长螺旋灌注桩质量控制技术

黄步高

（中交一公局西南工程有限公司，成都 610000）

1 引言

长螺旋灌注桩是指在水泥粉煤灰碎石桩基础上改进得到的刚性桩，其在钢筋混凝土桩基施工中运用具有速度快、无泥浆污染、桩身强度高等优势。从研究现状来看，长螺旋钻孔灌注桩在华南、西南等地质条件复杂的地区应用仍处于尝试阶段，缺少相关技术规范，易出现施工质量不佳的情况。因此，从实践出发加强现场施工技术研究，提出长螺旋灌注桩质量控制技术，能为加速长螺旋钻孔灌注桩推广应用提供技术支撑。

2 项目概况

某办公建筑位于云南省昆明市，建筑面积约1.3万m2，高度约22 m，主体为混凝土框架结构。工程地基基础采用混凝土结构，基础桩为长螺旋钻孔管灌注桩，受力为端承摩擦桩，基础等级为甲等，混凝土结构环境类别为二a类。

3 桩基施工方案

在桩基施工阶段，勘察确认场地地基土分布复杂，地层分层为：①杂填土；②泥炭层；③粉土；④软塑~可塑高压缩性土层；⑤粉土。

杂填土以黏土为主，分布不均，夹随时；泥炭层极其软弱；粉土属于液化层，液化等级中等；从总体来看，地基土呈软弱态，压缩不连续，夹杂软塑、流塑等土层，强度变化异常。在综合分析的基础上，将粉土选为桩端持力层，极限端阻力标准值达1 700 kPa。结合地质条件，设计长螺旋灌注桩参数如表1所示，钢筋笼采用φ6 mm@100/200 mm螺旋筋，内设φ12 mm@2 000 mm加劲箍。

表1 项目长螺旋钻孔灌注桩参数

场地地下水主要分布在粉土层，稳定水位在地表下约0.2 m位置，包含上部孔隙水和下部承压水，受大气降水和地表水渗入补给，中间无良好隔水层。在场地含水丰富的情况下，土体回缩较快，通过振动沉管方式施工将对土体产生振动力和挤压力，给结构带来较大扰动[1]。在桩间距较小的情况下，易产生超孔隙水压力，导致土体膨胀、变形，引发断桩等问题，因此，需采用钻孔灌注桩施工方法，实现管内泵压混凝土后植钢筋笼成桩施工，施工工艺流程如图1所示。

图1 长螺旋钻孔灌注桩施工流程

4 灌注桩质量控制技术

4.1 施工准备

长螺旋灌注桩施工应提前进行设备、机具和材料准备，清理场地内道路，确保钻机、吊车等设备正常出入。对照施工图纸，对钢筋等材料进行抽检，现场试验确定桩身混凝土强度等级达C25，保证材料质量合格。对施工使用的设备进行安装、调试。在钻机准备阶段，考虑到桩处于松散土体中，周围存在粉土层，土体受剪切扰动易发生液化，在部分独立承台桩间距仅1.2 m的情况下，长时间施工易出现穿孔问题。为缩短钻进时间，尽可能减少对周围土体带来的扰动，按由北向南、由西向东的顺序施工，按挤土桩方式对桩距小的桩实施隔桩跳打，防止出现穿孔问题。

4.2 测量放线

在测量放线阶段，按设计单位提供的桩位平面图等确定轴线系统，反复检查确认系统误差满足规范要求[2]。按施工图现场丈量桩位，使用钢尺在桩位图中标注全部桩点位置，并确认具体位置。现场进行测量放线，误差控制在±10 mm范围内。使用水准仪引测，将标高控制点引至基坑内，施工过程中加强标高等参数测量和复核。

4.3 钻孔施工

工程选用空心长螺旋钻杆钻机作业，在钻机就位后，确认场地平稳，然后使用磁性线坠对塔身垂直度进行检查，调整钻杆中心对准孔中心，保证钻杆垂直度误差不超1%，如图2所示。铺设导管后，通过泵送预拌砂浆对导管和钻杆进行润湿。在钻进前将钻头对中，确认与桩位点偏差不超20 mm。重新测量钻杆垂直度，保证机械高度上钻杆垂直度误差不超3‰。将钻头封口后，缓慢下钻，速度控制在1.0~1.5 m/min。遭遇卡钻、异响等情况需立即停钻并确认原因，排除问题后才能重新作业。成孔期间禁止反转或提升钻杆，如需中断需将钻杆提升至地面，重新清洗钻头和封口后才能继续作业。钻杆长度较长，转动过程中易出现上部摆动较大的问题，应增设导向架加强摆动控制。下钻过程中通过跟踪测量，确保钻杆保持垂直和平稳，避免出现倾斜错位问题。若检查发现钻杆弯曲，需及时利用千斤顶调正。发现钻孔偏斜，将钻头吊住后，上下反复扫孔，实现纠正孔位的目标。在钻至持力层设计标高后，开启输送泵灌入混凝土，将钻杆预提100 mm左右，泵入混凝土后停顿10~20 s，加压确认钻杆内部充满混凝土后缓慢提升钻杆，确保孔底充满混凝土。穿越流塑状土需加强提钻速度控制，确认钻杆内混凝土量达0.1 m3以上。每次钻进前后应加强钻头、钻杆等部位检查，发现异常及时修补或更换。

