流塑状淤泥130m超深大直径灌注桩施工技术

周贞勇

摘要：本文通过冲孔灌注桩成孔控制工艺、桩孔垂直度控制、桩底沉渣检测方法、钢筋笼吊运安装、水下超大塌落度混凝土施工和桩基检测技术的改进，解决这种流塑状淤泥地质条件130m超深超大灌注桩的施工，总结形成了施工技术，为流塑状淤泥地质条件下房屋建筑工程超深桩基工程施工提供借鉴经验。

Abstract： This article through the bored pile hole forming control technology， pile verticality control， detection method of pile bottom sediment， reinforcing cage hoisting and installation， large slump concrete construction under water as well as improvement of pile testing technology， solves the construction of 130m super deep and large pile under the geological conditions of the plastic flow of silt. It sums up and forms the construction technology， which has provided reference for building engineering super deep pile foundation construction under under geological conditions of plastic flow of silt.

關键词：流塑状淤泥；130m超深；超大直径；灌注桩施工技术

Key words： flowing plastic silt；130m super deep；super large diameter；cast-in-place pile construction technology

中图分类号：U443.15+4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）34-0123-04

0 引言

随着城市现代化的发展，建筑用地越来越少，超高层建筑成为了各大城市建筑的主流，高层和超高层建筑的桩基荷载不断加大，灌注桩的长度也就越来越长，直径也就越来越大，加大了灌注桩的施工难度。特别在流塑状淤泥地质条件下，以常规灌注桩的施工工艺难以满足这种超深大直径灌注桩的质量要求，且目前房屋建筑工程中，还没有流塑状淤泥130m超深大直径灌注桩施工案例可借鉴。为此，我们成立了流塑状淤泥130m超深大直径灌注桩施工技术攻关小组，对冲孔灌注桩成孔控制工艺、桩孔垂直度控制、桩底沉渣检测方法、钢筋笼吊运安装、水下超大塌落度混凝土施工和桩基检测技术的改进和实验，解决这种流塑状淤泥地质条件130m超深超大灌注桩的施工，总结形成了施工技术，为流塑状淤泥地质条件下房屋建筑工程超深桩基的发展提供了借鉴。

1 技术特点

①采用回填片石或砖渣的措施解决了超深大直径灌注桩在流塑状淤泥地质成孔难的问题，施工工艺简单、易操作，便于施工质量控制；②在不同地质层调整冲锤的冲程和冲击速度及换用不同型号冲击锤的措施，来控制超深大直径灌注桩成孔的垂直度，保证槽壁稳定，避免径缩现象，成孔质量好；③采用定型模具加工的双排钢筋笼，分段吊装，在孔口使用长套筒直螺纹丝扣连接，钢筋笼安装速度快，节省工期，且钢筋笼整体刚度高，减小了钢筋笼安装变形；④采用超大坍落度的水下混凝土浇灌桩身混凝土，良好的流动性确保桩身混凝土施工成型质量。

2 工艺原理

流塑状淤泥130m超深大直径灌注桩通过采用回填片石或砖渣挤压密实塑状淤泥质土层孔壁的措施，使用卷扬机带动一定重量的冲锤冲击成孔，通过改进正循环清孔方法、钢筋笼结构制作安装连接方法（分段安装定型模具加工双排钢筋笼，长套筒直螺纹原位连接施工）和调整使用超大坍落度（22～25cm）的水下混凝土，采用导管反顶法连续灌注施工水下混凝土，实现了流塑状淤泥130m超深大直径灌注桩的施工。

3 施工技术要点

3.1 施工工艺流程

3.2 施工技术要点

3.2.1 埋设护筒

选用十字交叉法定位、校正护筒。以桩位为中心，以大于桩径20cm为直径，划一圆作边界开挖至素土。护筒埋深至少1m，筒口应高出硬地坪10cm，周边应用素土填实，确保稳固。护筒中心线与桩位中心允许偏差应不超过20mm。

3.2.2 桩机定位、调较、对中

桩机基台塔腿中心线与轨道上桩位标记对准。基台垫高，使滚轮脱离轨道，基台两端用平整的基台木垫平垫稳，桩机转盘中心与桩位中心偏差不大于20mm。校正连接钻头的主动钻杆在自由悬吊状态下位于转盘中心，保证钻架天车、桩锤中心、护筒中心在同一铅垂线上，做到“三点一线”。

