随着我国经济迅猛发展和城市化步伐的加快，各类高层、重型建筑(构筑)物越来越多，对基础工程的要求越来越高。钻孔桩由于其独特的技术经济优势，己成为各类建筑物的主要基础形式之一。近年来，各类建筑物的上部结构越来越复杂、荷载更大，要求的桩径、桩深也随之增大；加之为了节约耕地，人们不得不在软弱地基或复杂地层上大兴土木，施工条件越来越差，而施工要求却越来越高。所以，钻孔桩的施工难度与工程管理难度也明显加大。如何优质、高效、安全、环保和经济地施工这类高难度钻孔桩工程，不仅是保障企业在激烈市场竞争中可持续发展的问题，也是地质工程领域、岩土钻掘工程界当前面临的重要课题。笔者近年来亲自参与了温州世贸中心大厦、深圳金中环大厦、南京圆通广场和宜春邮电大楼等一批高难度建筑钻孔桩工程的施工与管理工作。本选题正是针对这类工程中遇到的主要问题，就高难度工程施工技术优选、超深桩孔泵吸法钻进等一系列难题展开理论联系实际的攻关研究。实践证明，笔者及其团队的工作较好地满足了工程旖工要求。 笔者的主要研究工作和成果概述如下： 1．研究分析了高难度建筑钻孔桩工程的特点，提出了构成高难度工程的复杂条件，桩的桩径、桩深等级划分标准，结合温州世贸中心大厦等四项典型高难工程实例，分析归纳了高难工程施工遇到的主要技术和管理难题。 (1)高难度钻孔桩工程，可分为高难度桥梁钻孔桩工程和建筑钻孔桩工程两大类，本课题研究的是高难度建筑钻孔桩工程(简称为高难工程)。在现有综合施工能力下，给施工造成极大困难、甚至无法施工的建筑钻孔桩工程就是高难工程，它是复杂的地质条件、施工场地、环境条件以及极高的设计参数要求及极低的市场价格等诸多不利于施工的客观因素和主观因素互相作用的结果。 (2)构成高难工程的复杂条件，包括复杂的地质条件、复杂的场地及周边环境要求、极高的桩基设计要求和不合理的业主要求等四类。复杂的地质条件有卵砾石地层、坚硬基岩层、“三大石”地层(详见§2.2)、软硬互层及残留体风化基岩层、岩溶裂隙地层及水文地质条件复杂的地层等六类。 (3)超大直径桩和超深桩的划分标准。根据桩径、桩长对施工影响程度的不同，把工程桩的直径和长度划分为六个等级：①超深(长)桩：桩深≥100m；②超大直径桩：桩径≥2.2m；⑧深(长)桩：桩深75～100 m；④大直径桩：桩径φ1.6～2.1 m；⑤常规桩：桩径φ0.6～2.1 m、桩深≤75m；⑥微型桩：桩径≤0.6 m。 (4)温州世贸大厦等四项典型高难工程的主要技术与管理难题是：①钻进方法优选； ②超深桩孔泵吸法钻进技术；③超大直径滚刀钻头研制及应用；④深层坚硬残留体及软硬互层岩层钻进工艺及钻头研制；⑤超深桩孔扩径预防；⑥复杂地层孔壁稳定机理及泥浆技术；⑦超深桩成桩质量控制；⑧施工成本测算、钻机优化调度及项目经营决策等管理难题。 2．研究分析了高难工程钻进方法的现状、特点，提出了钻进方法的优选及优化组合原则，分析了钻进方法优选的技术经济评价方法。 (1)钻进方法的优选是高难工程施工的关键技术问题之一。在现有正循环、泵吸法和气举法等九种工法中，适合高难工程成孔施工的钻进方法主要是泵吸法、冲击反循环、旋挖钻和冲击钻四种工法。 (2)分析认为，高难钻孔桩工程采用泵吸法+旋挖钻进组合成孔可达到最佳钻进效果。 (3)钻进方法优选的技术经济评价方法主要有：定性分析评价法、多指标分析法、综合指标分析评价法。 3．结合工程实践，系统研究分析了超深桩泵吸反循环钻进理论，提出了反循环系统压力总损失的计算公式和反循环系统正常工作的条件，进一步分析了影响钻进深度及钻进效率的因素，研究制定了超深桩泵吸法钻进的技术措施。在此基础上，创造了国内泵吸法钻深122.74m的新纪录。 (1)概述了笔者三次为工程需要进行泵吸反循环钻进试验的情况，即1987年上海孔深76.8m 的试验桩，1997年武汉孔深102m的桩；2003年温州孔深120m的桩。通过机具改装配套设计，理论研究和试桩工程实践，把泵吸法钻进技术推向了新高峰。 (2)根据泵吸法实现反循环的条件，通过压力损失的理论计算及实践研究，提出了经济钻深、临界钻深和临界钻速的概念。一般采用φ168钻杆+6in砂石泵的临界钻深在100m左右，采用φ245钻杆+6in 砂石泵的临界钻深在130m以上。