长螺旋钻孔压灌桩利用压缩空气的技术在泥岩中的应用

魏 鹏

（甘肃建投建设有限公司，甘肃 兰州 730050）

本项目长螺旋钻孔压灌桩设计桩端穿透强风化泥岩，进入中风化泥岩≥3 m；根据地勘报告，设计桩端进入泥岩的深度在6.00~7.10 m。由于泥岩类地层粘粒间粘聚力大，胶结好，一般呈层状结构分布，风化裂隙发育，有岩芯，工程地质性质较好，强度高等特点。在进行长螺旋钻孔压灌桩施工时，往往由于钻机型号和钻头选择不合适，导致钻头糊钻、憋钻、打滑、不进尺等现象发生，甚至致使钻机平台错位、螺旋钻杆接头松掉、钻头磨损严重、掉钻头等现象发生，严重影响施工进度和成孔质量，同时泥岩自身不具备造浆功能，钻进成孔时间长。利用压缩空气不断地向螺旋钻头吹风的技术，在泥岩地层钻进速度中取得了良好的成果。

1 工程概况

本项目建设用地面积约为37 337 m2，位于定西市安定区南环路。设计共7个子项，其中地上6个、地下1个；地上共计6栋楼，1#至5#楼为一类高层，地上33层，地下两层；6#楼为多层公建，地上三层，地下两层。沿街2#～5#楼的1、2层为商业，其余为住宅；在2#至5#楼首层设置物业等其他配套公共服务设施；地下为一层地下车库，总建筑面积为：176 098 m2。

建筑结构体系：地下车库、商业为框架结构，1#至5#楼为剪力墙结构；6#楼为框架结构。

2 设计概况简述

本工程桩基为长螺旋钻孔压灌桩，桩端穿透角砾层及强风化泥岩层进入中风化泥岩层深度为3.0 m。持力层均为<7>层中风化泥岩层。

工程桩施工前已经进行试桩，静载荷试验确定的桩基承载力详见《定西市安定区南环路棚户区改造二期项目基桩静载试验报告》，单桩承载力特征值为4 200 kN，桩径为800 mm。

长螺旋钻孔压灌桩的施工应满足《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第6.4节关于长螺旋钻孔压灌桩的要求，成桩时应准确掌握提拔钻杆时间，注意根据具体条件采取综合措施控制钢筋笼的垂直度和保护层有效厚度，检验应满足第9.2~9.4节的要求。

长螺旋钻孔压灌桩施工时，当桩间距小于2.4 m时采用跳挖法间隔施工，待先施工桩混凝土浇注24 h后，再施工相邻桩。

对施工完成后的桩基，应委托具有相应资质的检测单位进行桩身完整性检验和竖向承载力检验。桩身完整性检验宜采用两种或多种合适的检验方法进行，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不得少于20根。竖向承载力检验采用静载荷试验，检验桩数不得少于同条件下总桩数的1%，且不得少于3根。

3 场地地质及水文地质条件

勘察区位于东河东岸的一级阶地和二级阶地上，相对高差8.82 m，东南高、西低，地形开阔、较平坦。场地内地层主要为第四系全新统杂填土（Qml），冲洪积形成的黄土状粉土（Q4al+pl）、粉质粘土（Q4al+pl）、粗砂、细砂夹层和砾砂（Q4al+pl）等松散堆积物。底部为新进系干河沟组泥岩（N2g），场地地质主要由如下组成：①杂填土（Q4ml）：杂色，具大孔隙，稍湿，松散，层厚2.00~8.70 m；②黄土状粉土（Q4）：黄褐色，稍湿～湿，稍密～密实，硬塑～软塑，中～高等压缩性，层厚1.80~13.20 m；③砾砂（Q4al+pl）：杂色，稍密，层厚0.70~2.70 m；④粉质粘土（Q4al+pl）：黄褐色，稍湿～湿，中密～密实，硬塑～软塑，中等压缩性，层厚1.90~6.20 m；⑤砾砂（Q4al+pl）：杂色，中密，饱和，层厚1.40~9.30 m；⑥强风化泥岩（N2g）：褐红色，团块状，含有小砾石、钙质结核及锰质斑点，属极软岩，岩芯破碎，RQD指标为10%~30%，层厚3.00~4.10 m；⑦中风化泥岩（N2g）：褐红色，团块状，含有小砾石、钙质结核及锰质斑点，属极软岩，岩芯易破碎，RQD指标为30%~45%，本次钻探未揭穿，最大揭露厚度7.80 m。

场地地下水为第四系黄土状粉土、粉质粘土、砾砂层孔隙潜水，地下水位埋深5.70~13.90 m，含水层厚度6.60~13.10 m，据以往水文地质资料，年水位最大变化幅度1.5 m。地下水主要接受大气降水、地表径流和河水补给，自东南向西北方向向下游排泄。单井涌水量100~1 500 m3/d，渗透系数80~100 m/d。

