复杂卵石地质条件下长螺旋后插钢筋笼施工工法洛阳正大.docx
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复杂卵石地质条件下长螺旋后插钢筋笼施工工法洛阳正大
复杂地质条件下长螺旋后插钢筋笼灌注桩施工工法
郑州分公司第十五项目经理部赵晓刚胡俊范祥祥孙景军牛慧杰
1.前言
在基坑施工中，经常会碰到复杂地质情况施工，填土层中各种废旧管线、混凝土块以及基坑支护留在土层中的土钉钢筋和钢绞线等地下障碍物，护坡桩附近又常常有需要保护的已有建筑物，施工难度大大增加。
如何对紧临建筑物侧基坑进行支护设计，选择合理的成桩工艺，确保质量、工期、安全，追求经济效益的最大化，成为基坑支护施工的重难点。
长螺旋钻孔后插钢筋笼施工工艺，能够有效处理浅层地下障碍物，同时具有穿透能力强、低噪音、无振动、施工效率高及质量容易控制等优点，并从根本上解决了泥浆污染和处理的难题，具有显著的经济效益和社会效益。
2工法特点
1）、穿透能力强，在卵石层等硬质地层中有效钻进、施工效率高，操作简便；
2）混凝土流动性好，石子能在混凝土中悬浮而不下沉，不会产生离析，放入钢筋笼容易；
3）、桩尖无虚土，有效避免了断桩、缩径、塌孔等施工通病，施工质量容易得到保证；
4）、噪音小、不扰民、不需要泥浆护壁不排污、不降水。
3、适用范围
本工法适用于建（构）筑物基础桩和基坑边坡的支护桩，适用于填土层、淤泥土层、卵石层及砂土层，也适用于有地下水的各种土层，亦可在软土层、流沙层等不良地质条件下成桩。
桩径一般采用500mm～800mm。
4、工艺原理：
长螺旋后插钢筋笼工艺利用长螺旋钻机钻孔至设计标高，停钻后在提钻的同时通过设在内钻杆的孔，压灌混凝土，压灌至设计桩顶标高后，移开钻机将钢筋笼压入桩体。
在压灌混凝土到桩顶时，灌入的混凝土要超出桩顶50cm，以保证桩顶混凝土强度。
5、工艺流程及操作要点：
图1长螺旋钻孔后置钢筋笼施工工艺流程图
前期准备，施工现场必须具备“三通一平”，保证设备能够自由正常行驶。
5.1测放桩位
根据支护方案，精确定位桩位，不要以支护为临时结构而放松对定位环节的重视，桩位的定位精度要严格控制，以便于后续支护桩预应力型锚索和腰梁的安装；
5.2障碍物处理
（1）对于废旧建筑物基础、混凝土地面以及池塘等地面可见障碍物，视情况采用人工或机械进行破碎清除。
（2）钻孔遇到原基坑支护的土钉或钢绞线时换用旧钻头低速钻进，利用钻杆将钢绞线切断后，再换用原钻头钻进。
图2基坑附近土钉墙图3障碍物清理
5.3钻机就位
就位前应核对图纸与桩位，确保就位符合设计要求，钻机必须铺垫平稳，确保机身平整，钻杆垂直稳定牢固。
对准桩位，压入土中，使桩中心偏差不大于规范和设计要求。
随时注意并校正钻杆的垂直度，垂直度允许偏差为1L%；
图4钻进就位
5.4钻孔、清泥：
开钻前必须检查钻头上的楔形出料口是否闭合，严禁开口钻进，钻尖接触地面时，下钻速度要慢，钻进速度宜控制在1.0～1.5m/min或根据试桩确定相关工艺参数。
钻进时应尽量减少钻杆晃动，以免孔径变化异常，钻出的土应随钻随清，钻至设计标高时，应将钻杆周围土方清除干净，钻进过程中应随时检查钻杆垂直度，确保钻杆垂直，并作好记录。
桩机就位对中，应匀速旋钻，均匀下沉，避免形成螺旋孔。
钻孔过程中排出的污泥（或泥浆）应随清随出，确保施工现场整洁便于桩机行走，严格控制桩长。
图5钻机钻进图6桩孔浮土清理
5.5终孔及砼灌注：
钻孔前，在钻杆上明确标记成孔深度，待钻至成孔深度标记处，保持该钻进深度继续钻1-2分钟，验收完毕后进行压灌砼作业。
