武汉绿地中心大直径嵌岩桩施工技术

 易万元1，龚艳霞1，彭  杰1，王  震2，李家洪2

（1．湖北省城市地质工程院，湖北  武汉430072;2．中建三局第二建设工程有限责任公司，湖北  武汉430073）

[摘要]结合武汉绿地中心桩基工程具有桩径大、钻孔深、嵌岩深等特点，采用旋挖+冲击反循环接力的施工工艺，充分发挥各钻机的优势，提高了嵌岩施工效率；并对岩层钻进过程中的泥浆性能进行了分析调配，确定最佳钻进效率时的泥浆密度、黏度。施工结果表明，桩的施工质量满足要求，效果明显。

[关键词]高层建筑；桩；嵌岩桩；泥浆调配；施工技术

[中图分类号] TU473. 1+1  [文章编号]1002-8498(2016)11-0088-03

1  工程概况

 武汉绿地国际金融城A01地块位于武昌滨江商务区核心区域，总建筑面积约726 800m2；主楼地上125层，高度636m；办公辅楼地上39层，高184. 8m；公寓辅楼地上31层，高135. 6m；裙楼地上8层，高45m。超高层塔楼区工程桩565根，桩径为1 200mm，分为A1～G共计16种桩型，现场±0.000相对于绝对标高24. 400m，桩顶标高- 30. 600m，桩长22~ 33m。

2地质情况

 除表层分布有(1)杂填土（Q ml）外，其下为第四系全新统冲积成因的黏性土和砂土(Q4a1)及冲积成因的含砾中细砂(Q4a1)，下伏基岩为志留系中统坟头组( S2f)砂岩、砂质泥岩，各岩土层的分布埋藏情况及特征自上而下分述如下：(1)杂填土、(2-1)粉质黏土夹粉土、(2-2)淤泥质粉质黏土、(3-1)粉质黏土夹粉土、(3-2)黏土、(4-1)细砂、(4-2)细砂、(4-3)细砂、(4a)粉质黏土、(5)含砾中细砂、（6a-1）强风化砂质泥岩、(6a-2)中风化砂质泥岩、（6a-3）微风化砂质泥岩、（6b-1）强风化细砂岩、(6b-2)强风化细砂岩、(6b-3)微风化细砂岩。

3  桩基设计技术要求及施工重、难点

3.1  桩基设计技术要求

 1)成孔垂直度偏差≤1/250。

 2)本工程桩径为1200mm，大部分桩端进入第(6a-3)层微风化泥岩和（6b-3）层微风化砂岩，少部分桩端进入(6a-2)层中风化泥岩和（6b-2）层中风化砂岩，桩身混凝土强度等级为C45的桩其单桩承载力特征值为15 000kN；桩身混凝土强度等级为C50的桩其单桩承载力特征值为17 000kN。 

3)主塔楼采用桩端、桩侧后注浆工艺，单桩桩端注浆水泥用量3. 5t，桩侧注浆的水泥用量1.5t。

 4)泥浆相对密度≤1.1，含砂率≤1%，黏度≤25s。清孔结束后孔底500mm以内的泥浆相对密度<1. 20，含砂率应<3%。

 5)第1次清孔后平均孔底沉渣厚≤150mm，第2次清孔后平均孔底沉渣厚≤50mm。

 6)桩顶超灌高度不宜小于桩长的3%，且应≥2m。

 7)对正在成孔桩，其相隔距离应≥12m；在结束混凝土灌注72h的桩位附近对另一根桩施工时，其距离应≥8m；在结束混凝土灌注7d后的桩位附近对另一根桩成孔施工时，其相隔距离应≥4m。

3.2施工重、难点

 1)工期短  整个工期为180个日历天。

 2)桩型多且都要求人岩  主塔楼桩分为A1，A2 ,A3 ,B1, B2, B3, C1, C2, D1, D2, D3, E1, E2, F1,F2，G等桩型，且在实际施工过程中上述桩型嵌岩都人微风化，平均入微风化7. 04m，其中C，D型桩入岩超深，平均入微风化岩深度达7. 83m，部分桩入微风化岩达15m。影响单桩成孔效率的主要因素体现在岩层钻进过程中，如何提高岩层钻进效率成为做好本工程的难点之一。

 3)空孔较深  现场±0. 000相对于绝对标高24. 400m，桩顶标高- 30. 600m，桩长20~31. 5m，平均空孔30. 42m。在实际施工过程中，超深的空孔将制约钻机的整体施工效率，增加了垂直度控制难度，也增加了安全隐患，对各类监测预埋设施的保护也是一大难题。

