张培印

（中国水电基础局有限公司，天津 301700）

钻孔灌注桩被广泛应用在基岩施工中，这是因为施工技术可以有效控制成桩直径和桩长，受荷载后传力结构简单，单桩承载力大，可以同时承受抗竖向作用力和水平荷载，成为房建工程、市政工程、桥梁工程基础设计的首选成桩工艺。在这样的环境背景下，探究高强度花岗岩中大直径钻孔灌注桩施工技术分析具有非常重要的现实意义。

1 工程概况

某市政工程施工中，通过地质勘查发现地层分布有花岗岩风化残积土至微风化、未风化岩层，设计以抗拔承载力控制，1.5m直径桩嵌入高强度硬质岩层深度达13.5m，1.8m直径桩嵌岩达13m；基岩最高抗压强度达100MPa，岩面起伏剧烈，相邻桩基岩面高差达10m，导致钻具碎岩过程中非常容易发生筒体变形及卡钻，极大地降低了成孔效率。后续开展三支试验桩，成孔设备采用36型钻机进行试钻，由于桩基入基岩深度较深，其中中风化和微风化深度约为地面下48m，岩层均为花岗岩，完整性好，进尺速度缓慢，基岩的进尺效率难以保证。对此，结合工程情况，运用大直径钻孔灌注桩施工技术，采用高强度合金牙轮钻头，优化焊接角度及质量的同时，基于坚硬岩破碎机理，采用分级回转套钻方法，提高入岩工效；结合土层实际标贯值，充分考虑土层侧摩阻力，科学经济的确定入岩深度，避免超嵌，提高成孔效率。

2 基于标贯值的抗拔桩竖向承载力研究

2.1 明确标贯值

根据国标《建筑桩基技术规范》的要求，在标贯值的基础上开展抗拔桩竖向承载力的研究，得到基桩抗拔承载力为：

推断出等效抗拔状态下的桩侧阻力。式中：Tuk-桩抗拨承载力标准值；λi代表抗拔系数，数值在0.50～0.80之间；qsik-桩侧第i层土的抗压侧阻力标准值；ui-桩身周长。在项目设计阶段中，基于不同土层范围值，利用桩体长细比确定取值范围，得到折减系数。这种方法主要适用在土层抗拔承载力计算，若要得到岩层中的抗拔承载力，结合地方标准，估算单根锚桩的抗拔极限承载力标准值：

其中：Qbk-锚桩抗拔承载力的标准值；fr-锚桩混凝土轴心抗压强度较小值；Ur-桩身周长；hr为锚桩深度。由于承载力与岩石抗压强度相关，确定其侧阻力取值范围为0.02＜C2＜0.04或是0.03＜C2＜0.05。通过现场极限承载力试验得出抗拔侧阻力标准值。

2.2 试验桩得出土层设计参数

选择1根1000mm直径灌注桩进行现场抗拔静载试验和应力测试，得到抗拔桩的Q-s曲线，揭示该场地嵌岩灌注桩的抗拔承载特性。在土层变化位置、标贯试验位置埋设应变计和位移计，观察试桩基于加载情况下的轴力分布值。试验桩桩长为26.5m，嵌入岩层1.1m，试验拟施加2.5倍工作荷载，使其达到1545t；在加载过程中，上拔荷载达到530.9t时，试桩位移过大，土体与桩周接触滑动失效。通过土层桩侧阻力的分析，得出不同性质的土层，其侧阻力发挥特征也不相同；岩层中的单位侧阻力远高于上覆土层，所占总荷载的比例较大。通过桩侧阻力与各土层的标贯值对比，基本上可以得出土层中桩侧抗拔阻力约等于标贯值（kPa），岩层的桩侧抗拔阻力约等于5.5倍的标贯值，即550kPa。

3 施工工艺

3.1 施工准备工作

针对本工程桩基直径大、成孔深、嵌硬岩的特点，选用国产三一SR360旋挖钻机和德国宝峨BG36作为施工主力机械，考虑到旋挖钻机自重对顶部孔口土层的影响，要采取孔口防护措施，以减小在钻进过程中对孔壁稳定性的不利影响。钻机就位前，在钻机作业区域铺一层25mm厚钢板，分散集中应力对孔口的影响，增大钻机两侧履带受力面积，达到地表承载力的提升，为钻机钻进施工提供平稳施工面，保证钻进效果。

3.2 土层段钻进

根据勘察报告针对桩孔地质特点选择钻进方式，土层钻进时一般按设计桩径一直钻孔到底，钻进时间尽可能缩短，尽量加大回次钻进时的进尺，增大每次提钻的土方量，提升钻头出孔时行速缓慢，防止孔内水压力快速下降，在孔内做好补浆处理，进而维持孔内水压力的稳定性。

3.3 岩层段钻进

3.3.1分级扩孔钻进

本工程桩基持力层为中、微风化岩层，岩层极其坚硬，为克服大断面钻进阻力，硬岩钻进时采用分级扩孔钻进施工方案。旋挖机钻杆连接牙轮筒钻头，钻头直径为1.0m，通过旋挖钻机不断的输出扭矩、压力，带动牙轮钻头不断旋转，与岩层接触面不断的摩擦，最终在岩体四周磨出环槽，扩孔钻进为全断面破碎岩，岩壁被最终磨为石块或石屑，进尺达到一定深度时，截齿捞砂钻头进行石屑清理。

