软土地区大直径灌注桩新型施工技术

刘 涛

上海智平基础工程有限公司 上海 200072

在城市飞速发展的今天，工程建设突飞猛进，高层建筑如雨后春笋般迅速发展，促进了建筑学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展[1-3]。为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求。建筑高度越高，其埋置深度也就越深，对基坑工程的要求也越来越高。

深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定，满足变形控制要求，保证基坑内正常作业安全，而且要防止基坑及坑外土体移动，保证基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行。尤其是在闹市区，场地十分狭窄，无法放坡，采用大直径灌注桩作为挡土支护技术在深基坑开挖工程中被广泛应用，且社会效益和经济效益十分可观。

1 工程概况

背景工程位于上海市杨浦区，东至兰州路、西至丹东路、南至安浦路、北至杨树浦路。基坑采用顺作法施工，围护体采用φ700～φ1 300 mm钻孔灌注桩结合水泥土搅拌桩（墙）止水帷幕，Ⅰ区基坑内设置3道钢筋混凝土支撑；Ⅱ区基坑内设置1道钢筋混凝土支撑（图1）。

2 工程地质水文特性

拟建场地对本工程有影响的不良地质条件主要为厚层填土、江滩土及原有建筑物旧基础等地下障碍物。浅部第①3层江滩土属黄浦江新近沉积土，厚度为3.5～8.1 m，以粉性土为主，夹薄层黏性土，局部夹砂性土，土性不均匀。因其沉积年代较晚，为松散状态，钻孔灌注桩在该层土中易坍孔。

图1 基坑平面布置示意

另外，基坑开挖时，该层土体在动水压力作用下，易发生流砂和管涌等现象。

3 试成孔

本次试成孔用GPS-10、旋挖钻机、SQ10钻机3种设备，分别对2根φ1 200 mm、1根φ1 300 mm的灌注桩进行试成孔，对各自孔径偏差、沉渣厚度、垂直度进行对比分析。并在成桩后28 d对SQ10设备所施工的3根桩进行桩基检测，分析其成桩质量。

分析结果表明：GPS-10设备及旋挖设备噪声大，成孔进入①3江滩土层施工极易出现坍孔现象。

1）GPS-10钻机成孔速度较慢，由于桩径大于1 m，钻杆晃动较大，噪声大，沉渣厚度不易控制，但孔径偏差相比旋挖钻机较好。

2）旋挖钻机成孔速度快，但噪声大，施工时产生的负压极易造成坍孔，孔径偏差较大，沉渣厚度及垂直度不易控制。

3）SQ10钻机成孔速度较快，噪声低，孔径偏差小，相比于上2种设备，其沉渣厚度及垂直度易于控制，但施工速度不如旋挖钻机。

4 施工关键技术

4.1 成孔设备选择

经过现场原位试成孔对比分析，综合考虑本工程工期要求、地质条件（①3层江滩土）的影响及上海市软土地区施工钻孔灌注桩的相关规定，最终选定SQ10全液压循环钻机施工本工程大直径钻孔灌注桩。

4.2 护筒的埋设

本工程存在厚层填土、江滩土及原有建筑物旧基础等地下障碍物，故清障区域及江滩土区域需合理有效地埋设护筒，护筒宜选用厚度不小于10 mm的钢板制作，护筒内径大于钻头直径200～300 mm，钢护筒的直径误差应小于10 mm，护筒下端宜设置刃脚。护筒顶端高出地面不宜小于0.3 m，护筒长度穿过障碍物区域，进入黏性原状土层超过200 mm。有效埋设护筒可固定桩位，引导钻孔方向，隔离地表水免其流入井孔，保护孔口不坍塌，保证了灌注桩的施工质量（图2）。

图2 护筒埋设示意

4.3 泥浆相对密度的控制

选择合适的浆液配比，一次清孔采用相对密度稍大的泥浆，适当延长清孔时间。泥浆参数见表1～表3。

表1 注入孔口泥浆性能技术指标

泥浆的循环使用采用黑旋风设备进行泥浆除砂，确保泥浆质量满足要求。严格控制施工过程中的泥浆液面高度（不足时及时补浆），保证施工中的静水柱压力，防止孔壁坍塌。

表2 排出孔口泥浆性能指标

表3 清孔后泥浆性能指标

4.4 成孔

大直径灌注桩在本工程特殊地质条件下施工过程中易出现坍孔、夹桩现象，可能会造成周边的沉降，对管线及构筑物造成不利影响，施工中应严格按照“三级跳孔”施工作业流程（图3）进行。

