高层建筑工程桩施工技术

1、高层建筑工程桩施工技术杨剑【摘 要】伴随着城市现代化进程的发展，高层建筑在城市中得到了不断发展，随之而来的是高层建筑的基础越来越深，工程桩越来越深、越来越长。现结合德基广场二期高层工程桩试桩工程实例，就钻孔灌注桩施工主要工序、施工方法和技术措施作简要探讨。【关键词】工程桩；正循环回旋钻进；气举反循环清孔 TU97 ，TU753.3 A T2011-12(03)-1702工程概况德基广场二期工程位于南京主城区的长江路、中山路与糖坊桥路汇成的三角地 带。由主楼、附楼和地下室构成，是一个集酒店、办公、商业和公寓于一体的 综合项目，总面积约23 万平方米（其中地上17 万平方米、地下 6 万平方 米）

2、。主楼位于场地的东北部，为一幢73 层、高 315m的超高层建筑；附楼为9 层，结构高度50m；地下室 4 层（略大于主楼和附楼范围），基坑预计开挖深度在 20m左右。主楼部分采用筒中筒结构体系，外框架柱与核心筒的间距12m左右，基底平均压力 12001300kN/m2；附楼部分采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，柱距8.7m9.7m，在局部大跨悬挑区采用桁架，平均柱底轴力20000kN，最大柱底轴力 30000kN。主楼结构部分拟采用钻孔灌注桩加筏板的基础形式；附楼结构部分拟采用钻孔灌注桩的基础形式；地下室部分拟采用地下连续墙或钻孔灌注桩加内支撑支护结构体系。确定本工程桩基的极限承载力，使设计既安

3、全可靠又经济合理，根据国家有关规范的规定和工程需要，进行工程桩的试桩施工，施工工期 40d。黑灰色，流塑，含腐植物和螺丝、贝壳。层顶埋深0.8 3.0m，层厚 0.5 3.0m。粉质粘土：灰黄 - 黄灰，可塑，局部低塑性，夹粉土、粘土，稍有光泽，韧性、干强度中等。层顶埋深3.0 31.5m，层厚 0.9 20.0m。粉质粘土混粗砂、卵砾石：灰- 灰黄色，粉质粘土为软 - 可塑，卵砾石含量不均匀，一般在 10% 25%，局部仅 5%左右，粒径一般在15cm，个别 10cm， 以石英岩、石英砂岩为主要成分，磨圆度较好，呈次圆状。层顶埋深31.3 36.7m，层厚 0.3 4.3m。 -1 强风化泥

4、岩、泥质粉砂岩：紫红色，夹粉细砂岩、粉砂质泥岩，风化强烈，结构已不清晰，岩芯用手易碾碎，局部夹少量岩块，属极软岩，遇水极易软化。层顶埋深32.8 36.8m，厚度 0.2 3.0m。 -2n1 中风化泥岩、粉砂质泥岩：紫红色，岩体较完整，间夹胶结较差、层理较发育的泥质粉砂岩、细砂岩，属极软岩，岩体基本质量等级为，浸水易软化。与泥质粉砂岩、粉细砂岩呈互层分布，厚度1.0 12.6m。 -2n2 中风化泥岩：紫红色，岩体较完整，局部裂隙发育，部分为胶结差、层理发育的细砂岩，间夹粉砂质泥岩，岩芯用手易折断，用力能碾碎，属极软 岩，岩体基本质量等级为，浸水极易软化。呈透镜体分布在泥质粉砂岩、粉砂质泥岩

5、层中，并呈互层状，厚度1.8 9.4m。 -2s1 中风化泥质粉砂岩、细砂岩：紫红色，岩体完整，间夹粉砂质泥岩、泥岩，以软岩为主，岩体基本质量等级为，浸水易软化，厚度2.0 16.1m。 -2s2 中风化泥质粉砂岩、细砂岩：紫红色，岩体完整，部分为泥岩，夹粉砂质泥岩，属软岩，岩体基本质量等级为，浸水易软化。层顶埋深 48.5 58.8m，除主楼外该层未钻穿。 -3s 中风化细砂岩、泥质粉砂岩：紫红色，岩体完整，局部夹粉砂质泥岩、泥岩，大部分为软岩，部分为较软岩，岩体基本质量等级为- ，浸水可软化。层顶埋深 63.5 68.0m，该层未钻穿。工程钻孔灌注桩施工主要工序的施工方法和技术措施本工程试

6、桩总量为4 根，我公司承接了德基广场二期工程桩基试桩工程SH-2 号、SH-3 号桩的施工。根据施工现场平面范围及对地质条件的分析，综合考虑到桩底岩层坚硬和天气等不利因素的影响，SH-2 号桩用上海产 GPS-15 型钻机施工 , SH-3号桩用 GPS-20 型钻机施工。基础工程桩说明本工程定位坐标及 0.00 相当的绝对标高10.14 。桩基工程采用钻孔混凝土灌注桩，桩身混凝土强度等级C45。试桩总数为 2 根，其中 :SH-2 型桩 1 根，桩径 1500，主筋 26?准 22，加劲箍 ?准 18 2000， 螺旋箍筋 ?准 8 250（加密区 100）。SH-3 型桩 1 根，桩径 1

