AM 旋挖扩底桩同回转扩底桩施工技术的对比研究

王海俊（上海市基础工程集团有限公司，上海 200002）

近年来扩底桩技术在全国各地被广泛应用，相较于传统等截面抗拔桩仅靠桩周侧摩阻力提供侧阻，扩底抗拔桩通过改变桩端截面提高抗拔和抗压承载力，以较小的混凝土或水泥浆材料增加（＜5%）获取显著的承载力提高（＞30%）[1]。

扩底桩有多种不同工艺可供选择，其中 AM 旋挖扩底桩及回转扩底桩都是较为通用的工艺，本文将结合浦东机场南区地下交通枢纽及配套工程的试桩施工针对这两种工艺进行简单介绍，并重点研究其施工效率及质量的对比。

1 工程背景

1.1 工程概况

浦东机场南区地下交通枢纽及配套工程位于上海市浦东新区，浦东机场捷运区以东、飞翱路以西、浦东机场卫星厅以南和围场河路以北。总占地面积约 162.8 万 m2、总建筑面积约 220 万 m2、基坑面积约 51 万 m2。建筑主要为地上4 层，地下 3 层，国内混流，国际出发，达到分流航站楼，地下空间主要为综合交通枢纽。

1.2 地质条件

拟建场地属河口、砂嘴、砂岛相地貌类型，场地受古河道斜向切割，整体分为正常区和古河道区域，如图 1 所示。场地内浅层分布有第 ② 3 层和第 ③ 2 层砂质粉土层，砂性重，渗透性强。

图1 古河道范围

1.3 桩基概况

其中北区第一批扩底试桩共 9 根，其中 6 根采用 AM 旋挖扩底工艺施工，3 根采用 GPS-20 钻机回转扩底施工，具体参数如表 1 所示。

表1 扩底试桩参数

本次试桩最大桩深约为 68 m，旋挖扩底桩垂直度要求≤1/300、回转扩底桩垂直度要求≤1/200，有效桩长以上部分安装双套筒。

2 AM 旋挖扩底工艺简介

2.1 AM 旋挖扩底机理

AM 可视可控旋挖扩底桩是在直孔灌注桩施工流程中增加一道扩底工序而成，采用全液压切削挖掘、成孔时电脑管理影像追踪系统进行全程调控、配合液压铲斗进行桩底端或桩身水平切削扩大的可控可视的扩底灌注施工工艺。成孔全过程电脑控制，实现可视化操作，只要将设计数据输入操作室内的电脑管理装置，在电脑管理装置的指挥下完成扩底作业，扩底深度及直径均显示在电脑屏幕上，完成后可打印图像及数据[2]。

2.2 AM 旋挖扩底施工流程

（1）桩位放样：桩位放好后应及时处理保护，打好十字控制桩并做好保护措施，旋挖钻机就位对中，偏差小于2 cm。

（2）埋深钢护筒：旋挖钻机先钻一个比护筒直径略大的孔，深度比护筒略浅 50 cm，然后将护筒吊放入孔内采用旋挖钻机将其压入，并根据十字线，控制护筒中心位置，周边用粘土均匀回填并分层夯实。

（3）等径部成孔：护筒埋设完毕后，用泥浆泵向孔内注入稳定液，一般最快不超过 10 m/h，松散地层控制在 3 m/h，严格控制泥浆的质量；成孔至设计深度后进行一清。

（4）扩底：等径部成孔至设计标高后，更换扩底铲斗，在电脑置换中心的控制下进行扩底作业，扩底完成后采用清底铲斗进行二清。

（5）下放钢筋笼、导管：钢筋笼吊放采用吊车辅助下笼的方法，分 4 ～ 5 节吊装，做到上、下节笼的中心轴线重合。钢筋笼下放到位后，及时下放导管进行第三次清孔。

（6）混凝土浇筑：清孔后，在半小时内浇筑混凝土。

3 回转扩底工艺简介

3.1 回转扩底机理

扩底桩成孔是通过专用机械式扩孔钻头，在桩底旋转磨削土壁，在桩底形成一个扩大头。

当等直径成孔完毕，要进行桩端扩孔施工时，换上伞形扩孔钻头，在自重作用下，该钻头下支座向下垂，从而拉动斜撑，使整个可扩展刀展呈竖直向收拢状态，见图。当钻头放至孔底时，上支座在配重作用下向下移动，上支座与下支座之间的距离减小，由于刀架两头与上、下支座之间的铰结关系，使得刀片向两边扩展，见图。刀片在扩展的同时，也不断旋转切割周围的土体，达到扩孔的目的。当上支座下移至定位阀时，刀片便扩展到设计的角度，最终完成整个扩孔的施工，如图 2 所示。扩孔完成后，上支座上提，在下支座的自重作用下，整个钻头又收拢成原来形状，沿孔提出。

