福州江濱地區(qū)超高層建筑灌注樁成孔工藝分析

張志剛

(1.贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院，江西 南昌 330029；2.江西省地質(zhì)工程〈集團〉公司，江西 南昌 330029)

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福州江濱地區(qū)超高層建筑灌注樁成孔工藝分析

張志剛1,2

(1.贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院，江西 南昌 330029；2.江西省地質(zhì)工程〈集團〉公司，江西 南昌 330029)

以福州江濱地區(qū)2個有代表性的超高層建筑樁基礎(chǔ)工程實例為依據(jù)，通過無卡式?jīng)_擊+正循環(huán)，旋挖+氣舉反循環(huán)，回轉(zhuǎn)+泵吸反循環(huán)3種成孔工藝之間的比對，提出了在福州市江濱地區(qū)超大粒徑厚層卵石與花崗巖地層灌注樁施工成孔工藝方面的一些見解，認為回轉(zhuǎn)+泵吸反循環(huán)是較為可靠的工藝。

超高層建筑；灌注樁；厚層卵石；花崗巖；回轉(zhuǎn)+泵吸反循環(huán)成孔工藝；福州江濱地區(qū)

1 問題的提出

近年來，隨著海西經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的日益加快，福州市城市建設(shè)步伐不斷加快。

福州市超高層建筑的主樓樁基多選用灌注樁。設(shè)計單位在其持力層的選擇上通常采用2種方式。一種是選取卵石層作為持力層，施工成樁后再通過后注漿工藝實施樁側(cè)或樁端注漿以取得較大承載力。這種工藝由于后注漿的施工特點，實際操作中樁底注漿工序質(zhì)量如無嚴格控制，難以有效保證樁基承載力達到設(shè)計要求。第二種是直接選取中風化花崗巖作為樁端持力層，該種設(shè)計必須穿過該地區(qū)厚度6～30 m不等的卵石層，樁端進入持力層深度為0.6～1倍樁直徑，以達到獲取較大承載力的目的。

與其它類型的樁基相比，嵌巖鉆孔灌注樁具有以下優(yōu)點：

(1)嵌巖部分充分利用基巖的承載性能，具有較高的側(cè)阻力和樁端阻力；

(2)因基巖壓縮性小，單樁的沉降小，群樁沉降不會因群樁效應(yīng)而增大，群樁承載力也不會因群樁效應(yīng)而降低；

(3)以嵌巖樁為基礎(chǔ)的建筑物在地震過程中所產(chǎn)生的地震效應(yīng)弱，抗震性能較好。

但嵌巖鉆孔灌注樁要求每根樁都必須合格，不允許有任何疏忽，這就要求施工把控好每個質(zhì)量節(jié)點。

本文結(jié)合筆者近年在福州江濱地區(qū)施工的數(shù)個超高層建筑的樁基礎(chǔ)經(jīng)驗，選取2個有代表性的工程實例，對于在超大粒徑厚層卵石與花崗巖地層內(nèi)進行灌注樁施工的幾種常規(guī)成孔技術(shù)進行總結(jié)比對，供同仁參考。

2 工程實例1

2.1 工程概況

擬建項目1位于福州市鼓樓區(qū)江濱西大道，距閩江河道約200 m，距江濱路主干道約50 m，工程規(guī)劃用地面積15624.6 m2，總建筑面積163863.6 m2，其中地下建筑面積36504.6 m2，擬建物由一幢47層的辦公主樓及1～3層附屬商業(yè)裙樓組成，設(shè)3層大底盤式地下室(地下車庫)。擬建場地原為閩江古河灘，在閩江河道北側(cè)，屬沖淤積平原地貌單元，擬建場地上覆第四系堆積、淤積、沖洪積地層，下伏燕山晚期花崗巖。在鉆孔深度范圍內(nèi)巖土層可分為9個主層：①雜填土(Q4ml)、②粘土(Q4al)、③淤泥(Q4m)、④中砂(Q4al+pl)、⑤淤泥質(zhì)土(Q4m)、⑥粉土(Q4al+pl)、⑦中砂(Q4al+pl)、⑧卵石、⑨中風化花崗巖(γ53)。

