大直径长螺旋灌注桩在基坑支护中的应用分析

周兵

随着现代施工技术的发展，出现了一大批新型桩基施工技术，其中最具有代表性的就是大直径长螺旋灌注桩。通过此种施工方法，不僅可以实现钻孔施工，还可以进行混凝土压灌施工，避免多个专业与设备交叉施工，以此提升混凝土灌注速度及成桩质量。本次研究联合实际工程案例，分析了大直径长螺旋灌注桩在基坑支护中的应用，同时提出施工质量控制措施，以期能够为相关人员提供参考价值。

大直径长螺旋灌注桩;基坑支护;技术工艺;质量控制

为了推动城市现代化发展，满足城市发展的基础要求，当前开始出现多种新型建设工程。在房屋建筑施工中，应用大直径长螺旋混凝土灌注桩施工具有显著效果。为了确保基坑支护工程的挡土效果，多数结构设计采用的是泥浆护壁钻孔灌注桩支护结构，研究发现灌注桩会产生大量的泥浆，孔底成渣厚度与桩周泥皮都会影响桩基质量，相应降低工程建设效率。相比于泥浆护壁钻孔灌注桩来说，大直径长螺旋钻孔灌注桩可以有效弥补各项缺陷与不足，施工噪音与污染比较小，不会出现弹孔问题，具备较高的成孔效率，所以被广泛应用于桩基工程建设中。此次所建造的工程应用此种基坑支护方式，可以显示出技术工艺的适用性。

本项目占地面积约3万m，施工内容主要是围护灌注桩抢工施工，围护灌注桩外边线距离围墙（用地红线）约1.1～5m。长螺旋钻机设备尺寸为13m×11m，设备作业面钻杆抱箍外边线仅比桩边外扩约0.3m。可见，现场围护灌注桩采用长螺旋钻机时有施工作业空间、有设备运转场地及弃土中转或外运场地，适宜此工法施工。设计围护桩直径1.2m、最大桩长32.2m，选用JB-178型大功率动力头、φ1160螺杆钻具施工可满足设计要求。JB-178型长螺旋钻机具有功率大、钻进深，并采用电子陀螺仪和自动测斜仪，仪器先进、自动化程度高，可适时监控、调整施工孔深、垂直度、混凝土流量、提升速率等施工优点。根据地勘报告，本项目自地面以下22m深度范围内主要为粉土、粉砂层，饱和、稍密～中密状，砂土以下为2～3m淤泥质软土及下伏可塑状粘性土层。该地层适宜采用长螺旋钻机直接钻孔施工，无需外加水或泥浆即可快速成桩。根据设计要求，基坑支护需要采用钻孔灌注桩。整个工程建设对工期要求比较高，需要涉及大量的施工工序，整个施工场地的作业面比较小，存在多个交叉作业，所以不能使用大型机械来进行施工。支护灌注桩均需要在基坑内施工操作，基坑内地基软弱，混凝土罐车无法到达坑内进行浇灌，不能满足施工需要。所以工程拟采用长螺旋钻机成孔施工工艺，在基坑边泵送混凝土成桩，插入钢筋笼做支护灌注桩。该项技术所应用的混凝土具备良好流动性，摩擦系数低，抗分散性能强，石子可在混凝土内悬浮。螺旋钻机不仅可以钻孔，还可以压灌混凝土，整个的操作流程相对简单，不仅提升混凝土灌注速度，还可以对成桩的质量进行加强，整体工程造价比较低。

长螺旋钻孔灌注桩技术是利用长螺旋钻孔机钻孔至设计深度，采用钻头活门，将流态混凝土连续泵注到孔内，直到到达桩顶，之后插入钢筋笼形成桩体。该技术工艺属于新型桩基础施工方法，可以广泛应用流态混凝土灌注桩，不会受到地下水影响。混凝土具备较强的流动性，螺旋钻机可以压灌混凝土，整个操作比较简单，可以提升灌注速度，施工成本比较低。通过长螺旋钻机钻孔，可以确保流态混凝土灌注桩到达设计标高，在停止钻孔之后，可以利用混凝土孔进行提钻护理。将混凝土浇灌到设计标高后，应当将断杆移开，同时将钢筋笼压入到桩体内。混凝土灌注应当高于桩顶50cm，以此确保桩顶混凝土强度。

