1 工程概况

　　四川大学华西天府医院为大型公益性医疗项目，分东西2个地块，规划建设总用地17.5万m²，总建筑面积约26万m²。

　　西地块地下室共2层(共10.5m)，地上由1栋普通住院楼(共10层、51.3m)、1栋特需医疗楼(共6层)及低层附属裙楼组成。底部采用桩基础，桩径800～1 800mm，理论长度10～38m，共2 104根，设计持力层为中风化砂质泥岩层，设计要求桩底持力层下应保证3倍桩身直径，且>5m深度范围内无洞、溶洞、破碎带等不良地质。

　　2 地质条件

　　西地块内表层杂填土及软弱土质较厚，场内水位高，整体土质承载力低，土层厚度及特征如下:(1)杂填土厚0.5～11.1m，较松散，主要由黏性土、砂岩岩块、泥岩岩块及岩屑、混凝土块、碎砖块等组成，局部区域可见少量生活垃圾，局部含少量淤泥质土，均匀性差，为新近堆积形成;(2)粉性土粉质黏土厚0.7～5.7m，粉土厚0.6～6m，粉砂厚0.5～5m，其中粉土、粉砂呈饱和状态，部分粉质黏土软化，层位厚度变化大，属典型不均匀地基土，力学强度及变形性差异大，整个地下土承载力低;(3)卵石、块石厚0.5～4.6m，含量50%～70%，直径一般0.60～0.80m，大者为1.20～1.50m;(4)强风化砂质泥岩厚3.2～6.4m，吸水易软化，失水易开裂崩解;(5)强风化砂岩厚0～8.8m，手可轻易捏碎边角，岩层具吸水软化崩解、强度迅速降低的特点;(6)中风化砂质泥岩未揭穿，泥质胶结，中厚层状构造，岩体较完整，岩芯采取率一般约90%，岩石质量指标RQD为70%～75%。其中西地块南部为2万m²的古河道，约占西地块地下室面积的1/3，现河道中间形成约4 000m²的封闭性水塘。在古河道北侧部分区域，土层中间夹杂漂石等大石块及混凝土块，约4 800m²。

　　总体而言，区域内杂填土及软弱土层总体厚度为6.7～20m，水位较高，地下水丰富。而大多区域中下部为粉土、粉砂层，属液化土，各岩土层均匀性差、力学强度低，具高压缩性，工程性能差。

　　3 工艺选择

　　现场按常规旋挖施工工艺试钻4根，发现旋挖机很难穿透杂填土层(含石块及混凝土区域)，中间夹杂的漂石被整体带出，造成大量侧壁孔洞及附近土层坍塌，最终导致该段桩孔成型较差、垂直度差、孔径变化大、部分区域扩孔较大等。同时，进入中下部土层时，桩孔在机械钻进扰动及动水压力作用下崩解成流砂状，导致钻孔坍塌、成孔困难、孔底沉渣过厚等情形。

　　针对成孔困难等问题，项目同地质勘察、设计等单位制订2种方案。(1)方案1:泥浆护壁旋挖钻孔本工程地下土质软弱，可充分利用泥浆黏滞性，使孔壁一定范围内的土体成为相对整体。即钻孔过程中不断泵入泥浆，通过孔壁孔隙向地层内渗透到一定范围便黏附在土体颗粒上。一方面可直接对孔壁静压力起支护作用，另一方面有效阻止地下水渗流，防止孔壁坍塌。(2)方案2:全钢护筒旋挖钻孔采用振动锤等设备在预定桩基位置沉入长钢护筒，最终使钢护筒穿越软弱层等，此工艺可防止塌孔等现象，桩孔成型质量较好。

　　根据以往工程经验，以1根16m长桩为例，2种施工方案对比如表1所示。由表1可知，泥浆护壁虽在施工成本方面有优势，但成孔速度较慢，成孔质量不稳定，易出现断桩等问题，后期桩基整改费用可能更高;全钢护筒旋挖钻孔虽施工成本偏高，但成孔速度较快、成型质量较好。

