复杂地层条件下桩基工程施工技术

1、 复杂地层条件下桩基工程施工技术 李德军，许锦亮，王元，费若强（山东华鲁基础工程公司，山东兖州272100） 摘要：介绍了复杂地层条件下桩基础工程的施工技术，和施工中遇到的问题及采取的处理措施。 关键词：复杂地层；旋挖桩；人工挖孔桩中图分类号： TU4731 1文献标识码：B文章编号：1004 5716 （20070044 ） 03 04 1工程简况锅炉房、烟（3）中等风化白云岩： -层状，节理裂隙极发育，张开度好，裂隙面和溶隙溶孔多1层，灰白色，薄中厚 某电厂建设规模为2 600MW机组，厂址位于山区，为剥蚀回填场地。因厂区地质条件复杂，拟建构筑有泥砂质充填，岩体较破碎，呈裂隙块状结构，岩芯

2、呈碎物均进行了地基处理，其中主厂房、凉水塔、块和粗砂状，该层分布广泛。 -2层，薄中厚层状，囱等荷载较重建筑及厂房内动力基础采用了灌注桩。 2厂区地质条件 2. 1地层条件厂址区展现低山地貌景观，原始地形自北东向南西起伏，低山与宽缓的冲沟相间。厂区现已整平，原始地形不复存在。根据施工图阶段岩土工程勘测资料，厂区地层上部为人工填土、第四系冲洪积和残坡积物，基地为中寒武世高台组薄层中厚层状白云岩。简述如下： 2. 1. 1回填土为场地整平开山堆积形成，为破碎岩块、岩屑及少量粘性土组成的碎石土。碎石成分为白云岩及灰岩，粒径极不均匀，很多部位有零星大块碎石，碎石含量约为55 %，其余为砾石、砂状岩屑和

3、少量的粘性土。该层厚度自山坡向下逐渐增大，在冲沟处最厚可达24. 10m. 2. 1. 2第四系沉积为山前冲洪积和残坡积的粘土，稍湿，硬可塑，土体混少量的风化角砾及碎石，空间分布不连续，负地形处厚度最大，在山坡及山顶处很薄甚至消失。 2. 1. 3中寒武世高台组薄中厚层状白云岩（1）全风化白云岩，岩体已分解成粉细砂，内部多含有风化程度较低的坚硬骨架部分，或为岩块或为碎石，以透镜体和层状分布，空间分布不连续，多分布在主厂房、锅炉房和凉水塔地段。厚度0. 49. 30m.该层力学性质差异较大。 （2）强风化白云岩，风化裂隙极发育，可见原岩结构，岩石部分已变酥易碎，手可掰断，内部含有多量风化程度较低

4、的坚硬骨架部分，或为岩块或为碎石，以层状和透镜体状分布，空间分布较连续。层厚0. 3016. 10m.节理裂隙较发育，闭合，多为方解石脉充填，岩体较完整，岩芯呈柱状，该层仅少量分布在主厂房、锅炉近扩建端一侧。 2. 1. 4破碎带白云岩层间构造破碎带，岩体破碎，呈碎裂状结构。 岩体多呈角砾状，一般砾径12cm ，可见最大砾径5cm ，泥砂质混多量岩屑胶结，该层仅分布在炉后冲沟地段。 2. 2岩溶工程地质条件根据地表调查和钻探物探成果，冷却塔地段可见岩溶发育，岩性为白云岩夹白云质灰岩，岩溶形态为缝隙状溶洞或溶槽；2 #锅炉地段存在囊状风化深槽，全风化白云岩厚度较大，其中多含有-1镜体，可见岩溶发

5、育，基岩面起伏较大，最大高差近36m.总体厂区内白云岩溶蚀较发育，岩溶形态以小型溶孔为主，很少发育大型溶洞，对工程建设影响不大，岩溶发育深度受当地侵蚀基准面控制，往下逐渐减弱。 2. 3水文地质条件场地地下水类型可分为碎石素填土孔隙水和基岩裂隙水。碎石素填土孔隙水系由降雨和山坡面流形成，在厂区西侧冲沟出口有渗水点；该含水层地下水动力特征较复杂，其水位、水量及径流途径受气候和填土成分的影响，含水量极不均衡。基岩裂隙水赋存于下伏白云岩中的小型溶孔或孔洞中，含水丰富而均一。在勘测钻孔中均未发现地下水。 3设计方案 根据勘察资料，主厂房、锅炉房、凉水塔、烟筒等重要建筑均落在填方区，确定采用钢筋混凝土灌

6、注桩基础，以中等风化白云岩为桩端持力层。施工方案初步选 。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2007年第3期西部探矿工程 定人工挖孔和机械成孔两种工艺。为确定人工挖孔桩和机械旋挖桩在该场地的适应性、安全性以及桩的设计承载力，设计方案确定前，先进行了试桩施工。 3. 1人工挖孔桩选取主厂房、烟囱、冷却塔三个试桩区共8组试桩。 其中主厂房区域填土较厚，厚度达到18. 90m ，下伏基岩埋藏较深，基岩顶板起伏大，地质条件复杂，布置试桩3组，桩径1. 2m ，桩长37.

