第３２卷第８期 Ｖｏ１－３２ Ｎｏ．８ 建筑施工 ＢＵＩＬＤＩＮＧ Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ 百米超长细比钻孔灌注桩施工技术 Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ １ ００ Ｍ Ｂｏｒｅｄ Ｐｉｌｅ ｗｉｔｈ Ｓｕｐｅｒ Ｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓ Ｒａｔｉｏ 口 唐浩 （中建三局第三建设工程有限责任公司 湖北武汉４３００７４） 【摘要】随着城市化进程的迅速推进，城市建设将会越来越多地向地下空间和地上高空拓展，由此出现的地下建筑、超高 层基础设计将不得不转向更深处的土层作为持力层，以致超深钻孔桩应用越来越多。上海会德丰广场深基坑工程，首次采用长 １０５ １ＴＩ的钻孔灌注桩，为此在施工工艺上针对性地进行了改进。 【关键词】建筑深基坑超长细比 钻孔灌注桩 泵吸反循环 【中图分类号】ＴＵ７５３＿３ ／文献标识码 Ｂ 【文章编号】１００４—１００１（２０１０）０８—０７７８—０４ １工程概况 楼的沉降会不可避免对地铁隧道产生沉降影响，为了保护地 铁的运营安全，设计将基坑分为南北两个基坑，并在主塔楼 大上海会德丰广场位于上海市南京西路１７ｌ７号批租地 与地铁隧道之间设计了４２根隔离桩，以控制建筑物沉降对 块，占地面积为１２ ６７５ Ｉｌｌ 。主塔楼以办公楼为主，总高度 地铁区间隧道产生的附加变形影响，确保地铁２号线的运行 ２７０．４８ ｍ，地上５４层加３层钢结构，地下３层。西南面商业 安全。 裙房楼高两层，以餐饮、饮食为主，北面设四层高之商业裙 房。总建筑面积１５４ ９１４ ｍｚ。工程位置见图１。 ２工程技术难点 该施工技术主要验证了在上海软土地质条件下的超深 钻孔灌注桩的施工技术控制，尤其是在本工程中做为隔离桩 设计，对于施工过程的土体变形以及加载后的变形都有严格 的要求，该钻孔灌注桩技术难点如下： （１）桩长１０５ Ｉｌｌ，选择扭矩大、钻进平稳、导正性强的高 性能钻孔设备是解决超深稳定成孔问题的关键； （２）桩孔深度相对较大，长细比达到１０５，在上海软土 地基条件下钻进，孔壁稳定性难保证，清孔困难，钻渣难返出 图１工程地理位置平面图 地面，合理选择正、反或正反结合的泥浆护壁、清渣工艺，是 保证孔壁稳定、孔底清渣的关键技术； 该项目基坑开挖深度达到２６ ｍ，开挖面积约 １２ ０００ Ｉｌｌ ，基坑侧约９Ｏ ｍ长度范围与邻近的地铁隧道走 （３）桩身垂直度要求高，孔斜小于０．４名，桩身摩擦系 数要求小。成孔过程中，采取有效的防斜技术措施，提高桩孔 向平行，平面净间距仅５．４ ｍ。设计方案采用钻孔灌注隔离 垂直度，确保钢筋笼的顺利安装和邻桩的正常施工，是保证 桩做为土体应力传递的屏障，隔离桩直径１ ０００ ｍｍ，单桩间 桩身垂直度的关键： 距１ ５００ ｍｍ，桩长１０５ ｍ，桩底标高一１０６．