岩土工程施工中长螺旋钻孔压灌桩的技术应用及优缺点分析

薛戴康

（江苏地质基桩工程公司，江苏 镇江 212001）

1 施工工艺及适用范围

1.1 施工工艺

长螺旋钻头钻进至设计孔深后，在提钻的同时，采用地泵将混凝土通过设在长螺旋钻杆内的芯管压入孔底，接着边压入混凝土边提升钻杆，直至混凝土到达设计桩顶标高位置，然后提出钻杆。接着在混凝土初凝前，按设计图纸的钢筋笼标高控制要求，将钢筋笼沉入至素混凝土桩中[1]。

1.2 施工流程

平整场地→桩位放样复核→钻机移机就位→钻进成孔至设计孔深→终孔验收→安装地泵并调试→安装混凝土输送泵管→灌注混凝土→清土提升钻杆→混凝土灌注至设计桩顶标高→起吊钢筋笼、振动锤→开启振动锤、下插钢筋笼→钢筋笼下插至设计标高→施工完成移机。

1.3 适用范围

（1）适用的地层为：填土、黏性土、粉土、砂土、非密实的碎石类土及强风化岩层，同时也适用于易塌孔的不良地层；

（2）适用的桩型为：成桩直径为400mm～1000mm、成孔深度为9m-30m；

（3）当卵石粒径较大或卵石层较密实时，以及完全砂性土的地层不建议采用长螺旋钻机。

2 施工质量控制要点

2.1 桩位测量放样

以基准点为测量控制点，先建立闭合导线控制网，在监理单位验收签字认可后方可进行桩位放样，同时施工过程中做好相应的测量和复核记录。

2.2 钻进成孔

（1）当所需钻进的地层中，有需要穿过老黏土层、厚层砂土、碎石土及塑性指数大于25的黏土时，应进行试钻。

（2）钻进前，钻头对中应准确，钻头与桩位点偏差不得大于20mm，并复测钻杆的垂直度，将垂直偏差控制在0.2%以内。起初开孔钻进时，先关闭钻头封口,控制钻速缓慢下钻。过程中正常钻进时，速度可控制在1m/min～1.50m/min，钻进过程中，如遇到卡钻、钻机摇晃或发生异响时，应停钻查明原因，采取纠正措施后方可继续作业。成孔过程中，不宜反转或提升钻杆，如需提升钻杆或反转应将钻杆提至地面，对钻尖开启门须重新清洗、调试、封口。

（3）为做好施工现场的安全防护和环境保护，应将钻出的土方及时清理转移，运输至指定的候场堆放[2]。

2.3 混凝土制作

（1）进场的混凝土必需符合设计及规范要求，可通过现场试验确定混凝土配合比，混凝土塌落度以200mm-220mm为宜，并具有较好的和易性和流动性。

（2）粗骨料可采用卵石或碎石，当桩径为400～600mm时建议最大粒径不宜大于16mm、当桩径为800～1000mm时，建议最大粒径不宜大于20mm。

（3）制作时可掺加粉煤灰和外加剂，宜采用Ⅰ级粉煤灰，用量不少于75kg/m³。

2.4 灌注成桩

（1）首先应根据桩杆和桩径选取适当型号的地泵，并挑选合适的位置安放，输送泵管的管路应尽量减少弯曲，且应缩短距离，建议地泵与桩机的距离控制在60m以内，以利输送混凝土。当因特殊原因确实需要长距离泵送时，泵管下应垫实。

（2）混凝土灌注前，应先用清水清洗泵管，再泵送一定量的水泥砂浆润滑管道。当气温高于30°C时，宜在输送管道上覆盖隔热材料，并每间隔一定的时间洒水降温，以防止管内混凝土失水离析，造成堵管。

（3）混凝土开始压灌时，首先打开钻头阀门，再将钻杆提升200mm～300mm。混凝土的泵送压灌应连续进行，边泵送混凝土边提钻，但应注意控制地泵料斗内的混凝土高度不低于400mm，并保证钻头始终埋在混凝土界面以下不少于1m。