灌注前应先提钻20～30cm，再开始泵压砼，保持钻尖上的叶片能顺利打开，提钻速度应与泵压砼的速度协调一致，始终保持钻杆内存有2米左右的砼为宜，砼的浇筑应超高桩顶设计标高50cm。
图7砼坍落度测试
5.6钢筋笼制作和吊放
混凝土浇筑完成后应立即清理孔口工作面并投放钢筋笼。
下放钢筋笼之前，要做到调直、对中；起吊时，要合理布置吊点，吊起钢筋笼头部的同时人工抬起钢筋笼底部，吊直扶稳过程中，至少由2名技术人员远距离垂直双方向控制指挥，严禁撞孔壁，确保钢筋笼保护层厚度为50mm；钢筋笼依靠自重沉入混凝土中应连续，当依靠自重不能继续插入时，开启振动装置使钢筋笼下沉到设计深度。
如遇下沉阻力过大，要及时拔出钢筋笼，重新成孔插入，将钢筋笼送入设计深度，并用水准仪监控桩顶标高，最终形成钢筋混凝土桩。
图8钢筋笼验收图9钢筋笼对中吊放
图10钢筋笼振动沉入
6、材料与设备：
6.1主要材料
细石商品混凝土，坍落度180-220mm。
6.2机具设备：
1）长螺旋钻孔机
目前长螺旋钻机型号众多，根据钻孔深度、桩径选择合适的钻机。
机型参数
DBCFG-B26
DBCFG-B28
DBCFG-B32
DBCFG-B36
回转角度
≤180。
≤180。
≤180。
≤180。
桩架总高
30.6
33.4
36.9
40.6
最大拔桩力
400KN
400KN
640KN
800KN
动力头电机
2×55KW
2×55KW
2×55KW
2×75KW
输出扭矩
65KN·M
65KN·M
65KN·M
130KN·M
钻孔直径
ф800mm
ф800mm
ф800mm
ф1000mm
钻孔深度
26m
28m
32m
36m
总质量
44t
49t
64t
106t
2）混凝土泵车
混凝土输送泵规格由泵送混凝土高度和泵送距离来确定，要注意保证泵送混凝土时有足够的压力。
混凝土理论输送量
50m3/t
最大泵送混凝土压力
13MPa
功率
75kw
料斗容积
0.8m3
上料高度
1280m
外形尺寸
5400*1860*1900mm
整机重量
5400kg
3）振动锤
图11振动锤
4）吊车
根据钢筋笼长度和重量选用25t吊车进行钢筋笼的吊放
5）其他机具
主要有小型挖掘机、铲车、铁锹、电焊机等。
7、质量控制
7.1规范和质量标准
1）采用的规范标准如下：
《建筑桩基技术规范（JGJ94－2008）》
《建筑机械使用安全技术规程（JGJ33—2012）》
《钢筋焊接及验收规程（JGJ18-2012）》
《建筑工程施工质量验收统一标准（GB50300-2013）》
《建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）》
2）质量标准
偏差值
项目
允许偏差
检查方法
钢筋笼直径
±10mm
用钢尺量
长度
±100mm
用钢尺量
主筋间距
±10mm
用钢尺量
箍筋间距
±20mm
用钢尺量
桩距允许偏差
5cm
用钢尺量
桩径
-20mm
钢尺量
桩长
10cm
测钻杆
垂直度
1/100L
测钻杆
桩位
70mm
量桩中心
孔深
+300mm
只深不浅，测钻杆长度
桩顶标高
+30mm-50mm
水准仪，需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体
砼充盈系数
＞1
检查每根桩的实际灌注量
7.2质量控制措施
1、砼堵管
产生的主要原因一般是：
砼配合比或坍落度小不符合要求，成桩时间过长导致砼初凝，吸进空气，导管过于弯折或者前后台配合不够紧密等。
控制措施：
1）保证粗骨料的粒径、砼的配合比和坍落度符合要求，加强对砼质量进行现场检测。
