旋转挤压灌注桩施工工法与工程应用★

张宏博 方光秀* 南 元 赵世范

(1.延边大学工学院，吉林 延吉 133002； 2.吉林烟草工业有限责任公司延吉卷烟厂设备工程处，吉林 延吉 133000；3.延吉市大星基础工程公司，吉林 延吉 133002)



旋转挤压灌注桩施工工法与工程应用★

张宏博1方光秀1*南 元2赵世范3

(1.延边大学工学院，吉林 延吉 133002； 2.吉林烟草工业有限责任公司延吉卷烟厂设备工程处，吉林 延吉 133000；3.延吉市大星基础工程公司，吉林 延吉 133002)

介绍了旋转挤压灌注桩的特点，提出了适合辽西地区的施工工法，并结合工程案例，阐述了旋转挤压灌注桩的施工条件与工艺、加强质量技术措施以及控制桩体质量的关键点，并通过基桩桩身质量完整性与单桩竖向承载力检验，确定其设计与施工的可行性，为类似工程提供借鉴。

旋转挤压灌注桩，钢筋笼，基桩，单桩竖向承载力

0 引言

人工挖孔桩工艺有被滥用的趋势，桩越挖越深、直径越挖越大，安全措施不到位等。人工挖孔成桩效率低、安全风险大的弊端日益明显[1]，部分省市已开始限制人工挖孔桩的使用。新型旋转挤压灌注桩通过大扭矩动力钻头在岩土层直接进行挤扩并浇筑混凝土，后置钢筋笼形成的现浇混凝土灌注桩[2]。旋转挤压灌注桩具有以下特点[3]：钻具护壁，不塌孔，不取土，施工安全；工法简单，成孔成桩一次性完成；施工高效，用材节约；承载力高、沉降小；无泥浆、无噪声、无振动。山东省早已提出DBJ 14—091—2012旋转挤土灌注桩技术规程，河南省也已提出DBJ 41/T 132—2014双向旋转挤土灌注桩技术规程，重庆市也已把DBJ 50/T—207—2014旋转挤压灌注桩技术规程作为本地区工程建设推荐性标准。本文参考上述地方性技术规程，提出适合辽西地区的施工工法，并结合大成国际花园一期工程，阐述旋转挤压灌注桩的施工条件、施工工艺、加强质量技术措施、控制桩体质量的关键点，为类似工程施工提供借鉴。

1 旋转挤压灌注桩施工条件

1.1 施工设备和材料条件

1)螺杆桩机。

旋转挤压灌注桩对设备要求相对较高，螺旋桩机是其专用成桩设备。常用螺旋桩机重量为70 t左右，桩架高30 m左右，钻杆长度20 m～35 m。混凝土泵机宜选用60泵，额定直流输出扭矩不小于200 kN/m。旋转挤压灌注桩由两部分组成，桩的上部分为圆柱体，下部分为扩大头椎体，扩大头椎体直径是圆柱体直径的1倍～2倍。旋转挤压灌注桩常用桩径为350 mm～800 mm。螺杆桩机结构简图如图1所示。

2)材料条件。

水泥：选用强度等级不低于32.5级普通硅酸水泥。

粗骨料：选用级配良好的卵石或碎石，其最大粒径控制在5 mm～15 mm。

粉煤灰：粉煤灰掺量控制在70 kg/m3～90 kg/m3。

其他外加剂可根据不同的使用要求适量掺入。

1.2 施工场地条件

1)施工场地应进行平整处理，地面坡度小于3%，地面承载力满足施工桩机接地压力要求，天然地基承载力不小于150 kPa。

2)临近边坡的桩基在完成边坡支护后施工。

3)旋转挤压灌注桩轴线的控制点和水准点设置在不受施工影响的地方。开工前，经复核后妥善保护，施工中进行复测。

1.3 施工工艺参数试验

1)根据本工程设计要求的数量、位置打试桩，试桩的桩径和长度要具有场地代表性。

2)成孔试验。

检查成孔深度和成孔时间，结合混凝土供应情况确定混凝土缓凝时间指标，将钻进过程中的电流值整理成表，与岩土工程勘察报告中的地层性质对比，将电流统计值作为本工程的收桩依据，并对桩顶和地面土体的竖向和水平位移进行系统观测。

3)成桩试验。

确定混凝土浇筑参数和钻杆提钻参数，计算出本工程的充盈系数，对挤土敏感土层、易窜孔土层根据不同施工间距的成桩试验结果，确定合理施工间距。

4)根据试桩参数优化设计，依据试桩的试验结果调整施工方案设计。

2 旋转挤压灌注桩施工工法

2.1 施工工法原理与特点

2.1.1 施工工法原理[4]

旋转挤压灌注桩是采用专用成桩设备，通过钻具护壁并以微取土方式旋转挤压土体成孔，而后经钻杆芯管连续泵送混凝土形成桩体，最后采用后插笼工艺将钢筋笼沉入桩体中而形成的新型灌注桩。