结合桩基与围护桩施工工期，本项目围护灌注桩采用长螺旋施工时，具有以下优势：

长螺旋施工围护灌注桩时，单日成桩量可保证10根;一台长螺旋灌注桩日工作量相当于10台泥浆循环钻孔灌注桩的工作量，且施工空间小于10台泥浆循环灌注桩同时施工的空间。本围护工程灌注桩共420根，采用泥浆循环钻孔灌注桩施工工期约40d（多台桩机每天同时施工），采用2台长螺旋灌注桩机同时施工时，工期约26d，节约工期约14d，进度提升约35%。

本场地主要为砂土、粉土场地，由于长螺旋灌注桩施工时桩孔内无空洞、混凝土压灌技术，因此不会产生坍孔、缩径，同时有效防治砂土地层泥浆护壁灌注桩施工露筋等通病问题。因此，施工质量比传统泥浆循环灌注桩工艺高，成桩质量更可靠。

同时，充分利用混凝土流量计、提升速度计、瞬态充盈系数等自动化监测设备，通过调整提钻速率，使混凝土压灌量等于钻头提升后的临时空间体积相，确保瞬态桩身充盈系数在合理范围内，可有效控制断桩、缩径或扩孔等现象的发生，进而提高成桩质量。

本围护工程，传统工艺是先施工三轴止水搅拌桩，待搅拌桩成桩约3d后再施工钻孔灌注桩，钻孔灌注桩施工进度受止水搅拌桩影响。采用长螺旋灌注桩施工时，由于其成桩无坍孔，因此桩身混凝土外扩很少，不占挤搅拌桩桩位，因此可优于三轴止水搅拌桩先施工，或与三轴搅拌桩穿插施工，故更有利于工期节约。

本场地地下水丰富，因此长螺旋灌注桩施工时，可直接钻孔成桩，因此施工过程中无泥浆排放，故一方面可节约泥浆排放或固化成本，另一面可减低泥浆外运受环境保护要进行交通限制的影响，环保、高效。

长螺旋灌注桩钻孔、压灌混凝土过程中，噪音低，且低于多台泥浆护壁钻孔灌注桩同时施工的噪音，适宜于场地环境保护、噪音控制要求高的条件。

本次工程建设采用的是长螺旋钻孔灌注桩支护结构，此种支护结构具备多项优势：第一，施工建设期间，不需要应用泥浆护壁，可以有效处理施工污染问题，确保整个施工场地的整洁度，同时还能够减少水泥浆材料采购成本，相应降低该环节施工成本。第二，成桩效率高。相比于其他施工工艺来说，此种支护结构的施工速度比较快，可以明显提升建设进度。第三，成桩质量稳定。在具体施工过程中，该结构可以有效穿透厚砂层和硬土层，不会出现缩径等问题，有效避免地表隆起。第四，施工经济性高。该类支护结构应用的整个设备结构简单，有长螺旋钻机和钢筋插入装置，便于操作与维护，所以整体施工成本比较低，具备较高的经济价值。同时，长螺旋钻机可以应用于多个地段中。