图2 长螺旋钻孔灌注桩施工

4.4 泵压混凝土

利用设备高压泵送混凝土时应提前制作质量合格的混凝土，保证成桩效果。在现场施工期间，通过试验确认混凝土配比符合设计要求，并将坍落度控制在200~220 mm，确保混凝土和易性及流动性良好，避免后续出现管道堵塞等问题。使用碎石骨料进行混凝土拌和，检查确认粒径不超16 mm，制作时添加I级粉煤灰，用量至少达75 kg/m3。根据桩径选择地泵，在固定时应选择合适位置，缩短泵送距离的同时减少管路弯曲。结合施工经验，将地泵和桩机距离控制在60 m以内，灌注前利用清水清洗泵管，然后使用水泥砂浆润湿。开始压灌后，将钻头阀门打开，将钻杆提升200~300 mm，并连续泵送混凝土，实现边送边提钻，始终确认料斗内混凝土高度至少达400 mm，钻头埋入混凝土界面以下至少1.5 m。为防止泵管被泥浆堵塞，应时刻检查排气阀，发现异常及时处理，避免出现缩径、断桩等问题。混凝土在钻杆内持续流动的过程中，提钻过晚将导致水泥浆液被挤出，引发管道堵塞问题。现场应加强人工接续，加强提钻时间控制。结合土层情况，钻杆提升速度控制为1.2 m/min，在接近地面时放缓，清理孔口渣土，确保桩头质量合格。灌注高度略高于设计标高0.5 m，结束后及时清洗泵管、钻杆内残留的混凝土。

4.5 后植钢筋笼

完成混凝土灌注后，使用小型挖掘机将流出的泥浆清理干净，将钢筋笼转入悬挂器，使用吊车吊起。将钢筋笼做成锥形桩，在底部设置固定装置，确保钢筋笼插入后能及时找正桩中心位置，使拉绳充分受力。按设计要求制作钢筋笼，外侧设置50 mm厚保护层，采用C25混凝土垫块，沿横向圆周位置均匀布置4块，竖向位置间隔2 m布置1处，顶端设置吊环。对纵向钢筋进行接长焊接，确认交接位置焊接牢固。采用尺量检查法，确认主筋间距和直径允许偏差为±10 mm，长度允许偏差为±100 mm，箍筋间距允许偏差为±20 mm[3]。对骨架进行分节编号，下方使用方木铺垫，禁止堆放，以免钢筋笼发生变形。在混凝土灌入3 min内，通过导杆将钢筋笼插入桩孔，速度控制在1.3~1.6 m/min，使钢筋笼与地面保持垂直，对准孔口，依靠重力自然沉降后，开启振动器，使钢筋笼缓慢下沉至设计高度。在钢筋笼出现垂直偏差的情况下无法下插到位，需增加振动器的振动力度，确保下插到位。钢筋笼下放应为连续过程，中间避免停顿，并加强插入速度控制，避免过快。下插到指定深度后，将振动器关闭。利用钻机提升装置时每隔3 m开启一次振动器，增强混凝土密实性。在钢筋笼就位固定后，缓慢提升振动器，直至从孔口拔出，将周围溢出浮浆清理干净，将钢筋上的钢丝绳取下。虚桩长度至少800 mm，在混凝土面低于工作面时进行二次补料。在当前桩施工结束后，将机械移动至下根桩位。考虑到提钻时周围堆积的土壤可能导致桩位被遮盖，同时钻进支撑腿移动时可能触碰桩位点，引发桩位偏移问题，因此，需做好桩位复核，确认无误后才能继续施工。

4.6 质量检验

为加强成桩质量控制，选取连续6根桩进行试验，在单体桩基施工28 d后对成桩效果进行检验。按照成桩质量要求，混凝土充盈系数应大于1，需通过桩身完整性测试。桩位偏差不能超出d/4（d为桩径），且不超过150 mm，垂直度偏差不能超过1/100 mm，单桩承载力极差不超30%。如表2所示，从桩位偏差、垂直度偏差、单桩承载力等角度展开分析，最终确认6根桩均能通过桩身完整性测试，且单桩极限承载力均能达到1 700 kPa，验证了施工质量控制技术的有效性。由此可知，编制的长螺旋灌注桩施工方案具有推广价值。项目按施工方案进行桩基施工，加强长螺旋灌注桩质量控制，使工程一次性通过质量验收，大幅提高施工效率，同时削减了挤土效应和施工泥浆给周围建筑和地下管网造成的不利影响，为工程带来经济效益和社会效益。

表2 项目长螺旋灌注桩试桩结果

5 结语

作为成熟的地基施工工艺，长螺旋灌注桩应用广泛，但在复杂地层中运用需加强质量控制，确保取得较高的综合效益。结合云南地区复杂地层工程施工实践展开研究，通过分析水文地质条件，并结合地层特性提出长螺旋钻孔灌注桩施工技术，通过内部泵送混凝土和后植钢筋笼方式解决施工难题。在明确施工工艺流程的基础上，针对测量放样、钻孔施工等个环节加强质量控制，把握施工技术应用要点，确保灌注桩充分发挥强度高、低污染等优势，最终成功通过单桩承载力等测试。可见，科学运用长螺旋灌注桩质量控制技术能有效提高单桩成桩质量，降低施工对环境的干扰。