长螺旋引孔工艺在沿海板结砂层碎石桩施工中的应用

王文杰

摘 要：文章以实际工程为例，该工程地处福建沿海，地质为板结砂层，碎石桩常规振动沉管法无法直接成桩，最终基于长螺旋辅助引孔原理，通过长螺旋引孔配合振动沉管接力的方法成桩成功，保证了工程的整体质量。

关键词：碎石桩施工 板结砂层 辅助贯入

在公路工程项目中，路基基底处理质量尤为关键。尤其是沿海路基工程，考虑到海水腐蚀和潮汐影响，以及浸水路基抗震抗液化要求，对路基的设计和施工质量提出了更高的要求。碎石桩复合地基处理在沿海临水路基加固处理中应用较为广泛，是一种相对较成熟的工艺，但在一些不利的地质条件下，将碎石桩贯入到设计深度会相当困难。

1.工程概况

本项目位于长乐区文武砂镇和江田镇，起点位于已建成的228国道（南北澳至外文武围垦堤段）K7+650处，沿线连续分布淤泥质粉质黏土、粉细砂层、细砂层。沿线路基包含液化地基及软土地基，液化深度均在0～15m范围内。本项目碎石桩桩径50cm，呈梅花形布置，间距1.8m，全线K8+020～K12+380碎石桩处理共17段，共有77234根，单根桩桩长10.3～20m，总长1270340m，处理面积208484m2。

2.引孔方案确定过程

本项目在使用常规的DZ60和DZ90振动沉管打桩机进行碎石桩施工过程中出现电流过大，电缆冒烟，电机烧毁，碎石桩无法沉管至设计深度的现象，根据施工经验推测实际土层密实度过大，与勘探资料不符导致无法贯入，施工方立即组织了一台DZ150型（国内稀少）大功率碎石桩机进场，对K8+020～200位置碎石桩进行施工，仍无法沉管至设计深度，通过沉管过程状态分析，更加肯定了原地勘数据与实际地质情况差异性较大的推测，为此，施工方组织了一台地质勘探钻机进行动探，通过地质钻探机对沿线地质勘探表明，在处理范围内，有较厚砂层处于密实状态，通过对比分析，证实了判断。其后通过各方专家讨论，拟选择K8+050～K8+070及K8+060～080段各20根桩采用引孔工艺进行碎石桩试桩施工。

3.长螺旋辅助引孔原理

本项目选用的长螺旋钻机配备了75kW和90kW两种规格的大功率扭矩动力头，在其作用下可以推动长螺旋钻杆的运行，钻杆上的螺旋叶片旋转剪切土体并通过提升将土料带出，只有很少的一部分会被挤入到土层中。当钻杆处于旋转状态时，位于螺旋叶片上的土将会与螺旋钻杆共同作用，进一步得到土柱结构，由此提升了孔内侧向土的稳定性，不容易出现塌孔现象。

引孔工艺可削弱周边土体挤密效应，无论是侧向阻力还是位于桩尖土层的空隙水压力都得到了良好的控制。本项目整个桩长深度的地层均为密实，因此需要通长引孔至设计深度，在原引孔位置上进行振动沉管至设计高程后进行灌石振密成桩。

4.碎石桩施工流程及方法

4.1试桩施工区段选择

根据现场的施工作业面，本次试桩施工桩号为K8+050～K8+070左1附近共20根桩，采用钻头直径为500mm的引孔机进行引孔；K8+060～080左1附近20根桩，采用钻头直径为400mm的引孔机进行引孔；所选段落碎石桩设计桩长为13m。每个区段各列举5根桩，共抽取10根桩基进行分析。

4.2长螺旋引孔

路基平整至设计高程后进行试桩桩位测量放样，将引孔机放置在指定的桩位上，调整钻杆垂直度，长螺旋钻头对准桩位点，钻孔时先慢后快，可以减少钻杆摇晃，也可检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在钻杆上标出每1m的刻度，作为控制桩长的依据，引孔至设计深度后将钻杆旋出，至下一个点位重复此操作，施工过程中注意对桩位控制点的保护，以便对桩位进行复原。

4.3打桩机就位

在振动沉管打桩机沉管上标出每1m的刻度线用以控制贯入深度；移动桩机，使桩机对准打桩线；启动卷扬机，按照事先放出的桩位标记移动导向架，使桩管对准打桩点，人工将桩尖活瓣合紧，将桩尖对准地面上标出的桩位。

