复杂地质条件下桩基选型浅析

黄凯,姚元朝,张庆园

中建二局第三建筑工程有限公司，湖北省武汉市 430000

摘要：本文主要介绍复杂地质条件下，高层及超高层建筑桩基础钻孔灌注桩施工困难，通过设计核算、设计优化、专家咨询、试桩静载等，探讨满足结构安全的情况下，将高层及超高层建筑的钻孔灌注桩-筏板基础优化为长螺旋钻孔压灌桩（长钢筋混凝土桩、短素混凝土桩交错布置）-褥垫层-筏板复合基础，实现工程桩的施工，降低成本，为同类地质条件工程优化桩基、降低成本提供一定参考。

关键词：复杂地质条件；钻孔灌注桩；长螺旋钻孔灌注桩；复合地基

1、引言

现浇砼结构高层住宅多以钻孔灌注桩-筏板基础和CFG桩-筏板复合基础为主，超高层住宅则主要为钻孔灌注桩-筏板基础。钻孔灌注桩主要由冲击钻机、旋挖钻机成孔，泥浆护壁；CFG桩主要由长螺旋钻机成孔，干法作业。钻孔灌注桩一般桩长均较长，涉及多个土层和岩层，若岩层内存在较多的溶洞，则在桩成孔过程中，会出现泥浆流失、孔壁坍塌的情况；成孔后，在桩混凝土灌注过程中，会出现混凝土流失、用量超量或无法成桩等情况。

本文基于一个复杂地质条件、岩层溶洞较多的工程，探讨在钻孔灌注桩成孔、成桩难度均较大的情况下，为提高基础质量、降低成本等，将旋挖钻成孔灌注桩、湿作业优化为长螺旋钻孔压灌桩（长钢筋混凝土桩、短素混凝土桩）、干作业的可行性及经济性。

2、地质条件分析

2.1岩土工程勘察

该工程前期的岩土工程勘察显示：工程场地为可溶岩场地，下伏基岩主要为可溶性灰岩，场地东南角为泥质粉砂岩及石英砂岩，其中灰岩属可溶性岩石。灰岩岩溶主要表现为溶孔、溶槽、溶蚀裂隙及溶洞等。勘察点选取的数量有限和差异性，判定岩溶微发育，分布不规律，溶洞大多由粘性土夹灰岩碎块全填充或半填充；岩层上大多覆碎石土，碎石成份主要为石英砂岩，多呈棱角状，含少量砾石及块石，局部富集，粘性土充填。

岩土工程勘察报告建议高层和超高层建筑采用钻孔灌注桩-筏板基础，同时建议拟建物以灰岩及其上覆碎石土为桩端持力层，或者桩长较长，以深部靠近灰岩、碎石土的砂质粉质粘土为桩端持力层。

2.2施工勘察

高层和超高层建筑基础设计为钻孔灌注桩，初步确定高层建筑持力层为⑤砂质粉质黏土、超高层建筑持力层为⑦-2可溶性灰岩、⑨中风化石英砂岩，并要求一桩一孔进行施工勘察。各持力层确定施工三根试桩。

施工勘察显示：岩层岩溶发育实际为强发育，且多为半填充和无填充，钻探时有掉钻及漏水现象。

3钻孔灌注桩试桩施工

钻孔灌注桩试桩采用旋挖钻机钻进、泥浆护壁成孔。近1/4的试桩施工钻机钻进过程中钻进到碎石土层时，钻进极其困难，碎石对钻头磨损严重，且钻孔出现漏浆，漏浆严重，部分桩孔泥浆全部漏光。

漏浆桩孔确定先浇筑细石混凝土封堵裂隙或溶洞，再复钻进成孔，后发现浇筑的细石混凝土也流失，并出现塌孔。复钻时，钻进到碎石土层，再次出现漏浆。调整试桩桩位再施工，发现仍出现上述情况。成孔难度大，成桩工期长，同时碎石土层和溶洞区域回填的材料用量大，成本增加。