其中⑧卵石表現(xiàn)為花崗巖質(zhì)，實鉆揭示粒徑5～60 cm不等，松散堆積；⑨中風化花崗巖(γ53)，青灰、灰白色，中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長石等，巖石較新鮮，錘擊聲較脆，不易擊散，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，裂隙面有鐵質(zhì)浸染、風化明顯，巖體完整程度為較破碎，巖心多呈塊狀—短柱狀，屬較硬巖，巖石基本質(zhì)量等級為Ⅳ級，RQD≈40～61。

擬建場地覆蓋層厚度>50 m,層次較多，層位相對穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為淤泥(淤泥質(zhì)土)與砂(礫卵石)層交替出現(xiàn)，相間成層，為較典型的福州平原海陸相沉積多層結(jié)構(gòu)地貌單元特征，發(fā)育有多層地下水含水層。④中砂為場區(qū)第一含水層；⑦中砂、⑧卵石及⑨中風化花崗巖為場區(qū)第二含水層。

該項目主樓基礎(chǔ)采用(沖)鉆孔灌注樁，設(shè)計樁徑1200 mm，樁長56～75 m，總樁數(shù)為215根，灌注樁基礎(chǔ)持力層為⑨中風化花崗巖(γ53)，樁端全截面進入中風化花崗巖持力層≥0.6 m。

2.2 成孔工藝的選擇

該項目一開始沿用福州地區(qū)常規(guī)無卡式?jīng)_擊鉆成孔手段，該成孔工藝因地層適應(yīng)性較強、施工綜合費用成本較低等優(yōu)點在福州地區(qū)運用較為廣泛。但在本項目中，該工藝的不適應(yīng)性較為明顯。

(1)因設(shè)計要求樁端進入中風化花崗巖，在進入巖層取樣環(huán)節(jié)中，由于卵石層與中風化層層位相鄰，而卵石層巖樣因其特殊的形成機理往往表現(xiàn)為中風化狀，甚至為微風化狀，與持力層中風化花崗巖巖樣外觀極為相近，沖擊鉆的正循環(huán)懸浮鉆渣取樣模式容易造成對巖層的誤判。部分樁基經(jīng)成樁后樁底取心檢測發(fā)現(xiàn)，此種工藝甚至導(dǎo)致一部分沖擊成孔的樁端未進入中風化花崗巖而坐落于卵石層內(nèi)。

(2)由于該工藝的特點，在砂層與厚卵石層內(nèi)進尺緩慢。受場地較小、鉆機容量有限限制，由于采用空心錘，在中風化花崗巖地層內(nèi)工效緩慢，而且沖擊錘頭開裂修補頻率較高，后換用實心錘頭，工效亦無法提高。上述原因?qū)е略擁椖壳捌谑┕みM度嚴重滯后。

(3)該工藝由于泥漿稠度過大，成樁后孔壁泥皮過厚，客觀上降低了樁側(cè)摩阻力，樁端沉渣清除不徹底，也造成樁端承載力受到影響。

針對上述情況，經(jīng)與建設(shè)單位和設(shè)計單位充分溝通后，決定改用經(jīng)過優(yōu)化后的回轉(zhuǎn)+泵吸反循環(huán)泥漿護壁成孔工藝，并輔助以少量正循環(huán)沖擊鉆。使用該工藝后，實際效果明顯，不僅成樁質(zhì)量得到保證，由于單機工效較快，在場地設(shè)備容量有限的情況下，整體施工進度也得到了大幅提升。

通過對該場地下伏地質(zhì)情況的充分了解與分析，實際施工中，對①雜填土(Q4ml)、②粘土(Q4al)、③淤泥(Q4m)、④中砂(Q4al+pl)、⑤淤泥質(zhì)土(Q4m)、⑥粉土(Q4al+pl)、⑦中砂(Q4al+pl)、⑧卵石(Q2al+pl)等層位內(nèi)采用四翼雙腰帶單龍門鉆頭進行鉆進，鉆進至入巖后對、⑨中風化花崗巖換用牙輪鉆頭。