2.1.2 施工工法特点

旋转挤压灌注桩与传统的长螺旋灌注桩相比，其施工工法具有如下特点：

1)旋转挤压灌注桩成孔成桩过程中，不取土、不塌孔、一次性完成、且施工安全，杜绝因孔壁塌方造成的安全事故。

2)在同等条件下，与其他桩型相比缩短了桩长、减小了桩径，节约工期，降低工程造价。

3)旋转挤压灌注桩成孔时无需泥浆、无泥皮和沉渣，可消除传统灌注桩三大负效应[6](桩身和桩端土体的松弛效应、泥皮效应和沉渣效应)，具有三大正效应(挤密效应、护壁效应、胶结效应)，可有效提高桩侧阻力的作用，并充分发挥桩端阻力。

4)施工无噪声，无振动，同时体现出环保和节能的优势。

2.2 施工工艺流程图与质量控制关键点

针对旋转挤压灌注桩施工工艺中存在孔深、孔径以及桩身承载力不满足设计要求、机桩轴线控制点与水准点有偏差、钻杆双向垂直度与钢筋笼垂直度存有偏差等质量通病，本文根据辽西地区的工程地质条件，设计了如下施工质量控制关键点：

1)检查成孔、成桩试验是否满足设计要求；

2)检查桩位基准点是否合格；

3)检查钻杆是否钻至设计深度；

4)检查钻杆头部是否被混凝土包裹；

5)检查钢筋笼垂直度是否合格；

6)检查桩基承载力是否合格。

适合辽西地区的旋转挤压灌注桩施工质量控制关键点，如图2所示。

2.3 施工工法

1)施工钻机就位后，进行桩位复查，旋转挤压灌注桩钻头与桩位点偏差不大于15 mm。同时，测量、检查机桩轴线的控制点和水准点。

2)钻机上设置控制深度和垂直度的仪表[5]，保证桩机就位后平整稳固，确保在成桩过程中不发生倾斜和偏移。

3)钻机开始下钻速度应缓慢，钻头采用正向旋转，在钻机施加扭矩的同时施加竖向压力。

4)钻头钻至设计标高后，钻头停止旋转，将混凝土泵入钻杆内的空心管道，启动钻杆正向旋转，并提升钻具，提升速度与混凝土泵送量相匹配。

5)桩端进入坚硬、硬塑的粘性土、中密以上粉土、砂土，圆砾、风化页岩、风化岩时以电流为主，控制桩长为辅。

6)终孔标准结合工程地质情况、单桩竖向承载力、入土深度、桩端持力层性状等因素综合考虑，通过静载试验或试桩试验确定。

7)混凝土粗骨料的粒径控制在5 mm～15 mm，砂选用河砂或机制砂，坍落度控制在180 mm～200 mm。

8)混凝土泵料斗内的混凝土连续搅拌，且泵送压灌应连续进行，料斗内混凝土的高度不低于400 mm，桩顶混凝土超灌高度不小于0.5 m。

9)混凝土输送泵管应减少弯道，且保持水平，泵管下面垫实，保证泵管稳定。

10)气温高于30 ℃时，在输送管上覆盖隔热材料，每隔一段时间洒水降温。冬季施工时，在输送泵管周围包裹保温材料。做好自检、互检、专检等“三检制”和验收工序。

3 旋转挤压灌注桩加强质量技术措施

1)在旋转挤压灌注桩施工过程中，宜先施工长桩，后施工短桩；宜先施工大直径桩，后施工小直径桩；宜先施工主楼(高层)桩；后施工裙房(低层)桩；宜先施工密柱桩，后施工疏柱桩。

2)为保证混凝土的连续泵送，在灌注混凝土前将混凝土高速搅拌3 min～5 min。提钻速度与泵送混凝土速度可根据式(1)计算。

VP=vnμ/γAP

(1)

式中:VP——提钻速度，m/min；μ——混凝土泵填充系数，一般可取0.7～0.8；n——泵送速度，一般8泵/min～12泵/min；γ——充盈系数；AP——桩横截面积，m2。

提钻速度要满足表1要求。

表1 最大提钻速度取值指标

4 工程实例

4.1 工程概况与地质条件

大成国际花园工程建筑面积为6 657.56 m2，11层框剪结构，基桩型式为旋转挤压灌注桩，基桩总数为116根，基桩混凝土设计强度为C25。

根据辽宁辽西工程勘察院提供的勘探报告，该工程地质概况如表2所示。

表2 工程地质概况

4.2 主要施工工法

4.2.1 旋转挤压灌注桩钢筋笼制作

钢筋笼的长度为12 m，直径为400 mm，制作允许偏差应符合表3的规定。

表3 钢筋笼制作允许偏差 mm

钢筋笼设置为8根Φ18 mm的通长主筋，保护层厚为50 mm，四侧主筋每隔5 m设置耳环，上下节主筋采用电渣压力焊连接；主筋内侧每隔2 m加设一道Φ14 mm的加强箍，与主筋焊接组成骨架，便于吊运安装。

