复合地基加固软基工程中的长螺旋钻孔压灌桩施工技术

林建宇

（广东省水利水电第三工程局有限公司，广东 东莞 523710）

1 工程概况

在建的北京路工程项目位于广东省茂名市，线路总长4.655km，呈东西走向，并与多条既有线路相交，位置详见图1，地质情况略为复杂。行车技术按双向六车道结合非机动车道标准建设，路基宽42m，沥青混凝土路面。由于项目施工地为复合型地基，在处理过程中根据实际情况选用长螺旋钻孔压灌桩技术对软基地段进行加固。

图1 北京路工程位置展示图

2 长螺旋钻孔压灌桩技术概述

长螺旋钻孔压灌桩施工技术的经济性和环保性较好，在公路建设项目中的适应性、可实施性也强于普通的水下灌注技术，应用前景广阔。该施工技术在借助专业的钻孔机械设备基础上，辅以人工操作的方式开展灌桩作业，以达到加固软基地段的效果。

在具体灌桩加固中，施工人员首先利用中型机械设备将混凝土从长螺旋的钻头最底部压出，其次按照边压灌边提升钻头直到成桩的过程依次展开，最后借助专业的振动装置在成形的桩体内以连续的方式放置钢筋笼，以此完成长螺旋钻孔压灌桩操作的整个施工过程，达到提高桩体承载力和加固地基的双重效果。

3 长螺旋钻孔压灌桩施工技术分析

本项目受复合型地基因素的影响，技术人员通过实际考察后，决定用高黏性强度的CFG 桩（Cement Fly-ash Gravel，水泥粉煤灰碎石桩）对软基地段展开加固处理，布置形式按间距150cm、桩径50cm 的正三角形设立，加之该施工区域内的地质情况略复杂和成孔质量高等特点，具体作业中借助长螺旋钻机设备完成灌桩的实际操作。

3.1 准备工作

为更好地发挥长螺旋钻孔压灌桩技术以达到加固地基的效果，在具体操作前技术人员需做好以下施工准备工作，便于后期工序的顺利展开：

（1）关于CFG 桩：设置临时便道用以施工，并在两侧布置好操控CFG 桩涉及的水电工作。在测量结束后，取适当位置设立平面和高程控制点用以测量，并拟定范围；其次，在桩体设立的外围借助排水设备设置专门的排水沟，根据实际的布桩情况绘制桩位设置图，便于完工时的检测。此次作业中，为达到更好的加固效果，CFG 桩的拌和原料强度等级特定为C20混凝土，并在使用前通过专业的试验分析其配比，以确保所用原料的参数和配合比在规定范围之内。具体配合比参数可参照水泥︰混合料︰砂︰碎石︰外加剂︰水=1︰0.50︰2.80︰4.30︰0.02︰0.81。

（2）场地整平与布置：机械设备进场前，借助人工操作将场地内的杂物及坑洼路面处理完毕，确保场地内干净整洁无积水，随后利用填筑和压实技术，将施工地面的设计桩顶标高提升至50cm上下，并检验路面的压实程度是否合格。最后参照布置图，将桩体准确无误地放置于桩位上，并借助化学剂（如滑石粉）进行标注，最后结合长度约30cm的钢筋在桩位处扎孔做标记，便于水准点的形成，为后续的检验工作提供便利[1]。

（3）机械设备配置：检查施工中所用设备运行的基础情况，保证其在施工场地内行驶畅通。在本次的CFG桩试验中，施工人员所用机械设备包括长螺旋钻杆钻机、小型挖机和自卸汽车等。其中，在桩头凿除操作中还用到了切割机。

3.2 测量放样及桩点确认

在整个长螺旋钻孔压灌桩操作前，技术人员需要对选用的CFG 桩展开科学配比试验，对其混合而成的原料及性能的强度进行数据分析，以便成桩后合理控制坍落度，实现成桩稳定性和软基加固的效果。

测量放样及桩点确认是长螺旋钻孔压灌桩工艺中的基础作业，操作过程简单且完成时间短。施工人员首先对场地的原始标高位置进行找平测量，并在地面根据实际测量结果标注桩号位置；其次是桩顶高程的测量和控制，此处测量需选择在碎石垫层底部进行；最后对施工区域内不同作业场地进行划分并标注，派专人管理。在桩位放点时，首要参照的是施工方案里的桩位平面布置图，标注时选用钢钎在桩位部位以打孔填满石灰的形式做好标记。需要注意的是，每个桩位设置和标注的偏差最好控制在0.5cm，缩短测量误差，随后检查合格程度。

