1.同济大学 上海 200092；2.宁波市北仑区人民政府霞浦街道办事处 宁波北仑 315800
摘要：随着建筑工业的不断发展，桩基础已经广泛应用公路、铁路、桥梁、码头、高层建筑等领域，各类新的桩基施工技术、新的施工工艺也不断涌现，施工机械设备也越来越现代化、专业化，但在嵌岩桩施工过程中各种复杂的地质情况还是层出不穷，本文以隆顺拆迁安置房项目的工程桩施工为背景，对紧邻山丘边缘、基地岩面坡度起伏较大、基岩强度高等种种不利因素下我们如何正确选择施工机械、确定施工艺流程以及在软弱夹层中如何进行嵌岩桩施工等进行研究，以期为类似情况的桩基施工提供参考。
关键词：钻孔灌注桩；情况分析；施工流程；嵌岩桩施工
1．陡坡高强基岩嵌岩桩的施工机械选择
钻孔灌注桩因其适用的土质范围广泛，施工工艺非常成熟、振动小、噪声小、非挤土、桩径桩长变化大、单桩承载力大等特点在宁波地区广泛采用。对于设计采用的以中风化及以上强度的基岩作为持力层的桩基，特别是持力层坡度较大、抗水平力较大的桩，其桩端进入设计要求的持力层的深度对桩基承载力及建筑物的安全性都显得尤为生重要。嵌岩桩施工主要应解决两个根本问题，一是施工机械设备的选择，另一个是判定何时进入设计要求的基岩持力层。本章将以隆顺地块为主并结合周边区域项目对这两个根本问题进行论述。
2.周边类似地质条件施工情况分析
2.1物流配送中心项目
该项目工程总桩数1264枚，（其中直径600抗压桩562枚，直径650抗压桩210枚，直径700抗压桩492枚。）设计单桩承载力1450KN~2400KN。基岩抗压强度值为31 Mpa。
该项目工程桩施工绝大多数采用钻孔桩灌注桩，小部分采用冲击锤成孔施工，钻孔成孔采用正循环回转钻机（GPS18型），使用三翼钻和牙轮钻配合施工，平均每台桩机2~3天成桩一枚，桩长7~24米，设计入岩深度为1倍桩径，平均入岩时间为8~12小时。部分冲击锤成桩3~4天一枚（共成桩18枚），入岩深度1倍桩径，平均入岩用时10~12小时。
2.3长山B地块项目
长山B地块项目由13幢高层住宅及1层的物业经营用房和1个整体地下室组成，拟建22F、28F高层住宅采用剪力墙结构，16F、17F高层住宅采用框剪结构，1F经营用房及地下室均采用框架结构，基础工程采用钻孔灌注桩，桩承台及筏板基础。工程桩采用正循环回转钻机（GPS15及GPS18型），使用普通三翼钻头施工，每台钻机2天左右成桩一枚，入岩深度为1米，平均入岩用时在8~10小时。
2.4长江路东、四明山路北地块项目
该工程位于隆顺地块西侧，距离隆顺地块不足百米，工程由8幢（33层）高层及35幢（2层）住宅和1个整体地下室组成。8幢（33层）高层基础工程采用钻孔灌注桩，桩承台及筏板基础。工程桩采用正循环回转钻机（GPS15及GPS18型），使用三翼钻和牙轮钻配合施工，每台钻机3天左右成桩一枚，入中风化深度大于0.8米，平均入岩用时上在20小时以上。
2.5轨道交通1#线二期1215标段闵江路站
闵江路站位于长江路以东、泰山路北侧的绿化带内，平行泰山路东西向布置，位于凤凰山南面，距离隆顺地块约500米。为高架三层岛式站台车站，车站采用桥建部分分离的结构体系。工程桩采用正循环回转钻机（GPS18型，使用三翼钻和牙轮钻配合施工）、冲击钻机及人工挖孔施工，每台钻机3天左右成桩一枚，全端面入中风化深度大于0.8m，平均入岩用时上在24小时以上。
3.隆顺地块施工情况分析
3.1项目基本概况