００ ｍ，桩身混凝土 （４）改进水下混凝土灌注工艺，解决桩底沉渣、缩径、 强度等级水下Ｃ３０。 夹渣，保证桩身混凝土强度、混凝土与桩周土之间饱满度和 基坑四周均为市政交通干线，地下管线复杂，特别是主 桩身的完好性是关键。 楼距离地铁隧道较近，主楼的设计荷载大，如不采取措施，主 （５）第⑥层暗绿色粉质黏土地层为硬塑状态，含少量 【作者简介】唐浩（１９６７一），男，工程硕士，高级工程师。联系 铁锰结核，钻进难度较大。 地址：湖北省武汉市关山一路５５２号（４３００７４） （６）桩体的设计功能是做为保护地铁的隔离桩，从施 【收稿日期】２０１０～０５—１８ 工过程开始对土体变形的控制要求高。 ・７７８・ ８／２０１Ｏ 唐浩：百米超长细比钻孔灌注桩施工技术 第８期 ３主要施工技术 ８．１施工机械设备的选择 施工机械设备的选择，是保证超深稳定成孔问题的关 键。根据钻孔桩的设计要求和工期要求，本工程钻孔桩选用 ２台套ＧＰＳ一２ＯＨＡ型（见表１），该设备钻机自重大、扭矩大、 成孔质量好。 表１设备ＧＰＳ一２０ＨＡ型钻机技术参数 钻进能力 钻孔击２ ０００ ｎ￣－ｎ；钻孔深度１００ｍ 转速 ８，１６，２１，２８，３７，７０ｒ／ｍｉｎ 最大扭矩 ５００００Ｎ・ｍ 最大提升力 ２４００００Ｎ 钻机动力 ５５ｋＷ ３．２反循环成孑Ｌ施工流程 上海会德丰广场工程超长钻孔灌注桩施工的成功之处 在于采用泵吸反循环施工工艺，泵吸反循环施工工艺的成本 高，对施工现场管理要求高，对循环系统的密封性要求高；同 时，泵吸反循环施工工艺的成孔速度快，孔壁完整，孔底沉渣 干净。因此，泵吸正反循环钻进成孔施工工艺，是保证孔壁稳 定、孔底清渣的关键技术。本文重点介绍泵吸反循环施工工 艺，其工作原理示意见图２。 泵吸反循环钻进成孑Ｌ，其工作原理是利用高性能泥浆泵 的抽吸作用，在钻杆柱内腔造成负压状态；在大气压力作用 下，处在钻杆与孔壁之间的环状空间的钻孑Ｌ 中洗液流向孔 底。同时，回转装置带动钻杆、钻头回转钻进切割土体，钻下 来的钻渣与流向孔底的 中洗液形成混合液，并经过钻头水口 被吸入钻杆柱内腔，随即上升至水龙头经高性能泥浆泵和排 渣管排入地面泥浆循环系统。混合液在地面进行渣液分离处 理，分离后性能符合要求的 中洗液可继续使用，再注入孔内， 形成泵吸反循环钻进成孔。成好孔后，进行一次清孔，经检测 合格后，拆卸钻杆，取出钻头，然后下置钢筋笼，在井口焊接， 经监理验收合格后，继续施工。待钢筋笼安放好后，下置灌浆 导管，并进行二次清孔，经监理验收合格后，可进行混凝土灌 注工作。混凝土灌注完毕，进行下一根桩的施工。 图２泵吸反循环钻进成孔原理示意 １一钻头；２一钻杆；３一冲洗液及流向；４一混合液及流向； ５一转盘；６一水龙头；７一钻液；８～高性能泥浆泵； ９＿＿灌注泵（或真空泵）１Ｏ一泥浆分离器 ８．３成子Ｌ施工操作要点 ３．３．１施工准备 （１）硬地处理 场地基本平整并固化坚实。 分区设置泥浆池和主循环槽，实行“一机一槽一池”。