长螺旋钻孔灌注桩在护岸工程中的应用

赵子江 ，陈 强

（1.天津大学 建筑工程学院，天津 300350；2.天津港航工程有限公司，天津 300457）

引言

护岸工程是一种复杂的水工结构，该类工程需要加固河流岸坡或者冲积平原中的软土地基，要求处理后的软土有足够的地基承载力，同时改善河岸边坡软土的剪切、渗透属性指标，以满足水工结构抗滑移边坡稳定性[1-3]。在河流岸坡高水位线地区进行桩基施工，常用的水下灌注桩施工工艺有振动沉管法、泥浆护壁法和长螺旋钻机连续钻进法[4]。沉管灌注桩由于挤土效应使得孔壁松动，环保性能差，且进入坚硬土层比较困难，仅适用于松散的沙土地质[5]。泥浆护壁工艺在环保、工效、质量、经济等方面均存在一定的不足之处。长螺旋钻孔灌注桩技术具有贯穿能力强、施工快速、对环境友好的特点，是一种针对各类地质条件具有广泛适用性桩基施工工艺[6-7]。本文结合京杭运河某基护岸工程，详细阐述长螺旋灌注桩施工工艺在软土地区的应用。

1 工程概况

1.1 工程简介

本工程为京杭运河嘉兴段护岸工程，起自浙江两省交接处的鸭子坝，终于齐界桥处，航道总长约42.76公里。承建的标段（桐乡段）建设规模为：建设里程9.74km，护岸总长10.6km，改建桥梁一座以及服务区一处。其中3种结构形的护岸（C型、D1型、D2型）采用钻孔灌注桩作为地基处理的方式。C型护岸桩长8m与12m，φ600mm，纵向间距3m（6m）；D1型护岸桩长16m与18m，φ800mm，纵向间距2.6m；D2型护岸桩长16m，φ800mm，纵向间距2.6m。

1.2 地质概况

拟建工程地处浙北平原区，地势低平开阔，河网密布，地面高程在1.0-4.0m之间（1985国家高程）。路线经过地区田地、苗木地、鱼塘，部分分布村庄、道路等。该区域土层为第四系欠固结沉积层，主要为冲湖相、海相、冲海相沉积层。根据部分钻孔揭露，第四系松散沉积层厚度多在49.8-70.9m之间，包括上更新统和全新统的地层。

2 施工工艺

2.1 长螺旋钻孔灌注桩施工技术优势

与传统的灌注桩施工工艺（正反循环钻等）相比，长螺旋钻孔灌注桩施工工艺具有以下几点优势：

（1）环保及文明施工

施工过程无需泥浆护壁，有效降低了对周边环境造成的污染，提升了施工现场的整洁度；同时在施工中产生的噪音低，对附近区域影响较小。有利于文明施工及环境保护。

（2）较少的施工布置面积不污染周边环境

施工前完成场地清平，不需水源、不受地下水位影响，对施工环境的要求较低。无需在现场设置泥浆池，可为灌注桩的顺利施工创造良好的条件。

（3）单桩承载力较高、施工质量保证

混凝土砂浆采用压灌方式注入，与桩孔四周结合较为紧密；同时由于不使用护壁泥浆，无桩孔泥皮和孔底虚土，不易引发断桩、缩径、塌孔或地表隆起等现象。可以有效提升桩侧阻力和桩端阻力。

2.2 施工工艺流程

将长螺旋钻头钻至设计深度，起钻的时候，通过钻杆的中心孔，以一定速率提升钻杆，同时将混凝土泵送至桩底钻孔中，灌注混凝土终止位置应当不低于设计标高（压灌混凝土到桩顶时，灌入的混凝土要超出桩顶80cm，以保证桩顶混凝土强度），然后利用自重下沉法或采用振动辅助将钢笼沉至设计的桩底深度，混凝土灌注桩浇筑完成（见图1）。

图1 长螺旋钻孔灌注桩施工流程

2.3 施工效率

长螺旋钻孔灌注桩成桩速度与常规工艺相比有显著的提升，能够大大提高施工效率。

以本项目施工的灌注桩为例（12m长，直径600mm，超灌量为0.8m），单根桩的施工步骤主要由钻孔、灌注混凝土、下插钢筋笼组成，其中：钻进成孔时钻杆速率约为1.5m/min；提升钻杆、灌注混凝土时钻杆速率约为0.8m/min；下插钢筋笼的速率约为1.2m/min，这样单根桩的施工时间约为40min，明显优于其他钻孔灌注桩施工技术。

