长螺旋钻孔压灌桩工艺
[摘 要]长螺旋钻孔压灌桩技术是采用长螺旋钻机钻孔至设计标高，利用混凝土泵将混凝土从钻头底压出，边压灌混凝土边提升钻头直至成桩，然后利用振动装置将钢筋笼一次插入混凝土桩体，形成钢筋混凝土灌注桩的成桩工艺。在本文中，对长螺旋施工过程中入岩深度不足、钢筋笼下放深度不足问题上进行了分析，总结了长螺旋钻孔压灌桩施工过程中遇到相应问题的解决方案，为类似工程长螺旋施工提供一定的参考。 [关键词]长螺旋钻孔压灌、入岩深度、钢筋笼
Auger Drilling Grouting Pile Technique
(Shenzhen Company of China Construction Second Engineering Burenu Co.,Ltd,
Nanning,Guangxi 530000,China)
[Abstract]Auger drilling grouting pile technique is the use of long auger drilling to the design elevation, the use of concrete pump concrete from the bottom pressure of the drill, while lifting the drill pressure Concrete side until the pile, and then use the vibration device will insert a steel cage concrete pile formed reinforced Concrete Pile pile process. In this paper, the construction process for a long spiral into a deep lack of rock, steel cage decentralized problem of insufficient depth analyzes and summarizes the auger drilling grouting pile construction problems encountered during the corresponding solutions for similar projects long spiral construction to provide a reference.
[Key words]Auger drilling pressure grouting pile, deep into the rock, steel cage.
1、工程概况
xx广场位于xx市xx区，高新大道与发展大道交汇处东南侧，安阳路以西，新峰路（待建）以北。由xx投资有限公司开发建设。本工程总规划用地面积约126亩，规划总建筑面积约58.2万平方米。由购物中心、乙级写字楼、室外步行街、住宅及底商组成。本工程属于特大综合型商业住宅建筑群，集高尚住宅、写字楼、大型商业广场、大型步行街等众多功能为一体，多栋建筑物组成，最高楼层33层100米。 2、工程地质概况及水文情况
施工前期进行地勘过程中发现地质情况及其复杂：上覆土层为约8m厚黏土、粉质黏土、粉土层，约10m厚圆砾层（图1）；下伏土层为强风化泥岩层。
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本工程正负零标高为78.4，主楼基底标高为62.55~65.5m，地下水位标高72~75m，场地水类型属孔隙承压水。基坑周边有鱼塘等，地表水丰富。
图1 xx地质情况一览
3、桩基工程概况
工程桩基采用PHC预应力管桩及灌注桩，其中灌注桩共3567根，体量较大，施工工期为约4个月,时间相当紧迫。单桩桩径均为0.8m，裙楼部分桩长约12m（入圆砾层≥6m），主楼部分桩长约20m（入强风化泥岩≥3m）。本文以主楼部分桩基（图2）为研究对象，对成桩工艺及长螺旋桩基施工中的质量把控进行深入剖析，主楼桩基布置图如下。
图2 xx桩基平面图
本工程地下水极其丰富，加之工期紧张，需边降水边施工，场内环境恶劣，原设计拟采用常规泥浆护壁旋挖成孔工艺，由于没有足够的水头压力，极易产生塌孔、扩孔现象。又由于施工节奏快，粉土层较厚，若采用超长钢护筒则无法保证施工进度。施工迫切需要一种环保、适应地质能力强、施工速度快、成本低廉的新型成桩工艺。后经专家推荐采用长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩施工工艺。 4、工艺特点
长螺旋钻孔压灌桩工艺区别与其他成桩工艺之处在于其混凝土的浇筑过程及下放钢筋笼过程：①长螺旋钻孔成桩后不立即拔出钻头，混凝土通过泵送从钻头底部压出，同时缓慢提升钻头，钻头拔出地面同时完成桩身混凝土浇筑；②钢筋笼下
