长螺旋钻孔压灌桩施工技术在承压水地质条件中的应用

先杰 范程 上海三航奔腾海洋工程有限公司

灌注桩是在工程领域中最实用和使用领域最广的一种桩型，其适应地质较为广泛，可解决一些复杂的地质问题。针对承压水地质条件，灌注桩传统施工工艺成本较高，且成桩质量风险较高。相反，长螺旋钻孔压灌桩施工工艺较传统工艺具有施工效率高，成桩质量好的优点。

1.长螺旋钻孔压灌桩

长螺旋钻孔压灌桩主要是基于CFG、CIP等多种工法上扩展延伸的一种应用于地基处理的新型施工工艺，也是目前国家住房与城乡建设部连续多年力推的建筑业十项新技术之一。长螺旋压灌桩主要是长螺旋桩机钻孔，通过螺旋钻杆泵送成桩，履带吊振动插入钢筋笼。近些年来,这种成桩技术逐步在我国工业与民用建筑工程中得到推广，长螺旋钻机示意图见图1所示。

1.1 优点

长螺旋钻孔压灌桩具有特殊地质的针对性以及广泛的适应性，该桩型与其他传统桩型相比,有以下的优点。

（1）桩身承载力高。长螺旋钻孔压灌桩是通过螺杆钻进挤压排出土体，能有效加固桩周土，且穿透力极强，能同时增加桩身摩阻力以及桩端端阻力，桩体通过高压灌注加强桩身混凝土密实度，能有效提高桩身混凝土强度。

（2）施工效率高、工艺无污染。通过螺旋钻机成孔，螺杆旋转带出土体，无须泥浆护壁，不依赖于泥浆，施工过程无污泥形成，最大限度降低了对环境的不利影响。

（3）施工速度快、成本低。长螺旋桩机钻进成孔，无泥浆置换工序，成孔速度快，混凝土泵送压灌，钢筋笼整体振动插入成桩，不受钢筋笼拼接工序影响，施工效率高，是传统灌注桩施工效率的8-10倍，成桩施工速度快，整体成本低。

图1 长螺旋钻机示意图

1.2 适用范围

长螺旋钻孔压灌桩施工工艺对于填土层、淤泥质土层、粉砂粉土层以及渗透系数大的砂砾层、卵石层、强风化岩层均适用。但与普通灌注桩施工工艺不同，该工艺所需设备多，自重大，通常使用于桩基数量大，施工场地开阔且具有一定承载力的工程。

2.工程应用

2.1 工程概况

曹娥江上浦船闸及航道工程第2标段为船闸工程，其船闸主体采用坞式结构，船闸主体总长223.5m，其中上闸首长度31m，下闸首27.5m，闸室165m，有效宽度23m，上、下游引航道各3 0 0 m。本工程钢筋混凝土灌注桩以及素混凝土灌注桩共1632根，桩径800-1000mm，最大桩长40m。工程原地面高程+6.5m，承压水高程可达+1.9m，基坑开挖至-2.0m后开始进行灌注桩施工，受承压水影响，传统灌注桩工艺成桩困难。

2.2 承压水地质条件

根据本工程的地质勘查资料，本工程的地质结构由上至下主要有：填土层，淤泥质黏土层，粉土粉砂层，圆砾卵石层，淤泥质黏土层、强、中风化岩层。基坑开挖后地质层主要为粉土粉砂层，圆砾卵石层、淤泥质黏土层以及强中风化岩层。

承压水分布于中下部，含水层主要为粉土粉砂层、圆砾卵石层，水位随曹娥江水位变化不大，富水性中等至丰富，具有承压性，其单井涌水量大于1000吨/日。基岩裂隙水存在于基岩的孔隙裂隙和构造裂隙中，岩性主要为白垩系下统寿昌组凝灰岩和凝灰质砂岩，水量较为贫乏。

