长螺旋钻管内泵压混凝土灌注桩单桩承载力的影响因素及解决方法

张 扬

（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建厦门 361006）

1 工程概况

迎宾大道沿线及周边分布大片水塘，水塘内水深约100～150 cm，需筑坝、抽水、清淤、换填后，再进行CFG桩作业。迎宾大道沿线杂填土以黏性土为主，含有中粗砂、碎石、块石、建筑垃圾、生活垃圾等硬杂物，硬杂质含量约占30%～40%，该层厚度0.50～8.40 m，潜水埋深0.4～4.5 m，影响CFG桩作业。CFG桩桩径为600 mm，间距2.0～2.5 m，按等边三角形布置，桩体进入持力层深度为0.5 m，桩身用C15混凝土。单桩承载力至少达170 kN，基于各桩体所组成的复合地基的承载力标准值视桩间距而定，2.0 m时为150 kPa，2.5 m时为130 kPa，桩顶采用现浇C20钢筋混凝土托板，桩位基准线与道路中心线重合。

2 单桩承载力分析

按如下方法展开计算，确定单桩承载力极限值：

式中：Qs——极限摩阻（kPa）；R——单桩承载力设计值（kN）；qp——强风化花岗岩阻力（kPa）；Qp——极限端阻（kPa）；li——土层厚度（m）；d——桩直径（m）qsi——阻力（kPa）；。

Qmax=603 kN，实际成桩Qmin=987 kN。相较于设计值而言，单桩承载力有63%的增幅。说明相比普通泥浆护壁桩的施工方法，所采取的全新方法可有效改善土层的性质，Qs、Qp值均有大幅度提高，综合应用效果较好。

3 长螺旋钻管内泵压混凝土灌注桩提高承载力的因素分析

（1）以较快的速度钻进，缓解孔内渗流现象，减少积水量。

（2）长螺旋具备较强的自进力，同时在运行期间伴有回转离心力，通过外力的作用达到挤压土体的效果。

（3）泵送施工条件较佳，得益于混凝土的流动性，能够有效向孔壁处渗透，扩宽作用范围。

（4）钻头稳定可靠，孔底无明显的沉渣现象。

（5）钻孔应力释放小，考虑Ф600、Ф400桩，分别对各自的极限承载力展开计算，Q600=1 434 kN；Q400=903 kN。

实测结果表明，Q600=2 280 kN、Q400=1 620 kN，将其与上述所提的计算结果展开对比分析，可知Ф600、Ф400桩的单桩极限承载力均有明显提高，幅度分别为58%、79%。

（6）混凝土灌注施工条件良好，具有连续性，无桩身局部密实度不足等质量问题。

4 提高桩体承载力的方法

4.1 加强原材料的质量控制要求

（1）水泥：42.5级及以上的普通硅酸盐水泥，除质量合格证等资料外，还应考虑储存时间对水泥性质的影响，超过3个月后，在使用前组织试验对水泥的质量做出判断。

（2）粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰或Ⅲ级粉煤灰，细度要求（0.045 mm方筛孔筛余）分别为不超过25%、不超过45%，烧失量要求分别为小于8%、不超过45%。除此之外，要求粉煤灰的粒径为0.001～2 mm。

（3）粗集料：以级配碎石或砾石为宜，要求洁净，不可残留垃圾等杂物。最大粒径要求为碎石不超过20 mm、砾石不超过25 mm。

（4）砂：保持洁净状态，重点控制含泥量，该指标不宜超过5%。

（5）水：以饮用水为宜，SO42-的含量≤2 700 mg/L、Cl-的含量≤3 500 mg/L，pH值不宜低于4.5，否则在酸性状态下易影响混凝土的综合性能。

4.2 提高钻进速度

在钻头现有规格的基础上改进，切实提高钻进速度，以免因长时间钻进，导致土体失稳。以设计图纸为准，从26轴开始，向1轴方向有序推进，低于4倍桩距的桩统一采取隔桩跳打的施工方法。若出现窜孔的情况，及时暂停钻进作业，持续泵料，确保下降的桩混凝土面能够恢复至原位。混凝土应具有和易性，坍落度控制在21～25 cm，以施工需求、实际环境（运输距离等）为参考，掺入适量外加剂，用于改善混凝土的性能。

4.3 保证混凝土泵送的连续性

混凝土的泵送作业应具有连续性，在钻机移位过程中，料斗内的混凝土应始终处于搅拌的状态。为避免管道因吸入空气而堵管的情况，泵送作业时混凝土高度应达到400 mm或视实际情况合理增加。管道接头、垫圈等均是泵送施工中的关键装置，应对其采取密封处理措施，以免水泥砂浆从不严密处漏出。施工后，及时清理管道、泵等装置内残留的混凝土，以免出现硬结成块的情况[1]。

