浅析长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩工艺技术

1/9浅析长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩工艺技术路征中化云龙工程部摘要：近些年来，长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩作为一种新型灌注桩施工工艺，由于具有操作简便，混凝土灌注速度快、成桩质量好、造价低等优点而在全国得到较快推广［1］。本文结合云龙热源技术改造项目桩基实例，阐述了长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩优点、施工工艺、施工质量要点及质量缺陷和预防。关键词：长螺旋优点，施工工艺，缺陷防治，经验总结笔者参与建设的热源技术改造工程位于云南昆明地区，由于工程项目位于厂矿生产区内，施工场地比较狭窄拥挤，对桩机施工机械、钢筋笼等桩基工程施工影响较大，同时避免桩机、吊车机械触碰到厂矿生产管道设备导致安全事故和财产损失，故采用长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼施工工艺，既能避免了桩基坍孔和断桩等质量问题又能因地制宜减少施工生产和厂矿生产的相互交叉影响。1长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩优点长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩（以下简称长螺旋压灌后插筋）利用长螺旋钻孔至设计深度，在提钻时利用混凝土泵通过钻杆中心通道，以一定压力将混凝土压至桩孔中，混凝土灌注到设定标高后，再借助钢筋笼自重或专用振动设备将钢筋笼插人混凝土中，直至设计标高，形成钢筋混凝土灌注桩［2］。它适用于易塌孔，地下水位较高，较高或低强度土层或粉细砂层、卵石层、强中风化基岩等地层，能克服地下水位以下的软土、粉土、砂土等易坍塌地层。长螺旋压灌后插筋施工工艺具有以下主要优点：（1）适应性广泛：适用于淤泥质土层、填土层、粉土层及砂、粘性土层、卵石层等。（2）针对性强：在有较厚的易坍塌地层（如砂、卵石层、流泥土层等）场地施工时，能有效克服断桩、缩颈、塌孔等质量问题。（3）单桩承载力高：由于采用一定压力的混凝土压灌成桩，桩端及桩周土经水泥浆挤密、渗透、固结，提高了单桩承载力，因比相同状况下的其他施工工艺可将单桩承载力提高20～30%。（4）桩身混凝土密度高：该工艺打破了传统混凝土自由下落入孔的灌注方式。在浇注完桩身混凝土后，通过后插钢筋笼的振动下振捣混凝，加强了桩身混凝土2/9的密实度，提高了桩身与孔壁间的侧摩擦阻力。（5）施工环保、文明：该工艺因不需要泥浆护壁，不需要排污，且施工振动小、噪音低、施工环保、现场文明整洁。2施工工艺2.1施工流程吊装钢筋笼钻机就位试钻预检钻机试钻压灌混凝土插入钢筋笼钻进成孔清理钻具及土方放线定位混凝土制备钢筋笼制作图2.1长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩施工流程表2.1长螺旋压灌后插筋施工工艺要点说明施工工艺工艺要点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。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。试钻预检钻机定位后，进行预检，钻尖与桩位点对中，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。钻机试钻钻进预检合格后按照成桩工艺进行试钻，确定的钻孔控制的参数。钻机成孔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软弱地质层，宜采取跳打的方法，防止发生串孔。砼制备达到设计桩底标高终孔验收后，进行压灌混凝土作业，首次泵送前（或停工时间过长时）应先开机润管。3/9砼压灌混凝土的泵送宜连续进行，边泵送混凝土边提钻，提钻速率按试桩工艺参数控制，控制提钻速率与混凝土泵送量相匹配，保持料斗内混凝土的高度不低于400mm，并保证钻头始终埋在混凝土面以下不小于1000mm。