7、500，主筋 26?准22，加劲箍 ?准 18 2000，螺旋箍筋 ?准 8250（加密区 100）。桩体钢筋 ?准为 HRB23，5?准为 HRB33。5桩内纵向钢筋的接长采用焊接连接，纵横钢筋交接处均应焊牢。桩基以 -2S2 中风化泥质粉砂层为桩端持力层，实际孔深应以桩端进入持力层的深度为主要依据。基础工程桩施工施工工艺流程测放桩位埋设护筒钻机就位钻进至孔底标高（扩孔）第一次清孔安放钢筋笼导管安放第二次清孔（合格）灌注首灌混凝土连续混凝土灌注、拔拆导管测量混凝土面标高（合格）移机，进行下一循环施工作业。施工技术措施测量放线定位。根据控制点采用极坐标法放出桩位，用全站仪（经纬仪）进行测角、量

8、距和坐标定出桩位，并用第三点校核。在所测设桩位中心点打入钢筋作为桩位标志，钉好护桩。埋设护筒。在埋设护筒时，采用十字交叉法，将所放桩位点移出，埋设好护 筒后用十字交叉法恢复，埋深1.0m，上口高出地面40cm，四周用土回填夯实。护筒口用红油漆做好十字线标记。桩机就位。护筒埋设完毕后，平整场地填实虚土，使桩机稳定就位，钻机基座四周平稳，转盘中心钻架吊滑轮与桩位中心在同一垂直线上。机台用水平尺检查水平度。正循环回旋钻进。安装钻机时，转盘中心应同钻架上吊滑轮同一垂直线 上，钻杆位置偏差应 2cm。开始钻进时，应先在护筒内放一定数量的泥浆或粘土块，稍提钻杆，开始空转，并从钻杆中压入清水，使之搅拌成浆，

9、开动泥 浆泵进行循环，待泥浆均匀后开始钻进。初钻时应低档慢速钻进，使护筒刃脚处形成坚固的泥皮护壁，钻至护筒刃脚下1m后，可按土质情况用正常速度钻进。钻具下入孔内，钻头应距孔底钻渣面5080，并开动泥浆泵，使冲洗液循环 23min。然后开动钻机，慢慢将钻头放到孔底，轻压慢转数分钟后，逐渐增加转速和增大钻压，并适当控制钻速。正常钻进时，应合理调整和掌握钻进参数，不得随意提动孔内钻具。操作时应精力集中，掌握升降机钢丝绳的松紧度，减少钻杆水龙头晃动。加接钻杆时，应先将钻具稍提离孔底，待冲洗液循环 35min 后再拧卸加接钻杆。钻进过程中，应防止扳手、管钳、垫叉等金属工具掉落孔内，损坏钻头。如护筒底土质

10、松软出现漏浆时，可提起钻头，向孔中倒入粘土块，再放入钻头倒转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆空隙， 稳住泥浆后继续钻进。第一次清孔。成孔达到设计要求后，即进行清孔置换泥浆。第一次清孔是在钻进达到设计孔深以后计将钻头提高孔底20cm左右，利用空压机气举抽浆清孔，用泥浆泵抽取低浓度泥浆或清水补充孔内泥浆，各参数符合设计要求后， 即下钢筋笼。钢筋笼制作安放。本工程钻孔灌注桩钢筋笼笼径分别为1400，长度 3440m。采用一次加工制作成型、机械吊装就位的施工方法。钢筋笼焊接采用E43 焊条，主筋搭焊长度双面焊10d（d 为主筋直径），主筋在同一截面，焊接根数50%，加强筋与主筋之间使用满焊，螺旋筋与主筋之间采

11、用隔点焊，护壁环在加工时即要按规定焊好。为了防止吊装钢筋笼时钢筋变形，采用双吊点吊装。第二次清孔。在钢筋笼下设完毕以后，用空压机通过导管进行再次气举清孔，同样用泥浆泵抽取低浓度泥浆或清水补充孔内泥浆，直至合格。沉渣的清除采用反循环成孔工艺能达到较好的效果速度能达到2 3ms，是正循环的 40 倍以上，故携渣能力强，清孔关键是控制好孔内泥浆面的落降，落降快、落差大则易塌孔，因此补浆要跟上，而且抽渣时间要短，如果应用得当，桩的承载 力能大幅度提高。灌注前抽吸2min 左右，一方面抽出一定的沉渣，另一方面泥浆的抽吸作用导致一部分沉渣、沉淤上浮，而且短时间内不会沉淀。此时灌注 混凝土，混凝土坠落的巨大

