巖土工程施工中長螺旋鉆孔壓灌樁的技術(shù)應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)分析

薛戴康

（江蘇地質(zhì)基樁工程公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001）

1 施工工藝及適用范圍

1.1 施工工藝

長螺旋鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后，在提鉆的同時(shí)，采用地泵將混凝土通過設(shè)在長螺旋鉆桿內(nèi)的芯管壓入孔底，接著邊壓入混凝土邊提升鉆桿，直至混凝土到達(dá)設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高位置，然后提出鉆桿。接著在混凝土初凝前，按設(shè)計(jì)圖紙的鋼筋籠標(biāo)高控制要求，將鋼筋籠沉入至素混凝土樁中[1]。

1.2 施工流程

平整場地→樁位放樣復(fù)核→鉆機(jī)移機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔至設(shè)計(jì)孔深→終孔驗(yàn)收→安裝地泵并調(diào)試→安裝混凝土輸送泵管→灌注混凝土→清土提升鉆桿→混凝土灌注至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高→起吊鋼筋籠、振動錘→開啟振動錘、下插鋼筋籠→鋼筋籠下插至設(shè)計(jì)標(biāo)高→施工完成移機(jī)。

1.3 適用范圍

（1）適用的地層為：填土、黏性土、粉土、砂土、非密實(shí)的碎石類土及強(qiáng)風(fēng)化巖層，同時(shí)也適用于易塌孔的不良地層；

（2）適用的樁型為：成樁直徑為400mm～1000mm、成孔深度為9m-30m；

（3）當(dāng)卵石粒徑較大或卵石層較密實(shí)時(shí)，以及完全砂性土的地層不建議采用長螺旋鉆機(jī)。

2 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 樁位測量放樣

以基準(zhǔn)點(diǎn)為測量控制點(diǎn)，先建立閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)，在監(jiān)理單位驗(yàn)收簽字認(rèn)可后方可進(jìn)行樁位放樣，同時(shí)施工過程中做好相應(yīng)的測量和復(fù)核記錄。

2.2 鉆進(jìn)成孔

（1）當(dāng)所需鉆進(jìn)的地層中，有需要穿過老黏土層、厚層砂土、碎石土及塑性指數(shù)大于25的黏土?xí)r，應(yīng)進(jìn)行試鉆。

（2）鉆進(jìn)前，鉆頭對中應(yīng)準(zhǔn)確，鉆頭與樁位點(diǎn)偏差不得大于20mm，并復(fù)測鉆桿的垂直度，將垂直偏差控制在0.2%以內(nèi)。起初開孔鉆進(jìn)時(shí)，先關(guān)閉鉆頭封口,控制鉆速緩慢下鉆。過程中正常鉆進(jìn)時(shí)，速度可控制在1m/min～1.50m/min，鉆進(jìn)過程中，如遇到卡鉆、鉆機(jī)搖晃或發(fā)生異響時(shí)，應(yīng)停鉆查明原因，采取糾正措施后方可繼續(xù)作業(yè)。成孔過程中，不宜反轉(zhuǎn)或提升鉆桿，如需提升鉆桿或反轉(zhuǎn)應(yīng)將鉆桿提至地面，對鉆尖開啟門須重新清洗、調(diào)試、封口。

（3）為做好施工現(xiàn)場的安全防護(hù)和環(huán)境保護(hù)，應(yīng)將鉆出的土方及時(shí)清理轉(zhuǎn)移，運(yùn)輸至指定的候場堆放[2]。

2.3 混凝土制作

（1）進(jìn)場的混凝土必需符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，可通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定混凝土配合比，混凝土塌落度以200mm-220mm為宜，并具有較好的和易性和流動性。

（2）粗骨料可采用卵石或碎石，當(dāng)樁徑為400～600mm時(shí)建議最大粒徑不宜大于16mm、當(dāng)樁徑為800～1000mm時(shí)，建議最大粒徑不宜大于20mm。