长螺旋钻孔压灌桩施工顺序。此次工程设计单排压灌桩挡墙支护结构装间距设计为1m，施工期间采用两工序跳桩施工法，相隔两个钻孔施工。

第一，主要施工设备选型。此次工程建设所需施工设备选项如表1所示。

长螺旋钻机主要应用履带式和步履式，钻杆中间为无缝钢管，螺旋叶片与桩孔直径相等，叶片螺距一般为（0.6-0.7）D，中心管底部设置混凝土出口，出口位置具有两片活瓣，该活瓣可以闭合。钻机钻削土体之前闭合活瓣，以免水和沙土进入到中心管内，混凝土泵输送时需要打开活瓣。混凝土泵采用液压活塞式，最大泵送包括每小时30m、60m、80m。输送管道连接长螺旋钻机中心管，不仅便于移动转机，也能够确保搅拌后台位置稳定，不会出现位移问题，全面满足工程建设需求。在工程实践中，送料管道直徑必须小于钻杆内径，起重机选用大吨位吊车，当遭遇软土地基时，必须将钢板垫在在起重机下方，以免导致起重机倾覆。在施工过程中，必须对长螺旋灌注成装钻杆的提钻速度、混凝土泵送量进行准确计算，防止产生终身缺陷与断状问题。

第二，钢筋笼振动送笼器。（1）振动送容器组成包括吊杆装置、导向杆、振动器。（2）导向杆的刚性比较大，将其插入到长钢筋笼内，可以确保笼体与混凝土垂直对准。（3）利用导向杆可以使笼体受力状态改变，将孔口向下压力改变为笼底端向下拉力。（4）由于导向杆的刚度大，截面比较小，容易插入到混凝土中。笼体下沉期间，导向杆可以对其变形情况进行约束。在导向杆上端安装平板振动器，通过振动器可以确保钢筋笼到达设计位置。（5）向上拨振动送笼器，可以使其与笼体脱钩。将送笼器开启，可以有效振捣笼体内混凝土，确保密实效果。

第三，技术指标。（1）将外加剂、粉煤灰添加到混凝土中，确保每方混凝土的粉煤灰添加量为80kg。（2）混凝土粗骨料可以选用碎石或卵石，粗骨料粒径必须控制在30mm以内。（3）混凝土塌落度设置为170mm-210mm;提钻速度设置为每分钟1.1m-1.4m;压灌桩充盈系数为1-1.2。桩顶混凝土超灌高度应当高于0.5m;钢筋笼插入速度控制为每分钟1.1m-1.4m。

第一，施工质量控制措施。在长螺旋钻孔灌注桩施工过程中，必须严格控制质量安全，可以通过工作分解结构开展控制管理。此种结构方法属于现代工程管理的有效方法，属于工程控制与方案计划的基础。应用工作分解结构方法可以有效管理工程项目，全面提升管理效率与效益。工作分解结构能够高效完成项目目标，制定活动集合，工作结构分解可通过结构图表现出管理方式，利用树形结构分解工作，对项目所有工作进行确定。在项目信息沟通过程中，工作分解结构属于重要基础，属于系统控制管理的重点对象，也是一项合理的项目管理方式。纳入项目管理元素，可以全面满足工作分解结构的覆盖要求，全面覆盖项目所有工作内容和管理要求，以此扩大工作分解结构的应用范围。

采用工作结构分解法管理工程项目时，必须将项目目标体系作为主导，将技术系统范围与项目任务作为基础依据，根据系统方法进行分解，以此形成系统结构图。工作结构分解法可通过分解原理，制作长螺旋钻孔灌注桩质量控制图，具体见图1。通过该质量控制图，可以将工程质量划分为事前控制、事中控制、事后控制。在不同控制环节划分出具体管理要素，合理管控每一个要素，以此提升桩基施工质量控制管理效果。通过实践应用可知，工作结构分解法具备可行性，可以对现场管理施工工作进行简化，能够满足桩基质量控制要求。