（4）压灌过程中应有专人负责观察泵压与钻杆提升情况，确保钻杆的提升速度应与泵送速度相匹配。具体提升钻杆速度应根据施工土层情况确定，建议提升速度控制在2.5m/min，严禁先提钻后灌料，确保成桩质量。

（5）当钻杆提升接近地面时，应放慢提升速度并及时清理孔口渣土，以保证桩头混凝土质量，建议混凝土灌注高度略高出设计图纸规定的桩顶标高0.5m。

（6）混凝土灌注结束后，应及时清除钻杆及泵管内残留的混凝土，如钻机需长时间停工，应用清水冲洗，确保将钻杆、地泵及泵管清洗干净。

2.5 钢筋笼安插施工

（1）灌注结束后，应在混凝土初凝前尽快安插钢筋笼，一般建议控制在三分钟内进行，尽量缩短时间，降低钢筋笼的沉入难度。

（2）安插前，用振动钢管水平穿入检验合格的钢筋笼，钢筋笼顶部与振动装置进行连接。起吊时，因采取加固措施，避免钢筋笼变形。成功起吊后，对准孔位，并采用仪器双向观察钢筋笼的垂直度。

（3）在安插的过程中，先依靠钢筋笼自重压入，当依靠自重不能继续插入时，再启动振动装置，直至钢筋笼下沉至设计深度。整个安放过程应连续，不宜停顿，同时适当控制插入速度，不宜过快。

（4）钢筋笼下插到设计深度后关闭振动装置，用钻机把钢管和振动装置提出孔外，提出过程中每提3m开启振动锤一次，从而保证混凝土的密实性。

3 工艺对比分析

3.1 钻进成孔

（1）采用泥浆护壁式钻进成孔。①该工艺为湿作法成孔，需要采用泥浆进行护壁，且护壁泥浆需要进行循环和替换，这就要消耗大量水资源，还会产生大量的废弃泥浆，而处置以上泥浆将会耗费大量的人力、物力和财力，且会对生态环境带来一定的负面影响。②在成孔的过程中，需根据不同土层状况控制好泥浆指标，避免类似于砂土和卵石等土层被破坏，导致土体应力下降，造成孔壁坍塌或缩径，从而产生大量沉渣。但该桩机设备对沉渣的清理程度有限，如果桩端存在一定量的沉渣，则桩体的沉降将会相对较大。③该类施工钻机成孔过程中多数会产生较大的噪声，难以满足市区及人口居住密集区域的降噪要求，运用范围大打折扣。

（2）采用长螺旋钻进钻孔。①该工艺为干钻孔，因此不会消耗水资源，也不会产生废弃泥浆，钻进过程中产生的土方，仅需清理出施工区域即可，可在施工现场合适位置进行堆放，后续的转运或出场相较于废弃泥浆的运输方式都较于便捷，且成本开支较少。②长螺旋为一次性钻孔到位，在下钻至设计桩底标高后，直接由钻杆中心向桩底压灌混凝土，所以不会产生孔底虚土，也可以解决成孔钻进过程中孔壁坍塌和缩径的问题。③该类施工设备，振动较少，施工噪音较低，对市区及居民区生活影响较小。

3.2 混凝土灌注

（1）泥浆护壁钻孔灌注桩。该工艺是在钻进成孔后，提出钻头和钻杆，然后下安放钢筋笼和灌注导管，灌注过程中，是依靠混凝土自身的重力进行成桩，再通过导管的上下提拉来实现混凝土的振动密实。在此过程中，如果出现孔壁坍塌、缩径、孔底沉渣清理不达标，又或者导管上下提拉过程中被拔除混凝土界面，就将会造成断桩或其他桩身质量问题，直接影响灌注桩的单桩承载力。

（2）长螺旋钻孔灌注桩。该工艺钻孔到位后，无需预先提钻，而是通过增加外界动力将混凝土由钻杆中心压入孔底，这就有效解决了孔壁坍塌、缩径及桩底沉渣的问题。且下放钢筋笼的过程中，通过开启振动装置，又可以大幅提高混凝土的密实度，桩身质量更有保证。

