静钻成孔根植异形竹节桩处治软基施工

蔡纯阳（伟基建设集团有限公司，杭州　310014）



静钻成孔根植异形竹节桩处治软基施工

蔡纯阳（伟基建设集团有限公司，杭州310014）

详细介绍静钻根植异形竹节桩施工技术的特点、工艺及施工过程控制要点，该技术是处理软土地基的新工艺、新技术、新方法，值得推广应用。

静钻成孔；根植异形竹节桩；处治软基

引言

目前，国内桩基主要为灌注桩和预制桩两种，两种桩都存在一定的不足。灌注桩采用泥浆护壁，存在侧摩阻力下降、桩端沉渣和泥浆排放污染等缺点，而预制管桩则存在侧摩阻力发挥不足、易脆性破坏、施工中挤土严重和噪声大等缺点。预制管桩多采用“锤击法”和“静压法”，这两种技术存在挤土严重、易损伤桩身等缺陷。静钻根植竹节桩始于70年代日本，凭借其施工噪音小、承载力高等优点，在日本得到广泛应用。

1　桩型特点

静钻根植技术集成了静钻成孔、深层搅拌和根植桩身等多项工艺，具备施工速度快、成桩质量好、桩承载力高、无振动、低噪声和泥浆排放少等优点。

（1）x形竹节管桩桩身断面，主要由4个对称的外向曲面组成，如图1所示。大直径竹节桩几何尺寸为：外包方形边长1.20m，开弧间距0.25m，开弧角度90°；桩身断面外接当量圆和内切圆直径分别为1.20m和0.72m；内切圆内即为竹节管桩的空心断面。通常x形竹节管桩每节桩长约为5～6m，每节桩两端设有5～10cm厚的竹节状环箍。

图1　x形竹节管桩桩身断面尺寸

（2）x形竹节桩单桩承载力非常高，相关工艺原理可概括如下：

①x形管桩桩身：在等效截面积条件下，x形桩身有效增加了桩土接触面积，桩端竹节状环箍则增强了桩-土咬合作用，从而大大增加了桩侧摩阻力。此外，竹节管桩身混凝土强度可达C80及以上。

②底部扩大头：达到底部设计标高后，螺旋钻机展开扩大翼进行扩底、搅拌，形成1.5倍孔径的扩大头，如此能大大增加桩端接触面积，大幅提高桩端阻力（如图2）。

③桩周水泥土：x形管桩桩周是水泥土，水泥土强度远高于软土强度，且水泥浆可向桩周土渗透，从而再次提高了桩周土强度和侧摩阻力。还可向x型桩曲面与桩孔间的间隙投放碎石，进一步提高侧摩阻力。

（3）为提高抗拔性能和水平承载力，可采用合配筋法增加非预应力钢筋；另外，可增设锚固筋，加强法兰盘与桩身连接，还可采用机械连接接桩，从而有效保证节点强度。x形竹节桩桩身（尤其接头）受内外水泥土保护，耐久可靠。螺旋成孔具有无震动、无挤土、低噪声和泥浆排放少等诸多优点。

2　施工工艺流程及操作要点

2.1施工工艺流程

图2　x形竹节管桩剖面几何尺寸

静钻成孔根植x形竹节管桩施工包括静钻螺旋成孔、扩底形成扩大头、深层搅拌注浆和根植竹节桩4个主要工艺环节，施工工艺流程见图3。

图3　静钻成孔根植异形竹节桩处治软基施工流程图

2.2操作要点

2.2.1施工准备

清除地表杂草、杂物，回填、压实场地低洼地带，满足机械进场施工的承载力要求；修筑简易排水沟渠，防止雨天场地积水；标示场地下埋管线，采取相应保护措施。同时，做好安全和质量管理工作，以及做好通水通电等工作。

2.2.2测量放样

（1）根据业主提供的控制点，由专业测量人员测放出控制桩，并加以妥善保护。按照设计图纸，用全站仪确定各个桩位中心，以中心为圆心，以桩身半径加护壁厚度为半径，画出钻孔圆周，撒石灰线标记。

（2）桩位放线完毕后，经相关各方验线合格并经复验，确认无误后方可进行施工。

（3）定位与打桩间隔不超过24h。施工过程中，尤其注意防止破坏标识引起桩位不准，并随时复核。对因挤土作用引起的桩位偏差，及时调整。

2.2.3x型竹节桩预制

x型竹节桩预制模具和预制桩头如图4所示。

图4　x形竹节管桩预制

x形竹节桩可进行工厂预制，可调节桩长和断面尺寸，以适应不同部位要求。每节桩长通常约5～6m长度，截面为x形反拱空心曲面，几何尺寸通常为：①外包方形边长/开弧间距≈4.5～5.0m，开弧角度固定为90°，形成4个对称的外向曲面；②每节桩端设有厚约10cm的竹节状环箍；③有效桩径（x形截面当量圆半径）变化范围为500～1200mm，最大入土深度为80m。