　　本项目为重大民生工程，质量要求高、目标定位高。考虑西地块大面积土质较软弱，为确保工程桩施工质量，减少返工，经参建各方研讨后决定选择全钢护筒旋挖钻孔施工工艺。

　　4 全钢护筒成孔灌注桩施工

　　4.1 施工流程

　　施工流程如下:场地平整→桩基定位→埋设长钢护筒→旋挖钻孔→成孔检查及清孔→下放钢筋笼→下导管→浇筑桩身混凝土及拔出护筒。

　　表1 方案对比  

　　4.2 场地平整

　　桩基施工前需平整场地，由于本工程部分区域需回填，故回填土必须碾压密实，场地平整度与钻机就位时最大倾斜角≤4°。

　　4.3 桩基定位

　　依据建筑物测量控制网的资料和基础平面布置图，采用全站仪测定桩位轴线方格控制网、高程基准点、桩位中心，再由桩中心引出4个方向控制点，以便校核施工过程中桩心位置。

　　4.4 钢护筒选择及埋设

　　钢护筒起导正钻具、控制桩位、隔离地面水渗漏、防止孔口坍塌、抬高孔内静压水头和固定钢筋笼等作用。针对本工程复杂地质，采用6～35m长、10mm厚全钢护筒，护筒直径大于桩基直径200mm。

　　根据定位，桩位外挖出比护筒直径大60cm、深0.2m的圆坑，在坑底填筑20cm厚黏土，并整平夯实，再安装护筒导向架，导向架利用型钢焊制而成，导向架四角利用钢管进行固定，定位桩入土深度按3m考虑，然后用液压振动锤将护筒夹持至设计桩处，护筒安装完成后，复测护筒中心及垂直度。当中心偏差符合要求后，可使钻机就位开钻。护筒安装平面布置如图1所示。

　　图1 护筒安装平面布置 

　　4.5 钻孔施工

　　根据测量好的桩位，旋挖钻机行走就位，将钻盘中心对准护筒中心，调平钻盘开钻。钻孔时需注意钻入深度及钻入土层情况，当钻入深度超过钢护筒埋设深度1～2m时，应取出旋挖机钻头，换振动锤继续施压钢护筒，继续向下推进1～2m，完成后再旋挖钻孔。反复进行该操作，直至开挖至设计深度，达到入岩要求为止。在施压中间长护筒时，应注意检查垂直度及定位。整个成孔过程中，应有专人做好施工记录。

　　4.6 清孔及成孔检查

　　清孔的目的是清除孔底沉渣，而孔底沉渣是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。因此，需确保清孔彻底、充分。结合不同桩位的地质条件，灵活选择旋挖钻头清孔及抽浆法清孔。

　　清孔完成后，需全面测定桩身直径、孔底标高、桩位中心线、井壁垂直度、虚土厚度，做好施工记录，办理隐蔽验收手续。

　　4.7 钢筋笼骨架制作及吊装

　　钢筋笼提前在加工房按设计要求进行制作，使用汽车式起重机缓慢均匀吊放钢筋笼入孔，尽量避免钢筋笼倾斜及摆动，以防塌孔。吊装桩顶段时，需在桩顶段钢筋笼设置混凝土控制标高。钢筋笼下孔后一定要进行矫正，保证钢筋笼中心和桩心在允许偏差范围内，确保桩的保护层厚度。

　　4.8 混凝土浇筑及护筒拔出

　　因施工区域水位高，故采用水下浇筑混凝土工艺。桩孔浇筑前安装好导管，导管采用逐节段连接、逐节段下放的安装方法，导管下口距孔底控制在(40±5)cm高度，导管上口距孔口控制在(200±15)cm高度。导管安装完毕后将漏斗连接在导管上口。

　　完成以上工作后边浇筑边缓缓拔护筒。其中水下浇筑混凝土应保证足够的混凝土初灌量，确保导管下口一次埋入混凝土灌注面以下，埋入深度应≥800mm;同时，应控制最后一次灌注量，超灌高度宜为0.8～1.0m，凿除浮浆后需保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计要求。

　　护筒拔出过程中宜采用振动锤配合提升，随时监测护筒内混凝土面的下降量，采取有效措施保证成桩质量，并做好记录。

　　5 桩基施工技术要点

　　5.1 复杂地基处理

　　本工程古河道、池塘等软弱区域中，土质承载力低，旋挖机、汽车式起重机无法直接进行操作。应立即在积水区域旁侧设置集水坑，并用污水泵将积水抽至场外，再用挖掘机从该区域边缘挖出淤泥等表层软弱土，在积水泥泞区域采用级配砂卵石进行换填。

