长螺旋干成孔泵压混凝土灌注护坡桩施工质量控制

刘炎炎，张靖杰，关永平，郭 龙，宋 建，侯佳男

(1.东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳110004；2.中冶沈勘工程技术有限公司地基12处，辽宁 沈阳 110005)

0 引 言

当今，国内外复合地基处理技术发展迅速，各种新工艺、新技术、新设备不断涌现，长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩就是一种全新的施工工艺。它是近几年发展起来的一种可变强度桩，与钻孔压浆桩有一定的差别。它们的主要区别就在于桩身材料的不同，该桩采用的是泵压超流态细石混凝土，而压浆桩采用的是砂混凝土[1]。长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩是通过长螺旋钻机的中空螺旋钻杆钻进设计深度后停机，用混凝土输送泵压送搅拌均匀的混凝土，使混凝土通过混凝土泵与长螺旋中空钻杆连接的高压软管，泵压到刚停机的钻杆顶部和已成孔的孔底；螺旋钻杆的中空内灌满混凝土后，开始带压提钻，混凝土冲开钻头的活动小门压灌到成孔内，混凝土始终淹没钻头和成孔，直至钻杆提离地面。它具有施工效率高、成孔成桩质量好、无污染、无噪声、无震动、成本低、现场施工文明等特点，适合于多层和小高层基础工程[2]。以抚顺锦绣澜湾A区工程为例，来探讨长螺旋干成孔泵压混凝土灌注护坡桩在基坑工程中的施工工艺和质量控制。

1 工程概况

拟建抚顺锦绣澜湾 A 区 80#、81#、83#、84#、85#、B#楼由抚顺恒房地产开发公司筹建，地上层数15～25层，地下层数1层，结构类型框架、框剪。根据岩土工程勘察报告并结合工程类比决定83#、84#基坑可考虑采用长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩进行护坡，桩径800 mm，有效桩长约为10 m，以中密-密实圆砾为桩端持力层。设计桩数为247根，以地面绝对标高55.40m为桩顶。采用此桩后很好的解决了临近建筑物基坑下沉以及地下水位太高不利于施工的问题，而且还降低了工程造价。

2 场地条件

2.1 位置和地形

场地位于抚顺经济开发区，地势平坦，属浑河冲积一级阶地地貌。此工程采用黄海高程系，地面绝对标高为56.41 m～59.57 m。在本次勘察深度范围内有一层地下水，属潜水类型，埋藏于细、粗砂及圆砾层中，勘察期间地下水位埋深0.8 m～4.2m，稳定水位标高55.14 m～56.09 m。

2.2 地 层

本次勘察查明，在钻探所达深度范围内，场地地层由上至下分述如下:

(1)人工填土:杂色，由碎砖石、砂及少量粘性土等混杂而成。层厚0.5 m～4.0 m，分布不均匀。B#、85#楼以杂填土为主，其它楼以素填土为主。

(2)细砂:黄褐色；松散；湿-饱和；分选性差，局部混少量粘性土。层厚0.5 m～2.3 m；分布不均匀，地基承载力为140 kPa。

(3)粗砂 1:黄褐色-灰黑色；稍密；湿-饱和；颗粒均匀。层厚0.5m～2.5 m；分布不均匀，地基承载力为200 kPa。

(4)粗砂2:黄褐色；中密；湿-饱和；颗粒不均。层厚0.6 m～2.5m；分布不均匀，地基承载力为250 kPa。

(5)圆砾1:黄褐色-灰黑色；稍密；层厚0.5 m～3.1 m；分布不均匀，局部夹粗砂薄层，地基承载力为280 kPa。

(6)圆砾2:黄褐色；中密；层厚0.5 m～10 m；分布均匀，地基承载力为400 kPa。(土层分布图如图1)。

图1 土层分布图

3 基坑支护方案的确定

(1)由于本工程建筑施工场区比较狭窄，不具备放坡条件，局部区域距离现有建筑物基础距离较近，且地下水位较高不利于采取泥浆护壁。尤其是一般灌注桩有质量不稳定因素，易产生断桩、缩径、沉渣过厚等质量问题。相比之下长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩具有施工效率高、成孔成桩质量好、无污染、无噪声、无震动、成本低、现场施工文明等特点，能很好的解决施工中的困难。

(2)长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩的创造性和可操作性。成孔是在提升钻具的同时，不断注入高压水泥浆。由于孔内保持有很高的压力，因而能在地下水位以下的流砂、淤泥、砂卵石、风化岩等地质条件下顺利成孔成桩，而无须用泥浆护壁或套管跟进。

