下卧多个软弱破碎夹层的超硬基岩桩基施工技术

1?工程概况

浙江省全民健身中心工程和下城区潮鸣艮山单元 XC0202–R21–01地块拆迁安置房位于杭州市下城区体育场路与东健康路交叉口，两个工程的地下室连成一体，共用一个基坑支护体系。浙江省全民健身中心工程地下3层，地上11层，建筑面积为197?135.6?m2，是国内规模较大的全民健身中心；拆迁安置房工程地下1层，局部3层，地上为2幢20层的单体，建筑面积30?178.9?m2。

1.1?地质情况

场地地貌类型属于第四纪冲海积平原区，地表下勘探深度范围内的地层主要为第四纪覆盖土层，主要为填土、粘质粉土、粉砂性土、粘性土、粉细砂、圆砾等，部分存在流塑状的淤泥质粉质粘土。基岩分为泥质粉砂岩和安山岩两类，主要岩性特征和风化程度如下。

14 ₃ 层中等风化泥质粉砂岩：砖红色，母岩成分与结构部分已风化，节理裂隙较发育，局部夹中等风化安山岩块。层厚为3.60~9.80?m，场地南侧安置房区域分布。该层岩石天然单轴抗压强度值为0.7~1.4?MPa，平均值为0.87?MPa，属极软岩。

15 ₃₂ 层强偏中等风化安山岩：紫红夹灰白色，母岩成分与结构部分已风化，节理裂隙较发育，所取岩芯呈碎块状为主，夹中风化岩块，用手难掰断，不易碎，干钻难钻进。层厚为0.60~7.40?m，局部分布。

15 ₃ 层中等风化安山岩：紫红夹灰白色，母岩成份与结构部分已风化，节理裂隙较发育。该层岩石饱和单轴抗压强度值为1.4~7.6?MPa，平均值为4.16?MPa，属软质岩。

14 ₃ 层泥质粉砂岩与15 ₃ 层安山岩交界线位于安置房区域，安置房大部分土质为15 ₃ 层中等风化泥质粉砂岩，交界线附近的基岩分布情况较复杂，桩基施工时应按现场钻进情况判断基岩种类并确定基岩面。

1.2?水文条件

详勘揭露范围内主要为第四纪孔隙潜水和承压水。潜水主要赋存于场区浅部1填土层及2层粘质粉土、3层粉砂性土中，一般表部填土潜水含水层其富水性和透水性具各向异性，透水性良好，其下粉砂性土含水层透水性较好，通常呈各项同性。勘察实测钻孔稳定水位在地表下1.40~2.90?m，地下水位动态变幅为1.00~1.50?m。

1.3?桩基设计

浙江省全民健身中心工程桩采用直径为700?mm、直径为800?mm和直径为900?mm钻孔灌注桩，有效桩长不小于45?m，桩尖进入15 ₃ 层中风化安山岩不小于1.0?m，采用C35水下混凝土，共计1?275根。安置房工程桩采用直径为6?00?mm、直径为700?mm钻孔灌注桩，设计有效桩长不小于45/49?m，桩尖进入14 ₃ 中等风化泥质粉砂岩或15 ₃ 中等风化安山岩不小于1.0?m，采用C35水下混凝土，共计216根。

2?地质差异与补勘措施

根据地质勘察报告和施工图等技术资料，采用GP10转盘机进行钻孔灌注桩施工。设计试桩与桩基施工过程中，发现15 ₃ 中风化安山岩下卧多个软弱破碎夹层，且中风化安山岩的实际强度更高，给桩基施工带来了一定挑战。

2.1?下卧软弱破碎夹层

（1）设计试桩静荷载试验。本工程共6根设计试桩，其中3根抗压试桩、3根抗拔试桩，成桩孔深为61~63.05?m。2022年5月24~25日，对直径为800?mm的SSC1试桩进行单桩竖向抗压静荷载试验，荷载加至7?980?kN时沉降量突然加大，本级沉降量超过上一级的5倍，因此桩基检测单位判定该试桩竖向承载力极限值为6?840?kN、竖向承载力特征值为3?420?kN，远小于设计竖向承载力特征值5?700?kN，判定该试桩为异常桩。其他2根抗压试桩和3根抗拔试桩检测结果均符合设计要求。