图3 围护排桩施工顺序示意

钻头选择：选用双腰带钻头进行成孔，这种钻头具有强度高、排渣导流性好、切削量大、导向度高等特点。钻头直径根据施工工艺、设计桩径及试成孔各参数来确定。钻头设保径装置，施工中要经常核验钻头尺寸，发现磨损过大应及时修复、更换（图4）。

图4 高速切削钻头

4.5 钢筋笼整体吊放

本工程钢筋笼吊装采用整体吊装的形式。

钢筋笼在吊运过程中，由于其纵向抗弯能力较差，必要时在笼内加支撑，以提高钢筋笼的刚性。

当钢筋笼吊至孔口时，使钢筋笼中心对准孔位中心，扶正后缓缓匀速下入孔，严禁摆动碰撞孔壁，边下钢筋笼边安装保护块。当最后一个加强筋下至孔口时，用钢板钩将钢筋笼临时挂在护筒口（或采用钢筋笼反力架进行固定）。

钢筋笼纵向吊点设置5点（以钢筋笼单节质量为6.5 t，笼长32.5 m为例），吊点位置为笼顶下2.5 m＋7 m＋ 7 m＋7 m＋7 m＋2 m（图5）。

图5 吊点布置示意

4.6 沉渣厚度控制

清孔分2次进行；第1次清孔应在成孔完成后进行，采用正循环清孔；第2次应在钢筋笼和导管安放完毕后进行，采用气举反循环清孔（图6），确保桩底沉渣厚度不大于100 mm。

图6 气举反循环清孔示意

1）风管下放深度以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比的0.55～0.65来确定，本工程将风管从灌注导管内下放至导管底口200 mm处。

2）主要参数为空压机的风量6～9 m3/min，导管出水管直径250 mm，送风管直径（水管）25 mm，浆气混合器用φ25 mm水管制作，在1 m左右长度范围内打6排孔，每排4个φ8 mm的孔。

3）开始送风时应先孔内送浆（补浆），停止清孔时应先关气后断浆。清孔过程中，特别要注意补浆量，严防因补浆不足（水头损失）而造成坍孔。

4）开动空压机清孔，风量、风压由小到大，正常风量为8 m3/h，风压为0.4～0.7 MPa。送风量应从小到大，风压应稍大于孔底水头压力，当孔底沉渣较厚、块度较大，或沉淀板结时，可适当加大送风量，并摇动出水管（导管），以利排渣。

5）随着钻渣的排出，孔底沉淤厚度较小，出水管（导管）应同步跟进，以保持管底口与沉淤面的距离。

6）清孔后，孔内泥浆相对密度应小于1.15，黏度18～20 s，孔底沉渣厚度≤10 cm。

7）混凝土浇筑采用预拌混凝土；桩身混凝土应连续浇灌，不得有断桩、混凝土离析、夹泥现象发生，浇灌时严禁勾带钢筋笼。

5 SQ10钻机成桩分析

本次共有科研试桩3根，检测桩3根（表4），占可测试桩总数的100%。经超声波及桩基小应变检测，3根试桩均为Ⅰ类桩。

表4 成孔数据分析

6 结语

上海等软土地区大部分开挖深度在7～12 m的深基坑，钻孔灌注桩挡土多采用GPS系列桩机[4-6]，对于开挖深度大于10 m的基坑，则采用φ1 000 mm以上的大直径钻孔桩加深层搅拌桩防水，并设置多道支撑。而根据“沪建交（2012）645号《关于进一步加强本市基坑和桩基工程质量安全管理的通知》”规定，直径超过1 000 mm的围护灌注桩禁止用GPS系列钻机施工。本文通过上海某大直径排桩工程应用实例，采用SQ10全液压循环钻机新设备、新工艺进行φ1 200 mm、φ1 300 mm围护排桩施工，取得了良好的效果，对基坑工程大直径排桩的技术突破和高效、绿色环保施工有重要意义及指导作用。