4 压缩空气技术在泥岩中的应用原理

长螺旋钻孔取土原理是通过连续切削和输送方式进行取土成孔，钻出的土一部分被挤压输送至地面上，其余部分被送到螺旋叶片上，通过人工边提钻边清理。

螺旋钻头常用的钻齿为斗齿和子弹头截齿。斗齿适宜土层钻进，齿刃锋利，切削速度快，不能用于卵石、岩层等硬质地层；子弹头截齿属于入岩钻齿，耐磨合金点给岩石提供更大的加压力，但在泥岩地层中钻进速度较慢，尤其在地下水位以下钻进过程中，地下水通过螺旋钻杆间叶片流入螺旋钻头，由于泥岩类地层粘粒间粘聚力大，胶结好，致使在钻进过程中钻头糊钻、打滑、憋钻、不进尺等现象发生。

为了解决上述问题，压缩空气技术的核心在于通过在螺旋钻杆上及螺旋钻头上加装吹风焊管，利用在长螺旋钻机加装的空气压缩机不断地向钻头吹风，在钻机钻进的过程中，将螺旋钻头上胶凝状泥岩不断地吹干，以达到钻头不糊钻、不打滑、不憋钻、平稳钻进的目的，回风通过螺旋钻杆及叶片与孔壁间隙排向地面。

5 压缩空气技术在泥岩中的施工方法

长螺旋钻孔压灌桩利用压缩空气技术是利用长螺旋钻机钻孔至设计深度，边钻进边向钻头吹风，通过钻杆芯管将超流态混凝土压送至孔底，边压送混凝土边提钻至桩顶标高，提钻过程中停止吹风，再将钢筋笼植入素混凝土桩体中形成的钢筋混凝土灌注桩。

5.1 施工准备

施工场地应满足长螺旋钻机安全行走的要求，且作业面标高高于设计桩顶标高不宜小于500 mm。

施工前，应进行施工地面标高的测量和桩的定位放线，群桩桩位放线允许偏差应为20 mm，单排桩桩位放线应为10 mm。

设备组装过程中应设立隔离区，由专职安全管理人员负责监管，由专业人员按照长螺旋钻机使用说明按程序进行组装。

5.2 施工机具

长螺旋钻机的各项性能参数应满足场地工程地质、水文条件及设计要求。

混凝土输送泵的各项性能应根据工程需要选用。配备钢筋笼下放时需用的振动锤、振动锤、汽车吊、钻机上加装的空气压缩机的调试正常，螺旋钻杆上加装的吹风焊管通风畅通。

5.3 材料

混凝土采用超流态的预拌混凝土，初凝时间宜大于6 h，灌注前的坍落度宜为200±20 mm，粗骨料的最大粒径不宜大于20 mm。

5.4 成孔

钻机的螺旋钻头精确对准桩位，钻头与桩位允许偏差应为20 mm，钻机塔身的垂直度应控制在1%以内。

开钻前经检查钻头阀门应开启灵活，钻杆下移至钻头接触地面，应抽掉钻头阀门插销后方可先慢后快的速度钻进。启动空气压缩机，检查螺旋钻头吹风管端头畅通无误后方可钻进，在钻进过程中不断地向螺旋钻头吹风，回风通过螺旋叶片与孔壁间的间隙排除地面。

当钻进过程中发现钻杆晃动或难以钻进时，应低速钻进或停机，查明原因后继续钻进，禁止强行钻进。

钻机提钻过程中派专人同步清理钻杆螺旋叶片间泥土，不得带泥渣上提。

5.5 混凝土压灌

钻孔至设计标高后，立即关闭空气压缩机，泵送混凝土至孔底并加压后方可提钻，以利更好地控制桩端沉渣厚度。

混凝土压灌过程中应保持钻具排气畅通，同时钻杆的提升速度与泵送量向匹配，混凝土泵料斗内的混凝土面高于料斗底面的高度不应小于400 mm。桩顶超灌高度不应小于500 mm，混凝土压灌充盈系数应大于1.0。

5.6 钢筋笼制作及植入

钢筋笼宜整体加工制作，底部应制作成锥尖状，以使振动杆有更好地着力点，锥尖主筋合并焊接牢靠，同时用多道螺旋箍与主筋缠绕点焊，以防钢筋笼植入过程中锥尖主筋焊缝开裂导致钢筋笼无法植入。

混凝土压灌至施工桩顶标高后及时派专人清理桩孔周边泥土，立即将钢筋笼对准桩孔中心，进行植入施工。钢筋笼植入开始过程中可以靠钢筋笼、振动锤及振动杆的自重缓慢植入，当无法依靠自重植入时，可开启振动锤激振，使钢筋笼下沉至设计桩顶标高，断开振动锤与钢筋笼的连接装置，连续缓慢边拔振动杆边振动。

钢筋笼应连续下沉，中途不宜停顿，并在混凝土初凝前完成钢筋笼植入工作。

5.7 桩成品保护

施工前根据长螺旋钻机的外形尺寸确定钻机的行走路线，严禁施工过程中碾压或碰撞已成型的桩。跳打施工时宜采用桩顶覆土的成品保护方法。

6 结论

此次在本项目中长螺旋钻孔压灌桩利用压缩空气的技术在泥岩地层中应用效果明显，大大减少了螺旋钻头的更换频率及维修保养次数，钻进速度明显提高，极大地降低了施工成本，缩短了工期。