复杂地层灌注桩成孔施工浅谈

谢秋明

（江西省水文地质工程地质大队，江西 南昌 330095）

随着建设工程的不断发展，钻孔灌注桩作为一种最为常见的基础形式，其施工工艺也变得多元化。钻孔灌注桩作为地下隐蔽工程工艺复杂，正确选定成孔方式，合理安排施工流程是钻孔灌注桩施工成败的关键。灌注桩是直接在桩位上用机械成孔或人工挖孔，在孔内安放钢筋、灌注混凝土而成型的桩。灌注桩按成孔方法分为泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩、干作业钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩等[1]。泥浆护壁成孔是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。泥浆护壁成孔方法主要有正、反循环钻孔、旋挖成孔、冲击成孔等。本工程在江西九江地区，地层复杂，下部基岩为泥质粉砂岩和砾岩互层，并夹有溶洞。通过施工勘察查明桩孔地质情况、根据桩孔不同地层情况，分类选用成孔方式，成孔主要采用旋挖成孔和冲击成孔。

1 工程概况

工程位于九江柴桑区，拟建项目基础采用钻孔灌注桩，桩径为900mm和800mm，桩端入中风化岩要求大于2d，有效桩长约12m～41m，总桩数1376根。

2 场地工程地质、水文地质条件

2.1 工程地质条件

根据钻探揭露，场地地层自上至下一般为：第四系全新统人工层（Qml），第四系冲洪积层（Q4al+pl）；下第三系新余群（Exn）泥质粉砂岩、砾岩及其风化层。可细分为：

2.1.1 第四系人工填土(Q4ml)

素填土(Q4ml)：场地大部分有揭露，主要成分为黏性土，其次为漂卵石、泥砾，漂卵石粒径多在5cm～50cm之间，含量约占15%～20%，局部夹砖块、砼块等建筑垃圾，未自重固结，力学性质差。层厚0.50m～6.5m，平均厚度1.49m。

2.1.2 第四系冲洪积层（Q4al+pl）

粉质黏土（Q4al+pl）：场地大部分有揭露，灰褐色、褐黄色，可塑状为主，局部硬塑状，以粉黏粒、砂粒为主，力学强度一般。揭露层厚为0.60m～3.60m，平均厚度为1.70m。

卵石（Q4al+pl）：该层全场地均分布，灰白、灰黄色，饱和，稍密-中密状。成分主要为卵石，卵石母岩以砂砾岩为主，孔隙间多充填细砂或黏性土，卵石粒径一般在6cm～12cm左右，局部夹漂石，漂石一般粒径为20cm～30cm，个别大者达50cm以上，揭露层厚为2.00m～16.00m，平均厚度为6.87m。

2.1.3 第三系新余群 (Exn)

第三系新余群(Exn)按风化程度分为全风化层、强风化层及中风化层，其中风化层主要表现为泥质粉砂岩与砾岩互层，并夹有溶洞。对其工程地质特征分述如下：

全风化泥质粉砂岩（Exn）：该层全场地均分布，本层呈紫红色，岩体风化剧烈，原岩结构已基本风化成土状，底部局部夹有未风化完全的砾石，硬塑状为主，局部为可塑状，干钻可进，为极软岩，揭露层厚为1.50m～31.20m，平均厚度为14.65m。

强风化泥质粉砂岩（Exn）：场地部分有揭露，紫红色，粉砂质结构，中厚层状构造。主要成分为次生黏土矿物和石英砂粒，岩石强烈风化，原岩结构清晰可辨，岩石坚硬程度为极软岩，揭露层厚为0.20m～11.60m，平均厚度为2.22m，层底埋深为9.00m～40.00m。

中风化泥质粉砂岩（Exn）：场地大部分有揭露，紫红色，粉砂质结构，中厚层状构造，泥质与钙质胶结，裂隙较发育，裂隙面上铁锰质渲染。岩芯呈短柱状、柱状，暴露在空气中易风化、崩解。为极软岩，岩体完整程度较破碎～较完整，岩体基本质量等级为 V 级。该层与中风化砾岩互层，并夹有溶洞。该层未揭穿。揭露层厚为0.40m～10.20m，平均厚度为4.51m，层顶埋深为9.00m～46.00m，层顶标高-28.65m～7.26m。

