旋挖扩底灌注桩在长沙地铁工程中的应用

付传飞　雷赛男

摘 要：文章以长沙地铁2号线黄兴车辆段与综合基地工程为实例，介绍了旋挖扩底灌注桩的施工工艺及控制重点；以检测数据为依据得出了旋挖扩底灌注桩在工程建设中工程质量的可靠性；同时通过与其他类别桩基对比得出旋挖扩底桩更安全、更经济。

关键词：旋挖扩底；旋挖灌注桩；地铁施工

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0157-01

随着建设工程技术的不断发展与更新，桩基础工程也得到飞速发展，在工程的应用中人们会从降低工程造价、缩短工期、施工安全可靠性出发，通过对多种方案的比选，确定出最适合的方案。长沙市轨道交通地铁2号线黄兴车辆段与综合基地工程通过方案对比，最终确定采用旋挖扩底灌注桩这种新工艺，并通过检测数据证明扩底旋挖桩在本工程中的应用的可行性。

1 工程概况

长沙地铁2号线黄兴车辆段与综合基地位于长沙市东郊黄兴镇太平村，工程地质情况从上至下为素填土、耕土、粉质粘土、粉土、粉细砂、卵石、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。中风化泥质粉砂岩呈褐红色，粉砂泥质结构，中厚层状构造，软岩—极软岩，岩性以长柱状为主，块状、碎块状次之，局部节理发育。地下水主要有上层滞水、孔隙水、基岩裂隙水三大类。

本工程房屋结构为地上一层（局部两层）的钢筋混凝土框架结构，基础采用旋挖钻孔灌注桩，桩基浇筑混凝土为C45，桩端持力层为中风化泥质粉砂岩，单桩设计承载力特征值为7 100 kN，桩长约13～18 m，直桩外径1 m，扩底至2 m，桩共计2 382根。

2 扩底机具原理

扩底机具是旋挖扩底灌注桩施工的关键。其构造原理：利用钻杆下压带动活动套杆，使铰接钻齿扩张至设计尺寸（活动杆与铰接齿连为一体），通过活动套杆底部的限制挡板与顶杆底部的限位挡板的间距来控制钻齿扩张尺寸。施工时根据扩底桩设计尺寸及旋挖钻机的型号，设计好扩底机具。扩底钻头根据设计扩大头桩型及尺寸进行定制。本工程所定制的扩底机具构造如图1、图2所示。

3 旋挖扩底施工工艺

3.1 旋挖扩底

灌注桩工艺的重点部分在扩底施工和清孔，直桩部分施工工艺与普通旋挖桩基本一致，此处不复述。

3.2 扩底施工及清孔

①利用旋挖钻斗按正常钻孔工艺钻至直桩桩底设计标高，并清理沉渣。

②将钻杆提出孔外，用扩底钻头替换捞砂斗，同时检查钻头扩刀的张开与收缩是否灵活自如，反复几次，如无问题后即可将扩底钻头放至孔底，并从护筒顶向上量出钻头伸缩杆长度标在钻杆上，以控制扩孔行程。根据试桩情况，当扩底钻头下压70 cm时，扩底直径为2 m。

③扩底前，将扩底钻头提离孔底，使其处于悬吊状态，起动钻机和水泵，检查钻机和水泵工作是否正常，如果正常即可开始扩底作业。

④扩底时进行慢速旋转和下压。扩底采用低速回转的技术参数进行控制，开始时不随意加压，当运转平稳后，依据钻机的能力和孔内的反映情况，适当调整压力，使扩底钻缓慢张开并进行扩底作业，当其完全张开时，钻杆上标记正好与护筒顶同高度。扩底施工流程如下：

首先，开始第一次扩底，第一次扩底钻杆下降行程应控制在20 cm左右，然后将扩大钻头提至地面，换捞砂斗进行沉碴清理。

其次，第一次沉碴清理完成后，重新测定桩底标高，然后再更换成扩底钻头，进行第二次扩底。第二次扩底钻杆下降行程应控制在15 cm左右。然后再将扩大钻头提至地面，换捞砂斗进行第二次沉碴清理。

再次，重复上述步骤直到进行第四次扩底，第四次扩底钻杆下降行程至扩大头完全张开。钻头完全张开后，在原位不加压快速旋转10 min左右，停止旋转并向上匀速提出钻头。然后再将扩大钻头提至地面，换捞砂斗进行第四次沉碴清理。

然后，第四次沉碴清理完成后，应将扩大钻头清洗干净，再更换至旋挖钻机上。将扩大钻头轻放至孔底，不再施加压力，扩大钻头可轻松完全张开（达到行程70 cm），方可判断为扩底完成。否则，需再次重复扩底、捞碴的步骤，直到达到扩底完成的条件。

最后，要严格检测清底后的桩底标高，若比前一次清底后测定的桩底标高底，则必须将旋挖钻机显示数据清零后重新读数。直到旋挖钻机进尺满足扩大钻头完全张开的距离，且桩底标高不再变化为止。

⑤在扩底完成行程后，在原位不加压继续慢速回转，进行清孔换浆，清孔达到要求后轻轻地、渐渐地向上提钻。灌注前应采用带弯头的导管再次清孔，边清边转动弯头导管，以利于清除扩大头边角处的沉渣。

⑥扩底钻头提出孔外后，及时冲洗干净并进行检查，发现问题及时修理，以备下次使用。

4 桩基检测

为检验旋挖扩底桩的施工质量，对部分工程桩采取静载试验法、钻芯法、声波透射法等检测方法进行了检测。

单桩竖向抗压静载试验方法依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）要求执行，加载方式采用慢速维持荷载法。按设计单桩承载力特征值为2 500 kN和7 100 kN，最大试验载荷分别为5 000 kN和14 200 kN。静载试验Q-S曲线未出现明显拐点且未出现破坏迹象，桩顶最大沉降见表1、表2、图3。根据试验结果及Q-S曲线和S-lgt曲线图分析得出，所检测的工程桩单桩竖向抗压承载力均满足设计要求。

钻芯取样之一如图4所示，图为车辆段1H-1#桩钻取得芯样，呈柱状，骨料分布基本均匀，胶结好，取芯长度15.79 m，桩底未见桩底沉渣。

声波透射法对所检测基桩的三个剖面进行了检测，所有检测结果均合格。

5 结 语

①根据检测结果，以上旋挖扩底灌注桩的施工工艺能够满足工程质量，能够达到相应的设计承载力要求，相对人工挖孔扩底灌注桩施工速度更快，更安全。

②与相同承载力要求的普通旋挖桩相比，可以降低钢筋用量、缩短桩长、减小桩径、减小承台尺寸及减少土方的开挖与外运等，较大的降低了工程造价。

③旋挖扩底灌注桩具有施工速度快、安全、经济的特点，值得在工程建设中大力推广，但其扩孔及清孔工艺为桩基质量控制的要点，在工程应用中还需进一步总结经验。

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