线倾斜角度需要低于1%，干处可以进行定位的实测。

③护筒高度设置的过程中最好是超过地面的0.3m。

④应根据设计要求设置护筒埋置深度，并且从根本上结合桩位的实际水文地质情况，通常情况下，埋置深度最好是在2-4米左右最佳，如果存在特殊的情况则需要适当的加深，以此顺利完成钻孔和灌注混凝土等工作。

（3）桩机就位

①在桩机就位的时候，需要将桩位对准，实现垂直的稳定，在实际施工中部产生倾斜或者是移动，桩机就位时利用利用其行走装置完成。

②桩机作业时的地面应坚实，坡度小于2%不宜直接置于不坚实的填土上，可在桩机下垫20mn厚的钢板防止存在不均匀沉陷的问题，避免存在较大的孔竖向偏斜，影响到垂直度，无法满足标准要求，严重的还会导致钻机倾倒事故问题。

（4）桩基成孔

①旋挖钻机成孔时为干钻作业，无需泥浆护壁；在进行第一根桩施工的过程中需要进行慢速运转操作，从根本上掌握地层会对钻机产生什么样的影响，确定钻进参数。

②在钻进作业开始的还是需要保持一个先慢后快的节奏，开始每次进尺大小需要保持在40-50cm，确认深厚回填土层的土层情况，进尺5m后如钻进正常，可实现进尺的适当加大，每次控制在70-90cm。

③在钻孔的过程中，需要从根本上掌握地质变化的情况，达到持力层后，通知地质工代对地质情况进行确认，严格依照设计的标准，继续钻进，在满足设计桩长标准以及持力层标准之后才可以进行下一步的操作。

④在钻进的过程中，如果遇到的土层是石块较多的，或者是软塑粘土层，其含水量较大，那么就需要从根本上避免钻杆晃动导致扩大孔径。

（5）成空检查

在钻孔成孔之后就可以进行成孔检查工作，详细的检查内容需要包括以下几个部分：第一个是孔位的中心，第二个是孔径，第三个是孔深度，第四个是成孔倾斜度，第五个是沉渣厚度等。按照标准使用笼式检孔器检测孔径、成孔倾斜度，使用测绳直接测量孔深、沉渣的厚度，孔深沿孔周大小来完成测量。

（6）清孔

在成孔之后，使用清孔钻头多次清孔孔底。针对孔底沉渣厚度进行针对的测量，在厚度满足设计及规范等标准之后就停止进行清孔操作，在完成上述工作之后，上报监理工程师进行验收处理，在完成合格验收之后第一时间进行下钢筋笼操作。严格禁止使用加大钻孔深度方法来代替清孔方法。

在完成清孔之后，灌注混凝土需要在半个小时之内完成。如果没有按照这个标准而是时间大于半个小时，那么混凝土的灌注工作就需要进行孔底沉渣厚度的重新测定，如果沉渣的厚度明显超过标准，那么就需要进行重新清孔，直到满足设计要求即可。

孔底沉渣计算的起点位置，为孔底椎体1/2高度处起计。

（7）制作及安装钢筋笼

在加工场处理钢筋笼的过程中，需要严格按照设计图纸的要求设置其规格、尺寸等，配料则按照分节段进行，完善一系列的加工制作，每一个断面主筋焊接接头需要低于50%，并且还需要拧弯主筋接头，保持一致的轴线，其中，焊缝长度需要满足以下标准：第一，双面焊需要大于5d；第二，单面焊需要大于lOd。在焊缝的过程中需要时刻保持平整、密实，坚决做到无气泡，对于出现是焊渣则应该第一时间敲掉，按规定设置保护层钢筋。钢筋笼在运到工地现场的时候，第一时间使用吊车吊装下入孔内位置，未来促使钢筋笼起吊不存在变形的情况，使用吊装扁担进行吊放处理即可。在分节段焊接洞口的时候，需要保持上下节段钢筋笼具备一致的垂直度，在焊接的过程中，严格按照规定进行焊缝长度的设置。在钢筋笼成功入孔之后需要慢慢的下放，如果存在阻力障碍，那么就需要停止进行下放，在原因查明之后，则需要采取一定的措施才可以继续进行下放处理，不可以进行猛起或者是猛落，也不可以强行的下放操作。在钢筋笼下放满足标准位置之后需要第一时间将吊牢压紧处理，防止钢筋笼因为自重下落或者是灌注混凝土的时候出现上浮的问题。

（8）安放导管

导管内径大小为30厘米。每节的管长长度为2米，在最下端的一节则需要只按照标准设置为5米到6米，导管连接则选择使用丝扣或法兰盘连接方法，使用橡胶圈进行密封处理，避免出现渗漏水的问题。在初次使用导管之前，我们需要优先做好水密承压力的试验工作，以此为基础从根本上保证密封性能，提升可靠性。并且在进行水下作业的过程中还可以保证导管能抵御水压，避免出现渗漏的问题。导管应居中安入孔内位置，避免出现导管跑管问题，还可以防止出现撞坏钢筋笼并且导致导管损伤等问题。在全部导管完成入孔操作之后，接下来的工作就是针对导管总长度进行计算，并且计算管底部的正确位置，与此同时，还需要完成初灌混凝土过程中管底距孔底高度的计算，针对上述内容进行详细的记录。在每一项项指标都满足标准且合格之后就可以进行混凝土的灌注。

5、应用效果及经济效益分析

5.1 应用效果

东源县医共体（灯塔）健康产业园项目首期项目勘察设计采购施工（EPC）总承包项目灌注桩施工过程中，针对深厚回填土灌注桩施工质量不理想和施工成本高的难题，广东省建筑工程集团有限公司设立课题组，进行了技术创新与实践，形成了“深厚回填土干作业成孔灌注桩施工技术”。通过该技术的应用，有效地解决了深厚回填土钻进易塌孔及施工成本高的难题，节省施工单位前期制备泥浆和后期泥浆处理的时间和施工成本，在确保桩基质量的同时，为后续施工节省了宝贵的时间，且减少了对周边环境的污染，降低了施工风险，有良好的社会效益和经济效益，适用于工期紧、环保要求较高的深厚回填土桩基施工，对推广旋挖钻孔灌注桩施工技术的发展有着良好的促进作用。

经第三方检测，深厚回填土旋挖灌注桩均满足设计和规范要求，实现一类桩占比达到90%以上。

5.2 社会经济效益分析

在东源县医共体（灯塔）健康产业园项目首期项目勘察设计采购施工（EPC）总承包项目的建设过程中，工期紧，任务重。创新地采用“深厚回填土干作业成孔灌注桩施工技术”，干作业成孔由于无需制备泥浆，施工环境干净、有序，无泥浆排放，减少了对周边环境的污染，现场容易做到文明施工，节省了工期，创造了良好的社会效益和经济效益。

结语：

该技术在前期进行了较充分的工法应用探讨及可行性现场试验，在东源县医共体（灯塔）健康产业园项目首期项目勘察设计采购施工（EPC）总承包项目推广应用，取得了良好的效果，有效地避免了因深厚回填土层导致易塌孔、施工工期较长的问题，对减少周边环境污染起到积极作用，对于类似的深厚回填土层桩基础施工具有一定的参考价值和很好的应用前景。