超大直径灌注桩旋挖成孔技术

吴海翔 1 周方华 1 赖香传 1 邹胜维 1 陈锐 2

恒大地产集团有限公司 广东省深圳市 5180541

中国建筑第四工程局有限公司 广东省广州市510665²

摘 要：填海地区，在填石、填砂、淤泥等地层复杂、基岩埋深浅桩基进入基岩深、岩面起伏大等条件下，超大直径灌注桩机械成孔难度很大，成孔过程中护壁、钻岩、清渣是重点和难点，本项目超大直径灌注桩采用旋挖机复合钻头分级扩孔钻进成孔技术，取得了良好的效果，具有很高的推广价值。

关键词：灌注桩；超大直径；旋挖成孔；复合钻头；分级扩孔；

1. 引言

深圳恒大中心项目位于深圳湾超级总部基地，项目位于填海区，填石、填砂、淤泥等地层复杂，基岩埋深浅，岩面起伏大，基坑深度深，此种条件下的超大直径灌注桩机械成孔难度大，结合地质特点及桩基设计要求，选用了旋挖机复合钻头分级扩孔钻进成孔工艺。

2. 工程概况

深圳恒大中心项目建筑高度393.9m，地下6层，地上71层，基坑开挖深度 39.05m-42.35m，开挖面积约 8451m²，项目位于填海区，周边环境复杂，北侧紧邻地铁 11 号线和 9 号线四条区间盾构隧道，基坑围护结构外边距隧道外边线最距离约 4.4m。本工程塔楼采用超大直径机械成孔灌注桩基础，桩径3m，设计桩长7m~40m，总数35根。

3. 地质条件

场地内分布的地层自上而下有：

1）人工填土层:包含层厚介于0.50～8.30m的素填土，层顶埋深介于0.00～6.50m；层厚介于0.70～12.80m的填石，层顶埋深介于0.00～6.50m；层厚介于0.50～5.50m的填砂，层顶埋深介于1.00～11.00m。

2）第四系全新统海陆交互相沉积层：层厚介于0.50～6.20m的淤泥，层顶埋深介于4.80～12.40m。

3）第四系上更新统冲洪积沉积层：包含层厚介于0.50～6.90m的黏土，层顶埋深介于7.80～14.70m；层厚介于0.50～4.70m的含黏性土砾砂，层顶埋深介于10.30～15.50m。

4）第四系上更新统沼泽相沉积层：层厚介于1.30～1.60m的有机质粉质黏土，层顶埋深15.40～15.80m。

5）第四系残积层：层厚介于1.20～18.40m的砾质黏性土，层顶埋深介于9.60～18.80m。

6）早白垩世燕山四期粗粒花岗岩层：包函层厚介于0.50～18.90m的全风化粗粒花岗岩，层顶埋深介于15.70～29.60m；层厚介于0.30～23.50m强风化粗粒花岗岩，层顶埋深介于20.50～43.50m；层厚介于0.30～24.80m的中风化粗粒花岗岩，层顶埋深介于21.10～58.80m，饱和单轴抗压强度16.60～35.00 MPa；层厚介于2.57～56.01m的微风化粗粒花岗岩，层顶埋深介于22.50～82.90m，饱和单轴抗压强度44.20~127.00 MPa。

7）构造岩：场地部分钻孔钻遇有构造碎裂岩，层厚介于1.60～15.20m，层顶埋深介于35.80～80.20m，中~微风化状，母岩为粗粒花岗岩，岩石具碎裂-碎斑结构，微裂隙极发育，岩石强度不均一。构造破碎带中的构造岩受构造挤压强烈，部分矿物具定向排列特征，岩石多具压碎构造，以碎裂岩为主，饱和单轴抗压强度7.70~38.40 MPa。

4. 施工工艺

（1）钢护筒制作及埋设：

桩基原地面施工，塔楼区域基坑深度42.35m，空桩长度超过42.35m，加之场地内有填石、填砂、淤泥对成孔不利的地层，护筒埋设是保证成孔的一个重要因素。护筒采用壁厚 25mm 钢护筒，埋设深度约 12m，具体深度为穿过填石、填砂层及淤泥层等不稳定土层，进入粘土层 2m。护筒标准节长度为 2.5m，护筒间采用平头螺栓连接，护筒内径大于桩直径300mm（桩直径3m，护筒内径3.3m），护筒顶面高出施工地面 0.3m，埋设护筒时护筒中心轴线对正测定的桩位中心，护筒埋设采用 XR550 型旋挖钻，护筒底节加焊截齿，钻杆下方安装驱动盘，通过正常钻进，使护筒转动着持续下放，第一节护筒下放完成后，采用挖机配合将护筒内填石等掏出，然后通过腰带进行连接第二 节护筒，在第二节下放结束后，旋挖钻用直径 3 米的钻头把孔内挖空，再接长护筒， 直到护筒底口穿过填石和淤泥层进入粘土层2m。

