建筑工程樁基礎施工工藝探析

一.工程概況

某工程為兩棟一組高層建筑，沿街2層的裙房通過騎樓銜接兩棟高層主體建筑，該樁基為鋼筋砼鉆孔灌注樁，地基基礎等級為甲級，安全等級為一級，A、B塔樓樁基礎為嵌巖樁，嵌巖深度為1.5m、2.5m兩種類型。有效樁長約為83M，￠1000及￠1000A單樁承載力特征值分別為8500 KN 和 9500 KN ，并采用后注漿工藝；￠800單樁承載力特征值為2800KN，￠800A為抗拔樁，單樁承載力為2800KN（抗拔承載力為900KN）。水下砼標為C30，C35，C40三種。采用雙管孔底后注漿工藝，注漿壓力>10Mpa，排漿量>5m3/n，水灰比0.4～0.6，單樁注入水泥量>1800kg（￠1000A為2500kg），注漿維持壓力>2Mpa，注漿實行雙控指標，以注入水泥量為主，注漿壓力為輔。

二.工程地質、水文地質條件及試打樁概況

本工程地質條件復雜，共分11個地層，水文條件簡單，地下水對混凝土結構及鋼筋有弱腐蝕性。

選取6根工程樁作為試樁，通過設備選型，鉆具選擇和工藝操作對比，合理選擇出適合本工程的施工方法和工藝。

塔樓鉆孔灌注樁為嵌巖樁，嵌巖深度為1.5m、2.5m。

鉆機：GPS18型、GPS20型鉆機；

鉆具：普通三翼鉆頭、沖擊錘頭、牙輪鉆頭、滾刀鉆頭；

工藝組合：GPS18型鉆機+“普通三翼鉆頭鉆進+正循環”；

GPS20型鉆機+“牙輪鉆鉆進+ 氣舉反循環”；

GPS20型鉆機+“滾刀鉆頭鉆進+氣壓清渣”。

三.試打樁施工情況

（一）工藝一：GPS18型鉆機+“普通三翼鉆頭鉆進+正循環”，1#試樁

1）試樁工藝的確定：主要根據原設計試樁施工工藝。采用“普通三翼鉆頭鉆進+正循環”。

2）泥漿比重選擇：本場地上部淤泥質粘土地層造漿性能好，選用原土自然造漿，泥漿比重控制在1.2左右。

3)鉆進設備的選擇：選用GPS-18型工程鉆機，鉆頭選用普通硬質合金三翼鉆頭。

4 )實際鉆進情況：1#樁自9月24日8∶08開鉆，至10月16日16∶30結束，歷時23天，在試打樁過程中，出現過糊鉆、埋鉆和鉆桿斷裂等情況，在其有效工時內，鉆機進尺情況如下：

A、含粘性土角礫以上土層：采用普通硬質合金三翼鉆頭鉆進，有效鉆進時間17.22小時，成孔深度35.58m，鉆進速度平均為2.07m/h。

B、含粘性土角礫層：采用普通硬質合金三翼鉆頭鉆進，有效鉆進時間52.83小時，成孔深度22.79m，鉆進速度平均為0.43m/h。

C、強風化凝灰巖層：采用普通硬質合金三翼鉆頭鉆進，有效鉆進時間35.50小時，成孔深度2.8m，鉆進速度平均為0.08m/h。

D、中風化凝灰巖層：采用普通硬質合金三翼鉆頭鉆進，有效鉆進時間194.75小時，成孔深度3.68m，鉆進速度平均為0.01889m/h。

5)故障處理與原因分析：

A、在粘性土角礫層中，加鉆桿時發現鉆桿被埋提不動，分別采用25T及50T汽吊強行提鉆無果，后來向導管壓氣反循環清渣將沉渣清除后才順利提鉆。出現該故障的主要是因為含粘性土角礫層巖屑粒徑較大，鉆進時泥漿比重控制過小，鉆進速度過快，沉渣上浮較慢，在更換鉆桿過程中沉渣快速沉積造成埋鉆。

B、在含粘性土角礫層及強、中風化凝灰巖層中，均出現過鉆桿斷裂，主要原因是擋位過高，轉速過快，鉆壓過大，鉆機機械性能不能滿足工法要求。

C、在強、中風化凝灰巖鉆進中，鉆具磨損嚴重，鉆頭刀具脫落，鉆機離合片損壞。主要原因是孔太深，鉆桿太長，巖層堅硬，鉆頭阻力較大，普通硬質合金三翼鉆頭鉆進不能滿足工法要求。

6)小結：在后續試打樁過程中應作如下調整：鉆進至含粘性土角礫層后，鉆速減慢，泥漿比重調整到1.5左右，強大泥漿護壁和浮渣功能；對鉆機性能進行全面檢查，更換部分配件；進入強、中風化凝灰巖后要改用其它鉆頭具。

（二）工藝三：GPS20型鉆機+“牙輪鉆鉆進+氣舉反循環”，3#試樁

1）施工工藝的確定：總結1#、2#樁試打樁經驗，在3#樁試打樁過程中再次進行了工藝調整，即在含粘性土角礫層以上采用“普通三翼鉆頭鉆進+正循環”，進入含粘性土角礫層后改用“普通三翼鉆頭鉆進+氣舉反循環清孔”，但因土角礫層碎石粒徑過大造成堵管，再次采用普通三翼鉆頭鉆進+正循環”，進入強、中風化巖層時采用“牙輪鉆鉆頭鉆進+氣舉反循環清孔”。