4.2.2 旋转挤压灌注桩钢筋笼安装

钢筋笼使用吊车进行安装，平板振动器上焊接大刚度钢管，钢管从钢筋笼内部伸入，将平板振动器上的振动力传递至钢筋笼底部，将钢筋笼压入桩体。

4.3 桩身质量完整性与单桩竖向承载力检验

4.3.1 基桩桩身质量完整性检验

依据国家行业标准JGJ 106—2014建筑基桩检测技术规范[7]及辽宁省地方标准DB21/T 1450—2015建筑基桩及复合地基检测技术规程[8]要求，利用低应变反射波法检测桩身质量完整性。

1)桩身混凝土质量分类标准：

Ⅰ类：桩身完整，波形规则，波速正常。Ⅱ类：桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥。Ⅲ类：桩身有明显缺陷(缩径或离析)，对桩身结构承载力有影响。

2)本工程检测中利用放置在桩头的拾振器接收脉冲初始信号及桩身反射信号，通过桩基动测仪记录并将波形存储在磁盘上，经过计算机处理打印波形结果。根据整理的试验数据分析，本工程桩身混凝土平均波速为3 580 m/s，确定本工程桩身混凝土质量为Ⅰ类，满足工程要求。

4.3.2 基桩承载力检验

1)检测原理：试验采用试验桩锚固和配重，构成加载反力系统。加载采用一个5 000 kN油压千斤顶，通过电动油泵驱动加载，千斤顶的合力通过试桩中心。压力值由标定的压力传感器给出，试桩的沉降变形通过对称布置于桩头的量程为50 mm百分表测量，百分表均用磁性表座固定在具有一定刚度的基准梁上。

2)检测设备：现场检测设备如表4所示。

表4 检测设备

3)加载方式：依据JGJ 106—2014建筑基桩检测技术规范，基桩单桩竖向承载力检验中，基桩抽取3根。试验加载采用快速维持荷载法，逐级加载。第一级按2倍加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载。

4)检测结果：检测结果一览表如表5所示。

表5 检测结果

由检测结果分析可知：1号、2号、3号试桩，均表现为沉降量不大，而且Q—S曲线平缓，无明显陡降段。由此可以确定，基桩单桩竖向承载力检验中，试点均满足设计要求。

5 结语

1)本文结合山东和重庆等地方的旋转挤压灌注桩技术规程和标准，提出了适合辽西地区的旋转挤压灌注桩施工工法，并结合工程案例阐述了旋转挤压灌注桩的施工条件与施工方法以及加强质量的技术措施。最终，通过基桩桩身质量完整性与单桩竖向承载力检验，均符合设计要求。

2)本文根据辽西地区的工程地质条件，设计了旋转挤压灌注桩施工工艺流程图，并针对施工中存在孔深、孔径以及桩身承载力不满足设计要求、机桩轴线控制点与水准点有偏差、钻杆双向垂直度与钢筋笼垂直度存有偏差等质量通病，提出了6项施工质量控制关键点。经工程检测，均满足验评标准,为类似工程施工提供借鉴。

[1] 延晋阳.长螺旋钻孔灌注桩桩基施工工艺质量监理[J].山西建筑,2013,39(15):40-42.

[2] 邢朝阳.旋转挤压灌注桩新技术探讨[J].土工基础,2014(2):99-101.

[3] 沈保汉.桩基础施工新技术专题讲座(二十七)旋转挤压灌注桩(上)[J].工程机械与维修,2013(3):104-107.

[4] 李 林,闵 峰.旋挖钻机施工钻孔灌注桩的工艺研究[J].中国工程科学,2010,12(4):33-36.

[5] 邓金燕.高层建筑螺杆灌注桩工程施工工艺探究[J].科学与财富,2015(26):354.

[6] 陈超鋆,谭燕姬,邵 兵,等.螺杆桩技术——一种消除挤土负效应的挤土桩及其施工工法[J].地基处理,2009(4):23-27.

[7] JGJ 106—2014,建筑基桩检测技术规范[S].

[8] DB 21/T 1450—2015,建筑基桩及复合地基检测技术规程[S].

Construction method and engineering application of rotary extrusion cast-in-place pile★

Zhang Hongbo1Fang Guangxiu1*Nan Yuan2Zhao Shifan3

(1.Institute of Technology of Yanbian University, Yanji 133002, China; 2.Equipment Engineering Department, Yanji Cigarette Factory, Jilin Tobacco Industrial Co., Ltd, Yanji 133000, China; 3.The Yanbian Daxing City Basic Engineering Company, Yanji 133002, China)

The characteristics of rotary extrasion cast-in-place pile are introduced. This paper puts forward the construction method suitable for western Liaoning province. Combined with the engineering case, the paper expounds the construction conditions and technology of the rotary extrusion pile, the key points of strengthening the quality technical measures and controlling the quality of the pile body. The feasibility of the design and construction of the pile body is determined by the test of the quality of the pile body and the vertical bearing capacity of the single pile. Which can provide reference for similar projects.

rotary extrusion cast-in-place pile, reinforcement cage, bored pile, vertical bearing capacity of single pile

1009-6825(2017)16-0067-04

2017-03-08★：吉林省科技厅科技发展计划重点科技攻关项目(20170204032SF)

张宏博(1991- ),男,在读硕士

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU473.14

A