浅谈长螺旋钻孔压灌桩施工工艺的控制

陈士凯（浙江江南工程管理股份有限公司河北分公司， 河北 廊坊 065000）

0 引 言

长螺旋钻孔压灌桩后置钢筋笼技术是由 CIP 工法演变而成的一种新型的桩基施工工艺，它采用长螺旋钻孔机钻孔至设计深度，通过钻头活门向孔内边提钻杆边连续压灌混凝土至桩顶，然后采用专用振动植笼设备后置钢筋笼而形成桩基。由于工法穿越硬土层能力强，适应范围广，不受地下水位限制，桩尖无虚土，桩身无缩径。其次因连续压灌混凝土护壁成孔，对桩孔周围的土层有渗透、挤密作用，提高桩周土的侧摩阻力，使桩基具有较强的承载力，且具有操作简便、不挤土、不降水、不排污、施工效率高、综合效益好等优点，故在 2005 年成为原建设部推广十大技术之一。但由于该工艺推广应用时间不长，控制环节多，地质处于复杂多变状态，特别是在不利地质条件下的技术控制有待提升，故长螺旋钻孔压灌桩的经验积累成为迫在眉睫的问题。

1 工程概况

1.1 设计概况

本项目位于河北省固安县新兴产业示范区，桩基设计采用机械成孔钢筋混凝土灌注桩，设计 ±0.000 标高所对应的绝对标高为 24.3 m，桩顶标高分别为 -0.65 m、-1.2 m、-1.9 m，桩端持力层为 ⑦ 和 ⑦1层土，进入持力层≥2d。基础工程设计等级为乙级，桩基混凝土结构环境等级为二 b 类，裂缝控制等级为三级，建筑设计使用年限为 50 a，设计单桩承载力特征值为 1 300 kN。

1.2 桩基参数

桩长 25 m，桩径 600 mm，钢筋笼长为 17 m，桩顶锚固筋长度 La=0.7 m，桩身混凝土强度为 C30，混凝土充盈系数＞1.0，混凝土超灌高度 0.50 m，坍落度控制在18 cm～22 cm，竖向纵筋为 8C20，均匀布置，保护层为 75 mm，加劲箍为 C14@ 2 000 mm，螺旋箍筋C8@100/200 mm(桩顶算起 4.0 m 范围内加密)。

1.3 地质特征

岩土工程勘察报告揭示，本次勘探的地层由新近沉积层、第四系全新统河湖相沉积及上更新统层组成，岩性以黏性土、粉土及粉砂为主，按地层的岩性特征及形成环境，自上而下描述如下。

① 层耕土：黄色，松散～稍密，稍湿。以粉土为主，含有植物根系。层厚 0.40 m～1.00 m，层底标高 21.91 m～23.23 m。新近沉积层。

② 层粉土：黄色，稍密～中密，局部密实，稍湿，干强度低，低韧性，摇振反应中等，无光泽。土质不均，局部夹粉砂、粉黏薄层。层厚 0.70 m～3.80 m，层底标高16.10 m～22.05 m。

②1层粉质黏土：黄褐色，软塑～可塑，干强度中等，中等～高压缩性，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽。土质不均，局部夹粉土薄层。层厚 0.60 m～3.00 m，层底标高 18.04 m～20.74 m。

③ 层粉质黏土夹粉土：灰、灰黄色，软塑～可塑，干强度中等，中等～高压缩性，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽。粉土：中密～密实，稍湿，干强度低，低韧性，摇振反应中等，无光泽。层厚 1.90 m～4.80 m，层底标高12.27 m～15.09 m。

④ 层粉质黏土：灰色，软塑～可塑，干强度中等，中等～高压缩性，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽。该层分布不稳定，层厚变化较大，层厚 1.00 m～6.50m，层底标高 7.74 m～13.25 m。

④1层粉土：灰色，中密～密实，稍湿～湿，干强度低，低韧性，摇振反应中等，无光泽。该层不稳定，仅在场地中部局部钻孔有揭露，层厚 1.20 m～4.10 m，层底标高 7.21 m～10.79 m。

