浅议新桩型——成孔压浆小直径桩的应用

陈 曦，丁忠锋，郑 炜，王 宁

(中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川成都610081)

钻孔灌注桩技术最早开始于100多年前的1893年。该工艺由于其机械化程度高、施工简单、速度快而大量在桩基工程中被采用，尤其在20世纪80年代以后，该工艺经过改进，加入了成桩后注浆技术，使得桩身承载力得到大幅度提高。随着国家对建筑安全生产的重视，钻孔灌注桩越来越多成为高层建筑桩基施工首选桩型。普通钻孔灌注桩桩径一般在300 mm以上，成桩设备大，需要与其配合的机械多，在机械化程度高的都市高层建筑施工中，其工作效率和安全性均要远远高于其他的成桩工艺(如人工挖孔桩)，但在地层情况变化大、地面起伏较大的山区建筑场地，大型的灌注桩成桩设备的应用将受到地形的制约。中国建筑西南勘察设计研究院有限公司联合中国地质科学院探矿工艺研究所针对山区区县，拟建场地起伏多变，大型桩基设备无法进场施工的特点，根据现有的桩基施工经验，借鉴较为成熟的抗浮锚杆成孔工艺，开发出了一种新的桩型——成孔压浆小直径桩。通过在成都附近周边区县工程中的实践，总结出该桩型的施工工法以及和普通钻孔灌注桩相比的优越性。

1 成桩工艺介绍

1.1 桩型简介

成孔压浆小直径桩成桩直径为250 mm，桩体为直径φ150 mm的空心钢管，与20～30 mm豆石通过注浆技术与水泥浆形成胶结体。桩身主要是通过桩体桩侧摩阻力与桩端阻力将上部荷载传递到地基土中。

1.2 成桩的主要机械及材料

(1)成桩机械:该工艺成桩机械为抗浮锚杆施工中常用的履带式锚杆钻机，钻具采用偏心潜孔锤。普通的抗浮锚杆潜孔锤成孔直径为150 mm，不能满足该成桩工艺的需要，中国地质科学院探矿工艺研究所经过对该工艺的研究，研制出满足该施工工艺的特种潜孔锤钻具，该钻具为单偏心潜孔锤，成孔直径为250 mm(图1)。

为了防止成孔后孔洞坍塌，钻进时采用直径250 mm的地质套管跟管钻进。

图1 偏心潜孔锤

(2)压浆设备:采用SK－30型三缸压浆机，压浆机应配置两个250 L的制浆桶。

(3)桩体材料:桩体采用φ152 mm壁厚5 mm的无缝钢管(图2)，为了便于施工中钢管的吊装和搬运，每节钢管长度为2 m，两端为外丝，接头直径为φ159 mm，采用内丝将无缝钢管连接(图3)。

图2 桩体无缝钢管

无缝钢管及周围填充20～30 mm的豆石，然后通过 φ20 mm的高压压浆管将水泥浆压入小直径桩内，使豆石与无缝钢管胶结在一起成为桩体。

(4)动力来源:履带式锚杆钻机主要是通过空压机提供动力，空压机向钻具输送高压空气，钻具中的活塞运动，驱动偏心潜孔锤钻头不断旋转、锤击土层，使钻机不断钻进。由于成孔直径较大，对压缩空气消耗较大，建议使用风压在1.3 MPa以上，风量20.0 m3/min的空压机设备。

图3 桩体接头

1.3 主要施工方法及措施

(1)钻孔位置的测放:该步骤为所有成桩工艺的第一步，与其他成桩工艺相比，成孔压浆小直径桩在成孔过程中，由于土渣会被压缩空气不断的吹出已成钻孔，造成吹出的土渣将临近钻孔的点位破坏，在地下水丰富的场地，这一情况尤为严重。所以钻孔的测放一定要做好桩位标识，桩位标识应插入土层，并洒上白灰，其上应用砖块覆盖。