　　浅层出现大体积硬质石块的区域，先用旋挖机挖出表层大石块，换成素土回填压实即可，确保旋挖机、汽车式起重机安全平稳操作。

　　5.2 护筒振入困难解决方法

　　结合工程地质情况，护筒因底部坚硬石块阻挡无法振入，且硬质石块凸入钢护筒内较短，导致旋挖机无法将其钻碎。根据现场探索及多次试验，当第1次振入钢护筒受阻且旋挖机反复钻进也无法推进时，可先取出护筒，换成更大的钢护筒，再进行旋挖，直至穿越大石块夹层，再安装原长钢护筒进行旋挖施工。

　　大钢护筒直径为400～600mm，厚12mm，结合地质勘察报告及硬质石块位置，大钢护筒长6～10m即可。

　　因已明确钻孔位置存在大石块夹层，故需用岩石筒钻头，钻头比护筒略小即可。

　　钻入大石块层时，需先慢速旋转，防止钻头受损，同时也可钻碎大石块，避免桩孔内大面积坍塌，以提高成孔速度、质量及降低后期混凝土的损耗量。

　　使用液压锤夹持大钢护筒缓缓向上并取出，让大钢护筒周边土石缓缓填入原大钢护筒与小钢护筒间隙。取出大钢护筒时，应避免与内部钢护筒发生碰撞，液压锤避免与小钢护筒摩擦碰撞。双钢护筒施工如图2所示。

　　图2 双钢护筒施工 

　　取出大钢护筒后，若发现孔与小钢护筒外壁间仍有较大间隙或孔洞，应用四周原有土进行回填，避免大量损耗后续混凝土。

　　5.3 软弱土质情况下的单桩静荷载试验

　　根据JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》，项目部对西地块成桩质量采用单桩静荷载试验(抗拔、抗压)、超声波透射法、低应变法、钻芯法进行检测。根据桩基设计承载力要求，静荷载抗压试验中最大加载量达17 737kN，静荷载抗拔试验中最大加载量达5 861kN，远大于桩基施工期间旋挖机、液压锤等机械设备。而本工程地质情况复杂，特别是原古河道、池塘区域土质十分软弱，若不采取特殊措施，静荷载试验加载中，极可能发生支墩下地面下陷或钢梁倾斜等情况，从而造成安全事故或检测数据失真。

　　静荷载抗压试验中，经过项目讨论，挖出检测桩5～6m半径范围的堆土、淤泥、泥浆等，用挖掘机来回碾压整平，然后再在上分层回填页岩并分层碾压密实，总厚度≥0.5m，最后满铺20mm厚的钢板。静荷载试验加载、卸载过程中，需对称吊放或转运荷载块(混凝土块)，及时关注四周土体变化及整个试验堆放的混凝土块稳定性与平衡性。

　　静荷载抗拔试验中，主要靠地面反力支撑整个钢梁，以此给桩向上的拔力。钢梁两端下面回顶装置的直径为0.5m，抗拔试验中最大加载量为5 861kN，钢梁两端的地面受力达12 445kPa，远超地基土承载力。因此现场先换填钢梁两端底下各10m²范围的软弱土，即采用页岩分层回填压实，单层厚度0.3m，总厚度≥0.5m即可。回填土整平压实后，在回顶装置预计位置铺放2m×3m×0.1m的钢板。同时静荷载试验中，加载及卸载应严格按规定时间进行，严禁提前加载或卸载，该过程应有人旁站监督，关注钢梁的稳定性、平衡性。

　　5.4 高效破除桩头要点

　　为方便桩头混凝土超灌部分后期破除，确保混凝土破除后外露钢筋的质量，在桩头位置钢筋端部加800mm长的40mm PVC套管，并弯折上方进行封闭，防止超灌混凝土接触破桩部分钢筋，降低桩头破除难度，提高破桩质量。

　　6 实施效果

　　桩孔旋挖过程中，借助全钢护筒确保桩孔成型顺利，未发生桩孔坍塌、钢护筒倾斜等现象，通过双护筒方式解决局部区域护筒无法沉入的问题。最终单桩静荷载试验(抗拔、抗压)、超声波透射法、低应变法、钻芯法检测结果显示均为I类桩，桩身结构完整，单桩竖向抗压及抗拔承载力特征值均满足设计要求。

　　7 结语

　　经过本工程实践证明，采用全钢护筒成孔灌注桩施工工艺，可在杂填土较厚、中间出现大量不均匀大石块或混凝土块、存在极软弱土质等类似情况时进行长桩施工，但借鉴本工程具体施工及管理经验时，其他工程需掌握此类桩基施工的控制要点，适度处理复杂地基，增加必要施工措施，并加强施工过程管理，确保桩基施工质量。