3.2.3 冲孔

①冲孔。护筒埋完毕后加入压力水即可进行冲孔。冲孔开始后必须连续作业，不得随意停机。开始冲进时，采用低锤（小冲程）密击，并及时加块石与黏土泥浆护壁，使孔壁挤压密实，直到孔深达护筒下3～4m后，加快速度，采用大冲程，将锤提高2～3m，进入强度较高的土层，难以冲进时，要及时换锤，采用大锤连续冲击。为防止卡锤，除控制落锤高度避免翻锤外，采用控制泥浆相对密度不大于1.7。

冲击淤泥层的过程中回填片石或砖渣，反复冲进，将石块冲到孔外，从而形成良好的护壁层，直到穿过淤泥层为止。填石或填砖具有诸多良好效果，不仅包括改善冲进效果，避免吸锤，还具有避免流塑、软塑状态的淤泥挤向孔内引起缩颈和坍孔事故的作用。但需要注意的是为了避免影响到钢筋笼安装及桩身强度，应尽量保证填石块直径小于20cm。淤泥层冲进用的冲锤，四角焊成倒锥型，通过冲击石块，把石块挤向四周孔壁，使碎石块牢固地挤入软塑、流塑状的孔壁内，形成坚实的护壁层。endprint

②泥浆制备及性能调整。在施工时，若孔底沉积了大量沉渣，那么势必会影响到成孔效率，因此，合理控制和调整泥浆的性能至关重要。黏度及比重是泥浆性能的主要体现方面，黏度过高或过低都不利于施工质量，因此，为了保证施工质量，成孔的泥浆按照粘性土地质条件下配置泥浆的粘度和比重，增加泥浆护壁能力和悬浮沉渣能力，保证槽壁稳定，避免径缩现象。各类土层中的冲程和泥浆密度选用以及泥浆性能指标在表1中表示。

③泥浆使用：1）采用正循环冲进，成孔时泥浆密度为1.3～1.40，粘度为16～22s，含砂率4～8%，胶体化率大于96%。在软土层中钻进时，泥浆密度为1.3～1.5，粘度为19～28s，含砂率4～8%，胶体化率大于96%。开孔冲进时，泥浆应适当加稠，密度宜为1.3～1.50。2）清孔应清除孔底沉渣不大于50mm，清孔后泥浆性能指标：泥浆密度宜为1.15～1.25，粘度宜为17～25s，含砂率小于8%，胶体化率大于95%，比重小于1.20，漏斗粘度不大于28s。

3.2.4 清孔 孔到位后进行第一次清孔。对于130m超深灌注桩，采用气举反循环换浆清孔。该系统通过在导管内使高压空气与泥浆混合形成气泡，在气管下方形成负压段，由于该段下部泥浆不断补充，孔底沉渣在泥浆带动下进入导管。为了满足实际施工需要，配备150kW空压机、滤砂机、泥浆泵形成泥浆循环系统。通过反循环系统带出来的泥浆排入泥浆池，经滤砂机处理后泥浆泵入桩孔，同时加入护壁料等，防坍孔。

钢筋笼安装到位后，进行第二次清孔。两次清孔采用灌注混凝土的导管配？准5cm的无缝高压气管，通过空压缩机输送压缩空气，排除孔底高浓度泥浆及安装钢筋笼时坍塌物，冲散孔底沉淀层，使之呈悬浮状态，第二次清孔后，应满足泥浆相对比重为1.5～2，粘度16s，含砂率3%，沉渣层厚度小于50mm的要求。

3.2.5 钢筋笼制作与吊运

①钢筋笼制作：钢筋笼采用定型模具加工，每段钢筋笼内外排主筋采用螺旋形加劲箍筋点焊连接。

钢筋笼主筋接头应互相错开，同一截面内的接头数目不多于主筋总根数的50%，两个接头的间距应大于50cm，螺旋加强筋与两排主筋间、箍筋与主筋间采用点焊连接方法。

钢筋笼钢筋预拼连接套筒旋转拧合的安装方法，一端螺纹为全丝，一端螺纹为半丝，先把套筒全部旋转至全丝一端，安装时把另一端钢筋端头对准，用管钳转动螺套到后接一端尽头，两端钢筋就会自然拧紧，且两端钢筋在套筒中各占1/2。

②钢筋笼吊运：双排钢筋笼分段安装。为了防止超长钢筋笼如孔触碰孔壁，导致钢筋扭曲等无法达到设计深度，钢筋笼采用分段吊装，每节吊装长度为12m。钢筋笼安装用大型吊车起吊，对准桩孔中心放入孔内。安放钢筋笼时防止碰撞孔壁。安装完毕后，经有关人员对钢筋笼的位置、垂直度、焊缝质量、箍筋点焊质量等全面进行检查验收，合格后才能下導管灌注混凝土。