图2 施工工艺流程图

表1 主要检查项目及控制指标

表2 桩身检测情况汇总表

2.3 工艺选择

地质分布粉砂、圆砾、卵石层富含承压水特性，单井涌水量较大，灌注桩施工难度大，施工前通过试桩情况进行工艺选择。

（1）冲孔灌注桩施工工艺。灌注桩地质层中有较厚圆砾卵石层，卵石粒径较大，普通正循环施工工艺难以进行，试桩采用冲击成孔工艺，利用膨润土与黏土进行泥浆护壁，水下灌注成桩。试桩过程中，受承压水影响，砂砾层发生坍塌，承压水上涌，泥浆护壁失效，黄土回填后，再次成孔，仍然坍塌。

（2）长螺旋钻孔压灌施工工艺。根据地勘资料，选择冲孔工艺施工地质相同区域，进行长螺旋钻孔压灌工艺试桩施工，通过长螺旋桩机钻进，随着螺杆钻头钻进至设计桩底标高，无承压水涌出，混凝土泵送压灌，钢筋笼震动安放，试桩结束。桩身检测完整性较好，长螺旋钻孔压灌桩试桩成功。

延伸分析，传统冲孔灌注桩施工工艺在本工程地质中采用全护筒跟进施工方法可克服承压水以及砂砾层施工影响，但其成孔施工难度大，效率低，成本高，因此采用长螺旋钻孔压灌桩施工工艺。

3.长螺旋灌注桩施工技术

长螺旋钻孔压灌桩施工期间配备挖机以及履带吊设备，设备自重较大，对现场场地要求较高，施工前应做好施工准备，包括场地整平，定位护筒埋设以及工作井的打设，为成孔与钢筋笼拼接施工提供条件。钢筋笼制作采用自动化滚焊机分节制作成型，运至现场吊放于工作井内进行拼接。

施工前首先埋设定位护筒，桩机根据护筒中心定位，通过测量钻杆垂直度调直钻杆，下钻至设计标高，采用混凝土输送泵通过空心螺旋钻杆将混凝土泵送入孔，边压灌混凝土边提升钻头直至成桩。混凝土桩成型后移开桩机，履带吊吊放震杆与钢筋笼，通过导向装置振动下放钢筋笼直至设计标高，拔除震杆后，桩体混凝土下降，桩机复位进行混凝土回灌，直至桩顶标高。

长螺旋钻孔压灌工艺流程如图2。

4.施工质量控制措施

4.1 施工工序关键点控制

开工前要对地下障碍进行探摸处理，并整理地坪，施工前核实桩位并检查钢筋笼主筋螺旋筋焊接质量。成孔钻进须控制好钻杆垂直度、钻头标高，灌注过程不但要控制好石子粒径、砼塌落度、和易性、泵送混凝土连续性、桩顶标高，尤其需要重点控制钻杆的提升速度，保证泵送提升过程钻头的埋深，确保施工过程中不因为提升速度过快导致断桩情况发生；灌注后钢筋震放要重点控制钢筋笼保护块、垂直度、笼顶标高控制以及成桩过程的试块留置、成品保护等。主要检查项目及控制指标如表1所示。

4.2 桩身检测方法

目前对于桩身质量检测的研究较多，形成了不同的方法，常用的主要是高、低应变检测、钻孔取芯检测、超声波检测、单桩竖向静载试验等。在本项目中为检测承压水地质条件下长螺旋压灌工艺对灌注桩成型后的质量情况，采用低应变检测桩身完整性，钻孔取芯校核桩长、混凝土强度以及桩身完整性，高应变检测桩身承载力。

4.3 检测结果

本工程桩基按低应变10 0%、高应变5%、钻孔取芯1%进行检测，上、下闸首钢筋混凝土灌注桩236 根，均为I类桩，桩身检测情况见表2。

根据本次检测的结果表明，长螺旋钻孔压灌桩的桩长、桩身强度、单桩承载力均已经达到了设计要求，桩身完整性良好，进一步证明了长螺旋灌注桩在承压水地质条件下施工质量较好的优势与潜在的经济效益。

5.小结

长螺旋钻孔压灌桩虽常用于地基加固处理，但仍未广泛应用于桩基工程。本文介绍了长螺旋压灌工艺与传统灌注桩施工工艺的区别，以及在承压水条件下长螺旋钻孔压灌桩施工工艺的适应性，并通过成桩质量检测验证其施工工艺可克服承压水等不良地质带来的影响，可为类似项目提供借鉴和参考。