超长冲击锤桩在风化岩层地基的应用

吕善勇，谢春，崔婧瑞，刘洪刚，庄小杰 ，宋志波

（中国建筑一局（集团）有限公司，北京 100161）

1 工程概况

景宁东方广场工程位于浙江省丽水市景宁畲族自治县，东至环城东路西侧，南至建设路、工会、职高，西至人民中路，北至复兴东路。场地整体东高西底，用地面积约为53943.28m2，总建筑面积为260022.32m2。布局上以两层商业为基面，宜居式住宅为主体，在场地西面建设花园洋房，中间为高层住宅5栋，G1#楼29层，G2#楼 30层，G3#楼 33层，G4#楼 15 层，G5#楼18层，最高结构高度为97.7m，东南角为双拼住宅，±0.00标高为200.4m，设1～4层地下室，地下室底板标高为183.50m。

本工程桩基采用超长冲击锤桩基，工程桩数共943根，桩径有 1000mm（234根）、900mm（146根）、800mm（413根）、700mm（150根）共四种，入岩进入强风化花岗岩4～2～2层不小于4～5m和进入中风化花岗岩4～3层不小于1m。所有有效桩长根据设计提供的参数范围和岩芯样品双控判定，桩身混凝土为水下混凝土，强度等级为C35。

2 冲击锤桩施工

2.1 地形地貌及气象水文

场区地势开阔，上部地层为第四系全新统称素填土、粉质黏土及卵石，基底岩性为燕山期花岗岩。经测定现地面高程介于185.28～207.40m之间。

景宁畲族自治县属亚热带季风气候，多年平均气温17.5℃，最热月（7月）平均气温27.7℃，最冷月（1月）平均气温6.6℃，极端最高气温40.5℃，极端最低气-8.3℃，年平均降水量1542.7mm，无霜期241天，日照1774.4h。

2.2 地基土的构成与分布特征

根据岩土勘察地质报告显示，地层结构、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，在勘探深度范围内，划分为4个工程地质层，共7个工程地质亚层。G1#楼和G2#楼局部整体卵石含量大、粒径大到50cm。现自上而下分述如下。

①填土

杂色，松散。主要由碎石、卵石及少量砂土组成。卵石粒径5～10cm，个别20cm，含量约60～70%。本层物理力学性质差，基本全场分布。层厚0.50～7.80m。采芯率55～70%，圆锥动力触探试验N63.5=6.9～40.9击。

②粉质黏土

灰、灰黄色，可塑，稍湿～湿，无层理，切面粗糙，砂含量约20～30%，干强度低，韧性低。本层物理力学性质一般，基本全场分布。层顶埋深0.60～4.00m，层厚1.80～10.30m。采芯率75%～85%，标准贯入试验N=7.0～9.0击。

③卵石

浅灰色，中密～密实，稍湿～湿。粒径2.0～10.0cm含量约65%，亚圆状，个别粒径达20cm，成分以凝灰岩为主，其余为砂及少量黏性土充填。本层物理力学性质较好，除场地东南角外全场分布。层顶埋深4.20～8.60m，层厚 2.20～10.00m。采芯率 60-70%，圆锥动力触探试验N63.5=6.6～106.4击。

④-1全风化花岗岩

灰黄色，硬塑。岩石风化强烈，岩芯呈砂土状，原岩结构模糊不清，手掰易散。本层物理力学性质一般，全场分布。层顶埋深0.50～14.00m，层厚0.80～19.50m。采芯率40～60%，标准贯入试验N=12.0-50.0击，圆锥动力触探试验N63.5=8.5-18.0击。

④-2-1强风化花岗岩

灰黄色，稍硬。岩石风化强烈，岩芯呈砂土状，原岩结构稍具，手掰不易散。本层物理力学性质较好，全场分布。层顶埋深 9.70～32.00m，层厚 2.00～33.00m。采芯率40～70%，岩体基本质量等级为Ⅴ级。圆锥动力触探试验N63.5=8.9-60.1击。

④-2-2强风化花岗岩

浅灰色，较硬。花岗结构，块状构造，岩石完整性差，岩性呈碎块状，少量砂土状，节理裂隙发育，见铁锰质渲染，敲击声哑。本层物理力学性质较好，主要在场地南侧分布。层顶埋深 10.20～40.00m，层厚4.00～23.00m。RQD值15%～30%，岩体基本质量等级为Ⅴ级。圆锥动力触探试验N63.5=10.3-36.0击。

④-3中风化花岗岩

浅灰色，坚硬。花岗结构，块状构造，岩石完整性较差，岩性呈碎块状，少量短柱状，节理裂隙发育，敲击声脆。本层物理力学性质好，分布场地深部。层顶埋深 27.00～41.00m，揭露厚度 1.00～9.40m。RQD 值40～80%，岩石单轴饱和抗压强度为31.50～76.4MPa，单轴饱和抗压强度平均值为51.2MPa，属较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

根据设计要求对该工程ZK15#～ZK115#共5个钻孔进行了单孔波速测试，其目的是为了测定各岩土层的剪切波波速、判别饱和粉土、砂土的液化情况、确定场地地基土类型与场地类别。

ZK15、ZK22、ZK63钻孔地质柱状分层表 表1

ZK68、ZK15 钻孔地质柱状分层表 表2

2.3 工程特点及难点

该施工技术主要验证了在景宁畲族自治县当地风化花岗岩层地质条件下，超深、大直径冲击锤桩的施工技术控制，该超深、大直径冲击锤桩技术难点如下：

①成孔难度大。本工程桩基基底持力层为风化岩层，桩体成孔难度大，在实际锤击成孔施工中，进入岩层区域层每小时纯钻进尺小于5cm～10cm，实际现场施工中成孔最困难的G3-93号桩用时长达13天，根据设计提供的参数范围和岩芯样品双控判定，最终有效桩长达69m。

