对某大厦桩基工程的技术探讨
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摘要：本文论述了某大厦施工的难点，并对混凝土钻孔灌注桩施工技术进行分析。
工程概况
某大厦工程占地面积为3368.6m ， 建筑面积为12873.95m2，地上部分为18层，结构质式为钢筋混凝土框架剪力墙结构。地下室1层，建筑面积为5876．91m2，层高分别为3.65m、4.2m。
一、施工条件及难点分析
某大厦桩基工程除大直径混凝土钻孔灌注桩的特点之外，其主要特色体现在以下二个方面。
（1）该部分桩基经设计单位反复核算共利用了665根，另尚需补桩18根。其中由于原地下室设计有二层，故有105根桩需要接桩。为确保工程桩的有效受力状态，设计选用了开挖基坑后接柱的处理
方法:即开挖至原桩顶设计标高后施工承台、柱子至现在设计的二层地下室底板处，接柱高度为3. 7m―5. 9m，然后采用级配砂石及粘土分层夯实回填。另外由于建筑物的功能及平面布置的改变，设计要求在基坑内补18根φ800mm桩。补桩施工时，基坑己开挖至自然地面
下12m，位于粉砂层和粉细砂层面上。为此经反复方案论证后，采取了先在补桩区域内铺填lm厚粘土层，下2m深护筒，在钻进中用黄粘土造浆同时加入粘土球，提高泥浆比重，并进行二次清孔后立即浇筑混凝土的措施，确保了在深井降水情况下能顺利完成补桩工程并保证了成桩质量。
（2）主楼部分桩基工程全部为新施工的后压浆钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径800mm，桩身混凝土强度等级C35，设计单桩极限承载力标准值3700kN，桩端持力层为第(8)层卵石层，要求桩端进入持力层1.0m以上，总桩数209根，其中工程桩105根，抗拔桩104根。
此部分桩基施工时有二个较大的技术难点:一是主楼桩基施工时，大厦部分基坑已大面积开挖至自然地面下12m粉砂层中，局部开挖至16m，大厦部分也己开启降水深井30余口，抽水量16000m3，由于大厦基坑与主楼相邻侧无侧向止水帷幕，因此地下承压水具有从南向北渗流的特性，对桩基施工过程中的成孔、护壁、混凝土成型及桩侧桩底压浆的效果均将产生影响，如何克服这些难点，保证成桩质量是关键技术难点之一;二是主楼桩基有62根位于大厦基坑边坡上，该部分桩上部空孔达14m，在保证成桩质量的同时，还必须确保大厦基坑边坡的安全，同时对如此长的空孔而言，桩位偏差的控制也是关键技术难点之一。该工程后压浆管采用1英寸焊管，桩底2根，桩侧在距桩孔底部12m, 24m各1根，压浆量为:桩端2t，桩侧1t，实际单桩压浆总量2.8~4.5t。
二、主要施工方法
1施工顺序
综合考虑施工条件、流水组织决定:首先将2台桩机集中在主楼场地中部施工，并及时进行桩端、桩侧后压浆，通过压浆固结土层并在大厦基坑与主楼之间形成一道侧向“止水帷幕”，然后安排3台桩机在以南施工，2台在以北边坡上施工，同时密切监测边坡变形，中部作为临时施工。
2钻机定位
有52根桩空孔达14m且在主楼和大厦交接处基坑边坡上施工，为了保证桩定位准确，垂直度满足要求，在桩机就位底部架设稳固后，用水平尺校正钻机平台，钻杆回转器与桩位在同一铅垂线上，钻进5m和l0m深后分别再校正一次，成孔过程中经常检查，确保以后下
钢筋笼时不受影响，混凝土保护层厚度满足要求。
3钻进成孔
钻进过程中，开孔轻压慢转，在粘性土层中保持正常钻进速度和压力，合理控制钻杆内泥浆上返速度;进入砂层后，适当放慢泥浆上返流速，从而减少对孔壁的冲刷，维护孔壁稳定;在卵石层中钻进时，加大压力，低档慢速钻进，以控制钻头不致超负荷产生跳动，同时加快泥浆上返速度，增大排碴能力。
4终孔控制