2.3 成孔工藝流程

成孔流程如下：測放樁位→挖埋護筒→鉆機就位→對中平整→接鉆頭(接四翼鉆頭) →開鉆→鉆至巖層，取樣確定 →提鉆→更換鉆頭(牙輪鉆頭) →下鉆鉆進，終孔。

2.4 成孔工藝技術(shù)措施

(1)為保證成孔設(shè)備扭矩及鉆孔垂直度，選用GPS-20型工程鉆機，壁厚16 mm的法蘭盤連接鉆桿；連接螺栓選用10.9級高強度螺栓。

(2)針對本工程情況，考慮到在卵石層內(nèi)施工鉆頭受扭力矩較大，因此除對鉆頭中心管部分予以增加厚度至18～20 mm之外，龍門及鉆頭端部4個翼板均作端部加厚抗扭處理。

(3)考慮到本項目上部中砂和卵石層等地層中鉆頭梳齒的重要性，從抗沖擊能力和耐磨性出發(fā)，為減少鉆頭修補起下鉆的成孔輔助時間，特別定制一批高強度硬質(zhì)合金刃具鑲于鉆頭翼板和龍門上。

(4)在鉆頭籠部桿件部位焊制鋼筋攔網(wǎng)，使籠式鉆頭鉆進過程中可以攜帶部分大粒徑卵石。

(5)該項目中風化花崗巖單軸飽和抗壓強度達25～50 MPa,鉆進進入巖層后，換用牙輪鉆頭得以保證巖層內(nèi)的施工工效及刃具消耗正常。根據(jù)現(xiàn)場鉆進的實際情況合理地安排鉆頭的更換時間節(jié)點，是保證工效的必要措施。

2.5 施工效果

鉆進過程中采用泵吸反循環(huán)，成孔過程中對各地層地質(zhì)情況均能清晰準確地予以揭示，使樁端入巖判定較為準確。此外，該工藝由于清除樁端沉渣較為徹底，提高了灌注樁的端承力發(fā)揮。反循環(huán)鉆孔過程中形成的泥皮較薄從而使摩阻力增大。從而大大提高了單樁豎向承載力。根據(jù)對比試驗，反循環(huán)成樁比正循環(huán)成樁提高承載力10%～20%，相對于福州地區(qū)常規(guī)成孔工藝，采用回轉(zhuǎn)+泵吸反循環(huán)泥漿護壁成孔工藝的單位承載力造價必然降低。

混凝土澆注質(zhì)量得到充分有效的保證。由于正循環(huán)鉆孔過程中因沖洗液濃度高、密度大所形成的過厚泥皮與孔底沉渣，極易使臨近樁頂10 m左右樁身混凝土質(zhì)量差、強度低，而該部分又是樁受力的關(guān)鍵位置。反循環(huán)成孔由于沖洗液密度、濃度、粘度都較低，形成泥皮較薄和鉆渣清理較為徹底，因此灌注較為順暢，樁頂泥漿少，樁頭及樁身混凝土質(zhì)量得到保證。

通過以上相關(guān)措施，確保了本項目灌注樁的平均施工工效，在項目施工整體進度已遠遠落后的情況下得到扭轉(zhuǎn)，如期按照業(yè)主要求工期完工，而且施工質(zhì)量得到保證。

該項目主樓樁基完工后按各種檢測手段進行了檢測：

按總樁數(shù)的30%選取了65根樁進行了現(xiàn)場超聲波透射法檢測，其中Ⅰ類樁64根，占檢測樁的98.5%；Ⅱ類樁1根，占檢測樁的1.5%。完全滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

按總樁數(shù)的10%選取了22根樁進行抽心檢查，樁身強度、樁身完整性、樁底沉渣厚度、樁端持力層均能完全滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