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放时混凝土已浇筑完毕，钢筋笼需靠自重及辅助振动设备进行下放。
与普通水下灌注桩施工工艺相比，长螺旋钻孔压灌桩施工，由于不需要泥浆护壁，无泥皮，无沉渣，对施工土层扰动小，无泥浆污染，施工速度快，造价较低。 5、长螺旋灌注桩施工难点
①在长螺旋桩基施工过程中，后压钢筋笼受到混凝土和易性、钢筋笼自身构造与刚度以及工人操作等多方面因素影响。又由于后压钢筋笼的局限性，无法在施工完成后对钢筋笼进行调整，因此钢筋笼下放质量往往难以控制。
②设计要求主楼桩基进入强风化泥岩深度≥3m，而长螺旋桩基受自身机械额定功率、钻头钻进能力以及人工操作等因素影响，进入强风化泥岩后钻进速度缓慢，无法适应工期要求，且能源损耗严重。 6、施工操作要点
长螺旋钻孔压灌桩工艺流程
机具的检查与准备工作放线定位桩机就位钻杆标记钻进成孔至设计孔深压灌混凝土（提钻）插入钢筋笼商品混凝土进场商品混凝土质量检查钢筋笼材料进场及复试钢筋笼制作绑接振捣棒清理钻具及土方 6.1机具的检查与准备工作
长螺旋机械的使用前检查主要包括四个部分：1、钻头、钻杆2、回转机构3、动力机构4、液压机构。
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在工程实际中，对机械检查的主要内容应为钻头及钻杆的检查、其余部件应在进场前，在厂内完成机械合格性检查，下面对钻头及钻杆部分进行简要说明：
钻头、钻杆：
由于钻杆、钻头为法兰及螺栓段段相接组成的，因此连接部位为重点检查对象，包括螺栓扭紧力矩，螺栓的抽样等。
由于钻孔完成后混凝土泵送通道需从钻杆内部中心管接入，最后通过钻头端部的开启阀送入孔内。因此泵送通道的畅通为现场检查的重中之重：
对钻头的开启阀进行检查，是否能够顺利开启，有无变形、堵塞情况； 对钻杆中心管进行检查，是否通畅，有无异物； 6.2放线定位
按桩位设计图纸要求，测设桩位轴线、定位点，并做好标记。 6.3钻机就位
钻机就位后，保持钻机平稳、调整钻塔垂直，钻杆的连接应牢固。钻机定位后，应进行复验，钻头与桩位点偏差不得大于20mm。开孔时下钻速度应缓慢。钻机启动前应将钻杆、钻尖内的土块、残留的混凝土等清理干净。
6.4钻杆标记
①长螺旋工艺成孔后，钻杆将直接充当泵管往孔内泵入混凝土，且注入混凝土之前，不得提钻，无法采用常规的测深锤法进行孔深的测量。
②长螺旋工艺钻进过程中，存在返土现象（即螺旋钻进孔内渣土将顺着螺旋叶片向孔外返出），返出孔内的渣土在钻杆周围堆积（图4），将影响目测原场地平整标高，从而影响对孔深的判断。
为解决长螺旋孔深测量问题：
1、需在钻进前做好醒目的进尺标志（图3）；
2、在钻机就位之后、钻孔之前，采用卷尺测量场地标高至钻杆护筒顶标高（图4）之间的距离L1并记录下来，待钻孔完成后，测量钻杆上的进尺标志与护筒顶标高之间的距离L2。最后读取上一步被测进尺标志的长度L3。综上，可得：L3-L2-L1即为孔深。
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图3 进尺标志示意 图4 钻杆护筒及孔内返土示意
6.5钻进成孔
钻进速度根据地层情况按成桩工艺试验确定的参数进行控制。钻机钻进过程中，不宜反转或提升钻杆，如需提升钻杆或反转应将钻杆提至地面，对钻尖开启门需重新清洗、调试、封口。桩间距小于1.3m的饱和粉细砂及软土层部位，宜采取跳打的方法，防止发生串孔。钻进过程中，当遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可急需作业。
达到设计深度后必须进行空转清孔，将渣土返出孔内，空转时间需根据桩长确定，原则上不少于3min。
6.6压灌混凝土
达到设计桩底标高终孔验收后应先泵入混凝土并停顿10~20s，再缓慢提升钻杆。混凝土泵应根据桩径选型，混凝土输送泵管布置宜减少弯道，混凝土泵与钻机的具体不宜超过60m。混凝土的泵送宜连续进行，边泵送混凝土边提钻，提钻速度应根据土层情况确定，且应与混凝土泵送量匹配，保证管内有一定高度的混凝土，保持料斗内混凝土高度不低于400mm，并保证钻头始终埋在混凝土面以下不小于1000mm。
6.7钢筋笼制作
对进场钢筋进行抽样复检，并按照设计图纸加工制作钢筋笼，并对各个焊点进行检查，质量合格方可投入使用。
6.8插入钢筋笼
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混凝土压灌结束后，应立即将钢筋笼插至设计深度。钢筋笼插设采用专用振动器。将振动用钢管在地面水平穿入钢筋笼内，并与振动装置可靠连接，钢筋笼顶部与振动装置应进行连接。钢筋笼吊装时，应采取措施，防止变形，安放时对准孔位，并保证垂直、居中。在插入钢筋笼时，先依靠钢筋笼与导管的自重缓慢插入，当依靠自重不能继续插入时，开启振动装置，使钢筋笼下沉到设计深度，断开振动装置与钢筋笼的连接，缓慢连续振动拔出钢管。钢筋笼应连续下放，不宜停顿，下放时禁止采用直接脱钩的方法。