钢筋笼吊放时，应确保桩孔和钢筋笼的同心度。钢筋笼孔口连接时下节笼上端露出操作平台高度宜在1m左右，上下节笼各主筋位置应对正，且上下笼均处于垂直状态时方可拧接套筒。连接完毕后，补足连接部位的箍筋。为防止灌注混凝土时钢筋笼移位及上浮现象发生，钢筋笼下到设计位置后必须固定好，以确保钢筋笼保护层偏差为±20mm，笼顶、底标高偏差在±50mm之间。

3.2.6 安装导管

①超长桩灌注水下混凝土，选用不小于Φ300mm灌浆导管，导管须内平、笔直；底管长度大于4m，标准节长度2.5m。导管连接应平直可靠，密封性好。新导管应经0.6MPa压力检验无漏气现象方可使用。导管的壁厚、连接部位丝扣、内壁光洁应定期检查，并作及时处理。导管长度按实际孔深而定；孔口连接时，在丝扣处涂抹机油，便于拧卸；严禁使用铁锤打击导管，防止变形。②导管隔水塞。当灌注漏斗容积达不到初灌量要求时，应采用混凝土隔水塞；当使用预拌混凝土时，可采用球胆。③用导管进行二次清孔替浆。通过空压机输送压缩空气气举法二次进行清空。逐步稀释泥浆，使泥浆粘度达到18～20s密度达到1.20～1.25g/cm3或以下。

3.2.7 超大坍落度混凝土浇筑

考虑超深超大直径灌注桩水下浇筑混凝土不仅要满足设计强度要求，还要有良好的和易性和合适的坍落度，这样可以使混凝土在孔内高流动性扩散，有利于形成密实的桩结构。根据试验桩的情况，预拌混凝土的配合比通过设计院、商品混凝土搅拌站多次试配试验，使用220～250mm的大塌落度混凝土才能满足超深超大直径灌注桩水下混凝土施工要求，运输过程中不得有离析现象，在半小时内塌落度不宜损失3cm以上。

浇筑时采用机架安装导管进行，具体操作示意图如图5。

①正式开始灌注混凝土前，应先计算和控制首批封底混凝土数量，保证其能够在下落期间具有一定的冲击能量，从导管中排出泥浆，同时将导管下口埋入混凝土1～3m深，具体的埋深深度可依据桩身的实际情况进行调整，适当放大或缩小。冲击能量足够的情况下，桩底沉渣会被冲开，如此不仅桩底沉渣得到了有效控制，还缩减了工后沉降环节。采用罐车运输配合导管灌注，其中导管的直径选为25～30cm。要求在灌注期间必须合理控制导管埋深，使其在2～6m之间，此外，为了防止导管进水，还必须严格控制水灰比、灌注数量。简球、拔栓或开阀，把首批混凝土灌入孔底，之后马上测探孔内混凝土面高度，只有计算结果显示符合相关规范标准，才能开始正常灌注。

②开始灌注后，应保证连续灌注，期间禁止停歇。在灌注期间，为了确保探测结果的精确度，应采取措施避免混凝土拌合物从漏斗外掉入孔底或者从漏斗顶溢出，因为一旦泥浆中含有水泥，其密度必定会加大，导致泥浆变稠凝结，影响探测结果。注意在灌注期间观察各项参数，包括管内混凝土下降和孔内水位升降情况、孔内混凝土面高度等，严格依照相关规范步骤进行导管的提升和拆除。endprint

③尽量缩短拆除导管时间，将每根桩的浇筑时间控制在八小时内完成。管节被拆下后，应及时清理干净，整齐堆放。灌注期间若导管内混凝土未满，存在空气的情况下，之后混凝土应慢慢灌入，否则过快的灌入容易在导管内形成高压气囊，将管节间的橡皮垫挤出，造成导管漏水。

④为保证桩顶质量，灌注时在满足装顶设计标高的基础上，应适当加灌一定高度，最好不小于0.8m，如此完成灌注操作后，可清除出此段混凝土。

⑤接近灌注结束时，由于导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，相对密度增大，而导管内混凝土柱高减小，超压力降低，为避免桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心，应注意在拔出最后一段长导管时，尽量减低拔管速度。

4 质量保证措施

4.1 桩孔垂直度控制

用测锤沿周边测量，放锤到底，触碰到底端为止，多测量几次，对比长度，若从相差过大，则垂直度控制需要调整。

4.2 沉渣厚度检测

用一端绑有40cm长、直径32cm的钢筋在二次清孔之后进行测厚，测杆下放到孔底之后提升至20～30cm放下，如果钢筋底端触碰到孔底传来声音是清脆的，探杆触碰到岩面，沉渣厚度小，清孔满足要求；如果探杆底端传来触碰到软淤泥的效果，测量此段长度估计为沉渣厚度。