7、 037. 4m ，进入中风化岩石1. 82. 1m ；烟囱区域地质条件也较复杂，填土层厚度约24. 10m ，填土层下还有逾10m厚的力学性质相对较差的粘土和力学性质变化较大的强风化白云岩，中风化基岩埋深在35. 1m左右，布置试桩2组，桩长38. 638. 8m ，桩径1. 2m ，进入中风化岩石2. 4m ；冷却塔地段填土厚约10m ，试桩3组，桩径1. 0m ，桩长15. 017. 6m ，进入中风化岩石2. 0m.试桩结果推荐1. 2m桩竖向极限承载力标准值为16200kN ， 1. 0m桩竖向极限承载力标准值为11300kN. 3. 2旋挖灌注桩机械成孔设备选用先进的旋挖钻机，在厂

8、区填土较厚的烟囱位置进行3组试桩试验（距离人工挖孔试桩区约20m） ，桩径1. 2m ，桩长39. 139. 9m ，桩端进入中风化岩石3. 03. 7m.试桩推荐单桩竖向极限承载力标准值为14300kN. 3. 3方案确定根据试桩结果，人工挖孔桩和旋挖桩单桩竖向极限承载力标准值均可满足设计要求。但从单桩施工的时间和安全性方面，机械旋挖桩的优越性远远大于人工挖孔桩。人工挖孔单孔进尺每天只能控制在1m左右，且随着孔深的增加进度降低，若施工4050m的深孔时间约需2个月，时间长，还存在安全隐患；旋挖桩单桩成孔时间约需要34h ，成桩时间约需8h ，若投入足量的设备，工程工期应较人工挖孔桩的工期有很

9、大提高，且安全性高。业主和设计单位从工期和安全角度考虑，决定工程桩的施工采用旋挖成孔工艺。 本工程设计旋挖灌注桩1500余棵，桩径1200mm和1000mm ，从场地稳定性考虑，桩端要求嵌入中风化岩石3m. 4旋挖桩的施工4. 1旋挖桩施工4. 1. 1旋挖钻机成桩工艺流程桩孔放线定位钻机就位短螺旋钻具开孔提钻、埋设孔口护筒（造浆、孔内注入泥浆）钻进提钻、卸土钻至设计标高地质工代、监理鉴认岩石、验收清孔、测量孔深安放钢筋笼灌注混凝土灌至设计标高提拔孔口护筒。 4. 1. 2施工作业（1）首先根据设计图纸要求测量定位，钻机就位后应调整其水平、垂直度，校核桩位的对中位置，严格控制桩位偏差在允许误差

10、范围内。 （2）由于勘察和试桩阶段均未见到地下水，且试桩时填土层泥浆漏失严重，工程桩施工未要求使用泥浆护壁，所以采用干作业方式成孔。成孔施工要点如下：粘土、亚粘土采用短螺旋钻头，钻探进尺控制在0. 50. 8m之间，不超过钻头叶片长度。 进入全风化地层后，采用筒式钻头钻进，钻进速度要放慢，提升时先缓慢提离风化砂层位置再正常速度提出孔外，防止造成孔壁坍塌。 钻遇强风化和中风化岩石后，先使用短螺旋凿岩钻头破碎地层，再使用筒式钻具打捞清底。遇“孤石”或中风化岩石透镜体则采用筒式凿岩钻头钻进，钻穿后再使用其它钻具继续钻进。 进入中风化地层后，应及时报告现场地质工代和监理工程师，鉴认为中风化岩石后可继续

11、钻进至设计深度。达到设计要求应由现场地质工代和监理工程师确认才可终孔。在此过程，应注意地层是否变化，防止强、中风化地层交替反复出现。 （3）钢筋笼制作、安放和混凝土搅拌、灌注严格按技术规范要求施工，故不赘述。 4. 2施工中出现的问题按照工程建设总施工进度网络计划，首先施工主厂房的桩基。在施工过程中，遇到很多问题：（1）根据设计图纸确定的桩长，在钻到设计位置后，经现场设计工代现场确认，桩端持力层岩性未达到中风化岩石的标准，经加深达到设计要求但桩长增加达到原设计的12倍。 （2）在全、强风化地层中钻遇中风化岩石的透镜体也就是所说的“孤石”，钻进困难，易偏孔且纠偏难度大；如透镜体的厚度大于1m以上