(3)长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩的单桩承载力高。对成桩机理进行分析，并经大量工程实践的验证，证明了这种桩的承载力是由端承力、侧摩阻力和侧支撑力三者复合而成。所以它能比一般灌注桩的承载力提高1.5～2倍。首先，桩的端承力可以得到充分提高。当钻头达到预定设计标高持力层后，桩尖土层未被扰动，在无虚土掉入的情况下，孔底的水泥浆在高压力作用下向桩尖持力层内扩散渗透凝胶。因此，其桩端不仅没有沉渣虚土，而且产生一个扩大的桩底，桩底的受力面积相对变大，因此这种工艺能较大地提高桩的承载力。其次，桩周土摩擦力得到充分发挥。水泥浆沿桩体周边土层的孔隙向外扩散渗透，甚至形成网状树根的现象，大大增强了桩身的摩擦力。第三，由于桩孔要穿过不同物理性状的土层结构，在高压水泥浆的作用下，还有局部扩径和桩身长瘤子的现象[3]。

采用该方案以后能有效的解决该工程中的施工问题，降低了造价，而且减少了桩的入土深度。

4 桩基施工要点

4.1 施工机具配备

长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩施工的主要机械设备，由钻机成孔设备、浆液制备装置、高压注浆泵装置与管路系统三大部分组成。其中:钻机成孔设备根据桩径、桩长来选择，本工程桩径800 mm，桩长10 m，故选用长臂螺旋钻机履带式的主机加挺杆组成。高压泵的注浆压力为30 MPa，泵量在120 L/min～200 L/min为宜，并应配备安全可靠的耐超高压的管路系统及快速连接装置；浆液制备装置，主要由搅拌容器、计量、储存容器组成，并应与泵的排量相匹配。

4.2 施工工艺

本工程采用了长螺旋钻机成孔泵送混凝土灌注成桩法施工(工艺流程图见图2)，施工作业操作要点:

图2 螺旋钻孔灌注桩施工工艺流程[4]

(1)测量定位放线。测量定位放线要严格按照设计施工图纸进行，采用经纬仪和钢尺测量对每处桩位进行场地标高抄测工作，按设计要求做好桩顶标高的控制工作。

(2)钻机就位、钻孔。钻机就位必须准确，就位后必须保证钻机平整稳固，调整桩臂垂直度，检查无误后，使钻杆慢慢向下移动，当钻头接触地面时开动电机，控制主卷扬，使钻杆匀速向下钻进。钻进过程中，操作司机要仔细观察电流情况，控制电流不宜超过180 A。当遇有障碍物时应立即停钻，清除障碍物后再重新钻进。遇硬土层时应慢速钻进，以保证孔形及垂直度，钻到设计深度后停钻。空转清土，在灌注前不得提钻。

(3)混凝土搅拌、泵送、提钻。在钻进的同时按配合比上料，搅拌混凝土，混凝土的搅拌应均匀，不得产生分层离析现象。钻机达到设计孔深后应立即开始泵送混凝土，当钻具底部的出口阀门打开后，利用主卷扬机开始提钻，提钻速度与泵送混凝土的速度相协调且提钻速度严禁大于泵送混凝土的速度。

(4)钢筋笼的制作。制作钢筋笼必须保证进场钢筋的各项性能指标符合规范的要求，制作时必须保证严格按设计图纸尺寸进行。主筋为8Ф 16，加强筋 Ф 16@2000，螺旋筋 Ф 8@100，主筋在同一截面内接头数量不大于50%。主筋与加强筋点焊连接牢固。

(5)安放钢筋笼。当钻头提至孔口时停止泵送混凝土，将钻头提出，钻具移开，安放钢筋笼。钢筋笼要保证居中安放，并在钢筋笼上安装振动器，将钢筋笼下放至设计标高。

(6)成桩。清理孔口，封护桩顶。按施工顺序放下一个桩位，移动桩机进行下一根桩的施工。

5 施工质量缺陷的原因和质量控制要点

5.1 施工中的过程控制是保证工程质量的关键

(1)平整场地，螺旋钻机就位、调平，并严格检查钻杆的垂直度和钻杆接头的同心度，严禁使用弯曲钻杆和偏心接头。

(2)开钻时，操作手应密切注视钻机桅杆上标示的进尺和电机的电流表的读数，以双控使钻头进入设计深度；提出钻杆时，应及时清除孔口外的泥土。

(3)根据桩身混凝土强度和试验室的混凝土配合比进行计量配料，搅拌均匀，随机抽样混凝土坍落度，每班留置1组混凝土试件。

(4)前台记录员、钻机手、泵机手和搅拌机手应密切配合；按计量控制钻杆提升高度，边泵灌、边提升，以保证泵送混凝土灌注的连续性和桩身混凝土的质量[5]。

5.2 施工过程中串孔现象的处理

由于该工程中相邻桩之间的间隔小，在泵送混凝土的压力作用下发生了串孔现象，使已成桩但尚未凝结的混凝土快速下沉流入正在成孔的邻孔之中，造成桩体破坏。钢筋笼位置失控，且桩身夹有土层。