文中详细论述了经济钻深、临界钻速与临界钻深的关系。 (3)结合温州世贸中心大厦钻孔桩施工的需要，研究改进了GPS-30A 型钻机及钻具系统，大胆地实现了φ245钻杆和6in砂石泵的匹配，取得了满意的施工效果。 4．结合深圳金中环大厦超大直径嵌岩桩施工要求，分析研究了滚刀钻头的类型、碎岩机理及钻进工艺，成功研制了超大直径球齿滚刀钻头，完成了桩径达φ2.8m 的嵌岩高难桩基工程。 (1)研究认为，楔齿滚刀钻头的碎岩机理是滚刀自转时楔形刀齿冲击碎岩，滚刀公转时滑移剪切碎岩；球齿滚刀钻头的碎岩机理是球形刀齿冲击压碎+球齿研磨及剪切碎岩；盘型滚刀钻头则以盘型刀齿对岩石压碎和研磨为主。因高难工程施工中钻机的扭矩和压力都比较小，满足不了盘型滚刀碎岩的要求，故盘型滚刀不适合建筑钻孔桩施工。 (2)研制的φ2.8m 超大直径球齿滚刀钻头总体布局好、强度大。创造性地实现了混合布刀方式、喇叭形水口设计，筒状刀盘架及钻头配重加压等。钻头具有良好的切削、排渣、导正、防斜功能，使用效果非常好。 5．通过温州世贸中心大厦超深桩工程实践，研究解决了复杂地层超深桩钻进工艺及成桩质量控制等技术难题。 (1)采取综合治理措施，有效解决了深层(埋深60～110 m)、巨厚(厚达46 m)、坚硬(强度达330 Mpa)残留体及软硬互层风化基岩的钻进难题。自行研制的筒形翼状钻头既能有效钻进坚硬残留体、中风化基岩，又对粘性的全风化、强风化基岩地层具有良好的适应性，综合钻进效率提高50％以上，且钻头具有很好的防斜作用。 (2)研究表明，超深桩钻孔严重扩径的主要原因是钻杆甩敲孔壁及钻头甩扩孔底。通过管柱力学分析，得出钻杆最大弯曲变形位于距孔底48 m左右。研制并安装了钻杆单动扶正器，加之实施其它稳定孔壁措施，有效防止了复杂地层超深桩孔的扩径。 (3)引进了螺纹套筒钢筋笼连接新技术，在确保全孔钢筋笼连接垂直度的同时，使钢筋笼连接时间由21-24h缩短至 6-8h，提高了成桩质量与效率。 (4)因地制宜研究制定了一系列强制性技术措施 (清孔时间、换浆规程、厚壁灌注导管制作等)，确保了成桩质量。整个工程一类桩97％，二类桩3％，无不合格桩。 6．研究了复杂地层桩孔施工泥浆护壁机理及孔壁失稳的原因，得出了孔壁稳定约束条件。针对不同地层及水文地质条件，制定了稳定孔壁的技术措施，包括孔内水头设置方案、护筒埋设要求、泥浆性能指标要求和钻渣分离的优化方案等。 7．针对在窄小场地施工大型工程时面临的钻机调度困难问题，引进遗传算法，开展了钻机调度优化路线的研究，并在上海黄体中心桩基工程施工中应用，取得了良好的效果。 8．总结了高难工程管理诸关键环节，包括项目承接决策、项目组织管理方案、项目经理人选和施工成本测算等七个方面。重点分析了影响高难工程经营决策的因素，提出项目风险识别，职能部门论证，技术经济综合论证等六种经营决策方法。倡导创新发展企业文化和创建项目文化的理念，树立做好一项高难工程、树立一个品牌、广交一方朋友、拓展一片市场的观念。 综观全文，笔者所做工作的主要创新点如下： 1．采用泵吸法，成功施工了国内罕见的极复杂地层超深桩，创造了泵吸法钻进深度122.74m 的新纪录，丰富了泵吸反循环钻进的理论与实践。 2．自行研制了φ2.8m 球齿滚刀钻头和发挥牙轮、滚刀、复合片综合碎岩优势的筒形翼状钻头，攻克了坚硬微风化花岗岩超大直径钻进和坚硬残留体及软硬互层基岩钻进的难题。 3．借助管柱力学确定了钻杆柱的最大弯曲变形位置，通过安装自行研制的钻杆单动扶正器，并辅以其它措施，有效解决了超深桩钻孔严重扩径的问题。 4．引进遗传算法，开展了钻机调度优化路线的研究，应用于窄小场地施工大型工程，取得了良好效果。 5．研究总结了六种高难工程项目承接经营决策方法、有效降低了重大经营管理决策失误的概率，避免重大经营损失。 笔者展望，今后我国高难度建筑钻孔桩的工程数量将越来越多，而理论研究与工艺优化的工作却往往落后于工程实践。因此，对高难度建筑钻孔桩的施工技术与管理工作进行深入研究具有重要的理论意义和实用价值。本文是笔者对几年来工作的总结，希望能对本企业及类似工程项目起到指导借鉴作用。笔者今后将与有兴趣的国内外同行一起对这类问题继续研究与探讨。