⑤ 层粉砂：灰黄色，中密～密实，很湿～饱和。含云母，石英，长石。颗粒级配较差。该层层厚变化较大，西北侧分布较厚，场地中部分布较薄，层厚 1.00 m～9.30 m，层底标高 2.69 m～7.37 m。

⑥ 层粉质黏土：灰黄色，可塑，干强度中等，中等压缩性，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽。该层分布不稳定，场地西侧(靠近中部部分)有缺失。层厚 1.50 m～6.30 m，层底标高 -0.12 m～4.29 m。

⑦ 层粉细砂：灰黄色，密实，饱和。含云母，石英，长石。颗粒级配较差。该层分布不稳定，层厚变化较大，局部中间夹 ⑦-1层粉质黏土。层厚 1.00 m～12.00 m，层底标高 -8.71 m～0.83 m。

⑦1层粉质黏土：灰黄色，可塑，干强度中等，中等压缩性，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽。该层分布不稳定，场地东侧有缺失，中间局部钻孔有缺失。层厚 1.00 m～5.30 m，层底标高 -5.73 m～-1.73 m。

2 重难点分析

本项目为有机发光显示器件面板生产线，设备基础下设置桩基，以控制项目投产后结构承台的变形，若因桩基出现超出设计沉降变形问题，则对项目电子设备的正常生产造成极为不利的影响，因此，桩基施工质量必须符合 GB 50202—2016《建筑地基基础工程施工质量验收规范》的规定。其次由于桩基施工的第 ⑤、⑦ 层地质为粉砂、粉细砂土层，会对混凝土的快速失水产生较大影响，容易导致钢筋笼难以后置至设计标高。再者在提钻压灌混凝土过程中，必须严格控制钻杆提升的速度，确保提钻速度与混凝土浇注速度相吻合，保证钻头叶片对混凝土有一定的挤压作用，不出现断桩现象。

3 施工前的工作准备

3.1 施工工艺流程的确定

平整场地→桩位放样→安装调试钻机→调试混凝土泵、安装泵管→钻孔机就位、调整钻杆→钻进至设计深度停止钻进→边压灌混凝土边提钻杆→提出钻杆、移开机具→启动振动锤、下插钢筋笼→成桩→桩顶保护。

3.2 开工前的技术准备

首先督促施工单位应根据设计施工图纸、岩土工程勘察报告、工艺流程、施工合同等相关文件编制施工组织设计方案，在施工单位技术部门完成内审后提交监理部进行审核。监理根据相关技术文件要求，对照施工组织设计方案，结合实际情况进行针对性、可行性的审核，经总监签字确认后作为工程的施工依据。在施工前要求项目技术负责人做好书面技术交底工作，做到分工明确，技术落实到位，责任落实到人。

专业监理工程师根据设计施工图纸、岩土工程勘察报告、施工组织设计方案等技术文件及时编制监理实施细则，经总监审核确认后作为监理现场的技术控制依据，并组织对监理人员进行工作交底，使其了解并掌握长螺旋钻孔压灌桩施工的重点、难点，确保监理工作有条不紊地展开。

3.3 机械设备进场安装检查

长螺旋钻孔灌注桩机(型号：DBCFG-B28)、混凝土泵(型号：HBTS50-13-75)设备进入施工现场后，首先督促施工单位对建筑机械安全管理的技术档案资料进行报验，重点检查设备的生产许可证、出厂合格证、使用说明书、设备运行记录、故障记录、保养记录等资料是否齐全有效，以确认建筑机械是否处于安全受控状态。其次检查长螺旋钻孔灌注桩机、混凝土泵的规格型号是否与报验资料相符，安全防护部分是否存在缺失，特种操作人员是否持有效证件。再次，待机械设备安装完成后，监理组织生产负责人、安装负责人、安全员进行现场联合验收，经试运行合格后，各方负责人员签字挂牌后准许使用。