设计要求以桩端进入卵石层1. 0m作为终孔标准。根据地质勘察报告，卵石层顶埋深在自然地面下16. 2―19. 2m，但分布并不均匀，局部减少，实际钻进过程中发现有部分区域钻至卵石层深度未见明显卵石，大部分为中粗砂。经与设计单位、勘察单位协商:在此情况下，以孔深17. 2―20. 2m，并结合孔底取样作为终孔标准，以免钻透卵石层进入强风化泥质页岩。
5钢筋笼及导管吊放
一般钢筋笼长9m，为了保证钢筋笼长度，先根据实际孔深进行钢筋放样，确定最后一节笼长。钢筋笼吊放安入孔时，对准孔中心，缓慢下放，当前一段放入孔内后，即用钢管搁置在护筒口枕木上，再吊起另一段，上、下节笼对正并垂直，采用单面搭接后采取措施，焊
接后逐段放入孔内至设计标高。吊放过程中不允许左右旋转，若遇阻应停止下放，查明原因进行处理。导管使用前应检查密封性，第一节导管下到距离孔底300―500mm。
6清孔
清孔分两次进行，第一次清孔是当钻机钻到位后，先将钻头提离孔底0. 8―1. 0m，输入相对密度为1. 1―1. 15的泥浆进行循环，把孔内悬浮大量钻碴的泥浆置换出。第二次清孔在灌注混凝土之前采用导管进行，此次清孔要使孔底500mm以内泥浆比重、含砂率、粘度、孔底沉碴厚度满足规范和设计要求。清孔后待排出的泥浆比重与进浆相近时，可用手捻泥浆，无砂粒感为合格，还可用测孔深的线锤上下探触，以感觉孔底无虚土，落锤处质地硬为好。
7混凝土浇灌
混凝土浇灌在第二次清孔后30min内进行，为确保第一次浇灌混凝土埋管在0.5以上，必须有足够的混凝土初灌量，计算确定混凝土初灌量:不少于1. 85m3。为保证混凝土初灌量，先用隔水塞塞住料斗斗口，将混凝土灌满料斗(1. 0 m3 )，待天斗装满混凝土((1. 0 m3)且搁置于地斗上时，剪断隔水塞，打开天斗阀门，完成初灌混凝土量。
灌注过程中应注意管内混凝土下降和孔口的返水情况，用检验后的测绳及时测量孔内混凝土面标高，正确指挥拆管、提管。每次拆管前，应反手插1-2次，保证孔内混凝土密实，并保持导管埋深2―6m。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。在拔出最后一节长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的浓浆挤入形成泥心。为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上超灌1. 0m高的混凝土。
8大厦部分补桩
大厦部分设计利用原已施工的直径900mm桩665根，开挖至自然地面下12m粉砂层面后，由于局部承载力不足需补直径800mm桩18根。在此条件下进行桩基施工无先例可循，存在许多不利因素:①经深井降水后承压水就在基坑底以下0. 5―1. 0m，渗流现象十分明显;②上部覆盖土层挖除后，粉砂层在原高孔隙水压力状态下的密实性已不存在，极易被扰动跨塌。经反复分析，并进行试成孔，决定采取如下措施:①在补桩区域铺填lm厚粘土一层，下护筒深度2m;②在用高塑性黄粘土造浆的同时加入粘土球，泥浆比重提高到1. 3―1. 5;
③直径800mm的桩常规采用760―780mm的钻头，试成孔后采用直径800mm钻头，避免桩径缩小;④二次清孔后抓紧时间浇灌混凝土，减少空孔时间。通过采取以上措施，有效防止了塌孔、缩径现象，在粉砂层上顺利成桩。
三、桩端、桩侧后压浆
1、后压浆提高桩承载力机理
浙江地区近几年在钻孔灌注桩设计与施工中，针对地区下部中粗砂夹砾石、卵石的粗颗粒、无胶结、空隙度大的地层特点，发展了钻孔灌注桩后压浆技术，提高桩端和桩侧阻力，尤其通过桩底压浆，固化桩底沉碴虚土，使桩端持力层胶结程度提高，而且成层连接，从而大大提高单桩极限承载力，减小桩基沉降量。根据浙江地区钻孔灌注桩后压浆设计与施工经验，单桩极限承载力特征值一般能提高1096左右。