隆顺地块位于北仑凤凰山西侧，恒山路南侧，辽河路东侧，工程由20幢高层住宅、1幢三层社区用房及一个整体地下室组成。工程桩基采用 600、650、700灌注桩，共计4142枚，设计单桩承载力为4000KN，桩端需全截面进入10—2中等风化晶屑玻屑熔结凝灰岩，桩端全截面均需进入持力层≥1m。该层岩石饱和单轴抗压强度范围为68.5~151MPa，统计后标准值为112.6MPa。岩石强度高，岩面起伏较大，层顶面埋深为20.7~63.2米，高程在—17.94~—60.36米。
3.2施工机械设备选择
工程试桩开钻时，项目各参建方一起研究决定采用正循环回转钻及冲击锤两种施工机械设备，根据岩石强度相差较大的实际情况，采用正循环回转钻时可以使用不同的钻头进行试钻，现场选定了三处工程试桩（位于勘探孔附近）位置如下图所示：
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第一枚工程试桩靠近东侧凤凰山，根据勘察报告推算其设计桩长约为18.5米；
第二枚工程试桩位于本项目中间位置，根据勘察报靠推算其设计桩长为 45米；
第三枚工程试桩位于本项目最西侧（距离凤凰山约500米），根据勘察报告推算其设计桩长为54.8米。
工程试桩位置选定后，勘察、设计现场确定了如何判定入岩的四个基本原则，具体如下：
判断桩端是否已进入10—2中等风化晶屑玻屑熔结凝灰岩持力层主要与施工机械、钻进情况、基岩埋深及岩性特征等有关，现提供如下判别方法：
一看等高线：开孔前，施工单位根据《勘察报告》中相邻勘探孔中风化基岩层面情况推测中风化岩面标高，监理单位对推算结果进行复核认定；
二看钻进状态：采用正循环回转钻机成桩，在中风化基岩中钻进时钻机平稳，无跳钻、别钻、卡钻等现象；
三看速率：采用正循环回转钻机成桩，使用三翼钻头情况下，中风化基岩中钻进速率一般小于10cm/h。
四看岩渣：强风化层岩样一般棱角不明显，多为次棱角及次圆形，中风化层岩样多为棱角形及刃角形，硬度较高，矿物较新鲜，颗粒大小较强风化基岩小。
从试桩结果可以看出，C9—70号桩最靠近凤凰山，坡度大，基岩强度大，采用普通三翼合金钻头进入强风化岩层后，钻机跳动厉害，出现严重卡钻现象，无法钻进，更换成牙轮钻头后，能够钻进，但由于持力层靠山一侧埋深较浅，采用的钻杆就较短（钻杆自重较小），因此钻杆无法提供足够的施钻压力，牙轮钻头钻进达不到有效的切磨基岩的作用，使钻进速度极慢（平均钻进速度在小于4cm/h）。
另外两枚试桩由于离山相对较远，持力层埋深较深，钻杆相对较长，钻头上部的钻杆重量就大，能为钻头提供足够的钻压，但从试验结果看来，入中风化岩层后，钻进速度还是缓慢，尤其是A542号桩，多次出现钻头被卡现象，提钻检查后发现钻头损耗严重，因此在此场地采用普通三翼合金钻头进行嵌岩施工并不是最佳选择。
经过各方主体反复研究后决定，在靠近山脚附近设计桩长在30米以内的桩改为冲击锤成孔，离山较远大部分长桩，为提高施工效率，决定对不同土层采用不同钻头，强风化层以上部分采用普通三翼合金钻头，进入强风化后换成牙轮钻头嵌岩施工，两种不同的成桩工艺分别做工程试桩。
从7根工程试桩成桩过程可以看出，靠近凤凰山处持力层较浅的桩选用冲击锤施工在进入强风化岩层后效果比较明显，施工效率得到了成倍提升，但在粘土层成孔效果与钻孔桩差不多，因此，通过多轮的工程试桩，本项目在机械设备选择上思路已逐渐清晰，根据勘察报告上的等高线经理论计算设计桩长在30米以内的桩选择冲击锤成孔，其于较长的桩采用回转钻机成孔，上部选择普通三翼钻头，进入强风化后换成牙轮钻头嵌岩。
3.3施工工艺
工艺流程：测放桩位→护筒埋设→钻（冲）机就位→钻（冲）孔→
第一次清孔→提钻杆→安放钢筋笼→安放导管→第二次清孔→
水下砼灌注→拔护筒管→成桩
3.3.1测量定位、护筒埋设
依据施工图坐标放测复核基线和基点。标定桩位中心位置偏差不得大于5mm，并做好固定标记，场内东西二区各设置2个以上的放线固定点,使全站仪放置在固定点,施工放线人员应计算好放线的各种数字,并相互校对,严格做好放点测量记录和复测记录。
