复杂地层条件下桩基综合项目工程综合项目施工关键技术.doc

复杂地层条件下桩基工程施工技术

李德军，许锦亮，王　元，费若强（山东华鲁基本工程公司，山东兖州272100）

摘要：简介了复杂地层条件下桩基本工程施工技术，和施工中遇到问题及采用解决办法。

核心词：复杂地层；旋挖桩；人工挖孔桩中图分类号： TU4731 1　文献标记码：B　文章编号：1004 —5716 （0044 —） 03 —04 1　工程简况锅炉房、烟（3）中档风化白云岩： ⑥-层状，节理裂隙极发育，张开度好，裂隙面和溶隙溶孔多1层，灰白色，薄—中厚

某电厂建设规模为2 ×600MW机组，厂址位于山区，为剥蚀回填场地。因厂区地质条件复杂，拟建构筑有泥砂质充填，岩体较破碎，呈裂隙块状构造，岩芯呈碎物均进行了地基解决，其中主厂房、凉水塔、块和粗砂状，该层分布广泛。

⑥-2层，薄—中厚层状，囱等荷载较重建筑及厂房内动力基本采用了灌注桩。

2　厂区地质条件

2. 1　地层条件厂址区呈现低山地貌景观，原始地形自北东向南西起伏，低山与宽缓冲沟相间。厂区现已整平，原始地形不复存在。依照施工图阶段岩土工程勘测资料，厂区地层上部为人工填土、第四系冲洪积和残坡积物，基地为中寒武世高台组薄层—中厚层状白云岩。简述如下：

2. 1. 1　回填土为场地整平开山堆积形成，为破碎岩块、岩屑及少量粘性土构成碎石土。碎石成分为白云岩及灰岩，粒径极不均匀，诸多部位有零星大块碎石，碎石含量约为55 %，别的为砾石、砂状岩屑和少量粘性土。该层厚度自山坡向下逐渐增大，在冲沟处最厚可达24. 10m.

2. 1. 2　第四系沉积为山前冲洪积和残坡积粘土，稍湿，硬—可塑，土体混少量风化角砾及碎石，空间分布不持续，负地形处厚度最大，在山坡及山顶处很薄甚至消失。

2. 1. 3　中寒武世高台组薄—中厚层状白云岩（1）全风化白云岩，岩体已分解成粉细砂，内部多具有风化限度较低坚硬骨架某些，或为岩块或为碎石，以透镜体和层状分布，空间分布不持续，多分布在主厂房、锅炉房和凉水塔地段。厚度0. 4～9. 30m.该层力学性质差别较大。

（2）强风化白云岩，风化裂隙极发育，可见原岩构造，岩石某些已变酥易碎，手可掰断，内部具有多量风化限度较低坚硬骨架某些，或为岩块或为碎石，以层状和透镜体状分布，空间分布较持续。层厚0. 30～16. 10m.节理裂隙较发育，闭合，多为方解石脉充填，岩体较完整，岩芯呈柱状，该层仅少量分布在主厂房、锅炉近扩建端一侧。

2. 1. 4　破碎带白云岩层间构造破碎带，岩体破碎，呈碎裂状构造。

岩体多呈角砾状，普通砾径1～2cm ，可见最大砾径5cm ，泥砂质混多量岩屑胶结，该层仅分布在炉后冲沟地段。

2. 2　岩溶工程地质条件依照地表调查和钻探物探成果，冷却塔地段可见岩溶发育，岩性为白云岩夹白云质灰岩，岩溶形态为缝隙状溶洞或溶槽；2 #锅炉地段存在囊状风化深槽，全风化白云岩厚度较大，其中多具有⑥-1镜体，可见岩溶发育，基岩面起伏较大，最大高差近36m.总体厂区内白云岩溶蚀较发育，岩溶形态以小型溶孔为主，很少发育大型溶洞，对工程建设影响不大，岩溶发育深度受本地侵蚀基准面控制，往下逐渐削弱。

