钢护筒护壁在旋挖钻孔钢筋混凝土灌注桩中的应用

杨 虎 王 磊 周振兴

（1中国五冶集团有限公司， 四川 成都 610023；2中冶成都勘察研究总院有限公司， 四川 成都 610023）

1 工程概况

玉成乡三益村社区工程位于四川省成都市东部新区玉成乡三益村，该项目分一、二、三期同步建设，包括住宅及配套商业等，项目总建筑面积约29.79 万㎡ 。

该项目设计基础形式为旋挖钻孔钢筋混凝土灌注桩（注：局部地段为天然地基），桩径为1.0～1.2米，有效桩长6.0～25.0米，桩数约1370根，桩端持力层为中风化泥质砂岩/砂岩，桩端嵌岩深度为不小于5倍桩径，桩身混凝土强度等级为C30，桩身通长配筋。

2 场地工程地质及水文地基条件

2.1 场地工程地质条件

根据周边场地勘察资料及钻探揭示，场地内地层由上到下为第四系全新统的耕植土（Q4pd)、人工填土(Q4ml)、第四系全新统坡洪积层的粉质粘土及侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)泥岩、泥质砂岩等等。

第四系全新统（Q4pd）耕植土：

耕植土①：黄～黄褐色，呈松散状态，主要由粉质粘土组成，夹强风化泥岩及砂岩碎块，植物根系发育。多分布于地表，层厚介于0.4～0.6m之间。

第四系全新统（Q4ml）人工填土：

根据人工填土的物质组成该层可分为杂填土及素填土：

素填土②1：灰色，稍湿，结构松散，以粘性土为主，含少量泥岩及砂岩碎块，无序回填。该层主要分布于地势低洼处及民房、道路附近，结构松散，均匀性差，堆积时间约2年，未固结，岩芯呈散体状。

杂填土②2：杂色，呈松散状态，主要由建筑弃料及粘性土组成，孔隙较大。多分布于民房附近，由近期民房拆迁弃料堆积而成，层厚介于0.5～1.2m之间，未固结。

第四系全新统坡洪积 (Q4dl+pl) 粉质粘土：

该层分为软塑和可塑粉质粘土：

粉质粘土③1：灰黑色，湿～饱和，软塑，主要由粉质粘土组成，有机质含量较高，摇振反应无，韧性较高，干强度中等。仅分布于4号地块东北坡脚水田处，层厚介于0.5～1.8m之间。

粉质粘土③2：黄色、褐黄色，稍湿，可塑状态，切面稍有光泽，摇振反应弱，韧性中等，干强度中等。含铁锰氧化物条纹及斑点，局部含碳化物，主要分布于填土层下方及地表，层厚介于0.5～2.6m之间。

侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)基岩：泥岩④：紫红色，泥质结构，中厚层～厚层状构造。产状为290°～320°∠1°～5°。岩质较软，裂隙发育。根据岩石的风化程度可分为强风化泥岩（④1）和中风化泥岩（④2）。强风化泥岩岩芯极破碎，呈散体～碎块状；中风化泥岩RQD约为20～35，岩芯较破碎，呈碎块～短柱状。本次勘察未揭穿该层。

泥质砂岩⑤：紫红色，粉粒结构，泥质胶结，泥质物质约占15～30%，中厚层～厚层状构造。产状为290°～320°∠1°～5°。岩质较软，裂隙较发育。根据岩石的风化程度可分为强风化泥质砂岩（⑤1）和中风化泥质砂岩（⑤2）。强风化泥质砂岩岩芯极破碎，呈碎块～块状；中风化泥质砂岩RQD约为25～50，岩芯较完整，呈短柱～长柱状。本次勘察未揭穿该层。

2.2 场地水文地质

（1）地表水：拟建场地属浅丘地貌，场地及周边地表水主要分布于水塘及低洼地段，主要接受大气降雨，通过下渗及自然蒸发排泄。

（2）地下水：场地地下水类型主要为上层滞水和基岩裂隙水：上层滞水赋存于第四系土层中，主要接受大气降雨及人类活动用水补给，具丰水期富集，旱季消失。基岩裂隙水赋存于基岩的节理裂隙发育带内，主要受邻近地下水补给，向地势低洼地段排泄，部分垂直补给深部构造裂隙。

3 试验性成孔施工

工程正式施工前，根据场地工程地质及水文地质条件，在场地内不同地方选点，进行试验性成孔施工，成孔孔径为1.0米，深度以进入设计要求的持力层5.0米为宜，钻孔机型为三一280旋挖钻机，钻具为双底截齿钻头。试成孔情况如下：

（1）0～4.0米：素填土层，成孔情况良好；

（2）4.0～10.0米：粉质黏土层，灰黑色，湿～饱和，可塑～软塑，有机质含量较高，稳定性差，产生缩颈、坍塌情况；

（3）10.0～14.0米：粉质黏土层，黄色、褐黄色，稍湿，可塑状态，有轻微的缩颈情况，但是随着钻进的继续进行，两层粉质黏土层交界处地下水不断的渗出，上层粉质黏土层缩颈、坍塌情况越发严重，同时引发素填土层亦发生坍塌、下沉情况，致使成孔无法继续进行。