按100%進行低應(yīng)變檢測，其中Ⅰ類樁212根，占檢測樁的98.6%；Ⅱ類樁3根，占檢測樁的1.4%。

該項目主樓樁基一次性通過竣工驗收。

3 工程實例2

擬建項目2與擬建項目1屬于同一相鄰地段，地質(zhì)情況基本相近。該項目在試樁階段采用回轉(zhuǎn)+泵吸反循環(huán)泥漿護壁成孔工藝，試樁經(jīng)各項檢測均合格。項目正式開建階段，設(shè)計單位在灌注樁施工工藝上設(shè)計選用旋挖+氣舉反循環(huán)成孔工藝。

旋挖工藝因其成孔速度快，污染小,近年運用較為廣泛。但在本地域施工，由于場地內(nèi)地下水含量及水位較高，卵石層厚及松散等實際地質(zhì)情況，擬建項目樁基完工后經(jīng)超聲波檢測發(fā)現(xiàn)有近1/3的樁身存在不同程度的缺陷。

分析原因有：旋挖工藝由于其本身的成孔速度過快，原生地層自造漿能力未能充分發(fā)揮，江濱地段的松散土層被成孔機具擾動破壞后無法及時施以優(yōu)質(zhì)泥漿護壁，成孔后灌注前鉆孔局部孔壁不穩(wěn)定導(dǎo)致坍塌，造成樁身局部夾泥夾砂造成大量樁基出現(xiàn)缺陷。

本項目旋挖施工樁基總承載力不能滿足建筑物要求，后又采用回轉(zhuǎn)+泵吸反循環(huán)泥漿護壁成孔工藝重新施以補樁160根，確保承載力滿足了設(shè)計要求。

4 福州江濱地區(qū)樁基施工成孔工藝適用性分析

綜上所述，在福州江濱地區(qū)的超高層建筑灌注樁基施工中，以上3種工藝在實踐中均得到了適用性檢驗。對3種工藝實際運用情況進行綜合比對見表1、表2。

表1 不同成孔工藝的優(yōu)缺點

表2 不同成孔工藝的適用性評價

經(jīng)過綜合評測比對之后可發(fā)現(xiàn)，鑒于福州市江濱地區(qū)特殊地質(zhì)情況和樁基設(shè)計質(zhì)量保證的要求，在該地區(qū)超高層建筑灌注樁基的施工工藝選擇上，回轉(zhuǎn)+泵吸反循環(huán)泥漿護壁成孔工藝與其它成孔工藝相比，從質(zhì)量和工效上看應(yīng)為較為穩(wěn)定可靠的工藝。

5 結(jié)語

對于福州市江濱地區(qū)的特殊水文、地質(zhì)情況，其樁基施工工藝選型應(yīng)做到因地制宜、合理選擇，并針對各工藝使用過程中容易產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷問題及時進行相關(guān)技術(shù)總結(jié)，對工藝采取適當?shù)恼{(diào)整改進措施，以確保超高層建筑樁基礎(chǔ)工程的施工質(zhì)量。

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Borehole Completion Process of Cast-in-place Pile for Super High-rise Buildings in Fuzhou Riverside Area/

ZHANGZhi-gang1,2

(1.Ganzhongnan Institute of Geology and Mineral Exploration, Nanchang Jiangxi 330029, China; 2.Jiangxi Geo-engineering 〈Group〉Corporation, Nanchang Jiangxi 330029, China)

Taking 2 representative prohect examples of super high-rise buildings in Fuzhou riverside area as the basis, by the process comparison of conventional percussion drilling + normal circulation drilling, rotary drilling + air lift reverse circulation drilling and rotary drilling + pump suction reverse circulation drilling, some opinions are presented for the grouting pile drilling construction in thick layer of super large-size gravel and granite formation in Fuzhou riverside area, rotary drilling + pump suction reverse circulation process is decided to be reliable.

super high-rise buildings; cast-in-place pile; thick layer of gravel; granite; borehole completion by rotary drilling + pump suction reverse circulation drilling; Fuzhou riverside

2016-10-10；

2017-04-03

張志剛，男，漢族，1975年生，從事鉆探施工、巖土工程施工技術(shù)管理工作，江西省南昌市解放西路658號，542120023@qq.om。

TU473.1+4

A

1672-7428(2017)06-0084-04