3 质量控制措施

3.1 材料把控

（1）混凝土采用预拌混凝土以满足和易性和沁水性要求，初凝时间大于6小时，塌落度控制在180-220mm。混凝土强度等级满足设计规定。

（2）本项目配选用 PO42.5水泥，强度等级高于PO32.5质量，具有出厂合格证明文件，检测报告显示符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》规定。

（3）选用含泥量小于3%的干净的中砂作为水泥拌和料，选用含泥量小于2%、粒径5-16mm的卵石或碎石，作为水泥拌和骨料。砂和碎石满足JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法》的规定。

（4）粉煤灰、外加剂质量符合JGJ/T 233-2011《水泥土配合比设计规程》，掺量和种类根据施工季节通过配比试验确定。搅拌用水应符合JGJ 63-2006《混凝土用水标准》的规定。

（5）本项目采用的主筋及加强筋型号为HRB400，箍筋型号为HRB300，并有出厂合格证明文件，检测报告显示钢筋品种、规格、性能满足设计要求。

3.2 施工机具选择

（1）根据工程所在场地地质、水文条件、成孔直径、深度要求选择长螺旋钻机型号。本项目选用桩机见图2，主要参数见表1。

（2）灌注设备：混凝土输送泵的输送能力为50-60m3/h，采用内径大于150mm高压软管连接混凝土输送泵与钻机的中心钢管。

（3）钢筋笼加工设备：本项目设立了钢筋加工场地，配备了钢筋弯曲机、滚焊机、切割机等整套钢筋加工设备。

（4）钢筋笼植入设备：振动锤、吊车等。

图2 长螺旋钻机

表1 长螺旋钻机参数

3.3 灌注桩施工质量控制

3.3.1 钻进成孔

（1）钻机就位后，调整机身垂直度使钻塔垂直，保证桩位中心和钻头重合。

（2）开动钻机前，清理嵌套在钻杆、钻头上的土块、混凝土残渣。

（3）开钻时，需关闭钻头阀门，以较慢的转速与地面接触，根据本项目土质情况控制正常钻进速度为1.50m/min。

（4）钻机钻进过程中，不允许反转或提升。如受施工因素影响确实需要反转或提升操作，需将钻头提升至地面，对钻尖须重新清洗方可继续下钻。

（5）及时清理钻孔旋转排出的土方，并统一堆放到指定地点，避免对施工造成干扰。

（6）在钻进过程中，当钻头受阻力太大无法旋转，应立即断电停止钻进。

（7）钻孔时如钻机固定装置失效时，停止钻进并查找原因，待排除障碍后恢复施工。

3.3.2 钢筋笼下插

（1）放置钢筋笼工序在混凝土灌注工序后进行。

（2）筋笼顶部与振动装置应进行牢固连接。

（3）夹紧钢筋笼后方可起吊。钢筋笼下插时应采用双向线垂直度观察法，确保钢筋笼垂直度，钢筋笼下部尖端对准已桩位的中心。

（4）下插钢筋笼时，先利用振动锤与钢筋笼的自重缓慢下沉至最大深度，无法继续下沉时开启振动锤辅助下沉，防止过早启用振动锤振动导致中心偏差太大。钢筋笼一次性连续下放。

（5）开槽及桩间土清理应在成桩7天后待桩身强度满足规范要求后进行。

3.3.3 质量检测

灌注桩桩基检测应按照《港口工程桩基动力检测规程》（JTJ249-2001）的要求操作，所有的桩都进行低应变动力检测。钻芯取样应在桩身混凝土强度达到设计强度后进行，取样桩数量占总桩数的比例为3%。

4 施工难点及解决方案

长螺旋钻孔灌注桩施工不易出现常规工艺容易出现的断桩、缩径、塌孔等质量问题，施工质量较好。但长螺旋钻孔灌注桩施工中也出现过一些质量问题，汇总如下。

4.1 灌注桩垂直度不足

出现原因：

主要为场地不够平整，桩机未能对中，或者地质原因造成钻杆跑偏等情况。

控制措施：

（1）施工前进行场地整平，防止钻机偏斜。

（2）钻孔过程中实时检测钻杆的垂直度。

4.2 钢筋笼上浮

出现原因：

桩布置太密、施工时候相邻桩相互影响、桩周土被挤密造成钢筋笼上浮。

控制措施：

（1）相邻桩间距不超过1.3m时隔一个桩跳打施工，避免出现串孔现象。

（2）前一根桩桩身混凝土初凝完成后再进行下一根桩施工，前一个桩的钢筋笼不会上浮。

5 结束语

长螺旋钻孔灌注桩因其工效高、成本低而在工程中应用越来越多。本文结合京杭运河某基护岸工程，总结了长螺旋钻孔灌注桩施工现场难点并提出了解决方案，对长螺旋钻孔灌注桩施工的特点进行了分析，可为相似地质条件的项目提供参考。