护筒埋设时，采用“中点校正尺”，确保其中心线与桩位中心线的允许偏差不大于20mm，并应保持垂直。
3.3.2机械设备选择及参数确定
根据前面工程试桩结果，本工程较浅的桩采用冲击锤成孔，离山较远部分长桩采用回转钻机成孔，不同土层采用不同的钻头。
3.3.3泥浆护壁
粘度可采用漏斗法（50000~70000）；含砂率可用清洗沉淀法。钻进粘土层时因自然造浆能力有限，可适当加大泥浆浓度，增泥浆泵功率。
3.3.4持力层确定及嵌岩深度控制
嵌岩桩嵌岩深度是否达到设计要求是影响嵌岩桩质量的关键因素，由于工程地质的复杂性，在入岩标准判断上各方主体很难在短时间内达成一致，这就需要业主方牵头，通过施工试桩情况，比对勘察资料，不断与各参建方商量，共同制定出一个符合项目实际的控制方案，对确保工程桩质量，提升施工进度，达到最优质量效益比起到至关重要的作用，本文就如何确定入岩提出以下建议：
(1)如项目场地内基岩层面起伏较大，勘察报告因成本问题不可能完全真实地反映出场地内的真实地貌，因此在开孔前施工单位根据勘察报告资料上提供的等高线，推算出设计桩长作为施工的参考依据，设计要求全断面进入岩层起算时，还应考虑钻头形式及基岩层面的坡度。
(2)钻头钻进状态进行判断，各方主体共同确定一个贯入度作为进入中风化岩层参考值，一般情况下，进入中风化岩层后其钻进速度应小于10cm/h，除刚进入中风化岩层外，一般情况下，中风化岩层钻进时钻机平稳、无跳钻、别钻、卡钻等现象。对不同型号的钻机，在判定是否进入中风化岩层时，还应对其开启的档位进行限定，如GPS-15型桩机为一档，GPS-18型为慢三档等。
(3)从孔中捞出岩样进行分辨，强风化层岩样一般棱角不明显，多为次棱角及次圆形，中风化层岩样多为棱角形及刃角形，硬度较高，矿物较新鲜，颗粒大小较强风化基岩小。情况复杂时，邀请勘察单位代表进行共同研判，与附近勘探孔保存的岩样进行对比分析，以防误判，尤其对含有砂石夹层的地质。下图为钻孔岩样与勘察岩样对比图：
(4)当采用上述控制方法对桩入岩进行综合判定后，如果还是出现推算出的设计桩长与实际成桩长度相差较大时，应通知各方主体现场研究处理，可以事先约定一个数值，如当设计桩长与施工桩长相差在±1m之内时，由施工单位自控，监理单位全过程监理和参与判断入岩过程，如设计桩长与施工桩长相差±1m之上时，由勘察单位、设计单位、施工单位、监理单位现场研究处理方案，以防出现误判。
3.3.5清孔及水下砼灌筑
钻孔达到设计要求深度并经检查验收合格后需立即进行清孔，一清时将钻具提离孔底20~30cm，慢转并上下串动钻具，大泵量注入新泥浆，保持泥浆正常循环。采用正循环进行第一次清孔，使孔底沉渣厚度小于5cm。第一次清孔测量沉渣达到要求后，提出钻杆测量孔深，如无异常情况，抓紧时间安放钢筋笼及导管，通过砼导管再次压入清浆进行第二次清孔，以清除在安放钢筋笼及砼导管时产生的沉渣，使孔底沉渣最后达到小于5cm的标准，清孔泥浆比重宜控制在1.15~1.20之间。
如二清时采用正循环方式达不到预期目的，也可采用气举反循环清孔，反循环清孔具有返浆速度快，清渣效果较好，最终沉渣层较薄等优点。同时，气举反循环形成的泥皮较薄，摩阻力大，相对于常规的正循环清孔工艺大大提高了单桩承载力，从而提高了成桩质量。当然，对嵌岩桩而岩清孔的效果也是影响到桩质量的重要一环，需要在工程试桩阶段对清孔方式进行试验确定。
清孔检测（包括泥浆指标和沉淀厚度检测等）合格后，方可进行水下砼灌注工作，如沉淀量超标，应再次清孔，但应注重孔壁的稳定，防止塌孔。水下砼灌注砼是钻孔灌注桩一道重要施工工序，为确保其质量可控应注意下列要点：