2）泵送管路避免大变径和尽量减少弯道设置，混凝土泵与钻机的距离不宜超过60m。
混凝土输送泵宜保持水平，长距离泵送时，泵管下面应用垫木垫实。
每次拆卸导管都必须清洗干净。
3）砼的泵送连续进行，保持料斗内砼的高度不低于400mm，防止吸进空气造成堵管。
4）成桩后，应及时消除钻杆及软管内残留砼，长时间停止时，应采清水将钻杆、泵管、砼泵清洗干净。
5）加强施工管理，保证前台钻机和后台砼泵车密切配合，及时发现和解决问题。
2、偏桩
一般有桩平移偏差和垂直度超标偏差两种。
多由于场地原因，桩机对位准确，地层等原因使钻孔对钻杆跑偏等原因造成。
控制措施：
1）施工前清除地下障碍，平整压实场地以防钻机偏斜。
2）放桩位时认真仔细，严格控制误差。
3）桩机的水平度和垂直度在开钻前和钻进过程中注意检查复核。
3、断桩，空心，夹层
由于提钻过快泵送砼跟不上提钻速度或者是相邻桩距离太近造成串孔。
控制措施：
1）保持砼灌注的连续性，可以采取加大砼泵量等措施。
2）严格控制提速，保证钻尖埋入砼面以下不小于1000mm。
3）如灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于砼的初凝时间时，应重新回钻成孔。
4）如发现串孔，应改为跳打法。
桩间距小于1.3m的饱和粉细砂及软土层部位，宜采取跳打的方法。
4、桩身砼收缩
一般通过外加剂和超灌予以解决，施工中保证充盈系数>1.0（正常情况下充盈系数为1.05～1.20）。
控制措施：
1）桩顶至少超灌50cm，并防止孔口土混入。
2）钻孔后，相邻已灌完桩的桩顶砼面迅速下沉，发生串孔，应改为跳打法。
5、钢筋笼沉入困难（无法下放到位）
由于砼配合比不好、土层中钢筋、大石头等障碍物存在、桩周土混入对桩产生挤密作用、钢筋笼因刚度不足而变形、钢筋笼长度过长等。
控制措施：
1）严格控制碎石粒径（最大粒径不宜大于30mm），改善砼配合比（宜采用河砂、掺入粉煤灰或外加剂）和坍落度（180～220mm）。
2）钻孔时低速钻进，遇有障碍物依靠钻头多次回钻清除障碍物.
3）选择合适的外加剂（缓凝高性能减水剂），并保证砼灌注量达到要求。
3）增强钢筋笼的刚度（主筋直径不小于18mm，钢筋笼底部加工成圆锥形、加密加劲箍筋），钢筋笼长度不宜超过22m。
4）钢筋笼起吊时必须夹紧，保持垂直和对中，并保证将振动锤的击振力通过导入管传到钢筋笼底部。
8、安全措施：
应遵照国家颁发的《建筑安装工程安全技术规程》和项目所在地颁发的有关安全规定执行，并落实以下安全注意事项：
1）进入施工现场要正确佩戴安全帽，高空作业穿防滑鞋系好安全带。
2）钻机移位时必须听从机长统一指挥。
3）钻机定位后必须垫实放稳，钻机机身垂直于地面，不得倾斜。
4）钻机开机前应认真检查设备，紧固螺栓，并进行试钻，机手操作要精神集中，不得擅自离岗。
5）吊装时钢筋笼捆绑牢固，避免起吊时碰撞相关人员和机械。
6）灌注桩的虚桩部分，灌完砼后及时填充或用夹板盖严，防止人员掉入。
7）各种电线、电缆及各种电器设备均应按操作规程架设，电工及机械操作人员应按时检查线路，发现问题及时整改。
9劳动力组合
序号
工种
人数
工作内容
1
指挥
1
指挥协调各工序操作，控制质量
2
操作员
2
按设计要求操作桩机，维修机械
3
砼放料工
1
放料灌注，保证施工连续性
4
杂工
3
负责钻杆浮土清理、钢筋笼下发
5
记录员
1
兼质量检查员，负责施工记录，操纵仪表
6
吊车司机
1
钢筋笼吊装
7
挖掘机司机
1
场地平整、桩头浮土清理
8
电工
1
负责钻机电缆的安装、检修
10、效益分析：
