超长桩施工技术研究

杨 洁

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西太原 030024)

随着我国建筑市场的发展，超高层建筑及大跨度桥梁的不断增多，对建筑物的高度、荷载以及沉降控制越来越严格，地基承载力变形无法满足设计要求。针对目前形势，桩基础作为提高地基承载力最有效的一种方式，加大桩长是一种最直接、最有效的方法。目前，普遍认为桩长L≥50 m且长径比L/D≥50的桩为超长桩。对于超长桩，长度的增加给施工带来了较大的困难，不能沿用和套用传统的短桩、中长桩的施工经验来指导施工，因此了解超长桩的工作性状及施工的重难点，掌握施工控制的技术要求就极为迫切和重要。

1 工程概况

铁四院总部设计大楼桩基工程钻孔灌注桩的施工属于超长桩施工的范畴，地基基础设计等级为甲级，钢筋混凝土钻孔灌注桩共计528根。桩径800 mm，总桩长约60 m，有效桩长50 m。桩分布较密，桩间距不小于2.4 m，地质情况复杂，场地内砂层厚度为17 m～40 m，设计要求桩端进入强风化岩不小于8 m。

2 施工中存在的问题

超长桩施工过程中需要穿越各土层进入设计要求的持力层来提高地基承载力，需主要考虑的问题包括成桩可能性及质量控制两个方面。成桩的可行性是首当其冲的问题，由于干作业成孔要考虑地下水的影响，而采用全护筒工法的成孔方式要受到目前机械设备能力及造价等因素的影响，因此采用泥浆护壁的成孔工艺是解决成孔可能性的主要方法。

其次，泥浆护壁超长桩的施工难度主要包括泥浆护壁孔壁的稳定性、孔底成渣的控制以及孔身垂直度等方面。泥浆护壁超长桩在保证成桩可能性的前提下，施工过程中的质量控制就是超长桩成桩效果的最主要影响因素。桩基础有隐蔽性、不可重复性以及处理难度大等特点。在施工过程中，有效的控制措施是提高超长桩成桩合格率的唯一途径。超长桩施工控制重点主要包括桩位、垂直度、泥浆参数、成渣、混凝土灌注。

3 相关问题的处理措施

3.1 成桩可能性的考虑

本工程施工场地内砂层分布广泛且层厚较厚，厚度为17 m～40 m。采用旋挖钻机进行施工，泥浆护壁难以达到成孔要求，且旋挖钻机入岩施工困难，会导致成孔失败;采用冲击钻机成孔，对相邻桩及周围建筑物有较大影响，且施工速度很慢，无法满足工期要求。为了保证本工程灌注桩的顺利施工，克服砂层较厚对桩机成孔的影响，经过分析采用反循环回旋钻钻孔的成孔工艺，该工艺钻进速度适中，震动小，泥浆护壁效果好，钻进过程中孔壁能形成良好的泥皮对孔壁进行保护。

3.2 质量控制重点

3.2.1 桩位、垂直度控制措施

1)本工程施工场地狭小，桩数较多，桩位较密，空桩约10 m，为了防止土方开挖后桩位偏差较大，工程桩桩位采用放一打一的测设方法，对于测放后没有及时就位开孔的工程桩，开孔前进行复检，复检合格后方可进行开钻成孔施工。

2)机械就位前保证地面坚硬平实，保证机械平稳就位。在钻机就位后，利用水平尺检查钻机机台的水平度，利用磁力铅垂对钻机钻杆的垂直度进行检查，符合规范要求后进行钻进施工。在钻进过程中，利用磁力铅垂每5 m检查钻杆垂直度一次，出现偏差及时纠偏，保证钻杆的垂直度，防止形成偏桩对桩基承载力产生影响。同时成孔垂直度也是保证桩位合格的重要措施。