(1)首批砼的数量必需保证导管初次埋深≧1m和填充导管底部的需要。首批砼拌和物下落后，砼应连续灌注，在灌注过程中，导管的埋置深度宜控制在2—8m。
(2)砼拌和物运至灌注地点时，应检查均匀性和坍落度等，如不符合要求，应进行第二次拌和，二次拌和达不到要求，不能使用。
(3)首批砼灌入孔底后，立即测探孔内砼面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求即可正常灌注，如发现导管大量进水，应立即停止浇筑，进行应急处理。
(4)灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，要防止砼拌和物从漏斗处掉入孔中，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，而使测深不准确。灌注过程中应注重观察管内砼下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内砼面高度，正确指挥导管的提升和拆除。
(5)导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，如导管法兰卡钢筋骨架，可移动导管，使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔中心。
(6)当导管提升到法兰接头露出孔口以上有一定高度，可拆除1节和2节导管，（视每节导管和工作平台距孔口高度而定）。此时，暂停灌注，先取走漏斗，重新卡牢井口的导管，然后松开导管的接头螺栓，同时将起吊导管用的钓钩挂上待拆的导管上端的吊环，待螺栓全部拆除后，吊起待拆的导管，徐徐放在地上，然后将漏斗重新插入井口导管内，校好位置，继续灌注。
(7)拆除导管动作要快，一般不宜超过20分钟，要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中，并注重安全。已拆下的管节要立即冲洗干净，堆放整齐。
(8)在灌注过程中，当导管内砼不满含有空气时，后续砼要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。
(9)当砼面升到钢筋骨架下端时，为防止钢筋骨架被砼顶托上升，可采取以下措施：尽量缩短砼总的灌注时间，防止顶层砼进入钢筋骨架时，砼的流动性过小。当砼面接近和初进入钢筋骨架时（1m左右），应保持较深埋管，并徐徐灌入，以减小砼从导管底口出来后向上的冲击力，当孔内砼面进入钢筋骨架底口4m以上时，适当提高导管，减少导管埋置深度（不得小于1m），以增加骨架在导管底口以下的埋置深度，从而增加砼对钢筋骨架的握裹力。导管提升到高于骨架底部2m以上，即可恢复正常灌注速度。
3.4.1不同设备及桩长每米嵌岩耗时关系
本文对不同桩径、不同桩长、不同设备的桩嵌岩时间进行对比分析。
4.结束语
本项目通过现场不断的试验，得出了在陡坡基岩下进行嵌岩桩施工的关键技术如下：
（1）通过试验选择适合项目地质特点的施工机械设备，合适的机械设备是确保桩基施工质量及良好经济效益的基础；
（2）通过试验确定一个或几个符合项目实际的入岩判断标准（需建设各方主体共同配合，反复研究才能得出）；
（3）后续清孔及水下砼浇筑应严格规范施工，否则嵌岩桩质量达不到预期效果。
论文作者:朱成凯1,王旭亮2
论文发表刊物:《基层建设》2016年32期
论文发表时间:2017/1/18
标签：导管论文; 基岩论文; 钻头论文; 钻机论文; 工程论文; 钻孔论文; 岩层论文; 《基层建设》2016年32期论文;