2. 3　水文地质条件场地地下水类型可分为碎石素填土孔隙水和基岩裂隙水。碎石素填土孔隙水系由降雨和山坡面流形成，在厂区西侧冲沟出口有渗水点；该含水层地下水动力特性较复杂，其水位、水量及径流途径受气候和填土成分影响，含水量极不均衡。基岩裂隙水赋存于下伏白云岩中小型溶孔或孔洞中，含水丰富而均一。在勘测钻孔中均未发现地下水。

3　设计方案

依照勘察资料，主厂房、锅炉房、凉水塔、烟筒等重要建筑均落在填方区，拟定采用钢筋混凝土灌注桩基本，以中档风化白云岩为桩端持力层。施工方案初步选

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定人工挖孔和机械成孔两种工艺。为拟定人工挖孔桩和机械旋挖桩在该场地适应性、安全性以及桩设计承载力，设计方案拟定前，先进行了试桩施工。

3. 1　人工挖孔桩选用主厂房、烟囱、冷却塔三个试桩区共8组试桩。

其中主厂房区域填土较厚，厚度达到18. 90m ，下伏基岩埋藏较深，基岩顶板起伏大，地质条件复杂，布置试桩3组，桩径á1. 2m ，桩长37. 0～37. 4m ，进入中风化岩石1. 8～2. 1m ；烟囱区域地质条件也较复杂，填土层厚度约24. 10m ，填土层下尚有逾10m厚力学性质相对较差粘土和力学性质变化较大强风化白云岩，中风化基岩埋深在35. 1m左右，布置试桩2组，桩长38. 6～38. 8m ，桩径á1. 2m ，进入中风化岩石2. 4m ；冷却塔地段填土厚约10m ，试桩3组，桩径á1. 0m ，桩长15. 0～17. 6m ，进入中风化岩石2. 0m.试桩成果推荐á1. 2m桩竖向极限承载力原则值为16200kN ， á1. 0m桩竖向极限承载力原则值为11300kN. 3. 2　旋挖灌注桩机械成孔设备选用先进旋挖钻机，在厂区填土较厚烟囱位置进行3组试桩实验（距离人工挖孔试桩区约20m） ，桩径á1. 2m ，桩长39. 1～39. 9m ，桩端进入中风化岩石3. 0～3. 7m.试桩推荐单桩竖向极限承载力原则值为14300kN. 3. 3　方案拟定依照试桩成果，人工挖孔桩和旋挖桩单桩竖向极限承载力原则值均可满足设计规定。但从单桩施工时间和安全性方面，机械旋挖桩优越性远远不不大于人工挖孔桩。人工挖孔单孔进尺每天只能控制在1m左右，且随着孔深增长进度减少，若施工40～50m深孔时间约需2个月，时间长，还存在安全隐患；旋挖桩单桩成孔时间约需要3～4h ，成桩时间约需8h ，若投入足量设备，工程工期应较人工挖孔桩工期有很大提高，且安全性高。业主和设计单位从工期和安全角度考虑，决定工程桩施工采用旋挖成孔工艺。

本工程设计旋挖灌注桩1500余棵，桩径á1200mm和á1000mm ，从场地稳定性考虑，桩端规定嵌入中风化岩石3m. 4　旋挖桩施工4. 1　旋挖桩施工4. 1. 1　旋挖钻机成桩工艺流程桩孔放线定位→钻机→就位→短螺旋钻具开孔→提钻、埋设孔口护筒→（造浆、孔内注入泥浆）钻进→提钻、卸土→钻至设计标高→地质工代、监理鉴认岩石、验收→清孔、测量孔深→安放钢筋笼→灌注混凝土→灌至设计标高→提拔孔口护筒。

4. 1. 2　施工作业（1）一方面依照设计图纸规定测量定位，钻机就位后应调节其水平、垂直度，校核桩位对中位置，严格控制桩位偏差在容许误差范畴内。

（2）由于勘察和试桩阶段均未见到地下水，且试桩时填土层泥浆漏失严重，工程桩施工未规定使用泥浆护壁，因此采用干作业方式成孔。成孔施工要点如下：①粘土、亚粘土采用短螺旋钻头，钻探进尺控制在0. 5～0. 8m之间，不超过钻头叶片长度。