4.4振动沉管

运行桩锤电机，使其振动下沉，控制下沉速度，每行进0.5m时则需要留振30s。在操作过程中，需要对沉管速度、深度等指标进行测量并做好记录工作。

当桩底达到指定的设计深度，在不停振的同时采取静力施压处理，桩管不再继续下沉时，打桩机前段因反力轻微抬离地面即可停止。

4.5成孔、投料

灌料前对卷扬机料斗和辅助用的装载机料斗容量进行标定，将碎石由加料口灌入桩管内，按理论方量和设计充盈系数（1.2）要求控制碎石灌入量。碎石材料为1-2-3自然级配，含泥量≤5%，最大粒径≤5cm。

4.6桩身拔管

当管内灌入碎石高度>1/3管长时开始拔管，每次拔管高度控制在1m左右，拔管速度控制在1.5～3m/min左右，反插深度在0.3m左右，留振10～20s，控制振动均匀。及时记录碎石灌入量、拔管速度，反插深度、留振時间及电流值等参数。

依次拔管、压管、振密和加入碎石直至桩顶，施工过程中随时用锤子敲击桩管，以观察桩管下料情况，在下次拔管前灌入碎石。

4.7成桩、移位

成桩后按照桩位布置图移动打桩机至下一桩位，重复上述操作。

4.8质量控制及试验检测

除了控制碎石桩桩长、桩径、桩距、碎石贯入量及施工过程中各项时间及电机电流电压等参数指标外还应满足成桩后相关试验检测要求。根据设计及规范要求，在成桩14d后应采用重型动力触探检测桩身密实度和桩长，对桩间土进行标准贯入试验，进行荷载试验检测单桩承载力及复合地基承载力。

5. 试桩结论及成果

通过对试桩过程中长螺旋引孔和振动沉管两个环节的实际表现情况和各项数据分析，主要从单台设备工效、设备控制要点和设备组合工效几个方面来总结试桩成果。

5.1长螺旋引孔总结

（1）引孔深度及引孔机钻杆型号的选择。如表1所示为两种直径钻杆施工情况比较。

在桩检同样合格的情况下，选择大直径500mm钻杆的施工情况较400mm的要顺利，结合地质钻探情况，在桩底地质为淤泥质粉质粘土等软土层时引孔深度可适当比设计深度少1～2m，同时一次性引孔数量不宜过多，应≤2排，振动沉管桩机应及时跟上，并在2d内完成灌注成桩，避免引孔结束后土层重新板结密实。

（2）引孔机工效。试桩段桩长13m桩基长螺旋钻孔平均成孔时间为7min（包括移位时间），75kW和90kW长螺旋成桩时间差别很小，1台长螺旋钻机1d工作2个台班，成桩数量在120根以上；15～20m长桩基平均成孔时间为8～10min。

5.2振动沉管成桩总结

（1）桩尖活瓣选择。过程中采用平合瓣试桩，沉管至11m位置时出现电流过大，电线发热现象，在下管30min仍无法沉管至设计深度，将平合瓣改成尖活瓣，顺利沉管至设计深度，采用桩尖活瓣更有利于沉管。引孔后60kW、75kW和90kW振动锤成桩区别不大。

（2）振动沉管工效。由引孔后单桩成桩时间统计数据得出，一根13m长碎石桩采用长螺旋引孔工艺后，平均沉管时间为2.85min（沉管速度3.2～6.5m/min），拔管时间为13.5min，总体成桩时间为15～17min，平均拔管速度为1.5～2.5m/min，反插次数为17～18次，平均充盈系数为1.23，振密电流在70～75A之间。

根据以上数据1台沉管桩机1d工作2个台班可成桩40根以上，因此1台长螺旋钻机搭配3台振动沉管桩机最为经济。

6.结束语

综上所述，该项目实际试桩过程较为顺利，证明了长螺旋引孔工艺是一种辅助碎石桩贯入施工的有效手段，其为沿海板结砂层等较为密实、难以贯入的地层提供了一种解决途径，且不会造成工期迟延，十分值得推廣应用。

参考文献：

[1]方均坪.浅析长螺旋钻机取土引孔配合静压预制管桩施工技术[J].江西建材，2017（11）：57+59.

[2]贾青山，郭鹏，刘赛，等.复杂地质条件下长螺旋引孔辅助预应力管桩施工技术[J].建筑施工，2018（04）：453-454.