（2）异常桩施工记录。设计试桩SSC1位于D4轴交DP轴附近，邻近Z20号勘探孔。该桩进入15 ₃ 层中等风化安山岩，入岩时孔深为57.5?m，终孔时孔深为63.05?m，有效桩长63.05?m，进入持力层5.55?m。一次清孔、下钢筋笼、二次清孔等工作顺利，沉渣厚度50?mm，泥浆比重1.17，粘度19?s，含砂量5?%，各项指标均符合设计及现行规范要求。2022年4月25日6∶23~8∶20完成混凝土浇筑，实际浇筑混凝土方量36?m3，理论计算方量为31.683?m3，充盈系数为1.14，施工情况正常。在强度达到设计要求后进行静荷载试验，静荷载试验异常，初步判断桩端持力层存在异常情况。

（3）针对性补勘。2022年5月30日，在SSC1试桩旁边2?m处进行补勘，补勘钻孔时发现15 ₃ 层中风化安山岩下部存在多个夹层，15 ₃ 层中风化安山岩与15 ₃₂ 层强偏中等风化安山岩岩层多次反复交叉， 4个15 ₃ 中风化安山岩层夹3个15 ₃₂ 层强偏中等风化安山岩层，且15 ₃₂ 层强偏中等风化安山岩岩层破碎。图1（a）所示为孔深65.0~66.0?m的强偏中风化安山岩、67.2~70.0?m的强偏中风化安山岩，图1（b）所示为70.6~77.0?m第4次见到中风化安山岩。

   

（a）               （b）

图1?地下连续墙钢筋笼吊装

（a）强偏中风化安山岩；（b）中风化安山岩

（4）一柱一勘。由于下部存在软弱破碎层的15 ₃ 中风化安山岩不宜作为桩基持力层，为进一步查明类似地质情况，为桩基设计提供准确依据，决定对抗压桩进行一柱一勘。补勘要求：一般孔的勘察深度为桩端下5?m，控制性孔为桩端下10?m，遇到软夹层时需穿透软夹层并进入稳定中风化层不少于6?m，共计178个补勘点。

2.2?中等风化安山岩实际强度

（1）桩基施工情况。根据原地质勘察报告，采用GP10型转盘式桩机进行施工。桩机进入15 ₃ 层中等风化安山岩后每小时进尺仅有5?cm，部分进入持力层较厚的桩进尺难度更大。经讨论，鉴于GP10型桩机进入15 ₃ 层中等风化安山岩进尺缓慢，决定将GP10型桩机陆续替换成GP25型桩机施工。

GP25型桩机在实际施工时也存在进尺困难和多次钻杆打断现象，如GP25型桩机施工KKC122桩，钻孔至孔深55m时，根据地勘报告与现场取样确认已穿透15 ₃₂ 层强偏中等风化安山岩，再往下在15 ₃ 层中等风化安山岩界面位置时，GP25型桩机无法进尺。GP25型桩施工KB228桩，钻孔至孔深58?m时，根据地勘报告与现场取样确认已进入强风化安山岩5?m，此时钻杆打断。

随后改用旋挖机施工KKC122桩，从2022年 7月5日上午6∶30到下午17∶00，累计在15 ₃ 中风化安山岩进尺4.05?m，满足终孔要求，旋挖机在3中风化安山岩中每小时平均进尺38.7?cm。改用旋挖机施工KB228桩，到63?m时进入中风化安山岩，到65.2?m时终孔，进入中风化安山岩2.2?m，满足终孔要求，旋挖机在15 ₃ 中风化安山岩中每小时平均进尺42.5?cm。

（2）取样检测强度。根据GP10型和GP25型桩机钻孔施工困难的实际情况，初步判断地勘报告描述的15 ₃ 层中等风化安山岩饱和单轴抗压强度平均值4.16??MPa和实际强度值存在较大出入，决定采用中联360旋挖机选择代表性孔进行基岩取样和强度检测。2022年7月9日采用360旋挖桩机施工KKC123号桩。KKC123号桩位于Z35勘探孔附近，设计孔深61.25?m。在孔深59.6?m处用筒钻取出1节0.9?m长的3中风化安山岩岩样，钻取3个试样送检测单位检测，检测结果为单轴抗压强度值达到30?M P a。原地勘报告描述3层中等风化安山岩饱和单轴抗压强度值在1.4~7.6?MPa，平均值为4.16?MPa，现场取样检测强度与地勘报告的单轴抗压强度值差距甚大。

