长螺旋钻孔后插钢筋笼灌注桩的应用

刘彬 王新强 李东

(中国石油天然气华东勘察设计研究院，山东青岛 266071)

0 引言

长螺旋钻孔后插钢筋笼灌注桩施工工艺在国内已经积累了很多经验，随着伊拉克油田开发逐渐进入高峰，包括中国石油在内的大批石油企业进入伊拉克进行油田开发，但该项施工技术在油田地面建设的地基项目中还是空白。

1 工程地质条件

伊拉克鲁迈拉油田为超巨型油田，位居世界第六，位于伊拉克南部，隶属巴士拉省，位于幼发拉底河与底格里斯河两河流域下游，濒临波斯湾，为海相沉积平原，上部30 m范围主要土层见表1。

表1 主要土层一览表

2 桩基设计参数及试验桩

该工程共布置935根工程桩，桩径500 mm，桩长22 m，主筋为8根20 mm螺纹钢，桩身主筋混凝土保护层厚度为75 mm，混凝土强度等级C40，坍落度180～220。在工程桩之前为了确定其在本场地的适用性，进行了4根试验桩，测定了单桩竖向承载力特征值为750 kN，测试Q—S曲线见图1，另外在设计荷载范围内上拔及水平位移均满足设计要求。

3 工程桩施工

长螺旋钻孔灌注桩主要采用长螺旋钻孔机、混凝土输送泵等设备，利用螺旋钻头钻入土层，桩孔内的土体一部分沿带有螺旋叶片的钻杆旋转上升排出孔外。一部分附着在钻头、钻杆的螺旋叶片上随提钻带出。钻至设计标高后启动混凝土输送泵，将混凝土沿高压钢管、连接在钻杆上部的高压软管、钻杆中间的芯管送入孔底，边提钻边泵入混凝土，直至孔口，钻杆、钻头提出后，立即将钢筋笼对准桩孔中心垂直插入孔内。借助在钢筋笼顶安放的振动器，将钢筋笼下放到设计笼顶位置。其工艺流程见图2。

图1 竖向抗压试验桩Q—S曲线

图2 工艺流程图

1)施工准备:施工前的三通一平要保证，各作业区的临时通道要畅通，特别是施工用电，根据各作业区的设备用电情况，配备足够的电力电缆。施工场地要平整，以保证设备的正常施工。2)测量放线:根据业主提供的定位放线依据及基础施工平面图进行放线，桩位放线偏差对群桩不大于20 mm，单排桩不大于10 mm。同时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。3)钻机就位、钻孔:本工程采用超流态螺旋钻机成孔，根据本工程的实际情况，结合各作业区的桩径、桩长，合理安排钻机，可充分发挥各钻机的施工能力。钻孔时首先移动钻机，对准桩位放线点，将钻机调平、支稳，确保在开机钻孔时不发生倾斜、移位;钻进过程中，根据各土层的地质情况，调整钻进速度，随钻进随清理孔口虚土。成孔质量应保证孔径不小于设计桩径，垂直度偏差不超过桩长的1%，桩长必须满足设计要求。混凝土搅拌、泵送、提钻，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，钻杆要埋在混凝土内至少50 cm的长度不得脱离混凝土，严禁提钻大于泵送混凝土的速度。4)钢筋笼制作:制作时保证严格按设计图纸尺寸及设计说明书进行。钢筋笼制作时先把主筋和加强筋焊接成型后，再绑扎螺旋筋，加工绑扎时要牢固，主筋保护层严格按设计要求，钢筋笼的制作偏差应符合下列规定:主筋间距±10 mm，箍筋间距 ±20 mm，钢筋笼直径 ±10 mm，钢筋笼长度±100 mm。5)吊放钢筋笼: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，放钢筋笼至设计标高，通过水准仪控制钢筋笼标高。6)成桩:成桩后做好围护，注意保护桩头，保证24 h内不得扰动，严禁车辆碾压、碰撞桩头，养护期满后进行开挖破桩头并进行检测。