桩 位与主循环槽之间用移动式铁皮槽相连，主循环槽和循环池 用砖砌制，素混凝土打底。主循环槽断面为７００ ｍｍ Ｘ ４００ ｍｍ，坡度比１ ０００：２０～３０，循环池容积应为桩孔容积 的１／３～１／４，另根据施工进度和排浆运输条件及场地条件， 设若干个储浆池，每个储浆池容积为单桩体积的２～５倍为 宜。 （２）测量放线定位 根据建设方提供的测量基准点，使用经纬仪和５０ ｍ～ １００ ｍ钢卷尺引测桩基轴线，复核后进行桩位放样。纵横轴 线定用木桩加小铁钉作标记，并在硬地面上弹出墨线；桩位 定位用钢筋作标记。 ３．３．２安装轨道 心线与轴线重合，卡尺中心悬锤对准桩位中心，并投影 在两侧轨道上用红漆作标记。轨道应平整、稳固。测量轨道标 高。轨道下垫枕木，用道钉固定，轨道连接用夹板固定。用卡 尺控制轨距。 ３．３．３护筒埋设 采用十字交叉法定位、校正护筒。以桩位为中心，以大于 桩径２０ Ｃｒ１］为直径，划一圆作边界开挖至素土。护简埋深不 小于１ ｍ，筒口应高出硬地坪１０ ｃｒｌｆ，周边素土填实，稳固周 正。护简中心线与桩位中心允许偏差不大于２０ ｍｍ。 ３．３．４安装钻机 桩机基台塔腿中心线与轨道上桩位标记对准。基台垫 高，使滚轮脱离轨道，基台两端用平整的基台木垫平垫稳，桩 机转盘中心与桩位中心偏差不大于２０ ｍｍ。校正连接钻头的 主动钻杆在自由悬吊状态下位于转盘中心，保持天车、转盘 中心和桩孔中心三点成一垂线。 ３．３．５钻进成孔（以正循环工艺为例） 本工程前期施工由于现场的场地限制，无法设置泥浆 池，无法实现沉渣工艺，现场当时也没有地方堆放钻渣，施工 前期有几根桩采用了正循环成孑Ｌ反循环清孔工艺，因此，本 文也介绍一下正循环钻进成孔施工工艺： （１）钻机在钻进过程中要时刻检查转盘水平，及时调 整，调整后进行孔内纠正，以保证孔斜在设计允许范围内。 （２）钻机在刚开始钻进时为控制桩孔的垂直度，应先 轻压、慢钻并控制泵量，进入正常工作状态后，逐渐加大转速 度和钻压。 （３）初始阶段应选择合适的钻压及钻速，采取轻压慢 钻，以保证开孑Ｌ的垂直度，如果初始部分不垂直，到后续施工 中将很难矫正；中间正常钻进成孔过程中，应根据土层性质 灵活调整钻压与钻速。对于硬度大的土层，钻进速度慢，全压 ・７７９・ 第８期 唐浩：百米超长细比钻孔灌注桩施工技术 ８，２０１０ 容易发生跳动，钻进时应减压加大转速，提高泵量；在软土层 钻进时，适当降低钻压与钻速，防止发生偏斜过大；在钻到最 后临近成孔的时候，要考虑适当放慢钻速，及时排出孔内钻 渣。 另外，在容易扩径的砂土层孔段，应放慢转速，减压钻 进，及时采用人工造浆，提高泥浆性能，达到护壁效果，防止 塌孔。 （４）正式大面积施工前应首先进行试桩，根据试验桩的 结果并结合场地地层性质和设备性能，预先确定钻进控制参 数， （５）控制终孔 ①用尺丈量机上余尺，严格控制终孔深度不欠深、不 超深。施工端承桩时，根据设计，观察岩屑，确定持力层面，控 制进入持力层的深度。 ②进行一次清孔，逐步调整泥浆粘度达２２ Ｓ～２５ Ｓ泥 浆密度达１．