12、冲击力还能溅除最后残余的部分沉渣与沉淤，可基 本上将孔底沉渣清除干净。灌注水下混凝土。清孔完成后，应尽快灌注水下混凝土。本工程采用泵送商 品混凝土标号 C45，要求塌落度1822cm，初凝时间控制在3h 左右。为保证水下混凝土的质量要求首灌混凝土量能将导管埋入混凝土中1m以上。水下混凝土灌注作业应连续紧凑，中途不得中断，边灌边拔一气呵成。施工中要有专人测试、记录混凝土面标高导管埋深，保证导管在混凝土中埋深2 6m，严禁导管拔出混凝土面。最后一节导管拔管时一定要缓提慢拔。为保证桩顶混凝土质量 混凝土灌注高度要有一定的超灌量, 本工程桩头超灌量控制在80cm。混凝土灌注至理论桩顶时手工捣测，应以感

13、到碎石为准。灌注完成后，桩的空头部分要及时处理填实和覆盖，以免发生安全事故。本工程采用自平衡测桩法。地面上绑扎和焊接钢筋笼、安装荷载箱由专人负责指导监督。荷载箱立放在平整地上，吊车将上节钢筋笼（含钢管和位 移棒）吊起与荷载箱上顶板焊接（所有主筋围焊，并确保钢筋笼与荷载箱起吊 时不会脱离）保证钢筋笼轴线与荷载箱轴线重合，再点焊喇叭筋，喇叭筋上端与主筋，下端与荷载箱内圆边缘点焊，保证荷载箱水平度5%；然后荷载箱下底板与下节钢筋笼连，焊接下喇叭筋。埋荷载箱前检查桩径，桩长（包括荷载箱），油管及钢管长度，钢管距离。钢筋笼与荷载箱放入孔中后进行二次清孔。埋完荷载箱，浇混凝土前注意保护油管及钢管封头。结束

14、语在试桩 SH-2 号和 SH-3 号施工中， SH-2 号桩用上海产 GPS-15 型钻机施工 , SH-3 号桩用 GPS-20 型钻机施工。设备的选型15 型钻机相比， 20 型钻机转速快，但扭力小。工艺同为正循环回旋钻进，气举反循环清孔。地层情况两根桩都是：地表向下0 36m为土层、 36 39m为砾石层及强风化泥岩、39m以下均为中至微风化泥岩及泥质砂岩，地层变化不大, 从上到下地层均造泥浆。施工的效率和结果孔深 39m以上，两台钻机均用 ?准 1500 钻头一次钻到位，20型钻机用时约40h，而 GPS-15 型钻机用时不到24h 。而孔深 39m 以下， 15 型钻机分别采用了?

15、准 600 抽心钻和 ?准 800、?准 1000、?准 1500 的钻头等分次扩孔钻进、20 型钻机只采用了 ?准 1000、?准 1500 等两次扩孔钻进。其结果：单从有效钻进平均时效上看 15型钻机较高（ 15 型钻机达 10 20cm， 20 型钻机仅 8cm左右），但最终成桩用时都差不多，这主要因为15型钻机钻头和钻杆损坏频繁，非钻进时间多，而20型钻机没发生钻头和钻杆损坏，一直为正常钻进。其实该岩层硬度并不高，不伤刀排合金、遇水后软化，就是整体可取性差。单桩技术经济指标嵌岩越多，耗时越长；嵌岩桩径越大，耗时、耗材越大。两根试桩按 14 万元的合同价，单就现场施工直接成本，就亏损 2

16、 万余元，且耗时近 20d ，业主工程工期也不经济。如果在保证工程需要的前提下作如下修改，效果会比较好：缩小桩径在 ?准 1000 左右，缩短嵌岩深度在10m以内，增加桩数达到工程要求；扩大桩径在 ?准 2000 左右，缩短嵌岩在深度3m以内, 减少桩数达到工程要求；维持原设计，根据试桩实验结果尽力缩短嵌岩深度，桩基施工采用冲 击钻配合回旋钻施工。参考文献中华人民共和国建设部 . 建筑地基基础设计规范 S.北京：中国建筑工业出版社， 2002苏宏阳，郦锁林等 . 基础工程施工手册 M. 北京：中国计划出版社，2002成 虎. 工程项目管理 M. 北京：中国建筑工业出版社，2006谢明耀，曾进伦 . 地下工程设计施工手册 M. 北京：中国建筑工业出版社，1999王 镝，陆惠民等 . 城市基础设施工程项目管理与施工技术（上接第26 页） M. 南京：东南大学出版社，2004林宗元. 岩土工程治理手册 M. 沈阳：辽宁科学技术出版社，1993Chapman C B,Cooper D F.Risk Analysis for Large Projects-Models, Methods and CasesM.19