②根据地勘报告所在地质层③卵石层，该层卵石为浅灰色，中密～密实，根据试成孔观察，卵石粒径2.0～20.0cm含量约 65%，亚圆状，个别粒径达50～70cm，层厚2.20～10.00m。使用该工艺时需要穿透该卵石层，需采用超长钢护筒进行辅助施工，否则极易塌孔、卡锤。实际施工中也出现了多次卡锤现象。

③该工程处于县城中心地段，周边有学校、老年活动中心，工会等，环保噪声要求特别高，因此施工前必须根据桩位图、场地施工路线布置图、地勘报告等资料设计出最合理、最节约时间的“S型、Z型”成桩顺序图，加快进度，最少化扰民。

④该工艺使用时需要泥浆护壁措施配合，控制泥浆浓度防止塌孔现象是非常重要的环节。施工中需要提前进行泥浆浓度试配，根据地勘报告将施工现场划分多个区域，每个区域施工前均要提前试配，过程中根据需要进行调整。

⑤别墅区自然地为阶梯状，施工前需要根据阶梯状特点，进行场地整平，整平后标高为200.1m、195.6m、193.5m、190.5m。需确保在施工中冲击锤机施工安全，因该机械由多数小零件组装而成，非常适合当地的山体阶梯状的地形特点，可自由装载组装。

2.4 桩机选型

根据相邻工程成桩经验，机械冲击成孔泥浆护壁的方式，具有振动及噪音相对较小，效率高，成本较低，不易塌孔的优点，在丽水市景宁畲族自治县当地应用已较为成熟，比较适宜在本场址使用。

根据丽水市景宁畲族自治县目前的施工技术、设备能力结合本工程地质水文情况，选用机械冲击成孔施工是可行的。因此，本工程成桩方式选用机械冲击成孔，泥浆护壁的方式。

2.5 冲击锤桩施工工艺及控制要点

2.5.1 施工工艺流程（见图1）

2.5.2 钻进成孔

必须确保冲击钻机支架底座所处地面平整牢固，地基具有足够的承载力，四周排水通畅，地基不会被轻易扰动，确保冲击钻机准确无误的与桩身中心重合，不发生偏移，钻头平稳、不倾斜是成孔重点；需要组织专人在成孔过程中定期进行垂直度检查，并形成检查记录；使用开口式截齿钻头，钻压参数选择40kN，转速30r/min，确保在岩石基层中顺利钻进。

2.5.3 沉渣厚度

本项目工程桩为桩端受力，根据设计文件及规范要求孔底成渣厚度不得大于50cm。清孔工作完成后，利用测绳从导管内部放至孔底，测量出的成孔的深度，跟终孔时的深度进行差值计算，从而计算出当前的沉渣厚度。在成渣允许范围内，方可进行后续桩身混凝土的浇筑。

2.5.4 混凝土灌注

在孔底沉渣厚度及成孔质量检查完成后，需立即进行桩身混凝土的灌注，根据规范要求，导管底部距离孔底需控制在30cm～50cm范围内，导管首次埋入混凝土浇筑面的深度不得小于1m，并且在浇筑过程中，导管进入浇筑面的深度需控制在2～6m范围内。

图1 冲击锤机施工工艺流程图

采用内径为260mm钢管作为浇筑导管，导管节长3m，并根据需要配备1节1.5m及1节1m的短导管。计算好首次浇筑量，使其形成一定的冲击力，确保底部泥浆可以从底部挤出，在浇筑全过程中混凝土确保混凝土能够连续浇筑，不得中途断料以免影响桩身质量。组织专人进行监督导管内部混凝土的下降和桩孔内水位上升情况，按要求做好灌桩记录。

3 成桩检测

根据设计图纸及相关规范要求，对本工程G4-12、G2-126、G1-23、G2-73、D-214#、G5-84、G5-53、D-110共计8根试桩进行了单桩竖向抗压静载试验及桩身完成性检测，检测结果如下。

3.1 单桩竖向抗压静载试验结果（表3）

单桩静载试验结果 表3

根据本工程桩基抗压静载试验Q-s曲线图观察发现：在试验荷载作用下Q-s曲线图基本呈现出缓慢变形，无明显拐点，桩身变形均处于弹性变形阶段，成桩效果较为理想。依据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014的相关规定，本工程G4-12、G2-126、G1-23、G2-73、D-214#、G5-84、G5-53、D-110 共计 8根试桩单桩竖向抗压极限承载力及对应的沉降量均满足本工程设计及相关规范要求。

图2 试桩Q-s曲线（I）

图3 试桩Q-s曲线（II）

3.2 低应变桩身完整性检测结果（表4）

低应变桩身完整性检测结果 表4

根据试桩低应变静载试验结果表明，本工程G4-12、G2-126、G1-23、G2-73、D-214#、G5-84、G5-53、D-110共计8根试桩桩身质量评价均为完整，属于一类桩，满足本工程设计及相关规范要求。

4 结语

景宁东方广场项目地处山区，工程桩基底持力层为风化花岗岩层，具有岩层埋深起伏大、风化强烈、厚度大的特点，桩机成孔难度较大。结合本工程场地地质、周边环境及水文条件，经综合考虑选用冲击锤成孔施工方案，并在施工过程中对钻头进行了多次改进，使得改进钻头具有垂直度高、轴向摆差小、经济耐用、焊接性能好的特点。实践证明，冲击锤桩基施工技术解决了工程桩在风化花岗岩层中成孔难、施工工期长、桩身质量难以保证的问题，为类似工程提供了宝贵的施工技术经验，具有一定的推广应用示范效果。