超长灌注桩施工技术的总结

翁彦梅

摘要：当前各式各样的高层建筑一般都会用到超长灌注桩施工技术，而这一技术对高层建筑工程的安全和质量有着重要的影响，因此要保证施工的安全和工程的质量就需要对这一项技术有清晰的认知和明确的掌握，本文就建筑施工中超长灌注桩施工技术进行分析探究。

关键词：建筑施工；超长灌注桩施工技术；施工技术创新点。

随着社会的快速发展、城市化的不断推进，造成城市土地资源稀缺这一现象，为了应对这种情况人们只好将原来低、中层建筑拆除建设高层建筑以提升土地的利用率。对高层建筑的需求越来越多，而高层建筑的设计大都会采用超长桩，为保证高层建筑的安全，超长灌注桩施工技术的掌握就显得非常的重要。现结合我实际施工超长桩经验，就这一技术进行总结以期能够对此技术在施工当中更好的应用做出贡献。

一、 项目概况

昆明某商业中心建设项目桩基工程，位于昆明市中心地段，周边环境复杂，场地狭小，施工难度大。该项目总建筑面积585642.75m2，地下建筑面积129730.36m2，设五层整体地下室，两栋超高层塔楼，主、副塔桩基采用钻孔灌注桩，桩径均为φ1000mm，砼等级为C50，主塔桩有效桩长96m（负空桩段18m），单桩竖向极限承载力标准值30000KN，桩端持力层为⑩1粉砂、⑩2粉质黏土层；副塔桩有效桩长86m（负空桩段18m），单桩竖向极限承载力标准值24000KN，桩端持力层为⑨1粉质黏土、⑨2粉土层。桩基施工面以下分布多层泥炭质土、粉土等深厚软土层，且场地地下水位较高。

类似地质条件下桩长超过90m的超长桩在云南较为少见，该项目采用ICE安插长护筒的“高原湖积相软土区钢护筒旋挖成孔灌注桩施工工法”+泥浆护壁回旋钻孔灌注桩的施工方法，利用气举反循环进行二次清底，有效保证了桩基施工的质量，将主、副塔超长桩的充盈系数控制在了1.18。有效的解决了泥炭质土缩径、砂土流砂、沉渣过厚和承压水等问题，节省工期50余天，满足了工期要求，保护了环境，创造经济效益3200余万元，该项目的施工技术达到同期同类型项目国内领先水平。

二、 控制要点

1. 桩身垂直度

桩身垂直度是超长灌注桩承载力的质量保证之一，在该项目上在为保证超长桩施工的垂直度，利用三轴深搅机作为底盘，将ICE高频振动锤安放在三轴深搅机机架上，插放钢护筒作为桩身垂直导向。

在插放过程中派2名监测员面对钢护筒呈90°架设经纬仪，对钢护筒进行实时监测以保证护筒垂直度，发现护筒偏移及时纠偏，每钻进5米用经纬仪复核检查一次垂直度，将超长桩桩身垂直度控制在了3‰以内。

旋挖钻机成孔至底部后，用超声波对成孔垂直度进行首次检测，保证成孔垂直度达到规范要求方能进行混凝土浇筑。

2. 塌孔问题

超长灌注桩在实际应用时最先考虑的一个问题便是场地的地质状况，要对场地地层的复杂程度进行细致的分析，桩基在成孔以及后续施工时可能会有塌孔现象的存在，而塌孔的存在将会带来许多质量问题，针对这一问题进行采取以下控制措施：

（1）可以根據地质条件对成孔的方法进行优化，提高成孔的速度、效率和质量，进而减少塌孔情况。分析昆明某商业中心建设项目地层地勘报告揭露，④1、⑤2、⑥1层为硬塑状粉质粘土，含钙质结核块，具中压缩性。层顶埋深17.80～59.20m，回旋钻机在上述几个地层施工成孔会较困难，旋挖成孔较有优势，但是超过70m的桩孔，旋挖钻机受到扭矩和长度等技术参数的影响，施工降效明显且质量不能有效保证，该项目在主塔桩施工上，探索出旋挖钻机成孔和回旋钻机成孔相结合的方法，桩基上部60-66m采用360旋挖机成孔，下部30-36m采用回旋钻机正循环成孔工艺施工，收到明显效果，将单根桩成孔时间由试验阶段的22小时控制到了8-12小时，有效减少了成孔时间，减少了孔壁在泥浆中暴露时间，进而以减少了孔壁塌孔的机率。