第二，成桩质量控制。成桩质量控制主要包括钻孔、混凝土灌注、钢筋笼制作、吊放等控制环节。对于成孔质量控制来说，控制内容如下：（1）孔深与孔径。利用钢卷尺对钻杆下钻深度进行检查，确保其满足孔深要求，使桩身长符合设计要求。孔径控制则需要确保钻头直径满足设计要求。（2）垂直度。在整个施工过程中，必须确保施工作业面的平整度和压实效果，钻机稳固性高。在钻孔施工期间，利用钻机铅锤系统确保钻杆垂直度。对于混凝土灌注质量控制来说，主要包括以下内容：（1）坍落度。在施工过程中，必须使用专业仪器测量坍落度，以此确保混凝土和易性。（2）充盈系数。在施工期间，当成孔偏差大于设计尺寸、土壤密实度较差，极易导致实际灌注量高于理论计算值。为了确保成桩质量满足要求，必须确保实际灌注量和计算值比值处于标准范围内。对于高金龙安装位置来说，质量控制内容如下：（1）在钢筋笼吊放入孔时，必须确保垂直对准孔位，防止对孔壁造成碰撞影响。（2）钢筋笼吊点位置必须满足不变性要求，保证整个吊装过程的稳固性，可以将沙杆绑在吊顶位置。为了避免钢筋笼位置偏差过大，需要将钢筋保护层支架设置在钢筋笼主筋上，确保钢筋笼居中，满足设计要求。在整个施工过程中，必须详细记录质量控制情况。确保设计满足地质情况要求。

第三，施工过程控制。（1）长螺旋钻机钻进设计深度后，泵送搅拌后的混凝土，将混凝土泵管与钻杆高压软管相连接，泵压为刚停机钻杆顶部。螺旋钻杆中空内灌满混凝土后进行提钻，混凝土冲开钻头活动小门，压灌到成孔内时，混凝土淹没钻头与成孔，直到确保钻杆提离地面。（2）混凝土初凝过程中，需要派遣专人将送笼器安装在钢筋笼内，确保钢筋笼与孔内混凝土垂直对准。开启振动送笼器，利用导向杆将钢筋笼插入到设计深度，到达设计深度后，吊起振动送笼器。

第四，质量缺陷与控制技术。（1）导管堵塞。当混凝土坍落度不满足标准要求时，导管会出现弯折问题。在控制时，首先应当确保混凝土配合比、骨料粒径、坍落度满足标准要求。灌注管路不能出现明显弯折，在拆卸导管时，必须做好清洁处理。在整个施工过程中，应当注重施工管理，确保各道工序的紧密配合，及时发现问题并予以处理。（2）偏桩问题。一般来说，桩平移偏差、垂直度超标的原因比较多，导致该项问题的成因多为桩基对位不准、场地不平整、地层复杂等。在控制期间，实现应当将地下障碍物清除，对场地进行平整处理，以免钻机偏斜。工作人员必须仔细检查桩位，避免出现误差。在开钻之前，必须检查桩基垂直度和水平度。（3）夹层与断桩。在施工过程中，如果提钻速度比较快，泵送混凝土与提钻速度时间差比较大时，就会导致夹层与断桩问题。在控制处理期间，应当确保混凝土持续灌注，适当增加混凝土泵送量。其次，对提钻速度进行控制，避免灌注停滞时间过长。（4）桩身混凝土强度不足。灌注桩会受到泵送混凝土、后插钢筋技术影响，所以必须确保坍落度控制在18cm-220cm，以此确保和易性。在混凝土配料中添加粉煤灰，会降低混凝土前期强度，粗骨料的粒径比较小，若没有合理控制用水量，将会降低混凝土强度。在控制处理期间，必须对粗骨料级配进行优化，合理选择外加剂。在选用粉煤灰时，必须通过配比试验，合理控制添加量。

综上所述，结合现场施工条件、外部环境保护要求，在开展围护灌注桩施工时，应用长螺旋钻机施工，可以加快施工速度，同时质量安全性与可靠性得到提高，此外还可以有效控制工程成本，节约工期，因此该技术值得推广应用。

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With the development of modern construction technology， a large number of new pile foundation construction technologies have appeared， the most representative of which is the large diameter long spiral cast-in-place pile. Through this construction method， not only the drilling construction but also the concrete pressure irrigation construction can be carried out， avoiding the cross construction of multiple specialties and equipment， so as to improve the concrete pouring speed and the pile forming quality. This study， combined with actual engineering cases， analyzes the application of large-diameter and long-screw cast-in-place piles in foundation pit support， and at the same time proposes construction quality control measures in order to provide reference value for relevant personnel.

Large diameter long spiral cast-in-place pile;Foundation pit support;Technology;QC