原状取土压灌桩在地铁车站的应用技术研究

徐向前　王延辉

摘要：针对高水压粉砂、粉细砂地层钻孔桩施工过程中的塌孔、缩孔、断桩、夹层及浇筑混凝土过程中的串孔问题，结合桩径、桩体长度、工效分析、经济对比、工艺流程、质量通病等方面进行分析，提出适合高水压下粉砂、粉细砂地层的原状取土压灌桩技术，为类似工程提供借鉴。

关键词：高水压；粉砂、粉细砂地层；压灌桩；后插钢筋笼

0.引言

目前对于地下水位以下的粘土、粉土、杂填土、软土、流沙地层的钻孔桩多采用旋挖钻成孔，泥浆护壁，采用导管浇筑水下混凝土。原状取土压灌桩相比旋挖成桩及循环钻机成桩具有施工效率高、成桩质量稳定，无泥浆污染的特点，特别是在高水压下的粉砂、粉细砂地层成桩施工中有着强大的优势。

本文以范湖站9#出入口的钻孔桩施工为案例分析原状取土压灌桩在高水压下的粉细砂地层中的应用技术。

1.工程概况

武汉地铁三号线十一标范湖站9#出入口围护结构为φ800mm钻孔灌注桩，其中94根桩桩深20.35m，18根桩桩身28m，水下混凝土强度C30。

桩身主要穿越杂填土（1-1）含有较多的砖渣、碎石、砼块及少量废弃桩头等建筑垃圾，工程性能差，层厚1.3～3.8m。

粉质粘土与粉土、粉砂互层（3-5）、粉土为中密状态，粉砂为稍密状态，摇振反应明显，厚度1.2～6.1m，平均厚度3.5m。

粉细砂（4-1）稍密～中密状态，低压缩性，平均厚度8.4m。

细砂（4-2）地层。中密～密实状态，低压缩性，局部含有含少量中粗砂颗粒。其厚度17.6～22.2m，平均厚度19.3m。

地下水位埋深在地下1.3～2.4m。

2.设备类型的选择

范湖站其他出入口（同地层）围护结构钻孔桩采用范湖站出人口前期选用SRl8旋挖钻机成孔，膨润土泥浆护壁、导管法浇筑水下混凝土；采用隔二成一的成孔顺序，施工过程中出现了塌孔、缩孔及串孔问题，导致混凝土超方，且成桩效果不佳，曾出现桩体鼓包、夹层现象。

3.压灌桩工艺

利用长螺旋钻机钻孔至设计深度后，先暂时不提升导管，利用混凝土输送泵将混凝土通道软导管，长螺旋钻杆、钻头进行压灌，通过计量控制钻杆的提升，随着钻杆的提升，混凝土由桩底向上进行压灌，直至设计桩顶位置停止压灌，过程中清除桩周围的泥土，提出钻杆，采用振动器、导杆将钢筋笼压入浇筑完混凝土的桩中。

施工工艺流程为：场地整平-测量放线-护简埋设-钻机定位-钻进成孔-压灌提升-钢筋笼安插-成桩。

3.1测量放线

依据设计图纸计算各桩位的坐标，并确定每个桩孔与相邻控制点的位置关系。经复核无误后在场区内用“十字交叉法”放出桩位，同时给定高程。

3.2桩机就位

（1）钻机就位前对桩位进行复测，施工时钻头对准桩位点，稳固钻机，确保钻机在施工中平正，钻杆下端距地面10～20cm，对准桩位，压人土中，使桩中心偏差不大于10mm。

（2）桩机就位后，保持桩机平稳，调整转塔垂直，钻

9#出人口施工准备阶段，在满足安全、可靠、经济及高效的前提下，项目部进行钻孔桩施工设备选型，设备选择的几个原则：

（1）成孔施工中需要保证0.35MPa水土压力下不塌孔；

（2）成孔过程中不因设备的扰动造成二次塌孔；

（3）浇筑过程中不断桩，不夹泥。

项目部将三轴搅拌施工工艺结合北方地区的长螺旋施工工艺进行了分析讨论，认为采用项目现有的JBl80三轴搅拌桩机，采用单轴螺旋及两个动力头，配套吊车及混凝土输送泵，可以实现原状取土压灌桩的施工。