混凝土灌注充盖系数不得小于1.00。制作钢筋笼按设计要求的规格、尺寸制作钢筋笼，刚度应满足振插钢筋笼的要求，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。吊装钢筋笼桩身混凝土灌注完成后应立即进行钢筋笼插人作业。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。插人钢筋笼在插人钢筋笼时，先依靠钢筋笼与导管的自重缓慢插人，当依靠自重不能继续插人时，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。清理钻具及土方桩体达到一定强度(灌注后3一7天)后，方可进行开槽及桩间土挖除等土方清理工作。2.2成孔设备和方法2.2.1成孔方法长螺旋钻机主要由动力头、钻杆、立柱、液压步履式底盘、回转机、卷扬机拉动及电气液压系统等组成的地基与基础处理设备［3］，在工作状态下，通过操纵液压系统，可实现行走、回转，起落立柱和桩机对位。工作时由动力头驱动钻杆、钻头旋钻钻进，卷扬机控制控制钻具升降，钻至设计孔深，采取边提钻边压注混凝土而成桩。表2.2JZB110施工机械参数长螺旋打桩机参数JZB110行走方式电动油压步履式立柱高度36.6m/Φ630×8桩机质量（t）70外形尺寸(长×宽×高)（mm）13000×6200×36600最大钻孔直径（mm）8004/9最大钻孔深度（mm）29000动力头功率（kW）55×2动力头型号ZZSH580最大提拔力（Kn）50主机转速（r/min）21.3输出扭矩（N·m）44.3行走步距（mm）2000回转角度（°）±1802.2.2成孔方法长螺旋干作业钻孔桩是一种无泥浆循环的机械式干作业连续成孔成桩施工方法,钻头切削下来的钻渣通过螺旋钻杆叶片不断从孔底输送到地表,利用长螺旋钻机钻孔至设计深度,在提钻的同时利用混凝土泵通过钻杆中心通道,以一定的压力将混凝土压入桩孔中,再用振动平台安装钢筋笼的一种连续机械式干成孔成桩方法。3工程项目概况3.1建设规模本项目所建热源气装置由一台燃煤褐煤的高效沸腾床燃煤炉、一台气体换热器、两台袋式除尘器、四台鼓风机以及配套的供煤及渣灰排出设施等组成。项目产品为650℃的热烟气，一套装置可每小时产出650℃的热源气129000Nm3/h，其总热焓值为2800×104kcal/h。该烟气用于公司饲料级磷酸盐，即磷酸二钙（以下简称MDCP）、磷酸一钙（以下简称MCP）干燥的热源气，供热能力要求≥2584×104kcal/h，本项目设计能力最终为2800×104kcal/h。3.2地质条件根据地勘报告资料揭露的地基岩土层结构及其物理力学性质，工程地质属湖盆及河谷地貌，古湖泊沉积，有草煤露头，上覆各色冲积物，场地为第四系坡积、堆积、冲洪积物以及二叠系的灰岩风化物及灰岩构成，按自上而下揭露的地质情况为：第1层为杂土层，平均厚度3.06米，整个场区内均有分布；第2层为粘土层，平均厚度8.4米，顶板埋深为5.8-27米，变化幅度较大大部分均有出现；5/9第3层为泥炭质土，平均厚度5.8米，厂区内以中部西边出现，东边缺失，变化幅度较大；第4层为粘土层，平均厚度12.9米，整个场区均匀分布；第5层为强风化灰岩-泥灰岩，平均厚度2.7米，场区内均有分布；第6层为中等风化泥灰岩场区内最大揭穿厚度为16米，岩体质量等级分类为V类，属较硬岩。地基基础设计等级为丙级，建筑场地类别为Ⅱ类，地下水对桩身砼及钢筋具有微腐蚀性。3.3自然条件：厂址海拔高程为2020米，年平均大气压81.26KPa。基本气候特征为：气温：多年平均气温14.5℃，最热月平均气温19.8℃（6月、7月），最冷月平均气温7.4℃（1月、12月），极端最高气温33.4℃，极端最低气温－13.9℃；湿度：平均相对湿度72%；降雨量：年降雨量1020.9mm，最大月平均降雨量205.5mm，降雨量集中在5～10月，其降雨量占全年降水量的87.26%；4工程项目案例4.1钻孔工艺选择本工程位于云南省昆明市寻甸县开发区中化云龙有限公司厂区内，北面为已建10KV开关站；东面为已建MCP熟化库和MCP厂房；南面为已建MDCP厂房；西面为已建循环水站和变配电室。