3?技术措施

根据部分区域15 ₃ 层中等风化安山岩存在下卧软夹破碎层和15 ₃ 层中等风化安山岩饱和单轴抗压强度值实际达到30?MPa的情况，决定在设计与施工方面采用相应技术措施。

3.1?设计措施

（1）对于抗拔兼抗压桩仍按原设计有效桩长45?m且桩端全截面进入稳定中风化安山岩不小于1?m双控实施；对于有效桩长达到45?m但仍未进入稳定中风化安山岩的桩，可按有效桩长48?m且桩端全截面进入稳定15 ₂ 强风化或15 ₃₂ 强偏中风化安山岩不小于1?m双控实施。

（2）抗压桩根据一柱一勘情况，即中风化安山岩下软弱破碎层的层数与厚度逐一确定每个承台的基桩设计要求，如部分桩按原设计有效桩长45?m，且进入中风化安山岩不少于1?m双控实施；部分桩按有效桩长51?m，且进入中风化安山岩不少于1?m双控实施；部分桩按原设计有效桩长45?m，且进入中风化安山岩不少于1.95?m双控实施等。

3.2?施工技术

根据实际土质情况，决定全部采用旋挖机分区 块、分阶段进行桩基施工，同区段内立柱桩与工程桩穿插进行作业。

（1）持力层为泥质粉砂岩的桩基施工。采用旋挖机施工，首先选择直筒式双进口截齿钻头，开孔泥浆采用自然土层造浆。由于上部土层造浆能力强，添加部分膨润土就能确保桩孔护壁。进尺不宜过快，需打散淤泥土团块。纯钻进速度控制在每分钟1斗，每斗进尺约0.5~1?m。砂质粉土和粘质粉土摇振反应大，桩孔容易缩径，进尺时孔底有轻微上涌。进入中风化粉砂岩时钻头改用直筒式嵌岩截齿双底捞砂斗，中风化粉砂岩进尺每分钟1斗，每斗深度大约1?m，整体施工顺利。

（2）持力层为安山岩的桩基施工。对于持力层为15 ₃ 中风化安山岩、15 ₂ 强风化安山岩或15 ₃₂ 强偏中风化安山岩的桩基采用旋挖机施工，首先选择直筒式双进口截齿钻头（或称双进口捞砂钻头），开孔泥浆采用自然土层造浆。由于上部土层造浆能力强，添加部分膨润土确保桩孔护壁。进尺不宜过快，需打散淤泥土团块。纯钻进速度控制在每分钟1斗，每斗进尺0.5~1?m。原计划进入强偏中风化安山岩、中风化安山岩时采用直筒式嵌岩截齿双底捞砂斗，由于在强偏中风化安山岩与中风化安山岩中取样时夹带上部掉落的粉质粘土，使岩芯包裹在粉质粘土中，粘度很大，不适合用整体筒式嵌岩钻头，因此进入强偏中风化安山岩与中风化安山岩时，改用两瓣式嵌岩钻头钻进并取样，进尺每分钟1斗，每斗深度大约1?m。中风化安山岩，整体施工顺利。

4?结束语

对于在试桩过程发现的桩端持力层下部存在软弱破碎层和实际基岩强度明显偏高的情况，通过补勘、设计与施工3个方面，采取以下措施有效解决了该 难题。（1）先进行有针对性的补勘，然后进行大面积一柱一勘。采用旋挖机钻取代表性基岩试样进行强度检测，了解实际强度，为采取合适的旋挖机机型与钻头提供依据。（2）对于抗拔兼抗压桩进行设计参数调整，按进入稳定15 ₃ 中风化安山岩和进入稳定15 ₂ 强风化或15 ₃₂ 强偏中风化安山岩两大类考虑，按有效桩长和进入持力层的长度进行双控；对抗压桩内则根据一柱一勘的具体情况，即中风化安山岩下部软弱破碎层的层数与厚度，逐一确定每个承台的基桩设计参数。（3）施工方面采用中联360旋挖机施工，上部土层采用直筒式双进口截齿钻头施工，下部基岩为中风化粉砂岩时，采用直筒式嵌岩截齿双底捞砂斗施工，下部基岩是安山岩采用两瓣式嵌岩钻头施工。不同土层采用不同的钻头，既能有效进尺、确保进度，又能防止塌孔、减少粘钻、确保质量。