全套管长螺旋钻孔压灌咬合桩围护施工技术

高伟新 华锦耀

1.浙江天工工程管理有限公司 浙江 杭州 311200；2.浙江鸿晨建设有限公司 浙江 宁波 315032

长螺旋钻孔压灌桩具有施工工艺成熟、穿越硬土层快、无振动、无泥浆污染、适用范围广等优点，但也存在地下水位以下易坍孔、桩端处虚土不易清除干净、后插钢筋笼定位不准确等缺点。当基坑地基土层中包含赋存承压水的砂土或砾石、卵石层，且环境复杂，保护性要求高时，如何应用长螺旋钻孔压灌桩机施工素混凝土桩（素桩）与咬合的荤混凝土桩（荤桩），并保证平面定位偏差不大于10 mm、垂直度偏差不大于0.3%，以及被荤桩旋割咬合时的素桩混凝土龄期不超过终凝等成为关键问题，且需避免360°全回转套管机施工咬合桩时速度较慢的缺点[1]。为此，我们以工程实例为背景，研发了一种施工效率高、环境保护性好、平面定位准确、垂直度好的新型咬合桩（即全套管长螺旋钻孔压灌咬合桩）施工技术。其机械设备和施工工艺创新之处在于：全套管底端含有装配式的合金尖方便拆卸置换，采用箱形型钢定位架装置使桩位成孔准确，全套管同步钻进可有效防止旋割素桩时产生“管涌”等。

1 工艺特点

1.1 施工效率高

由于桩机（图1）下动力头双电动机的功率大，且全套管底端设置有合金钻尖，故在上、下动力头的驱动下，全套管与长螺旋钻杆能先后同步进入硬土层及嵌岩，并以旋削式切割素桩。全套管长螺旋钻孔压灌桩机旋削力强，能切割已超过初凝甚至终凝时间（现场咬合施工难以完全避免滞后）的素桩[1]，故本技术咬合桩的施工效率高。该全套管底端的合金钻尖由支座与钻尖齿组成，支座留有阴螺纹孔且四周焊于钢套管底端，钻尖齿采用内六角锚栓锚固于支座，以便磨损后及时置换。

1.2 成桩平面位置准确与垂直度偏差小

图1 全套管长螺旋钻孔压灌桩机

本技术应用箱形型钢定位架和垂直度控制装置，从而保证了素桩和荤桩全桩身的咬合宽度，使施工的围护桩墙抵抗水土侧压力的整体承载力较强。箱形型钢定位架如图2所示，需事先根据咬合桩的直径和咬合宽度制作加工，四周采用槽钢与面板、底板焊接，面板与底板之间采用粗钢筋桁架连接，孔位四周采用弧形钢板焊接，定位架四角与长向中央留有锚杆孔，以便插入短锚杆固定于地基土中。本技术采用经纬仪校准全套管、长螺旋钻杆的垂直度及同心度。

图2 箱形型钢定位架

1.3 环境保护效益与经济效益好

采用全套管长螺旋钻孔压灌桩机施工咬合桩，由于止水效果好，故可有效防止含承压水砂砾层坍孔。全套管底端比长螺旋钻杆底端的钻头低，可有效防止素混凝土涌入荤桩孔内形成“管涌”。施工中没有挤土效应及泥浆污染，整体承载力强，环境保护效益好。同时扩大了不同岩土地质条件中的应用范围，并且与液压式全回转套管钻孔灌注桩机（磨桩机）相比，本桩机施工的机械台班费大大降低，且无需事先浇筑连环孔形的混凝土导墙，从而具有一定的经济效益。

2 工程应用实例

2.1 工程概况

浙江省丽水市某工程，地下室1层挖深5.0～6.5 m，基坑周边有给水、电力、通信及雨水管线，西侧有浅基础小学校舍建筑。地面下地基土层为：杂填土、可塑状粉质黏土、稍密状粉砂、中密状卵石（围护桩端持力层）。孔隙潜水赋存于前3层地基土中，弱承压水赋存于卵石层。

2.2 基坑围护结构

基坑平面近似矩形， 围护结构采用悬臂式φ800 mm@550 mm的咬合桩，C20级素桩与C30级荤桩间隔咬合式布置，有效桩长12～16 m，共512根素、荤桩，坑中坑采用高压旋喷桩重力式挡墙围护。

2.3 基坑施工概况

基坑围护咬合桩采用全套管长螺旋钻孔压灌桩机施工，现基坑已顺利施工完地下室顶板，正在施工上部建筑结构。基坑围护咬合桩经现场检测和基坑开挖验证全部合格，基坑各项监测均未出现报警值，且环境保护成功，周边环境的位移变形均符合标准规范及设计要求。

3 施工工艺流程

桩机设备和材料进场→测量放线定桩位→安装箱形型钢定位架→桩机安装就位→旋沉入全套管及长螺旋钻杆施工素桩→边压灌混凝土边旋拔出全套管及长螺旋钻杆→旋沉入全套管及长螺旋钻杆施工荤桩→边压灌混凝土边旋拔长螺旋钻杆→旋拔出全套管→荤桩中插入钢筋笼→桩机移位继续施工咬合桩

4 关键操作技术

4.1 测量放线与安装箱形型钢定位架及桩机安装就位

根据基坑围护的桩位平面布置图纸，采用全站仪测设桩位，编出A类（素桩）、B类（荤桩）的桩号，并利用挖机安装箱形型钢定位架，即将短锚杆压入定位架的锚杆孔中，从而将定位架固定于地基土上，合理制订桩机的首次站位与咬合桩成桩路线。将桩机安装就位，对准素混凝土桩孔位。

