全套管长螺旋钻孔压灌桩在岩溶地区的应用

潘伟峰，李 杰

（1.大荣建设集团有限公司，浙江 宁波 315192；2.浙江鸿晨建设有限公司，浙江 宁波 315040）

当工程地质为软硬土层交替且岩溶盖板基岩埋深不深及地下水丰富时，采用刚性桩（摩擦型桩）复合地基且刚性桩桩端持力层取风化基岩的应用技术是合理的[1]。这种地质条件下，适用冲击钻孔桩机或长螺旋钻孔桩机施工，长螺旋钻孔桩机穿越硬土层（中密以上的砂土、砾砂、砾石层）及嵌入风化基岩的能力更强，而地下水丰富的岩溶地区需全套管护壁，但传统全套管式长螺旋桩机的全套管在沉入时依靠下动力头旋转式下沉，旋进硬土层及强风化基岩的能力弱，在拔出全套管时需采用大型起重机配合振动锤方能作业，配套机械多而大。下面通过工程实例说明创新型全套管长螺旋压灌刚性桩复合地基在岩溶地区的应用技术。

1 工程概况

1.1 工程地质概况

浙江省江山市某工程地质概况如表1所示。

1.2 地下水与溶洞概况

地下水分为孔隙潜水和基岩岩溶水。孔隙潜水主要赋存于⑤卵石层，其赋水、透水性能良好，水量丰富，渗透系数为5.6×10-3cm/s，补给水源为大气降水和侧向江山河补给；基岩岩溶水埋深深，分布于深部溶洞、溶蚀裂隙中，水量不均匀。

工程地质钻孔勘探结果为50%桩位下有溶洞，溶洞中均有软塑状态粘土充填。

1.3 刚性桩复合地基概况

该工程为地下室一层，筏板式承台厚1.2m，地上为数幢高层建筑，刚性桩为∅600双向@2500素混凝土桩，采用全套管振动式长螺旋钻孔压灌桩，混凝土强度等级C25，桩端持力层为⑨层石灰岩，属于端承摩擦桩。桩顶与筏板承台底混凝土垫层之间铺设300mm厚中粗砂的褥垫层。

2 桩机构造

2.1 振动锤液压钳

将传统的全套管式长螺旋桩机的下动力头改为振动锤液压钳，该装置的上部振动锤与下部液压钳利用螺栓连接为整体。液压钳包括底部的固定钳板与活动钳板，均装于壳体中；液压钳上部为液压千斤顶，用铰链固定于壳体中；液压钳中部的传动竖板上端依靠活动铰链与千斤顶的活塞连接，传动竖板下端依靠活动铰链与活动钳板连接，传动竖板依靠铰链固定于壳体；壳体外侧有竖向加强肋板。振动锤中双电动机的功率应足够大，振动锤中央的短竖管连接振动台底座与振动台顶横梁，且插入长螺旋钻杆可自由下钻与提拔。整个装置依附于主桅杆的导轨上。振动锤液压钳见图1。

表1 岩土层主要物理力学性能指标

图1 振动锤液压钳与全套管立面示意图

图2 门架式钻头

2.2 钻头

如图2所示，长螺旋钻杆底端改进为门架式钻头，钻杆和钻头采用内六方接头。钻头中央底端装有活门，活门一侧设有压缩空气出气管，此管顶通钻杆环形内腔；钻头的门架右竖板与左竖板焊接于螺旋叶片，门架左右竖板底分别焊有门架中条板和侧条板，门架形成 “倒π”形。门架净空即活门至门架中条板的竖向距离能使活门自由开启。门架中条板与侧条板底各焊有中牙轮钻尖及左右牙轮钻尖；其中中牙轮钻尖比左右牙轮钻尖要低，除中央两个牙轮尖垂直外，其余各牙轮尖均为倾斜式装置。钻进过程中钻头底比全套管底要低约0.5m。

2.3 机顶架

机顶架安装于钻机主桅杆顶，机顶架包括顶中梁、顶前梁、顶横梁及连系梁，平面呈飞机形。顶前梁后端连接于顶横梁，顶前梁前端装有第一滑轮组，钢丝绳通过它牵引动力头及长螺旋钻杆。顶横梁左右端装有第二滑轮组，钢丝绳通过它牵引振动锤液压钳。第三滑轮组用于牵引插筋器（素混凝土桩不用）。机顶架见图3。

图3 机顶架平面示意图

3 工艺特点

1）适用性强且施工效率高 依靠振动锤液压钳振动式下沉全套管钻头尖有高压空气吹掉糊钻的粘土，故比传统的动力头驱动旋削式下沉穿入硬土层或风化基岩的速度快，液压钳连接及脱卸全套管方便，施工效率高。长螺旋钻头低于全套管先行钻入，全套管基本同步跟下，可防止基岩面倾斜时钻偏，或砂粉土及卵石层坍孔。