3.3 钻机施工

3.3.1 就位

钻机就位前需要检验测量和布置好的桩位点，钻杆及钻头以90°方向对准桩位中心位置，同时施工人员要确保钻机与每根CFG 桩的垂直交叉度的偏差方位在小于1%以内方可开钻。

3.3.2 成孔

作为钻机施工的第二工序，成孔操作时参照CFG桩垂直度偏差小于1%，桩位偏差小于60mm，坍落度小于25cm，钻头在混凝土内埋深控制在0.2～0.4m，提钻速度控制在2～3.5m/min，且保证混凝土的灌入量始终高出钻头0.2～0.4m，避免产生断桩现象。整个钻孔操作中，施工人员务必遵照隔排打的方式，杜绝窜孔现象，并采用先慢后快的钻孔节奏由上至下依次钻进，避免钻杆因速度不均匀产生左右摆动及偏孔现象，遇不易打孔地段，需要放慢钻进速度并及时检查，减少机械设备损坏和桩孔偏移等现象[2]。当钻头抵达设计桩长预定标高时，施工人员需立即在钻机动力头的底面做相应标记，以此作为施工时控制钻孔深度的依据。此外，钻机在地基较软及不平稳地段使用时比平坦地段困难，基于此，需要操作人员及时上报实际情况，以便技术人员给出专业的处理措施，确保钻机成孔作业顺利进行，避免工期延误。

3.3.3 混合料泵送

该项作业是在钻机抵达设计标高之后展开，泵送前还需将由水泥、石灰、水等不同化学剂组合而成的CFG桩运至现场，由此展开上料工序，以碎石或卵石为基础，随后添加水泥、粉煤灰和泵送剂，最后添加砂料，目的是为水泥、粉煤灰和泵送剂夹在砂、石之间以便稳固，且每盘料的搅拌时间必须保证在1min以上，便于上料后化学剂的黏合。成桩作业中，技术人员同时借助机械装备对泵送的混合料展开抽样试块检查，确保其抗压强度在相关规定范围内。最后的拔管阶段也极为关键，钻杆应采用静止提拔，施工中严格按工艺试验确定并经监理工程师批准的参数控制钻杆提拔速度和混凝土泵的泵送量，并保证连续提拔，钻孔速度宜控制在200cm/min，成桩的提拔速度控制在200～300cm/min以内，成桩过程应连续进行。施工中保证排气阀正常工作，每工班应经常检查以防止排气阀被水泥浆堵塞。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头进行保护。此外，施工桩顶高程高出设计桩顶标高不少于500cm。

3.3.4 移机和桩底处理

待一个成孔作业结束后，首先完成长螺旋钻机移机工作，方可展开下一个孔位钻进。施工中由于设置的CFG 桩排土现象较多，直接影响了下一个成孔作业。鉴于此，在上一个成孔作业结束后，对下一根桩钻进时要根据轴线或周围桩的位置复核钻进桩位，以确保桩位不偏移。桩顶处理时，CFG桩施工需达到地面深度的0.3m，且当CFG 桩体达到一定设计强度后用胶轮挖掘机将桩间土挖至地面下0.5m，并人工清除质量较差的0.5m 桩顶端，然后展开浇筑作业，最后用碎石垫层展开铺筑施工，依次完成钻机的整体工作。

3.4 质量检测及垫层作业

技术人员可通过专业的室内试验，对CFG 桩身的完整性、均匀性以及桩身强度和单桩或软基承载力等进行检验。检验方法如下所述：

（1）检验时间：成桩7d内和成桩28d进行。

（2）检验数量：3 根以上，具体为施工总桩数的10%。

（3）检验形式：低应变形式及单桩复合地基荷载试验形式。

（4）检验内容：桩体完整性、抗压强度、均匀性、地基承载力。

（5）检验参照数值：桩体混合料试块尺寸保持为边长160mm的立方体，养护条件控制在28d内，抗压强度平均值大于16MPa。

随后的垫层作业在复合地基质量检测合格后方可展开。根据项目的实际情况，所用垫层材料为厚度大于0.6m的小碎石，垫层中间位置可铺设双向土工格栅，在垫层处于8%的应变情况下，双向抗压强度大于90kN/m以上，且最后的压实标准要与之前的基床底层一致。