３０ ｇ／ｃｍ。左右；间断性下下缓缓活动钻具、慢速 回转孔底钻头，破碎泥块，排出岩屑；一次清孔结束应初测沉 渣。 ③终孔下钢筋笼前，必要时可用桩孔检测仪或孔规检 测桩径与孔斜。若发现桩的形态存在问题，应及时处理。 ３．３．６第一次清孔 采用反循环清孔，钻渣直接由钻杆内抽出，经过泥浆循 环系统过滤沉淀后，新鲜泥浆再从孔内外环空间返至孔底， 将孔内渣质携带至孔底后抽出。通过不断的循环，进行清孔。 第一次清：ＺｒＬ￥Ｊ用成孔钻具直接进行，清孔时先将钻头提离孔 底１５ ｃｍ～２０ ｃｍ。 第一次清孔完成后，要检查孔底沉渣厚度、检查钻孔直 径、测量孔深和孔斜。 ３．４钢筋笼施工工艺 ３．４．１钢筋笼的制作及焊接要求 钢筋笼制作场地应平整，在制作台架上按设计图纸加 工成型，并设置扶正块，高差不大于１％。本工程钻孔桩钢筋 笼分节制作、分段连接，根据现场实际情况，可以采用吊车将 钢筋笼为一个单元吊入孔内，减少孔口焊接时间。钢筋笼主 筋为１４ ４）２２ ｍｍＬ＝２９ Ｉｌｌ，６ ２２ ｍｍＬ＝５９ ＩＴＩ，采用单面偏心焊 接，焊接长度１０ ｄ（ｄ为主筋直径）。焊缝宽度不应小于０．７ ｄ， 厚度不小于Ｏ．３ ｄ。加强筋为 １６＠２ ０００ ｍｍ，箍筋为 ８＠２００／３００ ｍｍ，焊条采用Ｊ５０２焊条，须有合格证、性能符 合设计要求方能使用，焊接要对称操作，操作完毕应轻轻敲 打除去焊渣，以消除温度应力：上下段连接顺直，在保证质量 的条件下，孔口用多台焊机同时焊接，焊接时间应尽量缩短。 ３．４．２设置保护块 为保证混凝土保护层厚度７５ ｍｍ，在钢筋笼上设置圆 饼形水泥砂浆保护块 １５０ Ｘ ５０ ｍｍ，每平面１组（３Ｎ４只）， 沿钢筋笼长度方向６ ｍ设置１组，每节笼不少于２组，保证 钢筋笼中心与桩中心重合。 ・７８０・ ３．４．３下置钢筋笼 （１）钢筋笼吊放时，钢丝绳用“一”字钢架撑开，钢筋笼 吊点主筋用“十”字钢架撑住，防止笼径变形。 （２）按设计笼顶标高计算吊筋长度。吊筋吊环固定在 桩机基台通孔两侧中心的吊钩上，保证钢筋笼居中和安装标 高。钢筋笼分节制作、分段连接，根据现场实际情况，采用吊 车将钢筋笼为一个单元吊入孔内，减少孑Ｌ口焊接时间。钢筋 笼焊接要对称操作，采用单面偏心焊接，焊接长度１０ ｄ（ｄ为 主筋直径）。焊缝宽度不应小于Ｏ．７ ｄ，厚度不小于０．３ ｄ，操 作完毕应轻轻敲打除去焊渣，以消除温度应力；上下段连接 顺直，在保证质量的条件下，焊接时间应尽量缩短。 （３）钢筋笼在起吊、运输和安装中应采取措施防止变形， 起吊，吊点宜设在加强箍筋位置。 （４）钢筋笼吊放入孔时，应对准钻孑Ｌ中心轻放、慢放，防 止碰到孔壁，遇阻应上下轻轻活动或停止下放，查明原因后 进行处理，严禁强行下放。 ３．５下置灌浆管 （１）超长桩灌注水下混凝土，应尽量选用内径较大的 ２５０ ｍｍ～ ２８０ ｍｍ导管。底管长度大于４ Ｉｌｌ，标准节长度 ２．５ ｍ。导管连接应平直可靠，密封性好。新导管应经０．６ ＭＰａ 压力检验无漏气现象方可使用。