长螺旋钻孔压灌砼后插钢筋笼灌注桩施工技术

摘 要：
　　1 引言
　　长螺旋钻孔压灌砼（泵送超流态砼）后插钢筋笼灌注桩技术是由日本的CIP工法演变而来的，是一种新型的桩基础施工技术。它与普通钻孔桩不同：它是利用长螺旋钻机钻孔至设计深度，在提钻的同时利用砼泵通过钻杆中心通道，以一定压力将砼压至桩孔中，砼灌注到设定标高后，再借助钢筋笼自重或专用振动设备将钢筋笼插入砼中至设计标高，形成钢筋砼灌注桩。由于其具有适应性强、速度快、质量好、效率高、噪声小、无污染、经济性好等优点，所以，近几年来在国内得到了不断地推广、应用与发展。
　　2 特点
　　2.1适应性强，不受地下水位的限制，一般在桩间距较小的情况下，可连续施工，不需间隔跳打，施工工效高。
　　2.2桩尖无虚土，砼钻头高压泵出使桩底无沉渣，利于克服断桩、缩径、孔底沉渣、塌孔等泥浆护壁工艺钻孔的质量通病，桩身质量好。
　　2.3单桩承载力高：由于是连续压灌超流态砼成孔，对桩孔周围的土有渗透、挤密作用，提高了桩的侧摩阻力，而且成桩质量好，使桩基具有较强的承载力。
　　2.4施工低噪声低、震动小，不需要泥浆护壁无污染，不需降水，施工现场文明。
　　2.5机具设备简单、移动灵活、操作简便，施工速度快、效率高，施工成本较低。
　　3 适用范围
　　适用于地下水位较高，易塌孔，且长螺旋钻机可以钻进的地层。如填土、粘土、粉土、砂土、卵石层等（当卵石粒径较大或卵石层较厚时，应分析成孔的可能性），也可在软土层、流沙层等不良地质条件下成桩。依据近几年南宁市工程实例分析，最适宜的桩径为400mm~800mm,桩长一般不应超过30m,钢筋笼长度一般不应超过22m.
　　4 工程实例
　　近两年，该技术在南宁市的江南污水处理厂二期工程（2598根，桩径800mm,桩长13m,钢筋笼长13m）、广西大学职工集资楼东高4#~8#楼工程（1243根，桩径600mm,桩长18~20m,钢筋笼长13m）、西乡塘客运站工程（298根，桩径600mm,桩长27~29m,钢筋笼长22m）得到应用，均取得了良好的效果。现就该技术在西乡塘客运站工程的应用进行阐述。
　　4.1工程概况
　　南宁公路主枢纽西乡塘客运站位于南宁市大学西路南侧，按照交通部一级汽车客运站标准建设，建筑面积为13265m2,采用框架结构，建筑物总长149.8m,用抗震缝分为三部分：司乘公寓6层；主站房1层，大跨度网架结构；办公楼3层。
　　4.2工程地质条件
　　本工程场地为低洼水塘，已推填，地貌上属南宁盆地邕江河流北岸Ⅱ级阶地，场地及其附近地段无大冲沟、滑坡等不良地质作用。勘察深度内的地层自上而下分析为：
　　1、素填土①：褐黄、灰黄色等杂色，稍湿，松散，属高压缩性土层，层厚2.1~7.0m.
　　2、粉质粘土②：黄、灰黄色，稍湿，硬塑，属中等压缩性土层，层厚1.4~7.5m,承载力特征值210kPa.
　　3、粉质粘土③：灰、灰白色，湿~很湿，软塑~可塑，属中等偏高压缩性土层，层厚2.2~7.4m,承载力特征值130kPa.
　　4、圆砾④：灰白、褐黄色，主要遇石英组成，空隙由砂充填，亚圆形，一般粒径2~20mm,大者40mm,砾石含量60~70%,饱和，稍密~中密，层厚3.8~14.2m,承载力特征值400kPa.
　　5、泥岩⑤：灰、兰灰色，强风化，泥质结构，局部含煤质，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级，未揭穿，最大钻入深度10.1m,承载力特征值450kPa.