4机械选型及施工工艺

 从地质勘探报告结合施工图纸可以看出嵌岩部分较长，钙质胶结表明了钻进的困难程度，可以预见在人岩部分的钻进必将花费大量时间。加之上部还有较深土层，提高单桩成桩效率在很大程度上取决于设备选型。根据岩土勘察报告显示，持力层(6a-2)，(6a-3)和(6b-2)，(6b-3)单轴抗压强度分别为10. 16，13. 36MPa和26. 98，50. 97MPa，土层承载力f a k值分别为1.8，3.0，4.0，13. 0MPa。本工程塔楼桩人岩深，根据设计图纸入岩最深达15m，大部分桩入岩2~6m；工期紧，主塔楼工期仅为180d，共计565根桩，平均每天必须完成3.2根才能满足工期要求。考虑以上综合因素，放弃了传统的回转牙轮钻进工艺，采用能够发挥各钻机优势的旋挖+冲击反循环接力的施工工艺。

 在整个施工过程中，影响成孔效率最主要的因素是嵌岩效率。在稳定和提升成孔效率方面，着眼于耗时最长的嵌岩部分，主要从旋挖和冲击反循环交接方面人手，遵循原则为：①短时间内能用旋挖钻机一次成孔的，尽量使用旋挖钻机；②短时间内不能用旋挖钻机一次成孔的，视岩层情况而定（见表1）。

 为了合理安排设备，对施工区域内3根桩进行了试成孔，并将冲击反循环吸出来的孔底破碎岩样送实验室检测孔底岩石的单轴抗压强度。根据检测报告得出的结论为：1～3号取芯点的持力层岩石的单轴抗压强度分别为49.4，52.9，33. 5MPa，与勘察报告所述基本相符。同时验证了持力层强度高，难以采用旋挖钻机一次性成孔到底，进一步肯定了旋挖+冲击反循环的接力方式。

 对于中风化岩层是否由旋挖钻机揭穿，对旋挖及冲击反循环的中风化砂岩的钻进效率进行了对比分析，如表2所示。

 由表2可知，在中风化砂岩的钻进效率上，冲击反循环的钻进效率约是旋挖的3.3倍。因此，交界面选至中风化岩层，即由旋挖施工至中风化砂岩后，剩余由冲击反循环接力继续施工。

5  泥浆调配

 本项目采用旋挖+冲击反循环接力施工。冲击反循环成孔约占总成孔时间的70%，对岩层钻进过程中泥浆性能进行分析，对比分析资料如图1所示。

 由图1可知，随着泥浆密度的增加，钻进效率逐步提升，但当相对密度达到1. 19时，钻进效率开始下降，分析可能是由于泥浆密度过大后，泥浆中悬浮大量岩屑颗粒无法及时排出，造成钻进效率降低。

 由图2可知，当泥浆相对密度控制在1. 10~1. 14时，直径<10cm的岩屑占总量的90%以上，以小、碎裂的岩屑为主。当泥浆相对密度达到1. 15后，岩屑中>4cm的颗粒逐渐增加，甚至达到12%。说明当泥浆相对密度<1. 14时，泥浆悬浮能力较弱，无法带起大的岩粒，岩石存在重复破碎，影响了钻进效率；提高泥浆密度后，泥浆悬浮能力增强，岩石重复破碎率降低，钻进效率提升。

 由图3可知，随着黏度增大，对泥浆的携屑能力提升有着显著帮助，当黏度达到22s时，比例已达18%。其效果比提升泥浆密度的效果更加明显。

 综合考虑以上因素后，本项目冲击反循环施工时的泥浆相对密度控制在1. 19，黏度控制在22s时是最佳的钻进效率。

 确定泥浆指标后，本项目按照1m3泥浆中膨润土450kg、纯碱5kg、水1000kg的比例进行泥浆调配。调配完成后采用泥浆比重仪进行测量，符合要求后，静置24h，转移至循环池内开始使用。

6钻进的工作效率及成孔检测情况

 对现场所有桩中抽取JZA1和JZD1 2根具有代表性的桩进行钻进工效分析（见表3）。

 由表3可知，旋挖在土层钻进效率为7 m/h，在中风化泥质砂岩中钻进效率降为0. 5m/h；冲击反循环钻机微风化岩层中的钻进效率为0.7~1. 4m/h，钻进效率较高。

 由表4可知，旋挖在土层钻进效率为10.3 m/h，冲击反循环钻机在中风化泥质砂岩中钻进效率为0. 17~0.25m/h，微风化岩层中的钻进效率为0.8~1.4 m/h，钻进效率较高。究其原因，根据勘察报告中描述的微风化泥质砂岩中“采芯率90%~96%，部分地段钻探过程中有非常严重的快速漏水失浆现象”，可以推断出该处存在严重裂隙，后期施工中也发现其钻进效率反高于中风化岩层。

7  结语

 通过泥浆性能分析确定岩层钻进过程中的最佳泥浆指标，采用旋挖+冲击反循环接力方式完成了武汉绿地中心桩基工程施工，经济效益显著。