②进入全风化地层后，采用筒式钻头钻进，钻进速度要放慢，提高时先缓慢提离风化砂层位置再正常速度提出孔外，防止导致孔壁坍塌。

③钻遇强风化和中风化岩石后，先使用短螺旋凿岩钻头破碎地层，再使用筒式钻具打捞清底。遇“孤石”或中风化岩石透镜体则采用筒式凿岩钻头钻进，钻穿后再使用其他钻具继续钻进。

④进入中风化地层后，应及时报告现场地质工代和监理工程师，鉴以为中风化岩石后可继续钻进至设计深度。达到设计规定应由现场地质工代和监理工程师确认才可终孔。在此过程，应注意地层与否变化，防止强、中风化地层交替重复浮现。

（3）钢筋笼制作、安放和混凝土搅拌、灌注严格按技术规范规定施工，故不赘述。

4. 2　施工中浮现问题按照工程建设总施工进度网络筹划，一方面施工主厂房桩基。在施工过程中，遇到诸多问题：（1）依照设计图纸拟定桩长，在钻到设计位置后，经现场设计工代现场确认，桩端持力层岩性未达到中风化岩石原则，经加深达到设计规定但桩长增长达到原设计1～2倍。

（2）在全、强风化地层中钻遇中风化岩石透镜体也就是所说“孤石”，钻进困难，易偏孔且纠偏难度大；如透镜体厚度不不大于1m以上，旋挖设备则无法钻穿成孔；并且较多桩孔钻遇2～3层这种硬岩石。

（3）在透镜体和中风化岩石中钻进，设备损坏严重，进尺缓慢，诸多桩孔由于无法钻穿该种岩石被迫停工等待或回填，严重影响工程进度。

（4）个别钻孔塌孔严重，特别是在破碎带中钻进，没有较好办法控制。

（5）个别桩孔钻遇岩溶，解决非常困难，难以达到设计规定。

（6）钻孔孔径增大，导致混凝土灌注量增长，充盈系数在1. 4～1. 5左右，个别桩孔达到2. 0以上，导致施工。 1994- China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

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成本增长。

4. 3　施工勘察在工程桩施工同步，建设单位和设计部门又组织进行了施工勘测，为提高施工勘测对桩基施工指引性，施工勘测钻孔按承台布孔，依照每个承台桩数量分别布设1～3个钻孔，发现地层变化较大或有岩溶发育，则按一桩一孔勘察。施工勘测发现如下问题：（1）地层变化较大，局部地段原施工图阶段勘察拟定中风化岩层界面向下延伸，导致原设计桩长增长诸多，达到原设计1～2倍。

（2） ⑥-2层中风化地层分布面积较广，2#锅炉房大部和主厂房东端均分布有此层，局部地段为很完整岩体，这种岩石也是旋挖设备施工非常困难因素。

（3）在凉水塔局部地段回填土中分布有层状块石，厚度不不大于2m以上。

（4）在主厂房A9、B10、C11、D12轴线沿东南向发育一厚层碎石带，依照设计规定拟定桩长在55m以上，该某些桩深已超过旋挖设备施工能力。某些桩孔未有较好持力层，持力层岩石非常破碎。

（5）在同一承台，地层相差很大，规定施工桩长存在较大差别，导致施工困难也存在同承台桩长匹配问题。

（6）个别承台发育较严重岩溶，存在2～3层溶洞。

5　专家组征询意见由于施工中遇到问题，施工进度已严重滞后于一级网络筹划规定，不能满足整体工程建设进度，形成非常被动施工局面，设备能力不能所有发挥，远没有达到原筹划进度，诸多桩孔只施工多半就因硬岩钻不动或塌孔严重回填停工等待。针对该种状况和勘察、设计发现问题，建设单位组织了专家组到现场进行了技术征询。通过现场调查、会议报告、讨论，专家组经认真研究，重要从设计角度对存在问题提出了详细解决意见和建议：（1）对塌孔较严重或有疑问桩，可采用浇素砼或压浆工艺，既解决孔底沉渣问题，又能提高单桩承载力，并规定在下阶段要采用防止塌孔办法。