4 护壁措施的选择

4.1 泥浆护壁旋挖钻进成孔：根据试成孔情况看，垮塌部位约在4.0～10.0米，相对来说比较浅，泥浆水头压力难以平衡钻孔内外的压力，钻孔成功的几率不高，成孔效率低，泥浆制备、排放费用高；

4.2 低标号混凝土回灌后二次成孔：即钻孔过程出现垮塌等情况而无法钻进时，灌注低标号混凝土以封堵充填垮塌的孔洞，待混凝土强度达到80%以上后二次旋挖钻进成孔；但是这种方式对垮塌后出露的孔洞有效，对被垮塌下来的泥土填埋的孔洞无效，需要在处理完出露的孔洞后再用同样的方法处理被填埋的孔洞，如此一来耗时非常长，封堵充填用混凝土量也比较大（大多时候难于预估），耗时耗力，施工成本较大，而且这种措施对处理缩颈无效；

4.3 泥浆护壁冲击钻进成孔：即利用粘性土造浆（必要时掺和烧碱、纤维素等材料），泥浆循环护壁，冲击钻进成孔（必要时孔内抛投块石、混凝土块等材料）。该工艺可以解决成孔问题，但是其功效相当的慢，直径1.0米的桩孔，深度按18米计算，完成一根桩的成孔，时间最短也得1.5天；所以用冲击钻施工，工期无法保证。另一方面，关于造浆、泥浆排放费用也非常高，根据经验每根桩施工用（产生）的泥浆量是桩孔体积的2.5～3倍；每台冲击钻电机功率为75KW，且须配备一台22KW的3PNL型泥浆泵，单台套功率达到97KW，现场没有网电，用柴油发电机，关于施工用电来说也是不小的一笔费用；

4.4 钢护筒护壁旋挖钻进成孔：即先用机械振动锤振压钢护筒（1.0米直径的桩，对应的钢护筒直径为1.2米，壁厚8～10mm）入土（根据地勘资料以及试成孔情况看，跟管长度在10～12米）然后旋挖钻进成孔，该工艺可以完全有效解决成孔成桩问题；根据现场实际情况，现场须配备一台振动锤，10节10～12米的长护筒，采用振动锤先下长护筒后旋挖钻孔，功效比较高，每天每台旋挖成孔数量可在8根以上，费用方面需要增加振动锤、长护筒、跟管、混凝土浇筑用天泵的费用，以及桩身由1.0米变为1.2米增加的混凝土的费用，所增加的费用比较可控。

综上所述，从技术方面、施工功效方面等比较，特别是要求在10天完成1栋楼的桩基（约170根），25天完成所有桩基施工的工期要求，决定采用“钢护筒护壁旋挖钻进成孔”方案。

护筒由钢板卷制而成，钢板厚度采用10mm，护筒内径比设计桩径大200mm，其上部开设1～2个溢流孔，顶部焊接两个吊环，供提拔护筒时使用，护筒节间连接处要求筒内无突出物，应耐拉、压、不漏水。

市场上常用的振动锤有高频液压振动锤和挖机式机械振动锤，因本项目桩径为1.0及1.2米，钢护筒下设长度为10～12米，故决定采用机械振动锤

5 钢护筒护壁作业

5.1 测量放点：由专业测量人员利用全站仪测放出桩孔点位；

5.2 钻具对中：在辅助工的指导下，旋挖机手调整钻杆垂直度，调整钻具对中桩孔点位，确保钻杆、钻具、桩孔点位中心重合一致；

5.3 旋挖探井：钻具对中后，开启旋挖钻孔作业，钻孔直径1.2米（设计桩径1.0米，钢护筒直径1.2米，长度12.0米），钻进深度约4.0米；

5.4 下设钢护筒：采用神钢460机械振动锤提吊钢护筒入孔，在场地内相互垂直的两个方向各架设经纬仪一台，监测钢护筒的垂直度，根据监测情况指导振动锤司机做相应调整，确保其垂直度满足设计及规范要求。调整好以后开启振动锤的震动功能，振动下沉钢护筒，直至钢护筒上口高出地表约20cm，在振动下沉过程中依然采取监测措施，如有偏移立即指导纠正，必要时振动提升钢护筒出孔，重新下设，以确保桩身垂直度

6 钻孔施工

钢护筒下设完成后，旋挖机就位，对中钢护筒中心，采用两瓣钻头、双底截齿钻头旋挖钻进成孔至设计要求的深度。采用钢护筒护壁后，钻孔情况正常，未有缩颈、坍塌情况发生，确保了桩基成孔施工的顺利进行。

7 结束语

通过本工程实例，详述在项目实施过程中护壁措施的选择、钢护筒的下设及下设控制措施等。经过本项目的实施，进一步证明钢护筒护壁其适用性强，护壁效果切实有效，确保了工程施工质量和工期要求。