（3）制作時(shí)可摻加粉煤灰和外加劑，宜采用Ⅰ級粉煤灰，用量不少于75kg/m3。

2.4 灌注成樁

（1）首先應(yīng)根據(jù)樁桿和樁徑選取適當(dāng)型號的地泵，并挑選合適的位置安放，輸送泵管的管路應(yīng)盡量減少彎曲，且應(yīng)縮短距離，建議地泵與樁機(jī)的距離控制在60m以內(nèi)，以利輸送混凝土。當(dāng)因特殊原因確實(shí)需要長距離泵送時(shí)，泵管下應(yīng)墊實(shí)。

（2）混凝土灌注前，應(yīng)先用清水清洗泵管，再泵送一定量的水泥砂漿潤滑管道。當(dāng)氣溫高于30°C時(shí)，宜在輸送管道上覆蓋隔熱材料，并每間隔一定的時(shí)間灑水降溫，以防止管內(nèi)混凝土失水離析，造成堵管。

（3）混凝土開始壓灌時(shí)，首先打開鉆頭閥門，再將鉆桿提升200mm～300mm?；炷恋谋盟蛪汗鄳?yīng)連續(xù)進(jìn)行，邊泵送混凝土邊提鉆，但應(yīng)注意控制地泵料斗內(nèi)的混凝土高度不低于400mm，并保證鉆頭始終埋在混凝土界面以下不少于1m。

（4）壓灌過程中應(yīng)有專人負(fù)責(zé)觀察泵壓與鉆桿提升情況，確保鉆桿的提升速度應(yīng)與泵送速度相匹配。具體提升鉆桿速度應(yīng)根據(jù)施工土層情況確定，建議提升速度控制在2.5m/min，嚴(yán)禁先提鉆后灌料，確保成樁質(zhì)量。

（5）當(dāng)鉆桿提升接近地面時(shí)，應(yīng)放慢提升速度并及時(shí)清理孔口渣土，以保證樁頭混凝土質(zhì)量，建議混凝土灌注高度略高出設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的樁頂標(biāo)高0.5m。

（6）混凝土灌注結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)清除鉆桿及泵管內(nèi)殘留的混凝土，如鉆機(jī)需長時(shí)間停工，應(yīng)用清水沖洗，確保將鉆桿、地泵及泵管清洗干凈。

2.5 鋼筋籠安插施工

（1）灌注結(jié)束后，應(yīng)在混凝土初凝前盡快安插鋼筋籠，一般建議控制在三分鐘內(nèi)進(jìn)行，盡量縮短時(shí)間，降低鋼筋籠的沉入難度。

（2）安插前，用振動鋼管水平穿入檢驗(yàn)合格的鋼筋籠，鋼筋籠頂部與振動裝置進(jìn)行連接。起吊時(shí)，因采取加固措施，避免鋼筋籠變形。成功起吊后，對準(zhǔn)孔位，并采用儀器雙向觀察鋼筋籠的垂直度。

（3）在安插的過程中，先依靠鋼筋籠自重壓入，當(dāng)依靠自重不能繼續(xù)插入時(shí)，再啟動振動裝置，直至鋼筋籠下沉至設(shè)計(jì)深度。整個安放過程應(yīng)連續(xù)，不宜停頓，同時(shí)適當(dāng)控制插入速度，不宜過快。

（4）鋼筋籠下插到設(shè)計(jì)深度后關(guān)閉振動裝置，用鉆機(jī)把鋼管和振動裝置提出孔外，提出過程中每提3m開啟振動錘一次，從而保證混凝土的密實(shí)性。