4 施工工艺的控制

4.1 钢筋工程的控制

(1) 检查进场钢筋的品牌、规格应符合要求，表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状老锈等缺陷，附有生产厂家的材质证明，现场取样送试验室进行原材及焊接件的试验检测，经检测合格后方可使用，原材采取挂牌堆放，应有防雨遮盖、垫高措施。

(2) 钢筋笼的主筋规格、数量、长度应严格按设计图纸进行下料，主筋连接采焊接方式，满足双面搭接焊 6 d 要求。同时满足每个断面接头数不超过主筋总数的 50%、错开连接间距不小于 1 m 的规定。

(3) 钢筋笼的加强筋应弯曲制作成型，加劲箍对接符合单面搭接焊 12 d 要求，HRB400 钢筋采用 E55 型焊条施焊，外螺旋箍采用绑扎形式，控制好间距。

(4) 钢筋笼保护层厚度 75 mm，保护层支架沿钢筋笼周围水平均匀布置，每层支架的间距按 3 m 设置 1 道，每层按4块设置。

(5) 由于该工艺的钢筋笼是采取后置法成桩，故需在钢筋笼末端应做锥形收口处理，长度约为 800 mm，收口的中心点位于钢筋笼的重心，采用 3 道 C8 的钢筋并列缠绕于收口部位，与主筋焊接牢固。

(6) 钢筋笼的验收应按规范严格执行：主筋间距±10 mm，箍筋间距 ±20 mm，笼径 ±10 mm，笼长 ±100 mm，经监理验收合格后，贴上标签，同意使用。

4.2 钻孔压灌工艺的控制

(1) 施工前必须对施工区域的地下障碍物做准确的探测，如发现有障碍物，必须进行清除并回填素土，经平整压实，满足桩机施工不下沉的要求。

(2) 施工单位根据施工图纸的坐标进行桩位测放，自检合格报监理单位进行验收，经验收合格做好标记后，方可同意钻机就位。

(3) 钻机就位后，保持机架准确、水平、稳定，钻头中心对准桩位偏差控制在 20 mm 内，然后调整双向水准泡，保证钻杆垂直。在钻孔过程中，钻杆的垂直度采用钻机自身铅垂系统，随时纠偏，确保桩身垂直度控制在1%范围内。

(4) 当钻头达到设计桩底标高时，在动力头停滞下面的钻机塔架处作醒目标记，作为施工时的控制孔深依据，确保桩孔深度满足设计图纸要求。

(5) 钻孔应匀速进行，速度控制在 2.5 m/min，并应及时清理返出孔口的渣土，修整压实场地，为后续压灌混凝土、安装钢筋笼做好准备。

(6) 钻至设计标高后，应先泵入混凝土并停顿 10 s～20 s，再缓慢提升钻杆。边压灌混凝土边提钻杆，速度控制在 1.8 m/min～2.5 m/min，保证钻头在混凝土内埋深 1 m以上，确保带压提钻，使钻杆及叶片对混凝土有一定的挤压作用。

(7) 由于地质土层含有粉砂、粉细砂层不利条件，易产生缩孔、断桩现象，故提钻速度应控制在 1.8 m/min～2.0 m/min 范围内，其次由于该土质对混凝土的快速失水产生影响，易导致钢筋笼后置困难，故混凝土的坍落度应控制在 21 mm～22mm 为宜，增强混凝土的流动性与和易性。

(8) 施工过程中，每根桩的混凝土压灌量不得少于设计理论量，保证混凝土充盈系数＞1.0，混凝土的超灌高度应超出桩顶设计标高 50 cm。

4.3 后置钢筋笼的控制

(1) 钢筋笼在水平穿入专用振动植笼设备的管芯时易发生箍筋散笼、管芯弯挠变形大等问题，故本项目采用竖井专用技术进行解决，即在钢筋笼制作区附近设置 DN630×8螺旋钢管竖直埋入地层，埋深达 18 m，高出地面约 1 m，以形成临时存放钢筋笼的竖井。

