全护筒钻孔灌注桩成桩施工工法

裴艳PEI Yan

（安徽省新路建设工程集团有限责任公司，阜阳236000）

0 引言

钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。由于其施工工艺成熟、承载力高、适用范围广已被广泛应用于公路、铁路桥梁等结构工程基础中。钻孔灌注桩的施工，因其所选护壁形成的不同，有泥浆护壁方式法和全护筒施工法两种。其中全护筒钻孔灌注桩施工过程中可以克服各土层与护筒之间的摩擦力，该技术利用专用设备使钢护筒穿过不利地层直至到达稳定的桩端持力层，在桩机钻孔施工中，利用钻孔设备掏除护筒中的渣土，确保钻孔灌注桩较好成桩的施工技术。这种方式不需要使用泥浆护壁，无泥浆污染，施工现场干净整洁，且不污染地下水，对周围居民、企业的生活与生产不产生影响，能满足高级别环保要求；且在细角砾土层、松散的砂层、流砂层、厚淤泥质层等特殊地质条件下，采用泥浆护壁也很难做到孔壁稳定，此种境况下采用全护筒施工技术就能很好的解决问题，可以使孔壁规则，无塌孔、扩孔现象。

现有的全护筒施工技术中，分段护筒普遍采用焊接，焊接时间较长，影响施工进度，且难以保证压入护筒的垂直度，需要随时用水准仪及铅垂校核其垂直度，费时费力。

因此，目前亟需寻求一种能施工快捷，保证垂直度，且具有反力系统的全护筒钻孔灌注桩成桩结构。

1 工艺特点

①全护筒钻孔灌注桩施工不需要使用泥浆护壁，无泥浆污染，施工现场干净整洁，且不污染地下水，对周围居民、企业的生活与生产不产生影响，能满足高级别环保要求。

②因地层等原因无法采用传统的钻孔灌注桩施工时，可采用该施工工艺，保证桩基工程的顺利进行。

③可解决常规全护筒钻孔灌注桩施工中分段护筒采用焊接，焊接时间较长，影响施工进度，且难以保证压入护筒的垂直度的问题。通过反力桩和反力地梁，让机械设备在设备固定梁上更稳固，增加了结构整体的抗浮力。

④全护筒结构体系简单，拼接和拆装快捷，节约工期且回收利用率高。

2 适用范围

①适用于细角砾土层、松散的砂层、流砂层、厚淤泥质层等特殊地质条件下。

②适用于泥浆护壁也很难做到孔壁稳定时。

3 工艺原理

全护筒钻孔灌注桩施工过程中可以克服各土层与护筒之间的摩擦力，该技术利用专用设备使钢护筒穿过不利地层直至到达稳定的桩端持力层，在桩机钻孔施工中，利用钻孔设备掏除护筒中的渣土，确保钻孔灌注桩较好成桩的施工技术。

4 工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

施工准备→放线定位→施工孔口稳固圈梁→施工反力桩→施工反力地梁→安装设备固定梁→安装顶压（上拔）机械设备→顶压设备打设护筒→钻机成孔→下放钢筋笼、灌注混凝土→上拔设备拔出护筒。

图1 全护筒钻孔灌注桩成桩体系的施工步骤图

4.2 操作要点

4.2.1 施工准备

①施工前，组织人员编制施工方案，方案按照要求审批完成后方可实施，组织人员做好材料、设备准备工作，对参与施工的人员做好技术交底，要求参与人员能掌握各工序的施工要点。②根据作业面多少及已编制施工进度计划，进行材料、机械设备的进场、安装、调试工作。

4.2.2 放线定位

按照设计图纸，做好桩位的测定且做好标记，以桩位为中心设置孔口稳固圈梁的直径范围，反力桩的桩位，为下一步施工做准备。

4.2.3 施工孔口稳固圈梁

孔口稳固圈梁为钢筋混凝土圆筒结构，孔口稳固圈梁的内壁设有凹槽，凹槽的形状、数量配合T 型钢的形状、数量设置，用于插设分段护筒的T 型钢翼缘。施工时采用预制钢筋混凝土圆筒，内径大于全护筒的外径，当全护筒进入孔口稳固圈梁时，孔口稳固圈梁将全护筒定位在打设位置。圆筒壁厚为10cm 厚，深度为3-10m，一般为5m，具体预制施工可参照市政井圈施工图集。开挖孔坑可采用旋挖转机，孔坑开挖好后进行孔口稳固圈梁的下放，下放时需注意好圈梁的垂直度。采用孔口稳固圈梁可以确保护筒定位准确，不但能防止由于护筒偏差造成的桩位偏差，还能确保护筒顺利入孔，减少下放护筒的摩擦力，保证护筒入孔的垂直度与稳定性，缩短全护筒插入时间，确保全护筒顺利插入。