（2）、护壁泥浆质量对桩端沉渣厚度和桩身塌孔控制至关重要，泥浆性能应重点关注泥浆黏度、比重和含砂率。

场地分布有厚薄不均的冲洪积成因的粘土地层，湖积相的圆砾、粘土、粉质粘土、粉砂（土）互层、泥炭质粘土。针对该项目这种粉质粘土、粉砂土层，泥浆采用清水、膨润土和纯碱配置羚甲基纤维素钠（CMC）制拌（所用外掺剂的掺量根据泥浆性能进行动态调整控制）。设计泥浆密度为1.06 g/cm3左右，粘度在23～28 s之间，加碱量为膨润土量的5%。钻进过程中，泥浆密度控制在1.10～1.25 g/cm3，泥浆含砂率不超过8%，使泥浆具有一定的液柱压力，以达到平衡孔壁外围地层压力，稳定孔壁，不形成泥皮、塌孔的要求，二次清孔时粘度控制在20～25s，以满足钻进护壁和二次清孔的要求；PH值维持在8～9左右，使泥浆处于碱性状态，以实现泥浆科学配比减少塌孔的发生。

本项目护壁泥浆采用山东优质钠基膨润土配置，聚丙烯酰胺水解度不小于30%，并根据地层情况添加护壁泥浆处理剂，提高护壁泥浆工作性能.

为减少废浆排放量，降低施工成本，需要对二次收集的泥浆采用泥浆净化器进行除砂、除泥处理，并根据黏度和PH值变化情况，适时加入护壁泥浆处理剂，增加泥浆循环使用次数。

3. 桩底沉渣

基桩成孔完成之后需要对孔底部的沉渣情况进行检查，底部若存在大量的沉渣，在完成混凝土浇筑后会导致基桩的沉降，进而严重影响基桩的承载能力，会给高层建筑带来致命的危险，因此必须做好这一部分的控制检查工作。桩底沉渣可利用泵吸反循环技术亦或是气举反循环技术来对孔底部的沉渣进行处理，前一种技术不适合较深的孔洞作业，孔洞越深其工作效率越差；而后者则能够较好的适应深孔的作业环境，对底部沉渣进行较好的处理。

该项目的主、副塔工程桩属端承摩擦桩，有效桩长96m和86m，穿越多层厚层状粉土、粉砂，规范要求沉渣厚度不大于50mm。桩底沉渣控制难度较大，该项目采用优质护壁泥浆配合气举反循环二次清孔工艺，很好地将桩底沉渣厚度控制在了50mm以内，100%满足设计要求。

（1）泥浆循环系统、气举原理见图。

（2）正循环所需空气压力控制参数

回旋钻正循环成孔过程中，应根据钻进进尺及时倒换风包，如过低则空压机所提供压力达不到，不能保证清孔所需压力，无法实现孔底排渣。本项目根据施工平台的高程、施工水位、钻机的高程，计算出提升1m3泥浆需要的压气量（按终孔深度计），本项目主塔钻孔深度为96m，在钻进过程中每进尺10 m需0.1MPa的压力，空压机的额定压力为0.8Mpa，故在钻进中设置更换2次风包。现场使用的钻机采用“接力式风包”的方法，在加重杆后接风包杆，用单风道送气，再间隔21m钻杆，再加一节风包杆，此时改用第二通道送气，即从25 m至65m换一次风包，每次风包的起始位置控制在距孔口30m处，保证在孔深约40%时发挥最好作用，准确把握泥浆循环量与排渣能力的关系。

（3）防止钻渣沉淀埋钻

空压机送风与钻锥回转同时进行。接钻杆时，须将钻杆稍提升30cm左右，先停止钻锥回转，再送风数分钟，将孔底钻渣吸尽，再放下钻锥进行拆装钻杆工作，以免钻渣沉淀而发生埋钻事故，或钻渣太多以致无法清理干净。在吸孔底沉渣的时候要随时注意孔口泥浆水面标高，如果逐渐往下落时，须立即用水泵补水入护筒内，以免因水头不够而发生塌孔事故。

（4）2次清孔控制

第1次清孔是在钻进达到设计孔深以后，将钻头提高孔底20 cm左右，利用空压机气举抽浆清孔，用泥浆泵抽取低浓度泥浆或清水补充孔内泥浆。第2次清孔是在钢筋笼下设完毕以后，用空压机通过导管进行二次气举清孔，同样用泥浆泵抽取低浓度泥浆或清水补充孔内泥浆，直至合格。

