长螺旋钻孔灌注桩在水厂工程中的应用及质量控制

程 涛，柳彬彬，吴 笛，何秀铎，高 挺

1.中建安装集团有限公司，江苏 南京 210000

2.合肥供水集团有限公司，安徽 合肥 230011

1 工程概况

合肥六水厂提升改造工程项目位于合肥市蒙城北路与岗合路交叉口。六水厂现状设计供水60万m³/d，采用常规处理工艺，水源取自大房郢水库。该期新增30万m³/d的常规处理、深度处理工艺设施和生产废水收集调节设施，以及对现状60万m³/d规模的常规处理增加深度处理设施。该工程占地面积为39543.93m2，建筑面积为13417.89m2。

在城市水厂基础工程施工中，水厂构筑物基础会采用钻孔灌注桩作为桩基础，现场常用设备有旋挖机、回旋钻机。然而施工过程中难免会出现缩径、塌孔、沉渣过多等问题，且在施工过程中生成大量泥浆，同时施工场地内需要配备泥浆池、沉淀池。施工过程中需制作泥浆，施工完成后需弃置泥浆，拆除泥浆池，故其工艺对环境及施工场地要求较高。该工程构筑物基础主要采用桩基础+筏板形式，工程桩总共达到7304根。工程桩桩基数量大、施工周期长，施工场地土质较差、水塘较多，后期平整量大，场地标高不均匀，部分位置与原有厂区相互交错，对项目前期施工压力影响较大。根据工程特点及位置，计划对“V”形滤池、平流沉淀池采用长螺旋钻孔灌注桩施工工艺（见图1）。

图1 长螺旋钻孔灌注桩施工

2 工艺特点

（1）长螺旋钻孔桩桩机施工时，对周边环境要求低。桩机施工过程中采用干成孔作业，节省了制作泥浆、处理泥浆的环节，故长螺旋钻孔桩机成桩速度快、效率高，能够满足水厂建设要求。

（2）长螺旋钻孔桩桩机成桩后，桩身混凝土质量好，同时因混凝土从其机械长杆中压入，长螺旋成孔过程中会对孔周边土体产生挤压作用，故成桩后的桩身混凝土密实、无断桩、无缩径等，同时与周边土体结合较为密实。长螺旋钻孔施工工艺适用于黏土、淤泥流沙层、粉土、素填土、砂卵石层（粒径范围在0～10cm）地层，桩径为0.4～1.0m，桩长在30m以下，以及施工环境要求高的市政工程施工中。

3 工艺原理

长螺旋钻机钻至要求桩孔深度后，机械提钻与压入混凝土同时作业，通过机械施加内部压力，将混凝土从杆的中心送入已成孔中，再根据混凝土入桩的速率，将长螺旋钻杆钻孔施工时的旋转方向逆方向旋转将钻杆向上提动，等到混凝土灌注至要求标高时，再通过机械自身的振动杆振动将钢筋笼插入浇筑混凝土的桩孔中。钢筋笼的标高要根据现场压入振动杆已画好的位置来划线，避免高度错误，至此成桩。

4 工艺流程及操作要点

长螺旋钻孔灌注桩施工工艺流程见图2。

图2 长螺旋钻孔灌注桩施工流程图

（1）施工准备。对现场场地进行平整，相关机械进场并组装，现场临时道路准备。

（2）测量放线。①确定轴线控制系统：依据设计单位提供的桩位平面图、规划图及有关要求，通过计算确定轴线系统，放样后，对轴线系统进行反复检查，使控制系统误差达到规范要求，所有的轴线均按规范要求设置并加以保护，以便复测检查和验收。②桩位放样：利用轴线控制系统，按照施工图纸尺寸在现场丈量确定桩位，桩位放样误差控制在±10mm，桩位放样记录拟在正式施工前报监理工程师审批。

