维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第２期 ２００２年６月 硅道建设 Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ２２（２）：４８ ～５Ｏ Ｊｕｎ．．２ｏｏ２ 大直径、超深钻孑Ｌ灌注桩施工技术 黄从刚 （中铁隧道集团） 摘 要通过上海市廖创兴金融中心大厦桩基工程施工实例，重点介绍上海地区软土中大直径、超长钻孔灌注桩泥浆护 壁成孔施工技术和钢立柱水下定位技术： 关键词 软土地基钻孔灌注桩 成孔定位控制 １ 工程概况 廖创兴金融中心大厦位于上海市中心商业区， 占地面积５５００ｍ 地下结构设计为五层，基坑开 挖深度２２．５ｍ，钻孔灌注桩基础，地下结构采用逆 作法施工，设计钻孔灌注桩４２１根，其中：工程桩 ２９５根，立柱桩１２６根。工程桩设计桩径８５０ｍｍ， 钻孔深度５ １．３ｍ～７５．５ｍ；立柱桩设计桩径８５０ｍｍ 和ｌ １００ｍｍ两种，孔深同工程桩，立柱设计采用 ７３０ｍｍ钢管桩（５３根）和４８０×４８０ｍｍ钢格构 （７３根），立柱长度２５．４ｍ，部份立柱加长到２８ｍ， 立柱伸人钢筋笼长度为４ ｍ～６．９ｍ 本工程涉及地质属河相冲击层，主要有：①杂 填土：②粉质粘土；③灰色淤泥质粉质粘土；④ 灰色淤泥质粘土；⑤灰色粘土；⑥暗绿色灰质粘 土：、 草黄色砂质粉土到灰色粉砂层；⑧灰色粉 质粘土及粉砂互层；⑨灰色粉细砂． ２ 施工难点 ａ．设计要求高，设计单桩承载力大，对桩成孔 垂直度和成桩的质量相应要求高 ｂ．地质条件差，穿越多个地层且各地层的物 理力学性能各异， Ｃ．孔径大、钻孔深、泥浆容量大，泥浆循环时 间长，施工过程中容易坍孔： ｄ．群桩密度大，桩间距离小（最小近距离仅 有１．２ｍ），施工中桩与桩之间相互影响大，易发生 穿孑Ｌ、坍孔和偏钻等现象． ｅ．立柱的垂直度要求高，立柱定位难． ３主要施工技术与工艺 主要采用成桩与钢立柱施工技术。成桩采用 ＧＰＳ一１５回转式钻机、自成泥浆护壁、正循环成孔 和清孔、导管回顶法灌注水下混凝土 钢立柱由工厂加工制作成形，现场拼装，履带 吊整体一次性吊放人孔，上口采用螺杆式限位平 台定位，下部采用气囊法进行控制定位和纠偏用 电脑显示仪进行监控 ３．１ 成桩施工 因软土地质，加之群桩密度大，施工时应选择 合理的施工顺序和时间间隔 在邻近已施工桩的 应力消失之前，新开的桩孔应位于应力影响范围 之外或等到应力消失完后再施工，以避免邻近的 两个桩孔相互影响，造成缩径或坍孔。本工程采用 跳跃式施工，相邻两施工桩孔的距离至少４ｄ（ｄ： 桩的直径）或时间间隔不小于３６ｈ。 钻头选用三腰带笼式钻头，钻头直径为设计 桩径，长度１．３ｍ，使钻头具有保径和垂直导向的作 用。同时钻头上加配重块，以增大钻头的转动惯 性 钻杆选用刚度大的法兰盘连接式钻杆，确保钻 杆接触紧密 ．钻进技术参数如下： 钻压：５ＫＮ～２５ＫＮ转速：３０ｒ／ｍｉｎ～７０ｒ／ｍｉｎ 泥浆性能指标： 粘土层：比重 １．２３～１．２７粘度２１ｓ 砂土层：比重 １．２８～１．３５粘度２７ｓ ３．１．１ 施工工艺 ａ．成孔施工 钻机就位后检查钻机平台水平和对中，对中 误差≤ｌＯｍｍ，方杆垂直度≤１／３００：开孔时压慢 转，待钻到约４ｍ后逐惭转入转速 在③、④层淤 泥质粘土中，因其含水量高、流塑性大、易坍孔，故 在该段采取增大钻压、降低钻速，快速通过该段土 层 在⑤、⑥、⑧层粘土中因塑性好、土层硬，容易 缩径和糊钻，则采取中等压力慢转速、分级钻进并 增大泥浆泵人量 在砂性土中由于稳定性差，土体 扰动后容易坍孔，故钻进时，采取增大钻压，增加 钻头每转进刀深度。