4. 混凝土浇筑

超长灌注桩施工当中还有重要的一点就是桩芯混凝土的浇筑，混凝土的质量对桩基的承载力以及寿命起着决定性的作用，因此在施工过程中要严格把控混凝土浇筑这一环节。首先在混凝土的生产环节要注意混凝土生产的用料以及配比，按设计要求的标号和质量严控原材料以满足设计要求。在施工时，首灌也是应当着重关注的环节，实际施工时施工人员一定要对首次灌注的时间以及灌注的量进行把控，灌注过程中拔管时间、速度都是有严格要求的。为了保证桩身浇注质量，该项目选用有多年水下砼浇注经验的管理人员及作业班组，并将水下浇注导管全部更换为新导管，将管壁加厚，严格控制混凝土下放速度避免形成气塞或局部负压区堵塞导管或拔导管时将导管吸扁。每车专人量测混凝土坍落度和扩展度，不合格的混凝土及时退货，保证了进场混凝土的质量。

混凝土浇筑的控制要点：

（1）混凝土灌注前导管要安装牢固，安放好密封圈，导管底端距孔底0.3～0.5m。

（2）混凝土的初灌量不少于2m3，以保证初灌时导管底端埋入混凝土面以下2.5m。

（3）根据设计要求：桩顶设计标高以上应留有混凝土灌注长度≥桩身长度的5%，且不应小于2m。

（4）混凝土灌注完毕后，用专门研制混凝土标高量具进行混凝土灌注标高的检测。混凝土标高量具的制作：采用DN15镀锌钢管（尺寸21.3×2.5mm）接长至17m（节与节间螺纹套筒连接），底部弯曲呈U型，并在U型头顶部焊接锥形料斗，斗口朝上（錐形料斗用铁皮制成，高度100mm），量具大样如下图：

混凝土灌注标高的检测原理：本项目空桩段18m，设计要求最小超灌高度为2m，即混凝土面标高距孔顶16m。灌注完毕后，将导管提升，将量具伸入桩孔内深度16m处进行取样，若量具取样为素砼，则视为混凝土灌注标高满足要求；若量具取样为泥浆，则混凝土灌注标高不满足设计要求，仍需灌注。

（5）混凝土的坍落度为180～220mm，坍落度一般控制在200mm为宜。

（6）混凝土灌注的充盈系数1.0～1.3，本项目成功控制主塔、副塔桩充盈系数为1.1-1.18。

（7）、导管埋深宜为2～6m，严禁导管提出混凝土面，应有专人测量导管埋深及导管内外混凝土面的高差，填写水下混凝土浇注记录。

（8）、混凝土的灌注必须连续，每根桩的浇注时间按初盘混凝土的初凝时间控制，对浇注过程中的一切故障均应记录备案。

（9）、控制好最后一次的灌注量，桩顶不得偏底，应凿除的浮浆高度必须保证曝露的桩顶混凝土达到强度设计值。

5.桩底后压浆质量控制

超长工程桩设计承载力都较大，为了提高桩基承载力，设计采用桩底后注浆工艺。桩底后注浆可以有效改善桩端持力层力学性质，对控制桩基沉降起到关键作用。为保证注浆管路的有效打通，注浆管和止回阀的安装施工是关键。

注浆方案经反复比较，最终确定注浆管采用丝扣连接，在丝扣处加生料带，防止水泥浆的渗入；注浆管比钢筋笼长50cm，保证注浆管插入桩端沉渣中，止回阀1根采用金属止回阀，1根采用橡胶止回阀，1根用木塞堵住注浆管底部作为备用注浆管。

每根桩在两根注浆管中进行注浆，注浆机械采用低～中压、低流量注浆机械，分两次注浆，首次注浆量为总量的60%，两次间隔时间为2-3小时，注浆流量控制在50L/min内。

三、 结束语

昆明某商业中心建设项目超长桩基工程经小应变检测均为ⅠⅡ类桩，载荷试验检测单桩承载力均满足设备要求的300000KN、24000KN。本项目超长桩施工的控制要点主要在成孔、桩底沉渣控制、桩底后压浆三个方面，施工中采用了长护筒护壁技术、泥浆除砂、除泥循环利用技术，气举反循环二次清孔技术，三种不同注浆器的桩底后压浆技术等。解决了工程中存在的难题，保证了施工工期和桩基质量，值得在今后同类工程中推广应用。

参考文献：

[1]张红兵. 道路桥梁灌注桩施工技术研究[J]. 四川建材， 2016， 42（6）：156-157.

[2]余地华， 叶建， 侯玉杰，等. 超大长径比钻孔灌注桩超重钢筋笼施工关键技术[J]. 施工技术， 2016， 45（8）：6-8.

[3]刘克文，等. 高原湖积相软土去钢护筒旋挖成孔灌注桩施工工法.

[4]张燕灵，刘克文，等. 春之眼商业中心建设项目桩基工程施工组织设计、专项施工方案.

（作者单位：云南建投第一勘察设计有限公司）