导管的壁厚、连接部位丝扣、 内壁光洁应定期检查，并作及时处理。 （２）注浆管与钢筋同步进行安装，２根注浆管则贴着钢 筋笼内侧呈对称布置。注浆头端部往上每隔ｉ００ ｍｍ钻设４ 排喷射小孔，孔径为８ ｍｍ，每排对称布置４孔，呈梅花状布 置，插入孔底，顶部高出地面，便于接长至桩项，且顶部需预 留丝扣，预装接头。 （３）管与管之问采用丝牙连接，外面螺纹处用止水胶 带包裹，并牢固拧紧密封。 （４）在每节钢筋笼下放结束时，必须在压浆管内注入 清水检查管路的密封性能，当压浆管内注满清水后，以保持 水面稳定不下降为达到要求。 （５）最后一个环节钢筋笼安放至底部时，注浆管触至 孔底即往上顶，即说明注浆管已触及底部淤泥内，将注浆管 插入孔底２００ ｍｍ－３００ ｍｍ。 （６）最后固定其上部，顶部注满水即进行包扎，以防止 杂物或混凝土吊入管内，并可防止顶部接头被机具碰坏。 ３．６ 第二次清子Ｌ （１）清孔替浆时，导管底端应下到孔底，并经常上下轻 缓活动导管，促进清孔替浆效果。 （２）根据桩径和桩深，可选用４ ＰＮＬ单泵、３ ＰＮＬ和 ４ ＰＮＬ双泵并联、４ ＰＮＬ双泵并联清孔替浆。 （３）逐步稀释泥浆，使泥浆粘度达到１８ Ｓ～２０ Ｓ密度 达到１．２０ ｇ／ｃｍ １．２５ ｇ／ｃｍ 或以下。二次清孔替浆时间、视 桩径、桩深、原泥浆性能和孔底沉渣等情况而定。 （４）二次清孔替浆结束后，孔底沉渣厚度应符合设计 ｌ鳞 ８／２０１Ｏ 唐浩：百米超长细比钻孔灌注桩施工技术 ３．７．７混凝土充盈系数 第８期 要求，并在３０ ｍｉｎ内灌注水下混凝土。嵌岩桩对沉渣厚度有 特别要求时，应做到清孔停泵３ ｍｉｎ内，灌注混凝土到达桩 底岩面。 ３＿７水下混凝土灌注 ３．７．１混凝土初灌量 混凝土充盈系数不得小于１．Ｏ，也不宜大于１．３，一般控 制在１．１０～１．１５。 ３．８桩底后压浆 （１）在桩身混凝土浇灌后１２ ｈ，进行清水霹雳，水量不 宜大，压力控制在３ ＭＰａ－５ ＭＰａ，贯通后即刻停止灌水。 （２）待桩身混凝土强度达控制龄期７ ｄ后，需要进行桩 混凝土初灌量应能保证混凝土灌入后导管埋入混凝土 面深度不少于０．８ ｍ～１．３ ｍｍ，导管内混凝土柱和管外泥浆 柱压力平衡。计算公式如下： ｑｔ 厅 ＋（￣ｋｈ２／４ 式中： 混凝土初灌量（ｍ。） ｎ 一管内混凝土柱与管外泥浆 柱压力平衡所需高度（ｍ） ｈｉ＝（ｎ—ｈｚ）ｒＪｒｄ 一桩孔深度（ｍ） ｎ厂初灌混凝土下灌后，导管外混凝土面高度，取 １．３ ｍ～１．８ ｍ： 一泥浆密度，取１．１５～１．３Ｏ ｔ／ｍ 混凝土密度，取２．３～２．４ ｔ／ｍ０ 导管内径（ｍ） Ｄ一桩孔直径（ｍ） 混凝土充盈系数，取１．１～１．３ 计算超长桩混凝土初灌量时，ｈ 、ｒｗ、ｋ应取大值， 应 取小值，以提高混凝土灌注安全系数，保证桩混凝土灌注质 量。注意初灌的第一辆必须是满车混凝土（即不小于６ ｍ。）。 ３．７．２导管埋入混凝土面的深度 水下混凝土灌注过程中，导管应始终埋在混凝土中，严 禁将导管提出混凝土面。