(2) 钢筋笼总长为 17.70 m，从制作区运输至竖井处，为防止起吊时钢筋笼变形，应利用起重机设置三点起吊，采取轻吊轻放的方式进行。钢筋笼下放竖井之前，要做到垂直起吊、扶稳对中后缓慢下沉入井，在钢筋笼上部加强筋位置采用粗钢筋横穿在竖井上口作竖直停放。

(3) 利用起重机垂直吊起专用振动植笼设备，对中竖直停放钢筋笼的中心，缓慢下沉插入笼中，用钢索固定钢筋笼上部的加强筋，然后缓慢起吊专用振动植笼设备以及钢筋笼出竖井，为后置钢筋笼插入桩孔做好准备。

(4) 在钻机压灌混凝土形成素桩后，将机具迅速移离孔口，并将孔口附近的虚土进行清移，再利用起重机已垂直吊起的专用振动植笼设备及钢筋笼对中素混凝土桩的孔口中心缓慢下沉，启动偏心振动锤，将钢筋笼置入混凝土桩内，用水准仪监控笼顶至设计标高。

(5) 在钢筋笼后置成桩过程中，应安排施工人员远距离观测钢筋笼的垂直度，确保钢筋笼垂直置入桩孔，严禁钢筋笼碰撞孔壁。如遇下沉阻力过大时，应及时拔出钢筋笼，重新成孔插入。

4.4 施工中应注意的事项

(1) 在施工过程中，如遇不明障碍物无法钻到设计深度时，应及时上报建设单位、设计单位，经各方共同协商研究后采取有效补救措施。

(2) 为减少施工时泵管产生堵塞几率，混凝土的粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不宜大于 30 mm，可掺加粉煤灰或外加剂，以增加混凝土的和易性，并做好每罐车混凝土的坍落度检测。

(3) 如因故停机时间较长时，应先拆卸泵管及钻杆，并及时清除管内的剩余混凝土，防止发生混凝土凝结堵管现象。

(4) 为防止后置钢筋笼发生收口开笼现象，钢筋笼验收时应对 3 道 C8 的收口钢筋与主筋焊接牢固性进行重点检查。

(5) 在冬季施工时，钢筋笼后置完成后，应立即采取覆盖保温措施，防止混凝土裸露在负温中散失热量而受冻。

(6) 督促施工人员做好沉桩记录，主要包括施工日期、桩号、桩长、开钻时间、成桩时间、桩顶标高、场地标高、混凝土灌注量等施工信息。

5 桩基检测

本工程桩基检测采用单桩竖向抗压静载试验、低应变法进行的。单桩竖向抗压静载试验是确定单桩竖向抗压极限承载力，判定竖向抗压承载力是否满足设计要求。在桩身混凝土强度达到设计强度 100% 时，由第三方工程质量检测单位按总桩数 1% 的比例进行桩基静载检测，低应变法是用来判定桩身完整性类别的检测方法，按总桩数 30%的比例进行检测。通过检测人员对现场桩基进行数据的采集，经专业软件进行计算分析，被检测桩基的单桩竖向抗压承载力满足图纸设计要求，Ⅰ类桩为 98.2%，Ⅱ类桩为1.8%，符合 GB 50202—2016《建筑地基基础工程施工质量验收规范》的验收规定。

6 结 语

长螺旋钻孔压灌桩是近些年国内快速发展的新型施工工艺，为建设工程的蓬勃发展起到非常重要的推动作用。本文针对原材料、施工工艺以及不利地质条件下的技术控制进行阐述，旨在为长螺旋钻孔压灌桩后置钢筋笼技术的完善提供有益的技术积累，为工程的技术、监理人员提供有意义的经验参考。但由于钻孔压灌桩施工工艺的复杂性与施工环境的多样性，应对施工的各个环节应进行系统分析，针对不同地质和不同设计要求进行科学配置与调整，编制有针对性的专项施工方案，为工程实施提供行之有效的执行依据。