3.2.2 泥浆护壁的控制措施

对于超长桩的施工对泥浆护壁提出了更高的要求，由于桩基础施工过程中工序较多，随着桩长的增加，施工作业时间大大增加，对孔壁的稳定性要求更高。因此本工程采取膨润土、火碱、纤维素相结合造浆的护壁方式，且在泥浆入孔以前对泥浆进行泥浆指标检测，泥浆比重要求大于1.3，砂率小于4%，泥浆指标合格后，流入孔中，由于泥浆的压力超过静水压力，在孔壁上形成一层泥皮，阻隔孔外渗流，形成护壁，保护孔壁免于坍塌。

3.2.3 桩底成渣控制措施

1)本工程桩端位于强风化岩中，孔中岩渣、砂子以及角砾石较多，造成孔底成渣较厚，在钻孔达到设计标高提钻之前，利用循环钻机的大功率反循环泵进行抽渣，将孔中大部分沉渣抽出孔外。

2)在导管下放完毕后，利用导管进行二清，二清的过程中进行泥浆置换，置换入孔的新泥浆要求为泥浆比重不大于1.1，砂率不大于4%，粘度不大于10 s，利用新泥浆将桩孔中的旧浆及旧浆中渣屑置换出来，保证孔中泥浆参数符合规范要求，因为在混凝土浇筑将近结束时，导管内混凝土与桩孔中混凝土高差相对减少，导管内混凝土自重压力降低，而导管外桩孔内泥浆稠度增加，比重增大，沉淀逐渐增多，容易造成混凝土灌注困难，成桩失败。

3)在泥浆置换的过程中，新泥浆不断冲刷孔壁，使护壁泥皮厚度减小，保证桩基承载力不因为过厚的泥皮影响而降低。

3.2.4 混凝土灌注控制措施

1)由于在二清的过程中，有部分空气滞留在导管内壁上，在混凝土灌注过程中容易在导管中产生高压气囊造成堵管，因此在二清结束灌注混凝土之前，需要对导管进行排压，具体操作为将导管整体沉入泥浆面以下，通过提升和下放导管使导管内气体排出，当导管内外浆液面稳定在同一高度时排压合格。

2)因为超长桩混凝土灌注方量较大，灌注时间较长，因此对混凝土的初凝时间及混凝土的和易性有更高要求，在选择材料供应商时应选择生产质量稳定的混凝土供应商。在开始灌注时，必须检查混凝土的和易性，满足规范要求后方可开始灌注。

3)在灌注过程中，当导管内混凝土不满时，尤其是在前一车灌注完毕后一车开始灌注时，不可整斗一下灌入导管，应徐徐地沿漏斗壁进行浇筑，避免混凝土瞬时封闭导管，在导管内造成高压空气囊，导致堵管。

4)超长桩的灌注不同于传统的中短桩，导管埋深不宜过大。在灌注过程中，在满足规范要求的前提下，勤拔勤测导管，防止导管埋深较大，造成混凝土灌注阻力增加，灌注困难，甚至形成堵管。

3.2.5 缩径的控制措施

1)超长桩施工控制缩径的一个重要原则，就是各工序之间应连续施工，减少施工停滞时间，在桩孔相对稳定的时间段内，完成成桩施工。

2)超长桩施工钻头的选取与传统的中短桩相比，应适当增大，防止缩径影响导致桩体直径不够。在试桩施工过程中，应通过试桩混凝土方量的变化来确定工程桩施工钻头的大小，在达到工程质量要求的前提下，确保工程桩施工的经济性。

4 效果分析

在铁四院总部设计大楼桩基工程施工过程中，通过对超长桩施工机械的合理选择以及施工过程中施工质量控制的总结、分析、研究，制定相应的质量控制措施，桩基施工效果较好，在第一阶段共利用超声波检测方法检测工程桩207根全部合格，其中Ⅰ类桩204根，Ⅱ类桩4根，Ⅰ类桩比例98.6%。

5 结语

超长桩的施工在今后的各类高大型、重型建筑中将广泛采用，通过铁四院总部设计大楼桩基工程超长桩施工技术的研究，总结超长桩施工控制要点，为我单位今后超长桩的施工积累了一定的经验，有较高的推广价值。