2）桩基质量好 全套管护壁不但可防止孔壁坍塌而导致的沉渣多，而且在桩身泵送浇筑混凝土后，振动式起拔全套管，不会引起桩身混凝土裂缝。采用门架式钻头，可以实现先泵送压灌混凝土自动打开活门，压灌混凝土30s后再旋转式提拔钻杆[4]，保证了压灌混凝土的连续性[3]。有全套管护壁保护，地下水不会冲散桩身混凝土的水泥浆。

3）经济效益好 1台全套管振动式长螺旋钻孔压灌桩机可在风化基岩为桩端持力层的情况下每天施工4～6根；无需大型吊机配套施工，具有较好的经济效益。

4 施工工艺流程

施工准备→测量放线→振动锤液压钳夹持全套管→桩机就位对准桩位→长螺旋钻杆在动力头驱动下旋削式沉钻→全套管在振动锤液压钳作用下同步下沉→钻孔土体顺着螺旋叶片出土→钻进至风化基岩→振动锤液压钳脱离全套管→泵送压灌混凝土→一边提拔长螺旋钻杆一边继续压灌混凝土→振动锤液压钳重新夹持全套管振动式拔出→成桩养护。

5 操作要点

5.1 长螺旋钻杆和全套管同步下沉

1）长螺旋钻杆在动力头驱动下旋转式下沉，全套管在振动锤液压钳（钳紧全套管的耳板）作用下同步下沉，全套管起到护壁作用。

2）开始钻进时应控制低速缓慢进尺，长螺旋钻杆钻头始终比全套管底端要低不小于0.5m，土体顺着长螺旋钻杆周边的螺旋叶片挤压式涌出至地面，涌出的土体及时运出场地。

3）通过试桩合理选择和调整钻进的工艺参数，遇硬土层时（本工程为⑤含砂卵石层）采用高转速小进尺恒钻压钻进。

5.2 嵌岩施工

1）当长螺旋钻头和全套管底端的加强箍刃脚触至风化基岩（本工程为⑨石灰岩）时，钻进显著放慢，此时全套管进入风化基岩一定深度有利于防止长螺旋钻头在倾斜岩面上打滑（图4）。

2）启动长螺旋钻杆加压系统继续钻进至风化基岩达到设计要求，嵌岩钻进中控制每一转进尺10mm左右。

3）钻孔至孔底设计标高后，继续空转（不进尺）清孔约30s，有利于孔底岩土碎屑被旋转的钻杆带出，并进行终孔验收。

图4 长螺旋钻杆及全套管钻入到位

5.3 泵送混凝土并同步提拔钻杆

泵送混凝土前松开液压钳，使其脱离全套管，随之往长螺旋钻杆内芯管中连续式泵入混凝土，钻头尖的活门在泵压下打开，泵压混凝土约30s后提拔钻杆，提拔速度应缓慢，保证钻头始终埋在混凝土面以下不小于1m，最终泵压混凝土至超灌1d高度。

5.4 振动式拔出全套管

压灌混凝土完毕，桩机重新对准全套管处，将振动锤液压钳对准全套管的耳板液压夹紧，然后启动振动锤，全套管在振动锤的振动作用下缓慢拔出，桩机移位至下一桩位。

5.5 铺设褥垫层

单位工程的素混凝土刚性桩完成后，凿除超灌的高度，铺设厚度为300mm的中粗砂褥垫层，褥垫层应采用羊角碾等静力压实机械压实，压实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值不应大于0.9。

6 结 语

岩溶地区的地质勘探孔数量应足够，以探明溶洞的分布情况以及溶洞盖板的厚度。施工的全套管振动式长螺旋桩机的动力头和振动锤功率应足够大，以达到设计的嵌岩深度。振动锤液压钳振动式拔出全套管应缓慢。本工程采用刚性桩复合地基平板载荷试验和单桩静载荷试验全部达到设计要求，采用低应变动力试验检测素混凝土桩身完整性全部合格。实践证明只要精心勘探、设计、施工，在岩溶地区应用全套管振动式长螺旋钻孔压灌桩作刚性桩的复合地基是成功的。

[参考文献]

[1]GB/T 50783-2012，复合地基技术规范[S].

[2]刘子金.创新发展机械化施工促进施工技术进步[J].建筑机械化，2016，（10）：13-17.

[3]GB 51004-2015，建筑地基基础工程施工规范[S].

[4]JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].