12、，旋挖设备则无法钻穿成孔；而且较多桩孔钻遇23层这种硬岩石。 （3）在透镜体和中风化岩石中钻进，设备损坏严重，进尺缓慢，很多桩孔由于无法钻穿该种岩石被迫停工等待或回填，严重影响工程进度。 （4）个别钻孔塌孔严重，特别是在破碎带中钻进，没有很好的方法控制。 （5）个别桩孔钻遇岩溶，处理非常困难，难以达到设计要求。 （6）钻孔孔径增大，导致混凝土灌注量增加，充盈系数在1. 41. 5左右，个别桩孔达到2. 0以上，造成施工。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 西部探矿

13、工程2007年第3期 成本增加。 4. 3施工勘察在工程桩施工同时，建设单位和设计部门又组织进行了施工勘测，为提高施工勘测对桩基施工的指导性，施工勘测钻孔按承台布孔，根据每个承台的桩数量分别布设13个钻孔，发现地层变化较大或有岩溶发育，则按一桩一孔勘察。施工勘测发现如下问题：（1）地层变化较大，局部地段原施工图阶段勘察确定的中风化岩层界面向下延伸，导致原设计桩长增加很多，达到原设计的12倍。 （2） -2层中风化地层分布面积较广，2#锅炉房的大部和主厂房的东端均分布有此层，局部地段为很完整的岩体，这种岩石也是旋挖设备施工非常困难的原因。 （3）在凉水塔局部地段回填土中分布有层状的块石，厚度大于

14、2m以上。 （4）在主厂房的A9、B10、C11、D12轴线沿东南向发育一厚层碎石带，根据设计要求确定的桩长在55m以上，该部分桩深已超出旋挖设备的施工能力。部分桩孔未有较好的持力层，持力层岩石非常破碎。 （5）在同一承台，地层相差很大，要求施工桩长存在较大差异，造成施工困难也存在同承台桩长的匹配问题。 （6）个别承台发育较严重的岩溶，存在23层溶洞。 5专家组的咨询意见由于施工中遇到的问题，施工进度已严重滞后于一级网络计划的要求，不能满足整体工程的建设进度，形成非常被动的施工局面，设备能力不能全部发挥，远没有达到原计划进度，很多桩孔只施工多半就因硬岩钻不动或塌孔严重回填停工等待。针对该种情况

15、和勘察、设计发现的问题，建设单位组织了专家组到现场进行了技术咨询。经过现场调查、会议汇报、讨论，专家组经认真研究，主要从设计角度对存在的问题提出了具体处理意见和建议：（1）对塌孔较严重或有疑问的桩，可采取浇素砼或压浆工艺，既解决孔底沉渣问题，又能提高单桩承载力，并要求在下阶段要采取预防塌孔措施。 （2）对于“孤石”问题，“孤石”实际上是基岩全风化和强风化带出现异常的微风化石块，原则上桩长 20m ，进入全风化、强风化带10m ，入孤石2m即可终孔。 （3）“入岩深度”实际是“入中等风化岩深度”，要求设计部门进一步根据不同地段桩的承载性能和桩长适当调整入岩深度，并应及时根据勘测结果，修改“中风化

16、岩界面等高线图”，要求地质工代应在现场确定桩基终孔条件中起主导作用；对于桩长少于10m和入岩深度不足2D的桩，必要时采取加桩、孔内爆破或改换钻机类型等处理方式。 （4）对于“溶洞”问题，在分布有浅层溶洞的地段，施工勘测钻孔宜加密到一柱二孔或一桩一孔；对满腹洞保证入顶板1. 5D即够，对于空腹洞必须入洞底硬岩1D.（5）对于桩长匹配问题，原则上同承台相邻桩长度之差不宜超过桩长的1/ 10 ，当局部承台的相邻桩出现一为端承桩、一为端承摩擦桩、桩长相差较大时，对端承摩擦桩宜采用压浆工艺进行处理，提高端承力，以防止群桩的差异沉降，此类桩应列入高应变检测范围。 （6）为加快工程进度，对有条件地段宜采用“