在软硬换层界面采用两次复 钻扫孔，避免产生孔斜。随着钻孔逐渐加深，钻杆 维普资讯 http://www.cqvip.com 隧道建诅 第２２卷 自身挠度逐渐增大，导向性能变差，因此每次加接 好的护壁效果。 钻杆之前均采用二次复钻修孔。钻进过程中随时 注意观察钻机的工作状况，定时检查钻机平台水 平和钻杆垂直度以及机架稳定性，根据实际情况 及时调整或修正钻进参数。 成孔结束后用ＡＤＤＩ全自动数字成孔质量检 测系统对所钻孔进行垂直度、孔径、深度、沉渣厚 度进行检测（立柱桩进行二次成孔质量检测，一次 ｅ．清孔 第一次清孔，当钻孔达到设计深度后，停止钻 进，将钻头提离孔底３０ｃｍ高，用２台４ＰＮ大功率 泥浆泵（２２ＫＶ￣＂、４０ｍ’／ｈ）并联正循环清孔，一清 持续时间一般为１．５ ２ｈ，到上浮泥浆中的块体直 径小于１ｃｍ为止。 第二次清孔，在钢筋笼（钢立柱）、导管等在 桩孔就位后，同样用双泥浆泵从导管内输入优质泥 在成孔３２ｍ深，第二次在成孔结束后），并根据检 测数据确定是否需要进行扫孔纠偏：扫孔前，应先 认真分析造成孔斜原因和孔斜方向，根据具体情 况决定采取何种措施，以确保扫孔效果。扫孔一般 采用筒式平底钻头＝ ＡＤＤＩ数字检测系统由便携式地面数字采集 记录仪、数字综合探管（孔径仪、测斜仪、沉渣测 定仪三位一体）、脉冲传动式孔口滑轮、无级变速 电动绞车、便携式计算机及打印机组成，其测量精 度为ｌ／５００： 测量：利用超声波原理。综合探管由１个主 心杆和三个支腿及连接的电缆组成，每个支腿的 头上装有超声波接收器，而中心杆的头上则安装 超声波发生器：探管通过电缆与数字采集记录仪 相连．探管放入孔底，从孔底向上提升过程中支腿 打开与孔壁接触，每个支腿上的超声波接收器将 桩孔每５ｃｍ高度的一组断面数据通过电缆传输到 数据采集仪中：同时安装在孔口的脉冲式孔口滑 轮将放入孔内的电缆长度的数据也输入数据采集 仪中，最后再将所有采集到的数据输入电脑经软 件处理而获得该孔的成孔质量情况： ｂ．泥浆调配和使用 泥浆在钻进过程中起到冷却钻头、清孔排渣 和形成泥皮保护孔壁等作用。泥浆过稠，会影响钻 进速度（容易糊钻），同时形成的泥皮厚：泥浆过 稀，容易坍孔，且孔底沉渣不易排除；泥浆含砂量 过高，形成的泥皮疏松，孔壁摩阻力小，孔底的沉 渣厚，因此调配性能适宜的泥浆对成桩质量有着 至关重要的作用，本工程采用自成泥浆。 在上部粘土中钻进时，由于粘土造浆能力强， 所形成的泥浆胶体含量高，加之粘性土自身稳定 性好，钻进中应适当降低泥浆的比重和粘度，所造 的泥浆分池盛装 在砂层中钻进时，由于造浆能力 弱 自身稳定性差，其护壁泥浆应选用粘土层所造 的泥浆，同时应加大泥浆的比重和粘度，以达到良 浆清洗孔底：二清过程中逐步调稀泥浆比重，直至 孔底上来５０ｃｍ的泥浆比重小于１．２５，孔底沉渣厚 度小于１０ｃｍ为止。二清时间一般控制在２ｈ左右 ｄ．钢筋笼制作 钢筋笼分两节在地面预制好（节长分别为： 上节１９ｍ，下节１３ｍ），每节钢筋笼用５０Ｔ履带吊 采用三点起吊法吊起，平稳下入孔内 上下两节笼 在孔口对接，当上下两节对正后，两边对称焊接接 长，确保两节笼接长后垂直不变形： ｅ．水下混凝土灌注 水下混凝土灌注质量的好坏将直接影响到桩 身的承载力。制定正确的施工措施，加强对水下混 凝土灌注施工的控制，成为整个施工过程中至关 重要的一环 因水下混凝土灌注不具备浇捣的条件，全靠 混凝土自重压密实，施工较一般混凝土的灌注困 难的多。