　　4.3桩基设计概况
　　地勘建议优先选用静压预制桩基础，因圆砾④层呈松散~稍密状态，且为主要含水层，水量较大，故不宜采用人工挖孔桩。由于场地多为水塘回填，而回填土层较厚（6~7m）、属高压缩性土层，设计单位担心如采用静压预制桩在沉桩过程中易出现桩身倾斜、相邻桩横向位移或上升等问题。因此，本工程设计采用机械长螺旋钻孔灌注桩基础，桩径600mm,为摩擦端承桩，桩端持力层为：圆砾④层、泥岩⑤层；桩侧持力层为：粉质粘土②层、粉质粘土③层、圆砾④层、泥岩⑤层。桩长不小于27m,桩端进入老土层不小于24m,单桩竖向抗压承载力特征值为1300kN,设计桩数为298根。
　　桩身砼强度等级为C35,主筋为1014,与桩身通长。桩顶嵌入承台100mm,桩身主筋锚入承台长度大于35d,桩身主筋砼保护层厚度为50mm.后因试桩过程中发现钢筋笼（长29m）起吊时变形大且无法沉入到位，故变更为：主筋为818,钢筋笼长22m,主筋砼保护层厚度为75mm,才解决了此问题。
　　4.4桩基施工
　　4.4.1施工工艺
　　4.4.1.1工艺流程
　　平整场地→放线定位→钻孔机就位→钻至设计深度停止钻进→边提升钻杆边压灌砼→插入钢筋笼→成桩。
　　4.4.1.2施工方法
　　（1）准备工作
　　①组织工程有关人员尽快熟悉和研究岩土工程勘察报告、桩基工程施工图纸及图纸会审记录，编制详细的施工方案和材料供应保障措施，进行质量、安全技术交底。
　　②调查建筑场地和邻近区域内地下管线、地下构筑物、相邻危房等，采取相应的加固和保护措施，保证工程施工顺利进行。
　　③对设备进行安全可靠性检查，施工前应进行试桩（≧3根），确定各项工艺参数。
　　④安排材料进场，按要求进行原材料复试。
　　（2）场地平整、放线定位（测设桩位轴线、定位点）。
　　（3）钻机就位：钻机就位对准桩位点后必须调平，确保成孔的垂直度，结合场地实际情况铺设枕木或钢板，使钻机支撑稳定。在钻杆上设置标尺，以便控制和记录孔深。
　　（4）检测桩口标高、确定钻孔深度。
　　（5）制作钢筋笼，砼准备。
　　钢筋笼主筋与加劲箍筋必须焊接，钢筋笼底部应有加强构造，保证振动力有效传递至钢筋笼底部（下端500mm处主筋宜向桩轴心线弯曲，加固焊接形成一个圆锥形桩头）。
　　（6）成孔灌注
　　①开钻时，钻头对准桩位点后，启动钻机下钻，下钻速度要平稳，严防钻进中钻机倾斜错位。如出现异常情况，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。
　　②钻进中，当发现不良地质情况或地下障碍物，应立即停钻，并通知建设单位与设计单位确定处理方法、修改工艺参数或重改桩位、桩长等。
　　③钻机钻至设计孔底标高后砼泵开始压灌砼，然后边压灌边提钻，始终保持泵入孔中砼量大于钻杆上提体积量。
　　（7）插入钢筋笼
　　将导入钢管在地面水平穿入钢筋笼内，利用吊车将钢筋笼竖直吊起，安放时对准孔口，保持垂直、居中。插入钢筋笼时，先扶稳旋转依靠自重和人工下入孔中，当依靠自重不能继续插入时，开启振动锤击振导入钢管，使钢筋笼下沉至设计深度，断开振动锤与导入钢管的连接，缓慢连续拔出钢管。
　　（8）成桩后桩体达到一定强度后，方可进行开槽及桩间土挖除等土方清理工作。
　　4.4.1.3操作要点
　　（1）钻机就位前对桩位进行复测，施工时钻头对准桩位点，稳固钻机，钻杆下端距地面10~20cm,对准桩位，压入土中。
　　（2）钻机成孔：施工过程中要求边旋转钻杆边清除孔边渣土，以防止提升钻杆时土块掉入。
　　（3）提钻压灌砼：要严格控制钻杆提升速度，确保提钻速度与砼泵送量相匹配，保持料斗内砼的高度不低于400mm.开始压灌砼时，宜先提升钻根200~300mm,开始泵送砼，确认钻头阀门打开后方可提钻。
（4）吊放钢筋笼：起吊时，要合理布置吊点，吊起钢筋笼头部的同时人工抬起钢筋笼底部，吊直扶稳过程中，至少由2名技术人员远距离垂直双方向控制指挥，严禁撞孔壁。
　　（5）桩顶保护措施：冬季施工时，桩完成后，应立即覆盖保温。
　　4.4.1.4砼主要材料
　　采用P.O 42.5水泥，中砂（河砂），碎石5-25cm,自来水，Ⅱ级粉煤灰，缓凝高性能减水剂。
　　4.4.1.5主要机具设备
　　砼输送泵HBT80机1台，高压胶管、钢输送管，CFG30液压步履式长螺旋钻机1台，砼采用预拌商品砼，ZLJ5261H汽车吊1台，0.6m3履带式挖掘机1台，振动锤2台。
　　4.4.1.6劳力组织
　　（1）班长1名：负责施工指挥、质量进度协调各工序之间的工序衔接。
　　（2）司机工1名：正确操纵钻机的定位、下钻、提升等工序，观察检查机械运转情况和维修保养。
　　（3）司泵工1名：砼泵、电子秤以及泵送管道的正常运转和设备的保养。
　　（4）普通工3名：负责出钻土体的清理。
　　（5）记录员1名：记录施工中的各类数据、情况。