（3）钻机就位。机械移动到指定位置后，使用长螺旋机械的两个方向的垂直标杆检查塔身杆子的垂直度，在第一次钻孔前，应对桩机垂直度进行校对，然后调整机械钻杆使其中心对准孔中心，垂直度偏差应控制在机械高度的3‰以下，从而控制后期桩基桩孔的垂直度使其符合要求。需要指出的是，长螺旋钻机就位前，需要对施工区域地基进行压实处理，确保满足长螺旋机械施工要求。

（4）成孔。桩位点经验收合格，钻机就位，开始钻孔。先将钻机准备就位、调整平整，然后进行钻进，直至达到设计深度。

（5）混凝土泵送和机械提钻。混凝土灌注并成桩，钻至要求深度后，钻杆应向上提动一小段距离，以保证钻杆底部阀门能够打开，然后通过混凝土泵将管路中的混凝土打入孔底，同时也相应地提钻。泵车打料时，开始边打边拔钻杆，速度应控制在1.2～1.5m/min（现场实际情况可根据混凝土泵车功率大小进行相应的改变）。在第一泵打完料时，等料期间，钻杆继续运转，防止流沙埋钻，然后边打边拔，直至成桩。为确保不出现断桩现象，可以将提钻前的速度与泵输送混凝土的速度相匹配。超灌高度应比设计标高0.3～0.5m。

（6）钢筋笼后置。钢筋笼应做成锥形桩，便于后期钢筋笼插入混凝土，同时能够及时找正桩的中心位置。在钢筋笼的上部设置固定位置，固定位置点应牢固，确保拉绳能充分受力。在起吊过程中保证钢筋笼成品质量，缓缓通过导杆将钢筋笼插入孔中，插入时先依靠钢筋笼自身重量，然后利用机械上的振动锤，将钢筋笼振动入孔。在插入钢筋笼的过程中需严格控制钢筋笼插入速度，一般控制1.3～1.6m/min比较适宜，同时用仪器提前确定标高位置并划线，等钢筋笼插入至指定位置时，拔除钢筋笼上方的振动锤，取下钢筋上面的钢丝绳。

（7）移动钻机。待当前桩施工完成，将机械移动至下一根桩的位置进行施工，常采用跳打法施工。长螺旋钻提钻时，孔边会堆积较多的土，遮盖周边已放好桩位，有时钻机的支撑腿比较宽，在移动时会碰动周边桩位点，使原来定好的桩位发生偏移，故任何桩基施工前都应对桩位进行复核，保证桩基位置符合图纸设计要求。

（8）单体桩基施工完成28d后，按照设计要求对桩的单桩承载力等进行静载试验检测，检测桩基承载力等是否满足要求。

5 质量控制

5.1 质量控制要点

（1）混凝土必须严格按照配合比拌和，试验人员要经常对混凝土进行检测并做好现场试件。

（2）从源头把控，材料进场前对材料商明确相关要求，进场后要及时对材料进行取样复试，不符合的材料严禁使用。

（3）现场施工时要加强对施工各环节的管控，如对桩身长度、提钻速度、不间断灌注混凝土、混凝土量、混凝土料与提管的顺序等的管控，不符合图纸及施工规范要求的地方要进行整改，并对整改结果进行复查，确保整改成效。