4.2 施工素桩

1）驱动上、下动力头的电动机，长螺旋钻杆与全套管先后同步反向钻进地下（反向旋进有利于桩机稳定），土体顺着长螺旋钻杆的螺旋叶片推送至下动力头，输出到地面孔外运走。

2）通过试成桩合理调整施工工艺参数，尤其是钻进硬砂砾土层与风化基岩的工艺参数，并可通过电流表来控制进尺速度。电流强度值增大，说明孔内阻力增大，此时应降低钻进速度。

3）开始钻进时，应控制速度，缓慢平稳进尺。遇硬土层时，宜采用高转速小进尺恒钻压钻进；一般软土层在上下动力头和钻杆及全套管的自重及动力头扭矩的作用下旋转钻进，旋转钻进的进尺速度为1.0～1.5 m/min，先慢后快；遇较硬的隔层及风化基岩时，再开动卷扬机加压系统钻进。

4）钻孔至孔底设计标高后，继续空转（不进尺）清孔30 s左右，有利于孔底岩土碎屑被旋转的钻杆带出。

5）终孔后泵入超缓凝混凝土且连续进行压灌，钻头尖的活门在混凝土压力作用下自动打开。泵送混凝土应与单桩的混凝土量相匹配，保持钻杆内有一定高度的混凝土。超缓凝混凝土的终凝时间不少于60 h[2]，坍落度控制在130～150 mm，粗骨料最大粒径不大于25 mm。

6）泵送混凝土30 s且钻头埋入混凝土液面至少1 m后，再缓慢旋拔长螺旋钻杆和全套管，旋拔速度应根据土层情况确定，且应与混凝土泵送量相匹配，保证钻头始终埋在混凝土面以下不小于1 m，提升速度1.5～3.0 m/min，桩顶应超灌混凝土不少于0.5 m。

4.3 施工荤桩

1）桩机全套管对准箱形型钢定位架的荤桩孔位，在素桩初凝后、终凝前，驱动上下动力头，长螺旋钻杆与全套管同步反向钻进地下，全套管底端应比长螺旋钻杆底的钻头尖低1.0 m，以防止旋削式切割素桩时产生管涌。

2）通过试成桩合理调整荤桩施工的工艺参数，基本同前述素桩施工，当钻进旋割素桩的强度超过终凝时（难免有），应改进施工工艺参数。

3）终孔后连续泵入混凝土，先压灌混凝土30 s，使钻头埋入混凝土液面至少1 m后，再提拔钻杆，保持混凝土液面始终高于钻头1 m以上，随压灌混凝土随上拔钻杆，提升速度1.5～2.0 m/min，桩顶超灌混凝土不应少于0.5 m。下动力头与全套管暂留于桩位，有防止地下承压水冲散水泥浆及素桩的管涌，并正反向来回转动全套管，防止与地基土黏结。

4）混凝土压灌结束后，驱动下动力头将全套管慢速旋转式拔出，拔管速度不大于0.5 m/min。

5）旋拔出全套管后桩机移位，立即利用吊机及振动式插筋器（激振力不小于150 kN）连续地将钢筋笼插至设计深度，插筋器的传力钢管应抵紧钢筋笼底端的锥尖，锥尖处焊接一根竖向粗钢筋，以利于插入到位。

5 质量控制措施

1）桩机钻孔作业前，应采用箱形型钢定位架准确定好桩位，并且固定牢靠，全套管与钻杆同心且应保证垂直度，钻头尖与桩位中心点偏差不大于10 mm，以保证咬合宽度。

2）预拌混凝土制备中应按规定检查配合比及坍落度等，素桩应采用超缓凝混凝土配合比，终凝时间不少于60 h。

3）钻进过程中不宜反转或提升钻杆，遇到钻杆晃动或钻进困难，可能是碰到混凝土块或块石，应提出钻杆更换钻头或事先清除地下障碍或开启加压系统继续钻进。素桩宜采用跳二打一的方法，以防止发生串孔管涌。

4）泵送混凝土需与长螺旋钻杆的提拔速度相匹配，泵送混凝土应连续。素桩的混凝土坍落度不宜大于150 mm，以降低其流动性。钻机提拔钻杆和全套管的速度应缓慢，应始终保持混凝土泵料斗内的混凝土液面有一定高度，避免泵送时吸入空气造成堵管。

5）荤桩混凝土压灌后提拔全套管时，速度应缓慢，拔出全套管后应及时用高压水冲洗干净，干燥后应涂刷减摩剂2遍。

6）沉放钢筋笼时应将笼底锥尖对准荤桩的桩位中心，始终保持垂直地沉入钢筋笼，以满足主筋混凝土保护层的有效厚度要求。钢筋笼沉放到位后，应慢速振动式提拔出插筋器的传力钢管，防止钢筋笼上浮。

6 结语

全套管长螺旋钻孔压灌咬合桩施工技术适用于填土、淤泥质黏土、黏土、粉土、砂土、砾卵石、风化基岩等岩土地质条件，包括含有承压水的地基土层。

素桩采用超缓凝混凝土跳打式施工，并控制坍落度和终凝时间，避免荤桩成孔时产生管涌。荤桩成孔时全套管底端至少比钻头尖低1 m。桩端混凝土宜采用复搅工艺，从而有效控制桩端虚土沉渣厚度。混凝土拌和料宜缩小石子粒径[3-6]，旋拔全套管时应缓慢，以防止钢筋笼上浮。下动力头宜配装振动锤，以便振动式起拔全套管。全套管底端的合金钻尖磨损后应及时更换，更换时应将连接的内六角螺栓拧紧到位。工程实践证明，全套管长螺旋钻孔压灌咬合桩在复杂地质条件和环保要求高的基坑围护中具有较好的应用前景。