护筒底节加焊截齿头	钻机动力头与护筒之间的连接驱动盘
护筒连接腰带	焊接完成的护筒接口

（2）旋挖成孔：

本项目岩面浅，基坑深，桩基入岩深度深，部分入岩超过20米，基岩内成孔难度大，部分3米直径桩基采用XR550和XR800旋挖钻机复合扩孔钻头分级钻进成孔，第一步直接采用 直径 1.5 m牙轮筒钻直接钻进至终孔，然后采用 直径3.0m捞砂斗钻进至岩面。第二步：采用带有下扶正器的复合扩孔钻头进行钻进，下扶正器直径 1.5m，扩孔钻头直径2.0m，往下钻进至终孔位置，此时孔径从1.5m扩大到2.0m，然后采用 直径2.0 米牙轮钻和直径2.0米捞砂斗扫孔，至此直径2.0 米孔完成。第三步：采用带有下扶正器的复合扩孔钻头进行钻进，下扶正器直径 2.0m，扩孔钻头直径2.5m，往下钻进至终孔位置，此时孔径从2.0m扩大到2.5m，然后采用直径2.5 米牙轮钻和直径2.5米捞砂斗扫孔，至此直径2.5 米孔完成。第四步：采用带有下扶正器的复合扩孔钻头进行钻进，下扶正器直径 2.5m，扩孔钻头直径2.3m，往下钻进至终孔位置，此时孔径从2.5m扩大到3.0m，然后采用直径3.0 米牙轮钻和直径3.0米捞砂斗扫孔，至此直径3.0 米孔完成。

扩孔钻头示意图及实物图

（3）旋挖成孔垂直度控制措施：

1）保证场地地面初步平整，铺好铁板，机械就位时，利用机械自身携带垂直度纠 正装置和水平尺进行下钻前机身垂直度确认，保证钻机平稳、牢固，以防钻机倾斜或位 移。要求磨盘中心和钻架上的起吊滑车处于同一垂直线，要求偏差不大于±20mm；

2）下钻杆时，通过机械自带仪表盘进行钻杆垂直度调整和人工复核钻杆垂直度。 在钻杆相对零位±5°范围内可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调整；而钻杆超 出相对零位±5°范围时，只能通过显示器上的点动按钮或左操作箱上的电气手柄进行 手动调整。在调整过程中，可通过显示器的钻杆工作界面实时监测钻杆的位置状态，使 钻杆最终达到作业成孔的设定位置。

3）钻进过程中，尤其是钢护筒压放和岩层钻进过程中，每 10m 使用超声波测壁仪检测一次成孔垂直度，钢护筒垂直度控制作为整体垂直度的导向控制。一般情况下，在 每进尺 1-2 根钻杆深度时，检查一次旋挖机磨盘的垂直度和钻杆连接情况，务必对每个螺栓都进行详细检查，保证在钻进中磨盘的水平。

（4）泥浆护壁：

泥浆配制采用优质钠基膨润土和自来水为原材料搅拌而成，膨润土造浆的主要成分是膨润土、掺合物、水和添加剂，掺合物主要有羧甲基纤维素(CMC)、烧碱（Na2CO3）和重晶 石粉等，新拌制的泥浆应存放 24h 或加分散剂，使膨润土充分水化后方可使用，入孔泥浆比重为 1.10～1.20；黏度：22～25s，新制备泥浆含砂率小于 4%，胶体率不小于 95%， PH 值应大于 8-10。造浆后试验全部性能指标，钻进中随时检验泥浆比重和含砂率及粘稠度，遇地层变化应增加检查次数，并适当调整泥浆指标，并保证泥浆压高于地下水位。

（5）清孔

清孔采用泵吸反循环法，采用 1 台 6BS 砂石泵额定排量为 180m3/h，采用φ0.3m的导管。清孔分二次进行，第一次清孔应在成孔完毕后进行，第二次应在安放钢筋笼和导管安装完毕后进行。清孔过程中和结束时应测定泥浆指标，清孔结束时应测定孔底沉渣， 孔底沉渣不得大于 50mm。清孔后，孔内应保持水头高度，并应在 30 分钟内浇注混凝土。 超过 30 分钟的，浇注混凝土前应重新测定孔底沉渣厚度，如不符合规定，应重新清孔直至符合要求。

（6）成孔检测

1）泥浆性能指标检测：PH 值＞8 的指标，含砂率＜4%的指标，粘稠度＜25s ，泥浆比重＜ 1.2。

2）沉渣检测：采用锥测法检测沉渣厚度，沉渣厚度不大于 50mm；

3）桩径、桩孔垂直度的检测：采用超声波反射测距法，桩径允许偏差+50mm，桩垂直度允许偏差不大于 1%。

4）孔深测量：采用测绳测量孔深。

5. 结论及展望

结合恒大中心项目地层复杂，基岩埋深浅，岩面起伏大，桩基入岩深，桩基直径大的特点，创新性地采用旋挖机复合钻头分级扩孔钻进成孔，在成孔质量及成孔效率方面卓有成效。可为今后类似条件下的超大直径桩基础施工提供借鉴和参考。

参考文献

[1] 建筑桩基技术规范：JGJ 94－2008：中国建筑工业出版社,2008.

[2] 深圳市地基基础勘察设计规范：SJG1-2010：深圳市住房和建设局，2010.

[3] 广东省建筑地基基础设计规范：DBJ15-31-2016：中国建筑工业出版社,2016.

[4] 张继光,罗菊，刘永光.旋挖钻机在大直径硬岩地层施工工艺的研究[C].第四届深基础工程发展论坛论文集,2014:249-252.