2、后压浆工艺
(1)压浆管制作
压浆管采用1. 0英寸焊管，压浆孔用钻花加工，孔洞轴向间距50mm沿管周螺旋形错开，制孔完毕将孔内铁屑清理干挣，孔口用橡皮包裹二层，压浆管下端口用厚为40―50mm钢板焊接封闭。
(2)压浆管安装
桩底设两根压浆管，桩侧设上、下侧各一根压浆管，分别距孔底部12m―24m。压浆管与桩主筋点焊并绑扎，底部伸出钢筋笼300mm。
(3)试水
每节压浆管随钢筋笼下放时应做试水试验，若发现水柱下降或无水柱，则应检查压浆管是否有砂眼，丝扣连接处是否密封。钢筋笼放置完毕二次清孔完成后，再次检查管内水面，而后用堵头封住压浆管上口。
(4)压水
压浆前先做压水试验，检查管路与单向阀畅通状况，清除单向阀周围混凝土中沉碴和泥浆，压水量0.6m3。压水试验应在成桩3d后进行，记录冲破压力值及疏通情况。
(5)机具、材料
压浆机具:压浆泵、经过计量校准的量程压力表、水泥浆搅拌机、0. 5m3贮浆桶(上覆滤网)。
压浆材料:42. 5MPa普通硅酸盐水泥，水灰比0. 7。
(6)压浆参数
桩端为密实的砾、卵石层，考虑大厦基坑深井降水引起的地下承压水渗流强的特点，采取大压浆量，较大的压浆压力，以压浆量为主要控制指标;桩侧为密实的砂土层，以压浆压力为主要控制指标，压浆量为参考指标。具体参数如下:
压浆量:桩端2吨、桩侧1. 5吨，总压浆量3. 5吨左右。
压浆压力:桩端1. 0―2. OMPa，桩侧0. 5―1. 5Mpa。
终压条件:总压浆量达到要求或稳压压力大于3.0MPa且持续1min。
⑦压浆方法
成桩3天后可开始压浆。压浆采取低速慢压的方法，同一根桩压浆顺序:上侧管一下侧管(3d后)端管;同一承台压浆顺序:先四周桩后中心桩。压浆完毕立即给压浆管拧上堵头，以免因回浆而降低压浆效果。
3、压浆管堵塞的补浆措施
若后压浆钻孔灌注桩因桩端或桩侧预埋压浆管堵塞使因无法后压浆致使单桩承载力达不到设计要求，可采取如下补浆措施:在桩侧用钻机，泥浆循环钻进至需处理的压浆管埋深，下预埋压浆管①至孔底，回填中粗砂至孔口下15m处，再下上部压浆管②，继续回填中粗砂至地面，通过压浆管②注入水泥浆，在压浆孔上部形成水泥砂浆塞，3d后按前述工艺用压浆管①补浆。
四、成桩效果及分析
1、浙江某大厦主楼共施工后压浆混凝土钻孔灌注桩683根，有效桩长28―32m，单桩压浆量:2. 8―4.5t。低应变检测269根桩:I类桩94. 1%,II类桩5. 9%。高应变检测60根桩:最小单桩极限承载力2743kN，最大单桩极限承载力3688kN，平均单桩极限承载力2832kN，均达到并超过设计要求的3700kN。
2、根据地质报告提供的参数预估同类型桩不压浆单桩极限承载力6716kN，则通过桩端、桩侧压浆平均提高单桩极限承载力与不压浆、等直径、同承载力的嵌岩桩比较，每桩可节约2630元，整个桩基节约120万元。
3、面对复杂的施工条件，结合工程实际对成孔、压浆等关键工序采取针对性的技术措施，保证了桩基施工质量，取得了较好的技术经济效益。在基坑开挖至粉砂层且进行深井降水条件下补桩成功，为恶劣条件下桩基施工提供了宝贵经验。
4、本工程单桩压浆量3. 5t，较浙江地区同类桩的压浆量多1吨左右，但在邻近基坑进行深井降水，地下承压水渗流强的条件下，无疑是正确的选择。大压浆量能弥补浆液的流失，保证桩基承载力提高所需的浆量。
5、后压浆混凝土钻孔灌注桩的施工质量，关系到桩的承载力的正常发挥，从成孔、清孔到浇灌混凝土、压浆，任何一个环节出现问题都会造成严重后果。因此应严格控制成孔、空孔时间，并且清淤干净，保证压浆量、压浆压力。