其施工质量主要与混凝土配合比、首批混 凝土灌入量、导管埋置深度等工艺参数有关： 本工程采用商品混凝土，混凝土强度等级 Ｃ４５、石子粒径５ｍｍ一２５ｍｍ、坍落度２０ｃｍ±３ｃｍ 混凝土首批灌注量应确保第一次灌注在隔水 条件下到达桩底，在桩底形成混凝土锥体与桩孔 中的泥浆隔开，形成后续灌注混凝土的保护隔断 体，本次初灌量为６ｍ 。灌注中保证混凝土连续不 间断，导管埋置深度控制在３ｍ一６ｍ，不得小于２ｍ． 每次起拔导管前先测量混凝土表面高度，并计算 孔内导管埋置深度，严禁将导管下口提离混凝土 面，混凝土灌注表面应高于设计桩顶标高２．５ｍ，以 保证桩头质量。 ３．２钢立柱定位控制 ａ．钢立柱加工及吊装 每根钢管和钢格构立柱由工厂加工成两节运 到工地现场，现场钢立柱拼装在特制的加工平台 上进行 成品钢立柱经严格检查并验收后方可用 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 黄从刚 大直径、超深钻孔灌注桩施工技术 于下道工序施工，其验收标准：平直度≤１／２０００。 钢立柱吊装采用三点整体起吊，吊点位置预先经 过验算，以保证在起吊过程中钢立柱的弯曲挠度 在设计和施工允许的范围内，上端吊点布置在钢 立柱的竖直重心上，起吊后缓慢就位。 ｂ．钢立柱垂直度控制 如图１所示。在地面上预先在钢立柱四个侧 面上各安装一个气囊，气囊用特制的胶皮缝制，气 囊规格为：４００ｍｍ×８００ｍｍ的近似圆柱体，气囊在 地面承受的压力应不小于０．１ＭＰａ 气囊安装的位 置根据Ｎ？Ｌ的情况而定，一般为：１６．５ｍ～１８ｍ 每 个气囊由高压软管接出并通过三通接头，一端接 空压机，另一端与压力传感器相接 在钢立柱上端 两个垂直侧面上各安装１个垂直度测试传感器 压力传感器与垂直度传感器均通过电缆与监控电 脑相连． 钢立柱在吊起人孔中以前，先用经纬仪测量 并进行垂直度归零调整，并将归零初始值输入监 控电脑．钢立柱吊入孔内后，上口用上限位平台上 的调节螺杆将立柱调到设计位置（参见图２），下 端的位置及立柱垂直度通过监控电脑直接反映出 来，然后根据反馈的信息决定对某个或几个气囊 进行冲气或放气，推挤立柱直到垂直度达到要求 为止 在灌注混凝土过程中继续跟踪监控立柱偏斜 情况，直到混凝土灌注完毕、立柱垂直度趋于稳定 后才停止监控 最后由预先套在气囊上的钢丝绳 将气囊提出， 空压机 调节 上限 ２根 图１ 钢立柱垂直度控制剖面图 支腿螺杆 调节螺杆 图２上限位器平面图 ４结论与建议 通过本工程施工实例，总结出利用现有机械 设备施工大直径超深钻孔灌注桩的施工技术； 采用ＡＤＤＩ成孔质量检测仪能够较为真实地 反映出成孔垂直度、孔径等质量情况，但无法测出 孔偏斜的方向； 通过上限位器和气囊纠偏相互接合的方法可 以解决超长钢立柱施工中水下定位与垂直度控制 的技术难题； 大直径超深钻孔灌注桩施工工艺流程同于一 般灌注桩，但由于桩径大钻孔深各工序作业时间 持续长、复杂程度高，因些每道工序都必须严格控 制才能保证工程质量； 廖创兴立柱桩工程施工是在地下墙和工程桩 结束后施工的，施工区内的土体结构已被扰动发 生了改变，给立柱桩施工带来了极大的困难，建议 在以后类似工程施工中，在施工安排上应考虑先 难后易的施工顺序。 参考文献 １桩基工程手册．北京：中国建筑工业出版社，１９９５ 燕９ ２刘建航，侯学渊．基坑工程手册．北京：中国建筑 工业出版社．１９９８年３月 ３ 叶书麟．地基处理工程实例应用手册、北京：中 国建筑工业出版社，１９９８年３月 作者简介：黄从刚男，１９７１年生，１９９６年大学毕业 学士学位