场区内地形较平坦，交通便利，施工区域十分狭小（约1000平米），无泥浆护壁成孔工艺需要的湿作业场地，从工程所处的地质条件对比分析具备长螺旋钻孔的条件（详见表4.1），故本工程桩基采用长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼施工工艺。表4.1长螺旋钻孔工艺适用范围对比表工程地质条件工艺适用范围桩身在地质中分布第1层为杂土层，平均厚度3.06米填土层上部桩范围第2层为粘土层，平均厚度8.4米粘性土层桩身范围第3层为泥炭质土，平均厚度5.8米粘性土层桩身范围第4层为粘土层，平均厚度12.9米粘性土层桩端范围第5层为强风化灰岩，平均厚度2.7米，卵石层无桩范围6/9长螺旋钻孔工艺适用于填土层、淤泥质土层、粘性土层、粉土层及砂、卵石层等。4.2工程实施情况本工程总桩数有88根（详见图4.1），其中主装置63根，烟囱区域25根，桩径φ600,有效桩长17-23米，桩身配筋根据设计要求。桩基施工需要1台长螺旋桩机、1台输送泵机、1台钢筋剪切机、1台钢筋调直机、1台钢筋弯曲机、1台小型挖掘机、一辆25T吊车，2辆自卸汽车（根据需要），电焊机1台，弹簧振动锤一台（插入钢筋笼用）。在施工过程中，平均每天施工8根桩基，从组装长螺旋桩机开始，桩机施工周期约15天完成。图4.1热源技术改造工程桩位布置图7/9图4.2桩机成孔图图4.3后插筋施工图5长螺旋压灌后插筋质量缺陷及预防措施每一种桩基施工工艺都有其优缺点，长螺旋钻孔施工中需要针对易产生的质量缺陷进行原因分析，采取预防措施就能对质量缺陷进行有效的预防。本工程在实施过程中也产生一些质量缺陷，烟囱施工过程中出现2根钢筋笼插入不到位（详见图5.1）本工程总结分析了长螺旋钻孔施工中需要针对易产生的10种质量缺陷，进行了主要原因分析和针对性的预防措施，在一定程度上减少了质量问题发生，保证总体成桩质量。（具体详见表5.1）表5.1长螺旋压灌后插筋质量缺陷及预防措施缺陷缺陷原因预防措施桩位偏移桩机对位不准，地层原因使钻孔对钻杆跑偏等原因造成1）清除地下障碍，平整压实场地防止钻机偏斜2）开钻过程复核桩机的水平度和垂直度在堵管导管过于弯折或者前后台配合不够紧密，坍落度损失严重1）管路减少弯折2）加强施工管理，保证前后台配合紧密窜孔下钻垂直度偏差过大，土体发生液化发生流动1）控制垂直度，放慢提钻速度，增加砼充盈量2）采用隔桩，隔排跳打方案桩端缺陷先提钻易使水或土等固体料迅速填充该空间必须先泵料后提钻桩砼离析孔内有地下水，提钻过快，致使水涌入，造成离析保证钻芯内有2米高以上砼，特别是钻孔内有水或冒水情况，如果事干孔，建议1米就可以桩体存气钻杆排气阀被砼混合料浆液堵塞导致桩体存气并形成空洞。施工单位专人负责检查，保证排气阀正常工作。8/9上桩身砼不足导振管堵塞，或没有开孔排气，实管下入后，把砼挤走，从孔口流出，导致桩身上部砼不足检查导振管通畅并排气畅通断桩、夹层孔内有地下水、淤泥、流沙等，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1）保持砼灌注的连续性，配备储料罐等措施。2）严格控制提速，确保中心钻杆内有1-2米3）灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于混凝土的初凝时间时，应重新成孔灌桩钢筋笼插入不到位1）成孔深度严重不足2）成孔不垂直，钢筋笼不顺直，导振管不顺直；3）砼离析，砼和易性不好1）确保成孔深度。2）应控制好成孔垂直度偏差在1°。钢筋笼和导振管不顺直的，不得插入3）坍落度控制在180~220mm图5.1烟囱2根钢筋笼插入不到位缺陷6长螺旋压灌后插筋施工经验总结6.1钻机异常情况处理钻孔时，先调直桩架挺杆对好桩位。启动钻机钻进0.5～1米深时，检查一切正常后，再继续钻进，钻进过程中，根据岩土工程勘察报告、操作台上电流仪表电流的变化（到砂岩后电流表度数为220～250A）及排出孔口的弃土，确定桩端土质情况，为后续钻孔提供施工参数。如遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发现有节奏的声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后，方可继续作业，当需停钻时间较长时，应将钻杆提至地表。6.2钢筋笼吊装异常处理钢筋笼起吊时必须夹紧，将钢筋笼对中及保持垂直，并保证将振动锤的击振9/9力通过钢筋笼导人管传到钢筋笼底部。插人速度宜