2）泥漿比重選擇：在含粘性土角礫層以上，選用原土自然造漿，泥漿比重控制在1.3左右，進入土角礫后調整為1.5左右。

3）鉆進設備的選擇：在含粘性土角礫層以上采用GPS-20型鉆機普通三翼鉆頭鉆進，輔以正循環清孔工藝；進入含粘性土角礫層后采用氣舉反循環及普通正循環工藝；進入強、中風化巖層時采用“牙輪鉆鉆孔+氣舉反循環”。

4）實際鉆進情況：3#樁自11月1日18∶50開鉆，至11月9日9∶00結束，在其有效工作時間內，鉆機進尺情況如下：

A、含粘性土角礫以上土層：采用普通硬質合金三翼鉆頭鉆進，有效鉆進時間9.3小時，成孔深度47.58m，鉆進速度平均為5.12m/h。

B、含粘性土角礫層：采用普通硬質合金三翼鉆頭鉆進，同時開始采用氣舉反循環清孔工藝，有效鉆進時間22.49小時，成孔深度22.64m，鉆進速度平均為1.01m/h。

C、強風化凝灰巖層：采用牙輪鉆頭鉆進，氣舉反循環清孔，有效鉆進時間17.25小時，成孔深度4.58m，鉆進速度平均為0.27m/h。

D、中風化凝灰巖層：采用牙輪鉆頭鉆進，氣舉反循環清孔，有效鉆進時間6.49小時，成孔深度1.62m，鉆進速度平均為0.25m/h。

5）故障處理和原因分析：

A、在角礫層鉆進中，采用氣舉反循清孔工藝，產生堵管。主要原因是角礫粒徑較大，造成反循環管路堵塞，其中氣舉反循環吸出的石塊最大邊有17cm。

B、在角礫層中鉆進，鉆頭阻力較大，鉆頭刀具脫落和鉆機離合片損壞嚴重。

6）小結：反循環清孔工藝適用本主樓工程樁的施工，在巖層中不僅鉆進效率高，還能保證清孔質量；牙輪鉆頭在巖層中鉆進效率較高，應優選；在角礫層中反循環鉆進堵塞嚴重，施工效率低，設備事故率高，應改用正循環工藝。如果在二次清孔時，改用氣壓法直接從孔底壓氣排渣、置換泥漿，不僅不會堵管，而且還能調漿，把泥漿比重調到灌注砼的要求。

（三）工藝四：GPS20型鉆機+“滾刀鉆頭鉆進+氣壓清渣”，4#、5#、6#試樁

1）施工工藝的確定：含粘性土角礫層以上采用“普通三翼鉆頭鉆進+正循環”，進入強、中風化巖層時采用“滾刀（牙輪）鉆鉆頭鉆進+氣舉反循環清孔”。

2）泥漿比重選擇：在含粘性土角礫層以上，選用原土自然造漿，泥漿比重控制在1.3左右，進入土角礫后調整為1.5左右。

3）鉆進設備的選擇：GPS-20型鉆機。

4）實際鉆進情況：4#樁自11月12日6∶00開鉆，至11月16日9∶05結束，歷時5天，在其有效工作時間內，鉆機進尺情況如下：

A、含粘性土角礫以上土層：采用普通硬質合金三翼鉆頭鉆進，有效鉆進時間13小時，成孔深度47.1m，鉆進速度平均為3.62m/h。

B、含粘性土角礫層：采用普通硬質合金三翼鉆頭鉆進，正循環清孔工藝，有效鉆進時間14.42小時，成孔深度23.08m，鉆進速度平均為1.6m/h。

C、強、中風化凝灰巖層：采用滾刀鉆頭鉆進，氣舉反循環清孔，有效鉆進時間25.41小時，成孔深度6.66m，鉆進速度平均為0.26m/h。

5）5#、6#樁試打樁情況

5#、6#樁成樁均在4～5天，施工工藝與4#樁相同，在中風化巖層中改用滾刀鉆頭，同時采用氣壓清渣工藝，鉆進效率明顯提高。同時采用氣壓清渣工藝，鉆進效果也很好，這兩根試樁在二清時都使用了氣壓法直接從孔底壓氣排渣、置換泥漿，不僅沒有堵管，而且還能調漿，把泥漿比重調到灌注砼的要求。

四.結束語

綜合上述六根工程試樁情況，結合本工程地質條件和工程結構特點，該工程嵌巖樁施工工藝最后定為：

上部地層在進入角礫層前用“GPS—20鉆機+普通三翼鉆頭鉆進+正循環+中檔轉速+中鉆壓+高性能泥漿+大泵量”工藝鉆進，泥漿比重控制在1.2左右；進入角礫層以后除泥漿比重調整到1.5左右外其工藝上同；進入強、中風化凝灰巖后，改用GPS—20鉆機+滾刀鉆頭鉆頭+正循環+高檔轉速+高鉆壓+中性能泥漿+中泵量”工藝鉆進。在砼導管下放完成后進行二清時，輔之以氣壓清渣工藝，直接壓氣，氣舉沉渣，置換泥漿，下調比重，直到滿足砼灌注沉渣厚度和泥漿比重要求。

實踐證明：上述成樁工藝適用該地層鉆進。通過樁機設備更新，鉆具改進，機工培訓和工藝合理，原試樁半個月成樁，現五天成樁，不僅能保證質量，而且能縮減工時，為關鍵工期提供保證。對類似該地區地層的成樁具有指導意義。