3 工藝對比分析

3.1 鉆進(jìn)成孔

（1）采用泥漿護(hù)壁式鉆進(jìn)成孔。①該工藝為濕作法成孔，需要采用泥漿進(jìn)行護(hù)壁，且護(hù)壁泥漿需要進(jìn)行循環(huán)和替換，這就要消耗大量水資源，還會產(chǎn)生大量的廢棄泥漿，而處置以上泥漿將會耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，且會對生態(tài)環(huán)境帶來一定的負(fù)面影響。②在成孔的過程中，需根據(jù)不同土層狀況控制好泥漿指標(biāo)，避免類似于砂土和卵石等土層被破壞，導(dǎo)致土體應(yīng)力下降，造成孔壁坍塌或縮徑，從而產(chǎn)生大量沉渣。但該樁機(jī)設(shè)備對沉渣的清理程度有限，如果樁端存在一定量的沉渣，則樁體的沉降將會相對較大。③該類施工鉆機(jī)成孔過程中多數(shù)會產(chǎn)生較大的噪聲，難以滿足市區(qū)及人口居住密集區(qū)域的降噪要求，運(yùn)用范圍大打折扣。

（2）采用長螺旋鉆進(jìn)鉆孔。①該工藝為干鉆孔，因此不會消耗水資源，也不會產(chǎn)生廢棄泥漿，鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的土方，僅需清理出施工區(qū)域即可，可在施工現(xiàn)場合適位置進(jìn)行堆放，后續(xù)的轉(zhuǎn)運(yùn)或出場相較于廢棄泥漿的運(yùn)輸方式都較于便捷，且成本開支較少。②長螺旋為一次性鉆孔到位，在下鉆至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后，直接由鉆桿中心向樁底壓灌混凝土，所以不會產(chǎn)生孔底虛土，也可以解決成孔鉆進(jìn)過程中孔壁坍塌和縮徑的問題。③該類施工設(shè)備，振動較少，施工噪音較低，對市區(qū)及居民區(qū)生活影響較小。

3.2 混凝土灌注

（1）泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁。該工藝是在鉆進(jìn)成孔后，提出鉆頭和鉆桿，然后下安放鋼筋籠和灌注導(dǎo)管，灌注過程中，是依靠混凝土自身的重力進(jìn)行成樁，再通過導(dǎo)管的上下提拉來實(shí)現(xiàn)混凝土的振動密實(shí)。在此過程中，如果出現(xiàn)孔壁坍塌、縮徑、孔底沉渣清理不達(dá)標(biāo)，又或者導(dǎo)管上下提拉過程中被拔除混凝土界面，就將會造成斷樁或其他樁身質(zhì)量問題，直接影響灌注樁的單樁承載力。

（2）長螺旋鉆孔灌注樁。該工藝鉆孔到位后，無需預(yù)先提鉆，而是通過增加外界動力將混凝土由鉆桿中心壓入孔底，這就有效解決了孔壁坍塌、縮徑及樁底沉渣的問題。且下放鋼筋籠的過程中，通過開啟振動裝置，又可以大幅提高混凝土的密實(shí)度，樁身質(zhì)量更有保證。

3.3 施工效率及成本

（1）泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁。效率：以市場上占有率最高的回旋鉆機(jī)為參考: 樁長20～30m，樁徑500～700mm的灌注樁，每天采用兩班制，施工24小時(shí)約可完成4～6根。成本：按部分區(qū)域的目前市場價(jià)格，鉆機(jī)勞務(wù)施工市場價(jià)格約為160元/m3，泥漿外運(yùn)約為110元/m3，施工用水費(fèi)電費(fèi)約合35元/ m3，合計(jì)一方工作量約需施工成本305元/m3。

（2）長螺旋鉆孔灌注樁。效率：與以上樁型相同的灌注樁，長螺旋鉆機(jī)施工12小時(shí)約可完成12～18根。成本：按部分區(qū)域的目前市場價(jià)格，鉆機(jī)勞務(wù)施工市場價(jià)格約為180元/m3，渣土外運(yùn)約為60元/m3，施工用水費(fèi)電費(fèi)約合15元/ m3，合計(jì)一方工作量約需施工成本255元/m3。