3.3 施工效率及成本

（1）泥浆护壁钻孔灌注桩。效率：以市场上占有率最高的回旋钻机为参考: 桩长20～30m，桩径500～700mm的灌注桩，每天采用两班制，施工24小时约可完成4～6根。成本：按部分区域的目前市场价格，钻机劳务施工市场价格约为160元/m³，泥浆外运约为110元/m³，施工用水费电费约合35元/ m³，合计一方工作量约需施工成本305元/m³。

（2）长螺旋钻孔灌注桩。效率：与以上桩型相同的灌注桩，长螺旋钻机施工12小时约可完成12～18根。成本：按部分区域的目前市场价格，钻机劳务施工市场价格约为180元/m³，渣土外运约为60元/m³，施工用水费电费约合15元/ m³，合计一方工作量约需施工成本255元/m³。

4 常见问题及质量控制措施

（1）堵管。原因分析：①混凝土采用的粗骨料不符合要求，搅拌不匀、坍落度过小。②混凝土灌注时间过长，导致混凝土在泵管或钻杆中心管内初凝。③泵管安置不合理，距离较长、弯头管与钻杆不配套或管道密封性不好。控制措施：①对粗骨料的粒径、混凝土的配比进行控制，并现场检验混凝土的塌落度，不符合要求的混凝土不得进行灌注。②加强施工管理，保证桩机和地泵施工班组配合紧密，积极协调，及时发现和解决问题，尽量缩短灌注时间。③泵送混凝土应连续进行，输送泵料斗内的混凝土高度一般不得低于40cm，防止吸进空气造成堵管。④合理安置泵送管道，尽量减少泵送距离，并避免管道弯曲，且灌注结束后，需对管道进行清洗。

（2）卡钻、钻进困难。原因分析：①钻进速度过快，导致夹杂在钻杆与孔壁间的土方未能及时排出孔外。②土层有深厚黏土或存在硬夹层。③钻头、钻具叶片磨损严重。控制措施：①关闭回转动力电源，将钻杆用最低速度缓慢提升，再重新钻进。②在施工过程中应注意控制钻进速度，及时清除钻杆上的粘土。③及时做好钻头钻具的保养工作，视土层情况适当改进钻头形式。

（3）桩头质量。原因分析：①桩孔周围的泥土未及时进行清理掉入孔内。②混凝土的超灌高度不够。③工人操作不当。

控制措施：①提升钻杆接近地面时，放慢提管速度并及时将孔口的渣土进行清理。②在混凝土灌注到桩顶设计标高后，适当进行超灌，可提高0.5m左右的高度。③钢筋笼下放结束后，对桩头部分的混凝土按要求进行振捣[3]。

（4）桩身缩颈、断桩、夹泥。原因分析：①土层的地质条件较差或两根相邻桩之间施工的距离较短。②混凝土压灌过程中，钻杆提升速度过快，而泵送量又与之不匹配，混凝土没有全部填满钻孔，使得孔壁出现塌陷，进而造成断桩。③在压灌混凝土时，供料被中断，或钻头被提出混凝土界面，导致桩身中出现夹层。控制措施：①时刻保证压灌的混凝土体积大于钻杆上提体积量，同时钻杆提升速度严格按照操作规程执行，建议钻杆的提升速度控制在2.5m/min，并始终保证钻头埋入混凝土中1m以上，带压提钻。②确保混凝土有良好的和易性和流动性，塌落度应控制在180cm～220cm，灌注过程应连续。③当两根灌注桩之间的距离短于5倍桩径时，应采用隔桩跳打的方式来降低对周围桩土的振动。

5 结语

本论文对长螺旋钻孔压灌桩的施工工艺和过程质量控制点进行了详细描述，并与市场主流的回旋钻孔灌注桩施工工艺通过在施工质量、经济效益、施工效率和环境保护等多个方面的对比分析，充分展现了长螺旋钻孔压灌桩施工技术在岩土工程施工过程中的优越性。通过本文的论述也希望有越来越多施工企业能够了解和运用该技术，并在运用的过程中不断改进和提升，从而进一步推动该技术的应用和发展。