17、人工挖孔桩”替代“钻孔灌注桩”。 6采取的处理措施和方案根据专家组的咨询意见，设计单位对后续桩基施工进行了局部方案调整，对施工中遇到的问题采取了以下处理措施：6. 1人工挖孔桩根据施工勘测地质资料和旋挖钻机的实际性能，预留主厂房的大部和1 #锅炉房继续使用旋挖钻机施工；对处于挖方区的桩或虽处于填方区，但钻孔较浅，孔内岩石较硬，或有孤石存在，旋挖设备施工非常困难的岩石分布区域，设计单位将桩成孔工艺变更为人工挖孔。 由于人工挖孔已进行过试桩，工艺很成熟，所以在2 #锅炉房、凉水塔等变更为人工挖孔桩后，投入较多的人力，施工非常顺利，均能在建设单位规定的工期内完成施工任务。鉴于人工挖孔桩的施工效果很好

18、，设计和建设单位决定后边的桩基施工全部采用人工挖孔的方式。 6. 2后压浆法对于桩端处于破碎层、成桩后承载力难以保证的桩，采用后压注浆进行处理。具体做法如下：旋挖或人工成孔后，将预埋钢管焊接在钢筋笼上，钢管底端伸出钢筋笼底约10cm ，然后用薄铁皮封死，浇筑混凝土后7d用H GY 200型钻机沿预埋钢管内侧将封底铁皮钻穿，并继续钻进桩底35m至预定深度后，利用注浆泵将配置好的水泥浆注入孔底（泵压在0. 20. 5M Pa之间，水灰比为3 1、2 1、1 1不等，根据地层吸浆量随时调整） ，在选定的灌浆标准压力下，当吸浆量小于0. 5L/ min延续30min即可结束。 6. 3地基固结法1 #

19、锅炉房后区域部分为破碎带，桩孔下部为较破碎的岩石，旋挖成孔时塌孔严重，甚至出现串孔现象，成孔困难；由于坍塌严重，对塌孔区已成桩的侧阻力也可能造成很大影响，为从区域上治理和改善这种现象，设计决定采用固结灌浆法对上述地段进行加固，加固深度从回填土与风化岩石接触段（约20m）开始至孔底（约。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2007年第3期西部探矿工程 36m） ，灌浆孔平面孔距按3m 3m布置；对塌孔严重的部位，根据固化效果适当增加孔数。注浆设备及参数控制与桩端压浆

20、法相同，采用多段压浆，从下往上分段注浆，5m为一段，灌浆压力采用0. 20. 4MPa ，原则上是下大上小。施工顺序：先施工因塌孔未成桩区域，后施工附近区域，施工时浆液内加入适量早强剂，灌浆完毕3d后即可对未成桩进行施工。 6. 4冲击、回转钻进法对于已成桩区域因塌孔或其它原因未能成桩的个别桩，因施工孔深与设计孔深相差较大，不宜进行静压注浆，也不宜进行人工挖孔桩施工，采用更换成冲击、回转钻机施工的方法进行处理。 6. 5孔内爆破法对于在浅深度内遇坚硬岩石、孤石的桩孔，旋挖钻机钻进困难，采用冲击钻处理，施工速度又太慢，在采取了行之有效的安全保证措施后（全孔下钢护筒护壁） ，借鉴人工挖孔桩的施工方

21、法，采取孔内爆破法（松动爆破） ，配合旋挖钻机施工。实践证明，采用该法取得了明显的施工效果，极大地提高了旋挖钻机的施工速度。 通过以上措施和方案调整，较好地改善了施工局面，施工中遇到的问题得到解决和处理。旋挖钻机在主厂房和1 #锅炉房的施工基本处于正常状态，施工进度、工程质量基本满足了总体工程进度和设计要求。变更为人工挖孔桩的，由于投入的人力较多，组织有力，管理得当，施工效率并不低，而且工程质量更易控制，出现问题很少，工期也满足了一级网络施工计划。 7结束语本桩基工程由于地层条件复杂，施工方法采用了机械旋挖和人工挖孔两种工艺，并根据地层特点和施工实际情况，分别采取了后压浆和配合冲击回转钻等多种措施保证工程进度和质量。实践证明，在复杂地层条件下，这些措施是非常必要和及时的。 目前该工程土建部分已基本结束，经检测，基础部分工程质量良好。 （上接第43页） 作好斜孔控制，在成孔和填料振密过程中，保持导管垂直。 采用大功率振冲器，增强穿透能力，缩短造孔时间，降低串桩塌孔几率。 在局部夹层、软层段进行先填料振密“护壁”处理，后进行下部造孔。 对已经串桩塌孔的进行“复打”或“补桩”处理。 3