4 常見問題及質(zhì)量控制措施

（1）堵管。原因分析：①混凝土采用的粗骨料不符合要求，攪拌不勻、坍落度過小。②混凝土灌注時(shí)間過長，導(dǎo)致混凝土在泵管或鉆桿中心管內(nèi)初凝。③泵管安置不合理，距離較長、彎頭管與鉆桿不配套或管道密封性不好?？刂拼胧孩賹Υ止橇系牧?、混凝土的配比進(jìn)行控制，并現(xiàn)場檢驗(yàn)混凝土的塌落度，不符合要求的混凝土不得進(jìn)行灌注。②加強(qiáng)施工管理，保證樁機(jī)和地泵施工班組配合緊密，積極協(xié)調(diào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，盡量縮短灌注時(shí)間。③泵送混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，輸送泵料斗內(nèi)的混凝土高度一般不得低于40cm，防止吸進(jìn)空氣造成堵管。④合理安置泵送管道，盡量減少泵送距離，并避免管道彎曲，且灌注結(jié)束后，需對管道進(jìn)行清洗。

（2）卡鉆、鉆進(jìn)困難。原因分析：①鉆進(jìn)速度過快，導(dǎo)致夾雜在鉆桿與孔壁間的土方未能及時(shí)排出孔外。②土層有深厚黏土或存在硬夾層。③鉆頭、鉆具葉片磨損嚴(yán)重。控制措施：①關(guān)閉回轉(zhuǎn)動力電源，將鉆桿用最低速度緩慢提升，再重新鉆進(jìn)。②在施工過程中應(yīng)注意控制鉆進(jìn)速度，及時(shí)清除鉆桿上的粘土。③及時(shí)做好鉆頭鉆具的保養(yǎng)工作，視土層情況適當(dāng)改進(jìn)鉆頭形式。

（3）樁頭質(zhì)量。原因分析：①樁孔周圍的泥土未及時(shí)進(jìn)行清理掉入孔內(nèi)。②混凝土的超灌高度不夠。③工人操作不當(dāng)。

控制措施：①提升鉆桿接近地面時(shí)，放慢提管速度并及時(shí)將孔口的渣土進(jìn)行清理。②在混凝土灌注到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高后，適當(dāng)進(jìn)行超灌，可提高0.5m左右的高度。③鋼筋籠下放結(jié)束后，對樁頭部分的混凝土按要求進(jìn)行振搗[3]。

（4）樁身縮頸、斷樁、夾泥。原因分析：①土層的地質(zhì)條件較差或兩根相鄰樁之間施工的距離較短。②混凝土壓灌過程中，鉆桿提升速度過快，而泵送量又與之不匹配，混凝土沒有全部填滿鉆孔，使得孔壁出現(xiàn)塌陷，進(jìn)而造成斷樁。③在壓灌混凝土?xí)r，供料被中斷，或鉆頭被提出混凝土界面，導(dǎo)致樁身中出現(xiàn)夾層?？刂拼胧孩贂r(shí)刻保證壓灌的混凝土體積大于鉆桿上提體積量，同時(shí)鉆桿提升速度嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，建議鉆桿的提升速度控制在2.5m/min，并始終保證鉆頭埋入混凝土中1m以上，帶壓提鉆。②確?；炷劣辛己玫暮鸵仔院土鲃有?，塌落度應(yīng)控制在180cm～220cm，灌注過程應(yīng)連續(xù)。③當(dāng)兩根灌注樁之間的距離短于5倍樁徑時(shí)，應(yīng)采用隔樁跳打的方式來降低對周圍樁土的振動。

5 結(jié)語

本論文對長螺旋鉆孔壓灌樁的施工工藝和過程質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)描述，并與市場主流的回旋鉆孔灌注樁施工工藝通過在施工質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、施工效率和環(huán)境保護(hù)等多個方面的對比分析，充分展現(xiàn)了長螺旋鉆孔壓灌樁施工技術(shù)在巖土工程施工過程中的優(yōu)越性。通過本文的論述也希望有越來越多施工企業(yè)能夠了解和運(yùn)用該技術(shù)，并在運(yùn)用的過程中不斷改進(jìn)和提升，從而進(jìn)一步推動該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。