(2)成孔作业:该工艺采用履带式锚杆钻机进行钻孔作业。钻孔时钻机应保持垂直，其垂直度不应大于1%L，且不大于20 mm。每成一段进尺(约2 m)应上提钻杆，并用高压空气，将孔内土渣、地下水吹出后再进行钻孔作业，直到钻至设计孔深，为了防止塌孔，钻进时应采用全跟管钻进。

(3)放入无缝钢管:通过履带式锚杆钻机前端的卷扬机，将无缝钢管吊起放入孔内，无缝钢管间利用接头相连。放入无缝钢管时，应在无缝钢管内侧两侧分别绑扎高压压浆管。无缝钢管中心轴应与孔口中心轴重合，保证注浆后，无缝钢管有足够的保护层。

(4)投入豆石:豆石的粒径选择尤为重要，粒径过大可能造成桩体豆石填充不密实，部分桩体无骨料，降低桩体强度;粒径过小，可能使得水泥浆渗透不均匀，造成部分豆石无法胶结。根据相关工程经验，豆石应选择20～30 mm的卵石，投放前应根据钻孔深度计算理论投放量，如果实际投放量与计算结果相差较大，应立即查找原因。豆石投放应以填满整个桩体为止，若产生豆石下沉的情况，应多次补充豆石，直至孔口豆石不再下沉。

(5)拔出套管:在填充完豆石后，利用履带式锚杆钻机自身的起吊能力，将套管依次拔出，以便重复使用，拔管后，由于套管管壁所占据的空间被释放，管口豆石可能再次出现下沉情况，此时应继续填充豆石，保证豆石填充的密实度。

(6)高压压浆:压浆设备为SK－30型3缸压浆机，水泥应采用大厂42.5R早强型水泥，压浆时2个制浆桶交替制浆，以保证压浆的连续性。压浆分为第一次压浆和高压补浆两个阶段，第一次压浆，压力应保持在0.2～0.4 MPa，直至孔口返浆为止。压浆后间隔45 min，应进行高压补浆作业，高压补浆应使压浆机压力表所示压力衡定在2～2.5 MPa，浆液无法继续压入孔内为止。

(7)养护与检测:成桩后，为了保证桩身质量，其桩身养护时间应不小于28 d。养护后，应对桩身强度进行检测，检测手段主要是采用静力载荷试验，检测比例应不小于桩体数量的3%，且应大于6根。

2 总结

成孔压浆小直径桩作为一种新桩型，具有很多突出的优点。

首先，其成孔工艺是对现有的钻孔灌注桩的一种改进，这使得成孔压浆小直径桩同样具有施工机械化程度高、成桩速度快、安全性高等特点。

其次，成桩设备小型化，使得其在山区场地施工时，当建筑场地起伏较大或场地狭小，其优越性更胜于普通的钻孔灌注桩设备。

综合对比成孔压浆小直径桩和钻孔灌注大直径桩可以发现两者实际上是优缺点互补的桩型。在类似成都平原这样的建设场地，地形较为平坦，大型桩基设备可以自由进出的场地，使用钻孔灌注大直径桩能以较低的成桩成本来完成施工任务。在类似于甘孜、阿坝这种山区场地，原始地貌起伏较大，地层较为复杂，采用成孔压浆小直径桩，可以灵活的安排施工机械，提高工程效率。

成孔压浆小直径桩作为一种新桩型、新工艺，也有自身的一些不足，需要进一步完善，例如:潜孔锤未批量生产，存在造价高、经济性差等缺点。相信在以后的工程实践中，经过对该桩型施作工法不断地完善，成孔压浆小直径桩的优点将更加明显。

［1］刘金砺.桩基工程技术［M］.北京:中国建材工业出版社，1996:1－7

［2］西南交通大学岩土所.钻孔桩压力灌浆的工艺及机理研究专题报告［R］.成都:西南交通大学，1994

［3］于志强，王旭，傅旭东.压力灌浆桩的施工工艺［D］.成都:西南交通大学，1994