2.2.4静钻成孔

（1）桩机选择

在施工前，依据地质条件和周边环境，沉桩深度和桩径等，选用单轴钻机和桩架类型。

（2）桩机就位

将钻头定位于桩心位置，使用定位检测尺确认平面位置，用互成90°的2台经纬仪对钻杆进行垂直度监测和校正，确保钻杆垂直度在许可范围内，通常要求垂直度偏差不大于0.5%。

（3）螺旋钻孔

启动钻机，使搅拌机带动螺旋钻杆沿导向架向下切土钻孔。钻头在钻进过程中，根据地质情况进行边喷水（或者是膨润土混合液），如图5，利用带有特殊搅拌叶（翼）的钻杆边钻孔边对孔体进行修整及护壁。

图5　长螺旋钻杆钻头

根据钻孔深度要求，前根钻杆钻入地下后接入下根钻杆，反复钻孔与接入钻杆直至设计深度。之后，上下反复提升和下降钻杆进行桩孔的修整。

钻头达到持力层部位附近时，钻进速度应尽量保持一致。根据电流负荷变化情况，以及地勘报告柱状图的比较，来确认钻头是否进入或到达持力层。

2.2.5扩底施工

桩孔修整完成后，通过特殊可控液压技术，打开钻头部位扩大翼，按设计的扩大直径，根据地质情况分数次（3～5次）进行扩孔。扩底完成后，钻杆应上下反复升降2～4次，保证桩端土体分散均匀。

2.2.6深搅注浆

扩孔完成后，注入桩端水泥浆，注入量为扩底体积的100%。注浆时上下升降钻机并反复搅拌，保证桩端水泥浆均匀。

桩端水泥浆液喷送完成后，收拢扩大翼并开始拔出钻杆。在拔钻杆的同时，注入桩周水泥浆。并进行反复搅拌，直到将钻杆全部拔出。桩周水泥浆注入量为：（钻孔体积-扩底部位体积）×30%，注浆时根据提升钻杆的速度确认相匹配的供浆流量，保证水泥浆在孔内上下整体均匀分配。

钻杆相间设置有螺旋推进翼与搅拌翼，随着钻进和搅拌的反复进行，水泥系固化剂与周围软土可得到充分搅拌。

2.2.7根植桩身

（1）根植桩身。在桩端水泥浆注入后2h后立即开始植桩。用吊机将预制好的竹节桩移到桩孔位置，使用定位检测尺对桩身进行定位，偏差不得超过30mm。同时，用2台经纬仪互成90°对桩进行检测，垂直度偏差不大于0.5%，然后以每节为单位缓缓植入竹节桩。

（2）机械接桩。为确保连接质量，可采用机械连接和人工检查方式接桩。为了操作方便，下部桩的桩头应高出地面0.5m以上，而且其桩头位置应设导向箍，以便于上部桩对中就位，在接桩时错位偏差不宜大于2mm。

采用机械接桩时，应确认桩套箍及卡箍没有被泥土、油污等污染，套箍的钢板应平整，接头处如有翘曲、变形必须进行校正，并防止损伤摩擦面，保证摩擦面紧贴，如图6。

图6　竹节桩机械连接方法示意图

（3）回旋送桩

在最后一节桩沉桩过程中，桩植入至距地面2m左右时，用专用工具对桩进行固定、校正，然后使用钻机对该节桩进行回旋送桩，直至将桩送至设计深度。

2.2.8桩孔间隙投放碎石

为了填补x型桩曲面与桩孔间的间隙，在x型竹节桩植桩完成后，以及水泥浆完全固化前，立即向间隙内投放碎石，并采用振捣设备反复插实，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。所投碎石可以是建筑废弃物再生粗骨料，也可以使大粒径工业废渣（如钢渣、煤渣和矿渣等）。

2.2.9成桩检测

在成桩后7～28d进行质量检测试验，包括开挖检测、钻孔检测和载荷试验等。

每个场地工程桩的检测数量不少于总数的0.5～1.0%，且不少于3点。为保证工程质量，可适当加大检测频次。

为缩短检测时间，加快作业循环，采用声波透射法快速检测，辅助钻孔取芯法对比校正，既可满足较大频次检测要求，又可保证检测结果的准确性。

3　结语

静钻成孔根植x形竹节管桩单桩承载力高，且桩身尺寸可调以减少断面尺寸，从而大大减少水泥混凝土用量。

［1］《建筑施工手册》（第五版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］熊衍飞.静钻根植竹节桩的竖向抗压承载特性研究［D］.浙江大学，2015.

［3］杨 淼.新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩抗压抗拔承载特性研究［D］.浙江大学，2013.

蔡纯阳（1971-），男，高级工程师，本科，主要从事技术中心主任工作。

TU473.1

A

2095-2066（2016）12-0222-02

2016-4-10