中风化砾岩（Exn）：场地大部分有揭露，灰白色、浅灰色，中厚层状构造，砂砾状结构，泥质胶结，砾石成份主要为灰岩及硅质岩，砾径多为0.5～5cm，磨圆度较好，多呈亚圆状。砾石含量约占70%，填隙物约占30%，孔隙式胶结，胶结物以硅质为主。岩体节理裂隙较发育，岩体较完整，岩芯多以柱状为主,RQD=60%～90%,岩质属较软-较硬岩，基本质量等级为Ⅳ级，工程性能一般～良好。该层岩层顶面位置钻探过程中局部存在漏水现象，该层局部区域与中风化泥质粉砂岩互层，并夹有溶洞。该层未揭穿。揭露层厚为0.20m～8.10m，平均厚度为4.63m，层顶埋深为18.00～45.20m，层顶标高-28.03m～-0.40m。

溶洞：无规律揭露于中风化岩层中和基岩面以上，为无充填、半充填或全充填状态，充填物主要为全风化泥质粉砂岩夹砾石，充填物以软塑状为主，局部可塑状、流塑状，大部分溶洞存在漏水现象，局部存在掉钻现象，遇到溶洞均采用套管跟进方法护壁。溶洞充填物实测标准贯入试验击数为1～8击，平均值为3击。

2.2 水文地质条件

根据区域水文地质条件及本次勘察查明，拟建场地地下水类型可分为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水及基岩裂隙溶隙水三种类型，现分述如下：

2.2.1 上层滞水

上层滞水赋存于上部①素填土中，连通性较差，无连续的水位面，季节性存在，水量小，主要接受大气降水的垂直入渗补给，水位及水量受季节性变化影响大。

2.2.2 松散岩类孔隙水

第四系松散岩类孔隙水主要赋存于③卵石中，具微承压性。主要接受降雨的垂直入渗补给，水位随季节变化，枯水期及平水季节水位下降，丰水期地下水位上升。勘察期间属平水期，实测得地下水初见水位埋深0.60m～8.20m；地下水稳定水位埋深0.30m～7.70m，稳定水位标高为14.93m～16.14m。含水层一般厚度为2.10m～10.60m左右，水位年变幅1m～3m左右。地下水与八里湖水力联系较密切，地下水水量较丰富。

2.2.3 基岩裂隙溶隙水

基岩裂隙溶隙水主要赋存于中风化泥质粉砂岩裂隙、中风化砾岩层裂隙溶隙中，为承压水层。

3 施工中需解决的问题及应对措施

场地地层条件复杂，下部基岩为泥质粉砂岩、砾岩，局部区域中风化泥质粉砂岩与中风化砾岩互层，并夹有溶洞，溶洞无规律揭露于中风化岩层中和基岩面以上，为无充填、半充填或全充填状态，充填物主要为全风化泥质粉砂岩夹砾石，充填物以软塑状为主，局部可塑状、流塑状[2]。勘探深度范围内揭露溶洞见洞率47.8%，线溶率28.0%，岩溶发育等级属于强发育，溶洞高度最大为15.8m。并且中风化岩层起伏较大。

针对复杂地层如何选用成孔方式，保证工程质量、满足进度要求，降低施工成本是本工程的关键。对于这样的复杂地层可考虑的成孔方式主要有旋挖成孔和冲击成孔。旋挖成孔进度快，但对于无充填、半充填溶洞及充填物为流塑状的溶洞处理复杂、进度慢、成本高。冲击成孔进度慢、对地层的适应性较强、采取针对性措施的各种溶洞均可处理。通过前期的试桩及总结以往的成功经验，提出如下应对措施：①对每根桩进行施工勘察，查明地层情况及溶洞情况；②对没有溶洞或全充填溶洞且充填物为可塑状、软塑状的桩，采用旋挖成孔；③对无充填、半充填溶洞或全充填溶洞且充填物为流塑状的桩，采用冲击成孔；4、由于桩基成孔时桩孔内灌满了泥浆，灌注混凝土产生的液柱压力及灌注混凝土的过程中使孔内的水产生的超孔隙水压力，在巨大的压力作用下桩孔容易冲破与周边溶洞相连的土层，和附近的溶洞形成渗流通道。因此对没有溶洞的桩，当它周边较多桩孔有溶洞时，也采用冲击成孔。