4.3 终孔检查

检查冲孔记录、测绳量测与用等桩径检孔器全深检查，确保孔深≥设计孔深、孔径≥设计桩径、倾斜度≤0.5%。

4.4 钢筋笼的制作安装质量保证措施

①所有的钢筋原材料均按质量验收标准见证复检合格后才能用于工程上。②钢筋端头切平压圆：检查被加工钢筋是否符合要求，然后将钢筋放在砂轮切割机上切头约0.5～10mm，达到端部平整。③钢筋滚丝螺纹：根据钢筋规格选取相应的滚丝轮，装在专用的滚丝机上，将已压圆端头的钢筋由尾座卡盘的通孔中插入至滚丝轮的引导部分并夹紧钢筋，然后开动电动机，在电动机旋转的驱动下，钢筋轴向自动进给，即可滚压出螺纹来。④分段制作的钢筋笼，其接头采用直螺纹套筒连接，钢筋分段吊装连接时，以长套筒直螺纹连接为主，焊接为辅。

4.5 水下混凝土浇筑的质量保证措施

①灌注桩混凝土采用商品混凝土，为了满足130m大直径超深灌注桩要求，使用坍落度高250mm混凝土，超出规范值160～220mm。混凝土配合比要按照设计预先进行试验，经过试验检查合格后方可使用。运输过程中不得有离析现象，在半小时内塌落度不宜损失3cm以上。由于混凝土灌注为水下作业，在施工过程中加入了缓凝剂，以延长混凝土凝结时间，以保证桩身质量。

②混凝土自由倾落高度不宜超过2m。首批灌注混凝土的数量必须满足导管首次埋置深度和填充导管底部的需要。桩身混凝土灌注一旦开始后，必须连续灌注完成，如无特殊原因不得无故终止灌注。如灌注中途出现混凝土供应不及时，应不断活动导管。当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1.0m左右时，降低混凝土的灌注速度；当混凝土拌和物上升到骨架底口4.0m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2.0m以上，即可恢复正常的灌注速度。

4.6 桩基检测

对于工程桩，静载试验要达2倍单桩设计承载力。目前国内有报道的静载试验荷载为5000t。直径为2.8m工程桩设计单桩承载力为73450kN，静载需要146900kN，远远超出了静载试验的极限荷载。因此，对于承载力要求较高的大直径超深灌注桩，采用声波检测和抽芯检测。声波检测管采用钢质波纹沿钢筋笼均匀分布与钢筋笼点焊固定并一混凝土浇筑，声测管比混凝土面高1000mm。

5 施工注意事项

5.1 灌注桩孔防护措施

桩孔桩要用护栏围起，并用较醒目的标记，以防人员和机械掉进桩孔中。未完成的桩孔施工应时刻注意交通安全，设置标识牌和指示牌，必须按规定摆放，夜间施工要设指示灯。桩基混凝土浇筑完成后，要及时回填桩孔。

5.2 钢筋笼吊装的安全措施

①起重安装作业前须严格检查起重设备各部件的可靠性和安全性，并进行试运行；钢丝绳的安全系数应符合规定。②起吊钢筋笼时，要根据它的长度和起吊高度设扁担梁。焊接时注意电缆线不得接触水面以防漏电。直吊时，有专人指挥。注意起吊范围内的高低压电线及其它空中障碍物。

6 总结

①在进行这类型的桩基础施工时，要结合基坑支护的情况，综合考虑桩基的检测试验。如果桩基的抽芯管预埋在基坑内支撑梁下面，由于高度空间不能满足抽芯检测机械的要求，需要从内支撑梁板上定位开孔后才能进行检测，增加检测的难度和检测费用。②在进行抽芯管和超声波检测管预埋时，要采取有效的保护措施，同时要对埋设的桩位进行标识，在进行桩头混凝土破除时，对作业人员进行交底和旁站督促，避免对预埋的检测管进行破坏，造成桩头混凝土渣或泥土、垃圾等堵塞檢测管，增加在检测时进行通管难度。③在工程基坑的地质条件为流塑状淤泥的情况下，由于使用这种超深超大直径的灌注桩的工程基坑均比较深，桩基的静载检测需要在原始地面进行，不能因为考虑把检测桩施工至原始地面增加成本而把静截检测试验放到基坑内进行。

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