（4）桩基施工时，要全程跟班监督。

5.2 常见问题及处理措施

（1）混凝土管不通，堵塞。①混凝土配合比不符合长螺旋施工要求。长螺旋钻机在施工时对混凝土和易性有所要求，一旦和易性较差，会导致堵管现象，因此要做混凝土的配合比试验，符合要求后方可进行后续混凝土施工，坍落度应控制在180～220mm。②商品混凝土质量差。在施工过程中，泵送混凝土主要通过连接管道将其运送至机械中心杆内。混凝土能否顺畅运送至桩孔内需要结合混凝土和易性来看，混凝土和易性较好，其水泥浆能够润滑钻杆，从而便于混凝土的输送。现场施工实践中，主要通过判断坍落度大小来判断混凝土是否顺畅施工至孔内。如果坍落度太大，在外界泵的作用下，混凝土极易形成离析，从而堵管；如果坍落度太小，混凝土在管道内的流动不顺畅，会导致管道不通、堵塞。③人员不熟练，机械操作存在问题。钻杆管内混凝土形成连续流时，需提升钻头。如果钻头提升时间不当，混凝土就会在泵的压力下将钻头处的水泥浆挤出，导致管道拥堵。④冬期施工未采用相应的措施，未对混凝土泵管及弯头采取防冻措施，从而使混凝土管或弯头处的混凝土凝固，造成堵管。进入冬期施工时，可适当考虑加热水提高混凝土出料温度，热水温度要适宜，不宜太高，否则会使混凝土初凝时间提前，导致管路不通，影响现场成桩质量。⑤机械设备存在问题。若设备上弯头半径与实际使用要求不符，弯头位置不能与钻杆有效连接，则弯头及其连接处均需弧度合理、连接顺畅，方便泵送。同时要经常清洗泵管，避免管线内经混凝土长期使用后形成凝结点，这对泵的后续使用影响较大。

（2）窜孔。如果施工区域土质为淤泥土、粉细土，则成桩会出现窜孔现象。在上一根桩施工完成后进行下一根桩基施工时，钻孔后会出现刚成桩的混凝土在混凝土面未初凝的情况下而下沉的现象；而当另外一根桩灌注混凝土时，前面施工成桩的桩顶开始回升，造成两孔混凝土同时升起来，形成窜孔现象。发生窜孔现象时要注意是否是以下原因导致的：施工区域的土里面有流沙层、淤泥土或者粉细沙土；钻孔时叶片对周边土体产生扰动；钻孔时间过长，使土体变松散。此时可采取以下措施：采取桩基间隔施工的方法；窜孔严重区域尽量采取间断施工，以减少对已完成的桩基的扰动；钻进速度要根据现场地质条件进行适当调整。

（3）桩头空芯。出现桩头空芯的最大原因是机械原有空气阀门工作不正常，机械钻孔时管内空气较多，在混凝土泵入的时候，排气阀不能有效地将空气排出来，这样致使桩里面有气体，形成空芯。为了避免这种现象，应经常检查空气阀门的工作状态，发现异常要及时处理。

（4）桩端不饱满。施工过程中可能会先打开钻杆内的阀门，将钻杆先提升，桩孔内再泵入混凝土。此时间差可能会导致桩头上的土掉入桩顶上部或者由于孔内水丰富使混凝土无法有效将水挤出，从而对桩身质量产生影响。后续施工时为避免类似现象，应要求工人做好工序衔接，确保提钻后能够迅速泵入混凝土。

6 技术意义及效益

长螺旋钻钻孔灌注桩施工与传统桩基施工工艺相比，具有速度快、成本低、环境污染小、施工噪声小的特点，比深层搅拌桩加固效果更好，承载力更高。

（1）成本低。长螺旋施工工艺在桩基施工中，施工造价比传统桩基施工低25～30元/m，减少了工程施工成本。

（2）速度快。长螺旋钻在该工程施工中每天能施工60～70根，而旋挖机施工成桩每天仅能达到30根左右，如果扣除夜间施工因素，每天只能施工20～22根。长螺旋施工工艺极大地缩短了工程工期，加快了工程的施工进度。

（3）成桩质量较好。长螺旋钻孔桩一次成孔，混凝土一次浇筑，且施工过程中对周边土体有挤压效果，成桩质量高，在实际检测过程中，长螺旋钻孔桩桩基检测效果较好，单桩承载力高。

（4）对环境影响小、噪声小。与旋挖机施工相比，长螺旋钻法对土体挤压较小，对毗邻建筑物影响小；施工时噪声小，无泥浆等废水排放，对周边环境影响小。

综上，长螺旋钻孔灌注桩施工优点较多，在工程实践中有较好的应用前景，特别是在水厂工程桩基础施工过程中成桩效果好、承载力高，在当今环保要求越来越严格的城市施工中具有较大的发展空间。