串孔的处理方法如下:固定钢筋笼以防其随上下波动的混凝土而升降；反灌混凝土使已沉降的混凝土在反灌压力作用下被顶回原混凝土面；在保证原混凝土面不下降的前提下，边提钻边压灌混凝土至规定标高。

要避免串孔应详细地阅读地质勘察报告，在有软弱土层且桩距小于1.5 m或3.5倍桩径的区域应合理调整成桩顺序，采取跳打或回头补打的方式，或待相邻桩内混凝土初凝后再进行。

5.3 在施工过程中出现的异常现象的处理

(1)导管堵塞。出现这一现象的原因大都是由混凝土配比或塌落度不符合要求、导管过于弯折或者前后台配合不够紧密等原因产生。控制措施:保证粗骨料的粒径、混凝土的配比和塌落度应符合要求；灌注管路避免过大变径和弯折，每次拆卸导管都必须清洗干净；加强施工管理，保证前后台配合紧密，及时发现和解决问题。

(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:施工前清除地下障碍，平整压实场地以防钻机偏斜；放桩位时应认真仔细，严格控制误差；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。

(3)断桩及夹层。由于提钻太快泵送混凝土跟不上提钻速度或者是相邻桩太近串孔造成。控制措施:保持混凝土灌注的连续性，可以采取加大混凝土泵送量，配备储料罐等措施；严格控制提速，确保中心钻杆内有0.1 m3以上的混凝土，如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。

(4)桩身混凝土收缩。桩身回缩是普遍现象，一般通过外加剂和超灌予以解决，施工中保证充盈系数＞1。控制措施:桩顶至少超灌1.0 m，并防止孔口土混入；选择减水效果好的减水剂。

(5)钢筋笼无法沉入。多由于混凝土配合比不好或桩周土对桩身产生挤密作用。控制措施:改善混凝土配合比，保证粗骨料的级配和粒径满足要求；吊放钢筋笼时保证垂直和对位准确[6]。

5.4 施工过程中的注意事项

(1)由于本工程临近已有建筑物，施工场地紧张、困难，由于其具有刚度大，变形小，支护能力高，适用范围很广但其防渗性较差，放线要求高，必须“跳打”施工，施工技术要求高。

(2)在基坑开挖过程中，严禁在离支护桩中心线4 m以内堆放重物和汽车通过，减少支护桩的受力弯矩。

(3)做好桩间土的保护，用砖、水泥封堵，增强桩周土的稳定性，防止被雨水冲刷造成水土流失，导致建筑物不均匀沉降同时做好井点降水、大气水及场周围施工、生活用水的排放工作，以降低土层孔隙水压力和土体滑动率，保持桩土结合力和地耐力。

5.5 长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩的检测

桩基检测是根据《建筑桩基检测技术规范》JGJ106-2003、J256-2003的要求和设计要求进行检测。本工程采用低应变法对桩身完整性进行检测。利用小锤敲击桩顶，当桩头受到冲击后，由此产生的应力波沿桩身向下传播，传播过程中，遇到桩身存在的各种缺陷时，会产生反射和透射。所有的初始波和反射波被置于桩顶的传感器所接收，通过桩基动测仪将此信号转变成数字量后，通过分析波形，对每根桩的质量进行判断。共计检测247根桩:Ⅰ类桩241根；Ⅱ类桩6根。通过单桩竖向抗压静载试验测得该工程长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩单桩竖向承载力特征值可取750 kN，满足设计要求。

6 结 论

随着城市高层建筑的增多，以及人防工程的需要，基坑开挖的支护问题显得越来越重要。长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩作为基坑护坡桩的一种，具有良好的刚性和侧向支护能力及一定的防渗效果，直径和深度可随基坑开挖要求任意设计和变更，对邻近建筑物和管道毫无影响。另外，可以和工程桩同时施工，大大减少施工工期，也可与其它桩型配合进行基坑围护，所以在基坑开挖支护中得到了广泛应用。

[1]张忠苗主编.桩基工程[M].北京:中国建筑工业出版社，2007.

[2]沈保汉.桩基与深基坑支护技术进展[M].北京:知识产权出版社，2006.

[3]路德富.钻孔灌注护坡桩在基坑开挖支护中的应用[J].西部探矿工程 ，1996，8(2):41-42.

[4]连海宁.长螺旋钻孔泵压混凝土后插筋灌注桩的应用[J].山西建筑，2007，33(15):102-103.

[5]鲜于方庚，赵曦敏，刘 楚，等.长螺旋干成孔泵送混凝土灌注桩的施工技术[J].施工技术，2003，32(1):31-32.

[6]孟宪礼.超流态长螺旋钻机钻孔灌注桩施工质量控制[J].科技信息，2009，(15):640.