4 桩基检测

工程桩完成后，抽取1%共10根桩进行竖向抗压静载试验，抽取3根桩进行水平静载试验，并采用低应变法对全部935根桩进行了完整性检测。静载试验按照设计单位提供的说明书进行，最大加载1 400 kN，具体加载顺序见表2。单桩竖向抗压静载试验Q—S曲线，如图3，图4所示。通过检测结果分析，单桩承载力满足设计要求，桩沉降不大于10 mm，满足设计要求，具体检测结果见表3，桩身完整性良好，除个别桩为Ⅱ类桩外均为Ⅰ类桩。

表2 工程桩竖向抗压静载试验加载表

5 施工中的问题及处理

因为工程场地地层主要为软土，地下水位较高，施工时室外温度达55℃以上等原因，施工过程中发现不少问题，但都通过有效手段得到了解决，主要问题及解决办法分析如下:

1)串孔。由于桩身长度范围内主要为软土，桩间距小于2 m，开始施工时出现串孔现象，钻孔后，相邻已经完成的桩，混凝土迅速下沉。发现此问题后，立即对沉降桩进行补灌混凝土至设计标高，然后对正在施工的桩缓慢停钻灌浆。为了避免串孔，在后续的施工中采用隔打法，间隔1个～2个钻孔进行施工，等混凝土初凝后再进行相邻桩的施工，有效的解决了串孔问题。2)堵管。施工正值伊拉克最热的季节，室外温度达55℃，C40商品混凝土出厂到泵送时坍落度变化较大，非常容易堵管。施工时控制混凝土中粗骨料直径，泵送前严控坍落度在180～220之间，混凝土出厂时加冰，控制混凝土温度;混凝土加入缓凝剂控制初凝时间，这样有效解决了堵管问题。3)钢筋笼下沉不到位。沉放钢筋笼到一定深度时，孔底部分粗骨料沉积，阻力较大，钢筋笼很难放置到位。设计时，可不必通长配筋，距离孔底一段距离，沉放钢筋笼时，连接好振动装置、大刚度芯管及钢筋笼。把钢筋笼下端插入混凝土桩体中，依靠重力和振动装置带动大刚度芯管对钢筋笼下端进行振动，使钢筋笼下沉至设计深度。4)钢筋笼偏位。钢筋笼偏位会造成桩身局部主筋保护层厚度不足，在施工过程中也不能忽视。施工前，可预制一些中心有孔眼的圆形混凝土垫块，加工钢筋笼时均匀地分组穿在螺旋筋上。5)冒水。因为场地地下水位较高，施工提钻至顶部时有冒水现象，极大影响桩上部的成桩质量。主要原因是地下水位高且提钻速度过快，泵送混凝土量达不到，可以通过控制提钻速度使之与泵送混凝土量匹配。

图3 532号桩打桩竖向抗压承载力Q—S曲线

图4 301号桩打桩竖向抗压承载力Q—S曲线

表3 竖向抗压及水平静载试验成果表

6 结语

在伊拉克鲁迈拉油田水厂打桩项目中，长螺旋钻孔灌注桩施工时虽然容易发生较多问题，只要在施工过程中认真观察、积极总结，充分掌握地质情况，就能从根本上找出问题的根源，采取相应的应对措施，解决以上问题，经检测工程桩效果良好，完全满足设计要求。长螺旋钻孔后插钢筋笼灌注桩，无振动、噪声低、污染低、工效高、成桩快、桩身质量好，单桩承载力高，经济实惠，是软土地基中优先选用的桩型。鲁迈拉油田大型油罐、装置及大荷载建(构)筑物在天然地基承载力不能满足设计要求时，采用长螺旋钻孔后插钢筋笼灌注桩是良好选择，值得推广。

［1］张忠亭.钻孔灌注桩设计与施工［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［2］JCJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［3］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.