埋入深度除按规范执行外，还应观 察孔口返浆情况，如果孑Ｌ口不能自动返浆，说明导管已埋入 太深，应适当拔除导管。 ３．７．３拆卸导管 卸导管前，应用重锤测绳量混凝土面位置，并根据混凝 土灌注量计算复核无误后，方可卸管。混凝土面位置大于 ４Ｏ ｍ时，每次宜卸一节。 ３．７．４导管捣插方法 拔管时，用上拔１ｍ，下插Ｏ．５ｍ的方法逐渐升降导管捣 插混凝土，使桩身混凝土密实和桩周混凝土饱满。 ３．７．５ 防止钢筋笼上浮 混凝土面接近钢筋笼底端时，导管埋入混凝土面的深度 应控制在２ ｍ～３ ｍ内，并降低混凝土灌注速度。待混凝土 面进入钢筋笼ｌ ｍ～２ ｍ后，可适当提升导管。导管提升要 平稳，避免出料 中击过大或钩挂钢筋笼。 ３．７．６桩顶处理 当混凝土灌注达到设计桩顶标高时，应继续灌注一定 的超灌高度。 水下混凝土灌注完毕后，回填密实空孔部分，恢复硬地 坪。 鸯 艄敞 底注浆，注浆采用普通硅酸盐水泥，保证水泥新鲜不结块。 （３）水泥浆液严格按配合比进行搅拌，水灰比控制在 ０．５ＮＯ．６之间，搅拌时间不少于２ ｍｉｎ，对搅拌好的水泥浆液 用孔径不大于３ ｍｍ×３ ｍｍ的滤网进行过滤，浆液采用纯水 泥浆。 （４）压浆必须按照自下而上的原则控制，压浆时控制渗 入，确保慢速、低压、低流量，以让水泥浆自然渗入砂层，压力 正常情况下控制在１．５ ＭＰａ以内，最好在１．０～１．２ ＭＰａ，流速 控制在３０￣４０ Ｌ／ｍｉｎ，每根桩必须一次压浆完成。 （５）压浆采用双控标准，压浆量达到设计要求的８０％， 且泵压值达到２ ＭＰａ（在注浆速度较慢的情况下，适当加大 压力，一般不超过２ ＭＰａ），即可停止压浆。 ４应用效果 通过大上海会德丰工程软土地质条件下的超深钻孔灌 注桩施工技术实施，有效控制了施工活动引起地铁隧道的附 加应力和变形，施工过程中的土体变形以及加载后的土体变 形达到了预期控制要求。 上海地区属于软土地区，未见超过ｉ００ ｍ的超深、超长 细比钻孔灌注桩施工资料，大上海会德丰项目通过对４２根 隔离桩的施工过程详细记录、成孔检测报告等方面分析，证 明隔离桩的成桩检测、桩深、垂直度、桩径、混凝土灌注充盈 系数等技术参数都达到预期的效果，说明通过合理地选择钻 机及施工工艺、控制泥浆的比重和粘度等技术措施，超深钻 孔灌注桩在邻近地铁隧道的深基坑施工是成功的。 以该施工技术为关键技术编制的工法获２００９年湖北省 建设工程工法。 ５结语 该工程超深钻孔灌注桩的成功施工得到上海地铁运营 有限公司监护分公司、同济大学建筑设计研究院、大上海会 德丰项目业主、建浩监理公司的一致认可和好评，具有显著 的社会效益和推广价值，这对于后续更多的邻近地铁工程施 工运用钻孔灌注桩提供了宝贵的设计及施工经验。 参考文献 【Ｉ】刘建航，侯学渊．基坑工程手册【Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社 １９９７． 【２】刘国彬，王卫东，基坑工程手册【Ｍ】，北京：中国建筑工业出版社 ２００９． ・７８１・