4.2.4 施工反力桩

反力桩采用混凝土预制桩，不仅仅可提供静压全护筒时的抗拔力，以及上拔全护筒时的压力，在后期，混凝土预制桩能作锚桩使用，辅助完成桩体的静载试验。反力桩打设可采用打桩机，打设深度为10m，位于钻孔灌注桩的四角处，打设到位后地面上部要预留出1m，做为竖向锚固嵌入后期施工的反力地梁中浇筑成一个整体。

图2 反力系统的布置的平面图

4.2.5 施工反力地梁

反力桩施工完成后，可进行反力地梁的施工。施工时在反力桩上部施工横向地梁，将一侧的反力桩通过地梁连接一个整体。施工时先将反力梁预留钢筋与地梁钢筋整体安装，预留好地脚螺栓，再进行模板的安装，最后进行混凝土的浇筑。

4.2.6 安装设备固定梁

地梁施工完养护到期后即可进行设备固定梁的安装，安装设备固定梁通过地脚螺栓横跨固定在反力地梁两端，安装时应牢固稳定。

4.2.7 安装顶压（上拔）机械设备

机械设备包括用于打设护筒的顶压设备和用于拔除护筒的上拔设备。顶压设备可以是液压振动锤，当分段护筒11 靠自重无法下沉时，通过液压振动锤打设分段护筒11，直至钢筒14 底部到达设计深度的硬层。上拔设备可以是旋挖钻通过安装的机械设备进行打设和拔出护筒，不但能确保护筒的垂直度，还能防止因护筒垂直度的变化导致的桩体夹泥。

图3 护筒顶进与上拔的施工示意图

4.2.8 顶压设备打设护筒

打设护筒前，先进行护筒加工，钢护筒宜采用10mm或12mm 的螺旋管制作，首段伸入土层的护筒伸入端应安装环形切削刀头，减小全护筒下放的阻力。分段护筒由内侧的钢管和设置在钢管的外侧的T 型钢组成，每一分段护筒的上、下部端部各设一组T 型钢，每组T 型钢呈四等分对称布置。T 型钢设有螺栓孔，高强螺栓穿过T 型钢上的螺栓孔和连接钢板，连接分段护筒。相邻的分段护筒之间设有密封套环，确保钻孔施工时不漏水。

顶压设备可以用液压振动锤，当分段护筒靠自重无法下沉时，通过液压振动锤打设分段护筒，直至钢筒底部到达设计深度的硬层。

4.2.9 挖钻成孔

移除顶进设备，开始全护筒挖钻，钻进过程中每进尺5m，应检查孔位、孔径和钻孔倾斜度小于1%，若不满足应及时调整；钻孔应连续施工，停顿时间不宜过长。挖钻至设计桩孔深度，成孔钻机重新就位，施钻至设计桩底标高。

4.2.10 下放钢筋笼和灌注混凝土

当挖钻至离桩底设计标高约2-3m 时，技术人员进行验孔，钻孔验收合格后，开始钢筋笼下放，下放完成后应进行孔底清理，以确保沉渣符合设计或规范要求，及时进行混凝土灌注，混凝土灌注采用汽车泵，辅以桩基灌注施工方法进行灌注，为保证混凝土质量，混凝土应超灌0.5-1m 左右，护筒拔至最后一节时，应检查护筒内混凝土标高，如桩顶标高不够，应将护筒内泥浆清理干净，进行二次灌注。

4.2.11 上拔设备拔出护筒

混凝土混灌注完成后可进行拔除护筒。上拔设备可以是旋挖钻机，也可以是由夹持总成、遥控总成以及提供动力的动力总成，组成的起拔结构。通过机械设备拔出护筒，能保证护筒的垂直度，防止因护筒垂直度的变化导致桩身局部夹渣。在分段护筒的周侧设置顶进与上拨的反力系统，增加了结构整体的抗浮力，通过插入反力桩、浇筑反力地梁，可提供静压全护筒时的抗拔力，以及上拔全护筒时的压力。

5 材料与设备

5.1 材料

5.1.1 混凝土

水泥采用硅酸盐水泥；粗骨料选用坚硬碎石或卵石；细骨料选用级配合理、质地坚硬、颗粒洁净的天然中粗砂。制备好的混凝土坍落度为180-220mm，2 小时内析出的水分不大于混凝土的1.5%，由输送泵输送。