（2）对于“孤石”问题，“孤石”事实上是基岩全风化和强风化带浮现异常微风化石块，原则上桩长> 20m ，进入全风化、强风化带10m ，入孤石2m即可终孔。

（3）“入岩深度”实际是“入中档风化岩深度”，规定设计部门进一步依照不同地段桩承载性能和桩长恰当调节入岩深度，并应及时依照勘测成果，修改“中风化岩界面等高线图”，规定地质工代应在现场拟定桩基终孔条件中起主导作用；对于桩长少于10m和入岩深度局限性2D桩，必要时采用加桩、孔内爆破或改换钻机类型等解决方式。

（4）对于“溶洞”问题，在分布有浅层溶洞地段，施工勘测钻孔宜加密到一柱二孔或一桩一孔；对满腹洞保证入顶板1. 5D即够，对于空腹洞必要入洞底硬岩1D.（5）对于桩长匹配问题，原则上同承台相邻桩长度之差不适当超过桩长1/ 10 ，当局部承台相邻桩浮现一为端承桩、一为端承摩擦桩、桩长相差较大时，对端承摩擦桩宜采用压浆工艺进行解决，提高品位承力，以防止群桩差别沉降，此类桩应列入高应变检测范畴。

（6）为加快工程进度，对有条件地段宜采用“人工挖孔桩”代替“钻孔灌注桩”。

6　采用解决办法和方案依照专家组征询意见，设计单位对后续桩基施工进行了局部方案调节，对施工中遇到问题采用了如下解决办法：6. 1　人工挖孔桩依照施工勘测地质资料和旋挖钻机实际性能，预留主厂房大部和1 #锅炉房继续使用旋挖钻机施工；对处在挖方区桩或虽处在填方区，但钻孔较浅，孔内岩石较硬，或有孤石存在，旋挖设备施工非常困难岩石分布区域，设计单位将桩成孔工艺变更为人工挖孔。

由于人工挖孔已进行过试桩，工艺很成熟，因此在2 #锅炉房、凉水塔等变更为人工挖孔桩后，投入较多人力，施工非常顺利，均能在建设单位规定工期内完毕施工任务。鉴于人工挖孔桩施工效果较好，设计和建设单位决定后边桩基施工所有采用人工挖孔方式。

6. 2　后压浆法对于桩端处在破碎层、成桩后承载力难以保证桩，采用后压注浆进行解决。详细做法如下：旋挖或人工成孔后，将预埋钢管焊接在钢筋笼上，钢管底端伸出钢筋笼底约10cm ，然后用薄铁皮封死，浇筑混凝土后7d用H GY —200型钻机沿预埋钢管内侧将封底铁皮钻穿，并继续钻进桩底3～5m至预定深度后，运用注浆泵将配备好水泥浆注入孔底（泵压在0. 2～0. 5M Pa之间，水灰比为3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1不等，依照地层吸浆量随时调节） ，在选定灌浆原则压力下，当吸浆量不大于0. 5L/ min延续30min即可结束。

6. 3　地基固结法1 #锅炉房后区域某些为破碎带，桩孔下部为较破碎岩石，旋挖成孔时塌孔严重，甚至浮现串孔现象，成孔困难；由于坍塌严重，对塌孔区已成桩侧阻力也也许导致很大影响，为从区域上治理和改进这种现象，设计决定采用固结灌浆法对上述地段进行加固，加固深度从回填土与风化岩石接触段（约20m）开始至孔底（约。 1994- China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