鉴于施工勘察资料和试桩施工情况，邀请专家对地质条件进行分析，结合周边工程项目之前的勘察状况，判断工程场区位于古山脉的临崖侧山脚，临崖侧山体破碎，大石块、碎石堆积在场区内，因此岩土工程勘察显示场区存在大量碎石土，碎石土厚度不均，变化较大，且内部空隙联通，填充不充分。因此在钻机钻进过程中，出现大石块阻碍钻机钻进，并出现漏浆和塌孔情况。

4桩型调整

鉴于地质条件复杂和试桩施工出现的困难，钻孔灌注桩施工将出现钻进成孔时间长、桩孔垮塌、桩孔回填等现象，处理过程将增加极大的成本，且施工质量较难保证。因此能否将高层和超高层建筑的桩型式和布置进行调整，以实现桩不进深部碎石土层和岩溶岩层，实现结构安全前提下，桩基施工顺利。

结合以往已施工项目采用长、短长螺旋钻孔压灌桩-褥垫层-筏板复合基础的经验，将高层和超高层建筑的钻孔灌注桩也调整为长螺旋钻孔压灌桩-褥垫层-筏板复合基础（长钢筋混凝土桩、短素混凝土桩交错布置），设计单位进行桩长、桩数量、桩布置的调整和设计计算后，组织专家组进行基础设计技术咨询，咨询意见同意桩型方案的选择，设计单位根据咨询意见进行持力层、桩长、桩布置调整后，重新确定试桩，进行试桩施工和试验。

高层建筑桩基：由直径A800、桩长28～34m的钻孔灌注桩，调整为直径A600长桩（15m长螺旋钻孔压灌钢筋混凝土桩）、直径A400短桩（7m长螺旋钻孔压灌素混凝土桩）；持力层由⑤砂质粉质黏土调整为③-3粉质黏土。

超高层建筑桩基：由直径A800、桩长35～61m的钻孔灌注桩，调整为直径A600长桩（18～20m长螺旋钻孔压灌钢筋混凝土桩）、直径A400短桩（7m～9m长螺旋钻孔压灌素混凝土桩）；持力层由灰岩、中风化石英砂岩调整为⑤砂质粉质黏土（长桩）、③-3粉质黏土（短桩）。

调整后桩均不入深部碎石土层和岩溶岩层。

5长螺旋钻孔压灌桩试桩施工及试验

设计调整后的长桩和短桩均不进入深部碎石土层和岩溶岩层，持力层为⑤砂质粉质黏土的长桩虽然经过浅部碎石土层，但该碎石土层碎石粒径较小且黏性土填充，该土层对钻机钻进阻碍较小。长螺旋钻孔压灌桩采用干作业成孔，不需泥浆护壁，因此不存在漏浆、塌孔情况；同时长螺旋钻孔压灌桩成孔后即泵压混凝土成桩，不存在提钻后清孔过程，因此桩孔不会出现坍塌。

经试桩施工验证，在保障混凝土供应的前提下，长螺旋钻孔压灌钢筋混凝土桩施工时间短、效率高，且成桩质量良好。

试桩成桩后，留置的混凝土试块达到设计强度，进行静载试验。

长螺旋钻孔压灌钢筋混凝土桩（A600长桩）在场地原始地面施工并进行静载试验，静载试验的指标必须在设计所需要的承载力上增加原始地面至桩端高度内桩所受的桩侧摩擦承载力，因此设计图纸上试桩所要求的承载力高于工程桩所要求的承载力。根据试桩的静载试验结果，邀请设计单位现场确认并讨论后，扣除实际增加的桩侧摩擦承载力后，能满足工程桩所需要的承载力。同时为保障结构安全性和施工质量，确定将A600长螺旋钻孔压灌钢筋混凝土长桩长度统一为20m以上，短桩不变。

6实施分析与总结

钻孔灌注桩变更为长螺旋压灌桩后，试桩的施工证明桩基变更的可行性，高层建筑和超高层建筑长螺旋压灌桩大面积的施工将验证变更的经济性。高层建筑和超高层建筑主体结构的施工及沉降观测将进一步说明变更后基础的结构安全性。

本工程桩基型式的变更实例将为复杂地质条件下桩基选型提供一定的参考。

参考文献：

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