4.4 缩短管内泵送时间

泵管的布置遵循平顺的原则，尽可能减少弯道的数量，以便混凝土可高效流动。调整泵与钻机的位置，两者距离最大为60 m。随着钻进作业的持续开展，待钻进至持力层后，开始灌注混凝土，且钻杆可预提100 mm，保持该悬停状态约20～30 s后开始加大压力，正式进入混凝土灌注施工环节。

若输送管和钻杆芯管内均有足量的混凝土，则匀速向上提升钻杆，速度控制无特定的标准，具体以现场地质条件为准。粉砂层、粉土层的提升速度应稳定在0.8～1.2 m/min，遇粉质黏土时适当降低速度，0.6 m/min以内较为合适。以现场施工需求为准，拌和站生产足量质量达标的混凝土，避免现场停机等料现象，但需避免混凝土用量过多的情况。施工人员加强对排气阀的检查，不可堵塞。

4.5 施工注意事项

（1）长螺旋钻管内泵压施工时，每盘料的搅拌时间不应小于60 s，混合料坍落度控制在160～200 cm；振动沉管施工时不得跳打，每盘料的搅拌时间不应小于60 s，混合料坍落度控制在30～50 cm。

（2）成桩施工时，由路基中心线向两侧推进，严禁从两侧向中间推进，以避免由于土的侧向挤压作用使地基向两侧移动，造成成品桩断裂。

（3）长螺旋钻管内泵压施工时，拔管速率一般控制为2.0～3.0 m/min，成桩过程应连续进行，应避免后继供料慢，导致停机待料。

（4）振动沉管施工时，拔管速率控制为1.2～1.5 m/min，不允许反插、留振；在拔管的同时，应采用自动测量装置监控管内混合料顶面高程的变化，防止管内混合料随管上浮和空管提拔；导管的内壁应光滑，接头平顺。

5 施工技术要点

5.1 沉管成孔

本项目遵循先慢后快的原则，在确保各项施工条件均无误后方可加快沉管成孔的速度，此方式可减少沉管的晃动量，有利于施工人员及时发现桩孔的偏差，以便采取纠偏措施。沉管施工期间，首先向孔中投1～2斗料，利用该部分填料阻止孔隙水进入管内，减小其对成桩质量的不良影响。沉管施工时全面记录数据，作为质量分析的依据。若沉管摇晃或钻进难度明显加大，则应放慢进尺，以免发生桩孔偏斜、位移等异常现象。施工人员应做到全方位控制，如钻进速度、沉管姿态，桩体在穿透淤泥层后，进入持力层的深度需达到0.5 m以上，以维持桩体的稳定性。

5.2 投料

本项目制备C15混凝土，通过出厂质量检验后运输至现场，作为桩身浇筑施工的材料。沉管到位后停机，经检查后若无误，则向管内投料，保证混合料与进料口可呈齐平的关系。混凝土的灌注作业应具有连续性，以保证桩体质量的均匀性。以设计灌注量为参照，要求实际用料量不少于该值，成桩后，浮浆厚度最大为20 cm，超过该值会影响桩体的质量。混凝土浇筑施工时制作标准养护试块（要求每班组各一组），待其达到设计强度要求后拆模，转至养护室内，做好养护工作，以判断混凝土的强度。

5.3 拔管

本项目留振5～10 s后可拔管，速度稳定在1.2～1.5 m/min之间，遇淤泥质土层时可在该基础上放慢速度。拔管施工期间不可反插，若存在上料量不足的情况，应在拔管时同步投料，确保最终桩顶标高具有合理性，应超过设计标高0.5 m。按上述方法顺利拔出沉管后，检查沉桩质量，均满足要求则用粒状材料封顶。

5.4 清土、截桩

本项目加强了对桩头的保护，若强度或龄期不满足要求，应禁止重型机械碾压。成桩24 h后，通过小型机械设备与人工相结合的方式高效清土，将产生的渣土外运至指定区域。小型机械运行过程中，挖土需离开桩边20 cm，余土由施工人员进一步处理，在机械和人工的合理搭配后，能够保证清土的效果，可避免桩体受损的情况。坑底预留20 cm土层，该部分由人工先清理、后找平，使其保持洁净、平整的状态；人工截桩环节，用3根钢钎间隔120°设置，沿径向楔入桩体内，期间加强观察与防护，在上部桩体断开后，使用小纤适度修整，凿除凸出部分。

6 结语

综上所述，长螺旋钻孔注浆灌注桩具有适用范围广、施工效果好等多重应用优势，作为一种新型施工方式，其在实践中尚有诸多有待解决的问题，但随着施工技术的逐步优化，将发挥更为显著的作用。通过与传统方式的对比可知，长螺旋钻孔注浆灌注桩的应用效果显著，具有研究价值和推广价值。