5.1.2 钢护筒

每节长6m，厚10mm，混凝土预制桩，预制圈梁。

5.2 设备

使用机具设备如表1。

表1 机具设备明细表

6 质量控制

6.1 工程质量控制标准

本施工方法严格遵照施工技术规范和行业施工技术规程等进行施工和质量控制。执行规范：《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）、《钻孔灌注桩施工技术规程》（DB 42/T 831-2012）、《钢筋焊接及验收规程》（JGJ 18-2012）等规范。

6.2 质量保证措施

6.2.1 注意事项

①开工前应该熟悉图纸，勘察施工场地，合理进行施工平面布置，提前确定机械进场路线。②开工前施工场地进行平整，地面标高应高于桩顶标高0.5-1m 为宜。③孔口稳固圈梁安置要位置准确、竖向垂直。④每次护筒使用完毕拔出后，及时安排人员清洗、修补，以提高周转率，进而提高经济效益。⑤施工过程中，应及时将钻渣清出场。安排专人负责清运，同时做好成品保护，且做好已测放桩位的保护。

6.2.2 技术措施

①桩位偏差控制措施：采用全站仪进行桩基放线前，先仔细审核图纸，保护好桩位点，钻机就位开钻前进行复核，钻机设备就位场地应平整，稳定。②钻孔垂直度控制措施：确保施工场地平整、压实。安装钻机时，利用经纬仪、全站仪对设备钻杆的垂直度进行校核，满足规范要求方可使用。定期检查钻头、钻杆、钻杆接头，发现问题及时维修或更换，发现钻头偏斜，应及时回填黏土冲平后再低速低压钻进。③钢筋笼安装措施：成孔验收后，立即吊放钢筋笼，吊放钢筋笼选择好吊点位置，吊放钢筋笼时应匀速慢放。在钢筋笼上安装混凝土预制件作为保护层的导向，用钢筋焊接在钢筋笼外侧。

7 安全措施

①实行项目安全责任制，并制定安全责任分级负责制，使安全责任落实到人。②每次拆换钻杆或钻头时，要迅速快捷，并保证联接牢靠。严防工具、铁器及螺帽等掉入孔内，必要时孔口应加护盖。③施工人员进入现场必须佩戴安全帽，登高作业必须穿防滑鞋，严禁酒后上岗作业。④安全标志、标识齐全，夜间施工，注意照明安全、交通安全、超重安全、用电安全几项措施，夜间施工有值班领导在场，特别在灌注水下混凝土时，必须有项目领导值班。⑤钻孔桩基坑要用护栏围起，并用较醒目的标记，以防人员和机械掉进基坑中。⑥施工时应提前做好防止恶劣天气影响施工的工作，遇恶劣天气时，应停止工作，加强对现场材料、机具的保护。⑦针对现场实际情况，经常分析施工中可能出现的不安全因素，制定预防对策。⑧桩基移动要有专人指挥，桩基司机与泵车要有可靠的联络信号。

8 环保措施

①严格遵守国家和地方的有关控制环境污染的法规，做到文明施工。②合理布置施工现场，做到工完场清。③严禁向现场抛掷建筑废料、残渣。各类废弃物应统一运至指定地点处理，并满足环保要求，防止机械弃油污染土壤及地下水。④组织现场施工人员开展环境保护培训教育，提高参建人员的环保意识。⑤施工现场必须平整、坚实，斜度不得过大，对于软弱地基，进行地基硬化。

9 效益分析

9.1 技术效益 采用孔口稳固圈梁可以确保护筒定位准确，不但能防止由于护筒偏差造成的桩位偏差，还能确保护筒顺利入孔，减少下放护筒的摩擦力，保证护筒入孔的垂直度与稳定性，缩短全护筒插入时间，确保全护筒顺利插入。

9.2 环境效益 本方法与现有全护筒施工技术相比，具有结构简单，拼接和拆装快捷，节约工期且回收利用率高。不需要使用泥浆护壁，无泥浆污染。现场整洁文明，适合在市区施工，噪声污染较小。

9.3 经济效益 孔壁规则，无塌孔、扩孔现象，无混凝土超方浪费。施工便捷，护筒材料可重复利用，可有效控制成本。

9.4 工期效益 能适用于多种复杂地质条件，钻孔高效，成孔率高，操作便捷，工期能有效得到保证。