4 长螺旋钻孔压灌桩施工中常见问题分析及解决措施

4.1 堵管

导致该现象产生的最直接原因为：①灌注所用的混凝土配比程度不合格或出现较大的偏差值；②搅拌期间的质量缺陷问题，由于在冬季施工，天气寒冷也会导致混凝土灌注工作难度增加，不利于施工；③设备准备不充分带来的一系列操作难题，也是造成堵管的原因之一。

由此，可借鉴以下措施解决：拌和混凝土材料时要严格按照试验得出的配合比进行配料，并将允许偏差值控制在规定范围内。同时，遵守混凝土拌和工序，杜绝偷工省料行为，并严格控制拌和时间，保证拌和用料性能最佳；混合料的输送工作要在钻孔结束后展开，且随时观察管内空气的排出情况，并将钻杆内管和输送软硬管里的混合料以连续的方式提出，如果提钻时间较长，会出现在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出现象，由此造成堵管；受天气影响，冬季施工要控制好混凝土的入模温度，特殊时也可采取专业的保温措施，以确保灌注工作正常进行，同时对所用机械设备展开定期检查和保养，确保设备正常运行和状态良好[3]。

4.2 桩端不饱满

产生原因：在施工中采取先提钻后泵料的方式可直接导致阀门打开，由此造成桩端不饱满，进而造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔，直接影响CFG桩的底部承载力。为解决和杜绝此类问题的发生，需要技术人员在整体作业中密切配合，并及时沟通，确保整套钻进工序的准确及用料一致，杜绝因人工失误而造成事故。

4.3 串孔

出现原因：由于本次施工现场的地基为复合型，因此在加固过程中钻机接触到的土层中会带有松散饱和粉土及粉细砂；其次是钻杆钻进过程中，钻机的叶片剪切作用会对土体产生扰动，因此导致串孔现象；此外，地基的土体受钻机剪切扰动时会存在一定能量积累，时间久了会出现土体液化的现象，由此出现串孔现象。

对此的解决措施为：根据实际施工情况控制钻头的钻进速度，并合理提升钻进速度，根据最初的设计方案利用隔桩和隔排跳打的方式展开钻进作业，并以桩距较大的设计方案为实施依据，避免打桩时发生剪切扰动现象，尽量减少窜孔区域内的打桩推进数量，避免因打桩扰动能量的积累。

4.4 桩体强度不均匀

出现原因：桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时，为控制平均速度现场施工人员提升一段距离、停下留振一段时间以及非留振时，速度太快也会导致缩颈断桩现象的产生。且在成桩后有时会出现桩端和桩体部位的水泥含量较少情况，由此发生浮浆过多或混合料产生离析现象，最终导致桩体强度不均匀。同时，该现象产生的主要原因是提升沉管线速度太慢及留振时间过长。

在解决措施方面，可根据相关参数对其展开控制，即拔管速度掌握在1.2～1.4m/min，同时保持速度均匀一致，其次是对留振时间的掌控程度，以相关规范要求为参照标准进行。

4.5 桩头空芯

出现原因：致使该项问题产生的直接原因是操作过程中排气阀不能正常运行，因为钻机在钻进打孔时与地面和地下会产生直接的接触，由此在管内会存在大量空气，这非常不利于泵送混合料的进入，且导致桩体存气现象，由此形成空芯，不利于后续作业的顺利展开。

对此的解决办法为：施工人员要时常检查和掌握排气阀的工作情况，确保其正确、稳定运行，发现有淤堵现象要立即展开清理工作，防止后续钻进工作的不顺利和空芯后果的产生。

5 结语

在公路项目建设中，长螺旋钻孔压灌桩非常适合复合地基的加固处理，并兼具经济效益和环保效益，未来发展方向和前景颇为广阔。通过本工程的实践可知，长螺旋钻孔压灌桩施工工艺操作简单且噪声低，成孔速度快且质量优良，建议大力推广和应用。