3.3.2旋挖钻机破岩

在旋挖钻机破岩过程中，需要提供增加压力的方式，把钻具截齿压进岩石中，通过动力头输出扭矩，实现岩石剪切破碎。在此过程中，还要借助加压载荷和旋转扭矩联合作用，使得钻具和岩石接触后，发生较强的剪切力，达到破岩剪切的目的。科学使用破碎工具，可以保证以最小阻力压进岩石，钻进效果明显，故本项目选择镶嵌球形体的合金钢牙轮钻头，制作钻头焊接专用工具及平台，便于统一焊接位置与角度，以便成孔过程中减少或不存在局部破坏点，使得一组牙轮在切向与方向同步碎岩。

3.4 钢筋笼制安、导管安放、混凝土浇筑

采用直径φ300mm丝扣导管灌注混凝土，灌注前对使用导管的长度和数量进行分配，导管长度适中，入孔前逐根记录，保证底端距孔底30～50cm预先计算好初灌时导管埋管深度及所需混凝土方量，现场检查混凝土标号、坍落度合格后，在浇筑料斗的导管口放置适量膨胀蛭石，以防止底部混凝土离析。两辆混凝土灌车同时灌注，确保导管底端埋入混凝土中1m以上的要求。混凝土超灌高度至少比设计桩顶标高多50～100cm，浇筑过程中做好记录。

4 施工中的常见问题及处理方案

4.1 钻孔偏斜

在高强度花岗岩中大直径钻孔灌注桩施工中，很容易出现钻孔偏斜问题，这是因为施工场地平整度与密实度不够，再加上钻机底座安装偏斜，或是施工中，施工人员将钻机组安装在软硬土层交界面，钻机运行中会沿着界面开展，发生钻孔偏斜。同时，地层中砂卵石过多，岩石形态不同，钻孔过程中，在高强度钻压下，花岗岩会受力不均；孔道扩充位置，钻头很容易发生摆动，迫使钻头偏斜到另一处，造成钻孔偏斜。

针对钻孔偏斜问题，在施工中，钻机安装前，施工人员要夯实支撑点基础，保证基础平整，禁止出现偏斜情况；及时检查钻孔情况，第一时间发现钻孔偏斜位置，将钻杆设置在偏斜位置，通过反复扫孔的方式，恢复钻孔正直；在钻孔偏斜严重的问题填入适当的砂黏土，夯实后进行小幅度钻进。

4.2 掉钻落物

在施工中，掉钻落物也比较常见，会影响施工质量，钻机卡钻中，可能会由于操作方法不当或是用力过大导致，钻杆和钢丝承受负荷较大，发生断裂问题；钻杆接头安装不到位而发生滑丝问题，也会造成掉钻落物。除此之外，若各个部件磨损过重，引发钢丝偏转，再加上操作人员操作不当，会让该部件脱落，钻杆松动脱节，进而造成掉钻落物情况。

在实际处理中，针对掉钻落物的突发情况，施工人员要做好准备工作，加强对钢丝绳、钻头、钻杆和卷扬机等设备的定期检查，保证连接固定，钻孔前清理孔中的杂物，优化钻头和连接位置设计，有效预防掉钻落物事件的发生，一旦发生掉钻落物问题，要找到落钻问题，清理杂物找到钻头，针对零星铁采用电磁铁吸附出来，或是选择打捞工具捞出，及时更换钻杆和钻头，拧紧连接松动位置，保证经营生产活动的正常运行。

4.3 孔底沉渣厚

在施工中，由于花岗岩的强度大，钻进过程中会形多的沉渣，孔底沉渣过厚，会影响桩身承载性能，容易引发地基沉降，进而对上部建筑物的使用造成不利影响。造成这一现象的原因主要是钻进过程中的地基土层结构稳定性差，若清孔中泥浆没有清除干净，或是清孔方式不当，就会引发孔底沉渣过厚问题。

在实际处理中，施工人员要选择抽浆法进行沉渣治理，彻底清孔，钻孔前提高护筒埋深，护筒高出地面25cm。同时，施工人员要控制泥浆密度与黏度，适当添加黏土粉，使其密度在合理范围内，粘度控制在30—40s范围内，及时检测孔底沉渣厚度，沉渣厚度在30cm以内，就要吊放钢筋笼，终孔后立即停止进尺，钻机保持运行，吸渣时间达到15min后，清除孔底沉渣。

4.4 钢护筒变形

在钻进过程中，桩的钢护筒很容易发生变形情况，使得钻头无法通过，影响钻进进程。这主要是受到花岗岩中的漂石的影响，插打钢护筒时挤压钢护筒，造成钢护筒变形或是撕裂开，影响钻孔过程。针对这一问题，施工过程中要选择APE 400型振动打桩锤，及时拔除已经变形的钢护筒，切除变形部分，重新插打钢护筒。针对变形范围小的钢护筒而言，施工人员可以采用回填片石的方式，通过冲击钻机对变形范围进行重复冲击，之后选择KPG 3000A型钻机进行施工。而针对变形范围内大的钢护筒而言，要选择水下切割的方式，切除已经变形的护筒，考虑到可能引发淤泥内涌的问题，施工中同步注浆与下套保险小钢护筒的方式，达到巩固效果，及时处理已经变形的钢护筒，保证施工质量。

5 结束语

综上所述，高强度花岗岩成孔施工时，由于硬度较大无法保证桩基快速成孔，必须要选用大直径钻孔灌注桩施工技术，提高成孔效率与成桩速度，缩短工期，降低施工成本，保证工程效益的最大化。