改装后的钻机及配套设备参数详见表1，成桩直径φ800mm，最大成桩深度30m。

3.3钻进成孔

钻机就位后，需先用砂浆润滑混凝土压灌管道（必须使用砂浆），包括混凝土泵送管道和钻杆。

（1）开钻时，钻头对准桩位点后，启动钻机下钻，下钻速度要平稳，严防钻进中钻机倾斜错位，边钻孔边用挖机清理取出的渣土。

（2）钻进过程中严格控制钻进速度，刚接触地面时，钻进速度要慢。钻进的速度应根据土层情况确定：杂填土、粘性土控制在1.0m/min，素填土、粘土、粉土、砂土控制在1.5m/min。

3.4钢筋笼的制作与技术要求

钢筋笼采用环形模制作，钢筋笼要按设计长度整体制作完成；严格控制螺旋箍的间距，桩尖位置加工成锥形，各个主筋焊接在一起保证接质量，总长度与设计桩长一致。

送筋导杆在地面穿入钢筋笼内，并与振动装置可靠连接；送筋导杆与钢筋笼端直接接触。

3.5压灌提升

（1）混凝土泵送管道应用外力（挖机或者吊车）在压灌提升过程中，辅助泵送管道至钻杆位置，防止管道在地面卡住影响提升。

（2）钻孔至设计标高时，上提钻杆200mm，开始泵送混凝土，泵送混凝土20秒后再开始提钻。

（3）边泵送混凝土边提钻，提钻的速率要与混凝土泵送量相匹配，φ800桩提钻速率控制在1.4m/min，确保钻头始终埋在混凝土面以下不小于400mm。

4.常见的质量问题及控制措施

4.1泵送混凝土导管堵塞

混凝土和易性要求较高或塌落度200～220；空中吊起的导管为软管，若过于弯折或前后台配合不够紧密，会导致导管堵塞的现象发生。

控制措施：

（1）混凝土的和易性、塌落度需满足要求并质量稳定。

（2）灌注管道、管路避免过大变径和弯折，每次成桩后必须清洗管道。

4.2夹层现象

由于提钻太快泵送混凝土跟不上提钻速度或者是相邻桩太近串孔造成。

（1）保持混凝土灌注的连续性，可以采取加大混凝土泵送量，配备储料罐等措施。

（2）严格控制提速，确保中心钻杆内有0.1m3以上的混凝土，若灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于混凝土初凝时间，应重新成孔灌桩。

4.3钢筋笼无法沉入

多由于砼和易性不好或桩周围土对桩身产生挤密作用。

控制措施：

（1）改善混凝土配合比，保证粗骨料的级配和粒径满足要求；

（2）保证钢筋笼底收口质量；

（3）保证振动锤及导杆的正常使用。

4.4钢筋笼上浮

由于相邻桩间距太近在施工时砼串孔或桩周围土壤挤密作用造成前一根桩钢筋上浮。

控制措施：

（1）在相邻桩间距太近时进行跳打，保证不串孔，只要桩初凝后钢筋笼一般不会再上浮；

（2）控制好相邻桩的施工时间间隔。

4.5压灌桩规范要求及个人的观点

规范的要求：

关于长螺旋钻孔压灌桩《建筑桩基技术规范JGJ94-2008}）中，3.3桩的选型与布置及条文说明6.4.1～6.4.13中提到：

（1）长螺旋钻孔压灌桩适用于地下水位以上的粘土层、粉土、素填土、中密实度以上的砂土，属非挤土成桩工艺。

（2）长螺旋在钻孔成桩的过程中靠动力头预压旋转下沉，旋转叶片在下切取土的过程中切削土体，土体在螺旋叶片的挤密过程中填充满螺旋间空隙，多余的土体在螺旋的作用下排出桩外。螺旋及螺旋间土体在向上输送土体的过程中对桩周边土体有一定的挤密压实的作用。

（3）长螺旋钻孔压灌桩在成桩过程中采用高压输送泵泵送混凝土，在高压输送泵的压灌作用下，混凝土对周边地层产生一定的挤压力，应属部分挤土成桩工艺。

4.6结论及建议

地下水位以下的粘土、粉土、杂填土、软土、粉细砂、流沙地层（旋挖钻孔已塌孔的地层）的钻孔桩（地铁出入口、35m深度内，不入岩）的钻孔桩采用原状取土压灌桩具有施工效率高、成桩质量稳定、无泥浆排放、经济效益明显的强大优势，可作为类似工程的借鉴。