注意：压灌桩的充盈系数宜为1.0~1.2。桩顶混凝土超灌高度不宜大于800mm。成桩后，应及时清除钻杆及泵管内残留混凝土。长时间停置时，应采用清水将钻杆、泵管、混凝土泵清洗干净。 7、难点攻关措施
7.1 后插钢筋笼
由于钢筋笼下放时孔内已充满混凝土，且钢筋笼下放过程需持续振动，因此钢筋笼在构造上必须满足传导振动力的要求，不脱焊。而传统的钢筋笼构造无法满足上述要求，易发生脱焊、变形等情况，为保证上述要求，项目部协调设计单位对钢筋笼下放过程进行受力计算，通过受力过程分析，增加了钢筋笼端部加强构造（圆锥头），以减少钢筋笼下放时受到的阻力，以及整体刚度，新型钢筋笼的加工情况具体详图5。
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图5钢筋笼端部构造示意
节点构造做法步骤：
（1）根据钢筋笼配筋采用弯曲机将钢筋按规定长度、角度弯折。
（2）钢筋笼笼身焊接完成后将锥形端部采用直径为8的圆钢按固定间距增加3圈螺旋筋，并将螺旋筋与主筋交接部位点焊牢固，点焊时不得跳焊；桩尖部位为满焊。
①由于钢筋笼下放时与专用振动棒固定，为保证振动过程钢筋笼不出现箍筋脱落、变形等严重质量问题，钢筋笼加工时必须严格检查焊点，主筋及箍筋间距，保证钢筋笼加工质量及刚度。尤其是钢筋笼端部（圆锥头），应力集中，受振动易脱焊，需严格按照设计图纸保证焊接长度及质量。
②钢筋笼吊放阶段，钢筋笼垂直度必须保证，否则可能造成钢筋笼端部触碰孔壁下放失败：
可采用增加笼身上的吊点数量的形式（图6）来减少振动吊放过程中钢筋笼的偏移量（通过受力分析可知），从而保证吊放阶段钢筋笼与孔壁之间有足够的安全距离。
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增加吊点数量
图6（钢筋笼增加吊点示意图）
2、人工辅助钢筋笼下放：在钢筋笼中部约1/2处，设置拉绳，由一名工人控制。若钢筋笼振动下沉过程中发生偏斜，可由人工将钢筋笼归正。
7.2 入岩深度
由于设计图纸要求桩端入强风化泥岩≥3m，但普通钻头（图7）不具备较强的破岩能力，入岩后钻进速率明显下降，造成大量能源损耗，对施工进度产生不利影响。
根据分析、调查研究，影响长螺旋钻机钻进能力的主要因素为①机械额定功率、②钻头破岩能力、以及③操作手的熟练程度。经过现场试验，排除了①、③两点的可能性。问题最终聚焦在钻头部位。
为保证施工质量及进度要求，项目部对现行较常规的两种钻头（铲形耐磨合金斗齿加截齿【图7】、钨钴硬质合金截齿【图8】）进行比对，现场采用的铲形截齿钻头主要适用于地下水位以上的土层、砂土层、含少量粘土的密实砂层以及粒径不大的砂石层中无循环钻进。而钨钴硬质合金截齿钻头主要适用于风化基岩、胶结较好的卵砂石地层及各种图纸的永冻土层中无循环钻进。
比对后发现钨钴硬质合金截齿更加适应于本工程的土质，项目部决定进行钻头的更换。
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图7 铲形耐磨合金斗齿加截齿 图8 钨钴硬质合金截齿
更换后长螺旋机的钻进效率显著提升，达到了项目部预期要求，同时保证了成孔质量。 8、效益分析
由于长螺旋工艺无需泥浆护壁，节省泥浆制备及排放费用近百万元，并在充盈系数及成桩速度方面取得了显著的效益：
充盈系数均＞1，小于1.1，平均1.06左右，小于常规旋挖成桩的充盈系数平均值1.25。
特别是在进行了钻头更换之后，成桩速度方面取得了显著的经济效益、平均单桩节省时间10分钟，节省了近1/3台班费用。 9、结语
项目桩基工程于2014年2.26开工至2014.6.22，完成了全部3567根钻孔灌注桩的施工任务，平均每天每台桩机完成10~12根桩，达到了既定目标。经第三方质量检测单位检验，根据静载试验成果，单桩承载力Quk≥4500KN，满足设计要求。低应变检测的全部3567根桩中I类桩占比约97%、II类桩占比约3%；其中经超声波检测和低应变检测的主楼桩基I类桩占比约98%、II类桩占比约2%。达到了项目部对桩基子工程的质量管控要求，受到各参建单位的一致好评。
本次工艺改进保证了施工质量，减少桩基施工时间，顺利完成工期要求，降低了措施费用，节约了施工成本。由于长螺旋工艺无需泥浆护壁，施工现场无需设置大量泥浆池，更是达到了节省成本与环保的双重要求。
本工艺及其改进方案适用于极易塌孔的砂土地基（含超厚砂层、地下水位较高等）、施工进度要求严格、环保要求高的市区内桩基工程。
（作者 xx 男 xx 助理工程师xx广场项目部 530000）
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