　　（6）电工1名：维护电器设备的运转、保证正常照明。
　　（7）机械工1名：整套机械设备的运转和维修。
　　（8）安全员1名：负责安全检查。
　　4.4.1.7安全措施
　　（1）进入施工现场要正确佩戴安全帽，高空作业穿防滑鞋系好安全带。
　　（2）灌注桩的虚桩部分，灌完砼后及时填充或用夹板盖严，防止人员掉入。
　　（3）各种电线、电缆及各种电器设备均应按操作规程架设，电工及机械操作人员应按时检查线路，发现问题及时整改。
　　（4）施工人员工作前和工作中不得喝酒，不得酒后作业。
　　（5）钻机开机前应认真检查设备，紧固螺栓，并进行试转，机手操作要精神集中，不得擅自离岗。
　　4.4.2质量标准（略，请参阅有关标准、规范）。
　　4.4.3常见质量问题的分析与控制
　　4.4.3.1砼堵管
　　产生的主要原因一般是：砼配合比或坍落度小不符合要求，成桩时间过长导致砼初凝，吸进空气，导管过于弯折或者前后台配合不够紧密等。
　　控制措施：（1）保证粗骨料的粒径、砼的配比和塌落度符合要求，加强对砼质量进行现场抽查。
　　（2）泵送管路避免过大变径和尽量减少弯道，尽可能保持水平，长距离泵送时，泵管下面应用垫木垫实。每次拆卸导管都必须清洗干净。
　　（3）当气温高于30℃时，应在砼输送泵管上采取降温措施。冬季施工时应注意采取保温措施。
　　（4）砼的泵送连续进行，保持料斗内砼的高度不低于400mm,防止吸进空气造成堵管。
　　（5）成桩后，应及时消除钻杆及软管内残留砼，长时间停止时，应采清水将钻杆、泵管、砼泵清洗干净。
　　（6）加强施工管理，保证前后台配合紧密，及时发现和解决问题。
　　4.4.3.2偏桩
　　一般有桩平移偏差和垂直度超标偏差两种。多由于场地原因，桩机对位不仔细，地层原因使钻孔对钻杆跑偏等原因造成。
　　控制措施：（1）施工前清除地下障碍，平整压实场地以防钻机偏斜。
　　（2）放桩位时认真仔细，严格控制误差。
　　（3）桩机的水平度和垂直度在开钻前和钻进过程中注意检查复核。
　　4.4.3.3断桩，空心，夹层
　　由于提钻太快泵送砼跟不上提钻速度或者是相邻桩太近串孔造成。
　　控制措施：（1） 保持砼灌注的连续性，可以采取加大砼泵量，配备储料罐等措施。
　　（2） 严格控制提速，保证钻尖埋入砼面以下不小于1000mm.
　　（3） 如灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于砼的初凝时间时，应重新成孔灌桩。
　　（4） 如发现串孔，则改为跳打法。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。
　　4.4.3.4桩身砼收缩
　　一般通过外加剂和超灌予以解决，施工中保证充盈系数>1.0（正常情况下充盈系数为1.02~1.30）。
　　控制措施：（1）桩顶至少超灌50cm,并防止孔口土混入。（2）选择减水效果好的减水剂。（3）钻孔后，相邻已灌完桩的桩顶砼面迅速下沉，发生串孔，应改为跳打法。
　　4.4.3.5钢筋笼沉入困难（无法下放到位）
　　多由于砼配合比不好、桩周土对桩身产生挤密作用、钢筋笼因刚度不足而变形、钢筋笼长度过长等。
　　控制措施：（1） 严格控制碎石粒径（最大粒径不宜大于25mm），改善砼配合比（宜采用河砂、掺入Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰）和坍落度（200~240mm）。
　　（2） 选择合适的外加剂（缓凝高性能减水剂），并保证砼灌注量达到要求。
　　（3） 增强钢筋笼的刚度（主筋直径不应小于18mm,加密加劲箍筋），钢筋笼长度不应超过22m.
　　（4） 钢筋笼起吊时必须夹紧，保持垂直和对中，并保证将振动锤的击振力通过钢筋笼导入管传到钢筋笼底部。
　　4.4.3.6 桩底入岩困难
　　干钻施工时入岩难度较大，可以钻进强风化泥岩，但当为中风化泥岩很难钻进，如控制不好，会造成钻机断杆。由于尚无成熟的经验，所以，建议不宜在中风化及以上的岩层使用，对岩石硬度大或很破碎的地层可以用大口径潜孔锤钻入后再用螺旋钻复孔。
　　4.5 基桩检测
　　根据相关单位及规范要求，抽取了3根桩进行静载试验，结果单桩竖向极限承载力检测值均为2600kN（设计单桩竖向承载力特征值为1300kN）；对298根桩进行低应变法检测，结果290根桩为Ⅰ类桩（占97.3%），8根桩为Ⅱ类桩（占2.7%），检测结果均满足设计要求。
　　5 结束语
　　长螺旋钻孔压灌砼后插钢筋笼灌注桩施工技术，具有适应性强、施工速度快、效率高、成桩质量好、单桩承载力高、噪声低、震动小、无泥浆污染、经济性好等特点。通过本工程实践，说明长螺旋钻孔压灌砼后插钢筋笼灌注桩施工技术在南宁地区是适宜可行、经济合理的，在适用的水文地质条件下，可以大力推广使用。