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36m） ，灌浆孔平面孔距按3m ×3m布置；对塌孔严重部位，依照固化效果恰当增长孔数。注浆设备及参数控制与桩端压浆法相似，采用多段压浆，从下往上分段注浆，5m为一段，灌浆压力采用0. 2～0. 4MPa ，原则上是下大上小。施工顺序：先施工因塌孔未成桩区域，后施工附近区域，施工时浆液内加入适量早强剂，灌浆完毕3d后即可对未成桩进行施工。

6. 4　冲击、回转钻进法对于已成桩区域因塌孔或其他因素未能成桩个别桩，因施工孔深与设计孔深相差较大，不适当进行静压注浆，也不适当进行人工挖孔桩施工，采用更换成冲击、回转钻机施工办法进行解决。

6. 5　孔内爆破法对于在浅深度内遇坚硬岩石、孤石桩孔，旋挖钻机钻进困难，采用冲击钻解决，施工速度又太慢，在采用了行之有效安全保证办法后（全孔下钢护筒护壁） ，借鉴人工挖孔桩施工办法，采用孔内爆破法（松动爆破） ，配合旋挖钻机施工。实践证明，采用该法获得了明显施工效果，极大地提高了旋挖钻机施工速度。

通过以上办法和方案调节，较好地改进了施工局面，施工中遇到问题得到解决和解决。旋挖钻机在主厂房和1 #锅炉房施工基本处在正常状态，施工进度、工程质量基本满足了总体工程进度和设计规定。变更为人工挖孔桩，由于投入人力较多，组织有力，管理得当，施工效率并不低，并且工程质量更易控制，浮现问题很少，工期也满足了一级网络施工筹划。

7　结束语本桩基工程由于地层条件复杂，施工办法采用了机械旋挖和人工挖孔两种工艺，并依照地层特点和施工实际状况，分别采用了后压浆和配合冲击回转钻等各种办法保证工程进度和质量。实践证明，在复杂地层条件下，这些办法是非常必要和及时。

当前该工程土建某些已基本结束，经检测，基本某些工程质量良好。

（上接第43页）

①作好斜孔控制，在成孔和填料振密过程中，保持导管垂直。

②采用大功率振冲器，增强穿透能力，缩短造孔时间，减少串桩塌孔几率。

③在局部夹层、软层段进行先填料振密“护壁”解决，后进行下部造孔。

④对已经串桩塌孔进行“复打”或“补桩”解决。

3. 4　加密段过长（1）形成因素：①竖向地层分布明显差别性，⑥层、⑦层强度，变形特性相差很大，使得填料振密时在过渡区域容易导致加密段过长。

②由于卡孔因素，导致操作人员心理暴躁，浮现加密段过长。

③由于⑦层含水率高，加密困难，易浮现加密段不满足规定。

④操作人员自身质量意识较差引起加密段过长。

（2）解决办法：①选取经验丰富且情绪平稳吊车操作人员。

②加强质量意识管理与现场监控，加大质量奖惩力度，全面贯彻“三全管理。

③在容易卡孔层段和⑦层土中，减小加密段长，提高质量控制原则。

④选用大功率振冲设备，加强挤密能力。

⑤桩体动力触探跟踪检测，及时反馈施工质量。

4　结束语

（1）通过对土层性质和施工中浮现问题认真分析总结，及时制定防止和调节办法，有效解决了施工中浮现上述问题，达到了质量持续稳定。

（2）施工单位自检与第三方检测成果显示，复合地基承载力、变形模量满足设计规定，振冲碎石桩适合冲积，洪积作用形成淤泥质土、粉土、某些含碎石土施工。

（3）在此类复杂地层工程中，为防止和解决卡孔、斜孔、串孔等影响施工质量问题浮现，应选取专业化、具备丰富施工经验施工队伍，是工程质量和工程进度有力保证。

（4）由于水电行业类地层非单一地质作用形成，要解决砂层体、淤泥质土层埋藏深度普通较深，应选用大功率、强振动力振冲器（ ≥75kW）进行解决，可有效保证施工质量和进度，防范质量风险。

参照文献：

[1]　国家电力公司成都勘测设计研究院。四川某水库电站可行性研究报告[R]. ，9.。 1994- China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.