4 施工工艺

4.1 旋挖成孔施工

4.1.1 护筒埋设

根据桩位中心及其临时护桩定位护筒并埋设。护筒的埋置深度不得小于1.5m，其内径应大于钻头直径 100mm，且护筒内无突出物，应耐拉、耐压，不漏水。护筒外侧以湿润的黏土填塞，捣夯密实，必要时洒水渗透密实

4.1.2 钻机就位

钻机就位时，地基要有足够的承载能力，以确保钻机在钻进过程中不会发生倾斜、位移和沉陷。钻机就位后，利用钻机的自动调整控制系统，对钻机进行调平、对钻杆的垂直度进行调整，并校正桩位。每天至少一次用水平尺或线锤对钻杆垂直度进行校核，以确保成桩孔的垂直度。

4.1.3 钻进成孔

旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。结合本工程钻孔桩的地质情况，回填土钻头采用挖斗钻头，清孔时采用平底钻头。嵌岩时采用截齿桶钻，有局部砂岩的桩采用螺旋钻头。

4.1.4 清孔

根据不同地质和现场条件，采用正循环和反循环两种方式进行清孔；或采用专用清底旋挖钻斗掏渣，同时注入净浆进行泥浆置换。

4.2 冲击成孔施工

4.2.1 冲孔钻机就位

冲孔钻机就位前，应对冲孔前的各项准备工作进行检查，包括主要机具设备的检查和维修，全面检查钻机的各运转部位是否灵活可靠，润滑油是否够量，冲孔钻机安装是否平稳，不得产生位移和沉陷，天车、冲头和桩位中心三者应在同一铅垂线上，开孔的孔位必须准确。

4.2.2 冲孔

开冲时，应稍提冲头，在护筒内旋转造浆，开动泥浆进行循环，待泥浆均匀后以抵挡慢速开始冲进，使护筒脚处有牢固的泥皮护壁。冲至护筒脚下1.0m后，方可按正常速度钻进。冲进过程中必须保证冲孔的垂直。冲进过程中，要随时观察孔内水位及进尺变化情况，冲机的负荷情况，以便判断塌孔或漏浆。冲进过程中，对于地层交界处软硬不匀，颗粒粒径大小悬殊，采用低速慢冲，上下反复扫孔，并随时注意冲孔垂直度检测；在松软土层中冲进，根据泥浆补给情况控制冲进速度。冲进过程中，经常注意泥浆指标变化情况，并掌握好孔内泥浆面高度，发现变化后及时调整。上下冲时发现阻力大的易缩径孔段，应采取上下来回反复划圆扫孔以保证孔径达到要求。

4.2.3 溶洞的处理

在冲孔桩施工之前，必须准备充足的溶洞处理材料，包括片石、碎石、黏土、钢护筒等。

根据场地溶洞发育的情况，可采取如下4种方案相结合使用来进行溶洞处理。

（1）回填造壁法。出现溶洞时回填片石黏土，打密集实造壁，必要时还应回填混凝土或水泥。

（2）灌注混凝土。出现大溶洞时，采取跟桩身同标号混凝土灌注的方法，待混凝土凝固后再开始冲进。

（3）岩溶注浆预处理。在冲孔桩施工前，对溶洞进行注浆填充处理。

（4）钢护筒跟进法。溶洞较大可采取钢护筒跟进法施工。

5 桩基检测结果

按上述方法，项目桩基全部顺利施工完成。17栋高层住宅楼及地下室，总桩数1376根桩，静载检测56根桩，单桩竖向承载力全部满足设计要求；钻孔取芯检测56根桩，桩身完整性类别均为Ⅰ类桩，桩身混凝土芯样单轴饱和抗压强度检测值均满足设计要求；低应变检测1376根，Ⅰ类桩1374根，占桩数的99.85%，Ⅱ类桩 2根，占桩数的0.15%，未见Ⅲ，Ⅳ类桩，检测结果桩长与设计桩长基本吻合，桩身完整性较好满足规范要求，桩底持力层满足设计要求。

6 结语

对于复杂地层的灌注桩施工，投入设备大面积施工前，应通过施工勘察查明地质情况，通过分析研判选定施工设备，通过试桩验证施工的可行性。总结经验后再开始大面积施工，应根据不同地质情况，分类选用成孔方式。