图2 回转扩底示意图

3.2 回转扩底施工流程

（1）下入扩底钻头，当钻头下入孔底后，在孔口标记下主动钻杆或机上钻杆的位置。

（2）以此位置为起点，向上量一个扩底钻头的扩底行程，即为终点。

（3）将扩底钻头提离孔底，使其处于悬吊状态。

（4）启动钻机和水泵，待钻机和水泵工作正常后即可开始扩底。

（5）扩底时利用卷扬机控制扩底钻头的扩底速度，为安全起见，扩底速度应越慢越好。一般情况下，卷扬机的放绳速度应保证主动钻杆以 10 mm/min 的速度下移，如果钻机震动太大，可进一步减少扩底速度。

（6）扩底速度不能过快，否则，将由于刀头切入太深，孔底阻力太大，极易损坏钻头的扩底翼和铰座等部位。

（7）当主动钻杆走完扩底行程后，说明扩底钻头在孔底已扩至预定直径，此时，可在原地继续回转 2 ～ 3 min 后即可迅速提钻。

其余工艺同普通的钻孔灌注桩施工工艺。

4 试桩作业效果分析

4.1 AM 旋挖扩底桩

本工程旋挖扩底试桩选用 SWDM-28 扩底旋挖机施工，主要成果如下。

（1）根据施工期间第三方检测结果，旋挖成孔的垂直度均 ≤1/300，满足设计要求。选用的 SWMD-28 型旋挖机进行等直径部分成孔可满足机场地区地质施工要求。选用AM 15 型扩底旋挖机，做到“可视、可控、全电脑化操作控制”，经检测扩底孔径满足设计要求。

（2）试桩采用人工造浆，旋挖成孔，一清钻斗撩抓，二清泵吸反循环清孔；过程中采用除砂机除砂。根据检测结果，泥浆指标、沉渣厚度等满足设计要求。

（3）充盈系数均 ＞1，平均为 1.08；满足规范及设计要求。

（4）本工程旋挖扩底灌注桩施工时间约 24 h；大面积工程桩施工时，应形成有效流水，进一步提高工效。

（5）桩身完整性检测均为一类桩，静载报告显示抗压试桩极限承载力 ≥12 000 kN，抗拔试桩极限承载力 ≥6 200 kN。

4.2 回转扩底桩

本工程回转扩底试桩选用 GPS-20 设备施工，主要成果如下。

（1）根据检测结果，成孔的垂直度均 ≤1/200，满足设计要求。选用的 GPS-20 型旋钻机进行等直径部分成孔可满足机场地区地质施工要求。选用 GPS-20 型钻机配合机械式扩底器，做到切削成设计要求的形状的效果，经检测扩底孔径满足设计要求。

（2）试桩采用人工造浆，GPS 成孔，一清正循环，二清泵吸反循环清孔；过程中采用除砂机除砂。根据检测结果，泥浆指标、沉渣厚度等满足设计要求。

（3）充盈系数均 ＞1，平均为 1.05；满足规范及设计要求。

（4）回转扩底灌注桩施工时间约 36 h（考虑除去双套管、应力计安装等影响因素）。大面积工程桩施工时，应形成有效流水，进一步提高工效。

（5）桩身完整性检测均为一类桩，静载报告显示抗压试桩极限承载力 ≥12 000 kN。

5 结 语

大直径扩底桩通过改变桩端截面提高抗拔和抗压承载力，能以较小的混凝土或水泥浆材料增加获取显著的承载力提高，因此被广泛应用于全国各地。本文就 AM 旋挖扩底桩同回转扩底桩两种施工技术就行了简单研究，施工数据显示在施工工效及成 孔垂直度控制两方面 AM 旋挖扩底工艺（24 h，1/300）较回转扩底工艺（36 h，1/200）有一定优势。但回转扩底工艺完成的灌注桩也能满足规范要求，两者的极限承载力均达到设计值，而且由于其设备较为普遍，因此施工费用上具有优势，因此实际工程可根据自身需要选择合适的工艺进行施工。