1）、长螺旋后插钢筋笼施工工艺，对地层适应性强，机械化程度高，施工速度快，综合经济效益好；
2）、与冲孔灌注桩相比，在同一地质条件下，每立方米混凝土承载力可提高0.55倍，施工工期可缩短50%以上；
3）、在地下水位以下施工时，可省去泥浆护壁，综合费用可节省15%~20%；
4）、提高成桩质量，长螺旋施工时，渣土随钻杆上的螺旋叶片卷出地面，钻杆密实孔径，对桩孔周围的土体有挤压、密实作用，不会出现塌孔的现象，能顺利钻进成孔；
5）、有利于文明施工：
长螺旋施工时，不用泥浆护壁，场地内不用挖泥浆池制备泥浆，不但节约了膨润土，而且很好地保护了场地内的环境；而旋挖钻施工时，从桩孔内掏出来的都是稀泥，对场地造成很大的污染，清理也很麻烦，而长螺旋桩施工完毕后只须将孔口虚土清理即可，有利于环境保护和文明施工。
11、应用实例：
洛阳正大国际城市广场西地块7#楼位于洛阳市洛南新区，地下3层，地上
50层、高度200m的超高层建筑。
基坑开挖深度为17.7米，其北侧8m紧邻已完工和回填完成的市民中心大楼，地下2层，地上7层，基础埋深为-10.0米（现地表标高为-1.7m）。
7#楼地貌单元属于洛河Ⅰ级阶地，桩基工程涉及的主要地层为：
⑴填土（Q4ml）：
杂色，以建筑垃圾及生活垃圾、粉质粘土、砖瓦块为主，土质不均，结构性差，局部为素填土，层厚0.50～4.20m。
⑵黄土状粉质粘土夹粉土（Q42al+pl）：
黄褐色，可塑～硬塑。
粉土稍湿～湿，稍密。
具有针状孔隙及大孔隙。
该层为新近堆积黄土层，结构性较差，强度较低。
属中压缩性土。
层厚1.40～4.80m，层顶标高140.60～142.90m。
⑶卵石（Q4al+pl）：
杂色，干～稍湿，中密为主，岩性成份主要为石英砂岩及火成岩，卵石一般粒径2～5cm，最大粒径超过15cm。
卵石含量约60～65%左右，充填物以圆砾、中粗砂及粘性土，局部含有砂和粘性土薄层。
层厚0.50～5.40m，层顶标高135.97～140.01m。
（3-2）含粘性土卵石（Q4al+pl）：
杂色，饱和，松散～稍密。
岩性成份主要为石英砂岩及火成岩，卵石一般粒径2～6cm，含量约为50～55%左右，粘性土以粉质粘土为主。
可塑状态，层厚0.00～1.60m，层顶标高134.29～138.16m。
（4）卵石（Q3al+pl）：
杂色，饱和，中密，局部密实。
岩性成份主要为石英砂岩、火成岩，卵石一般粒径3～8cm，最大粒径超过15cm。
卵石含量60～70%左右，充填物以圆砾、中粗砂及粘性土，局部含有砂和粘性土薄层。
卵石磨圆度较好，颗粒呈圆形或亚圆形，分选性较好，级配较好。
一般层厚0.60～13.50m，层顶标高130.83～135.72m。
地下水稳定水位埋深在自然地面下15.00～18.50m之间，相应稳定水位标高在127.10～128.07m之间。
本基坑地质条件及周边环境复杂，考虑到基坑北侧5m左右为已完工的市民中心大楼，基坑支护形式的选择要考虑北侧市民中心结构变形控制及抵抗土体侧压力两个方面因素。
基坑支护采用桩锚支护形式，通过计算确定该侧支护方案如下：
支护桩设计直径为800mm，桩长18m，桩间距为1.6m，砼强度为C30，灌注桩嵌固5m，配置16Φ22的纵向受力钢筋。
设置3道预应力锚索，桩锚支护详图见图12。
图127#楼排桩立面图
该工程自2014年7月开工，2014年8月25日护坡桩施工完成，共完成护坡桩116根，2014年10月25日开挖完成，至2015年4月30日沉降和水平位移观测，位移量均在合理范围内，支护效果见下图13。
图13基坑开挖后效果图
截止到2015年4月30日，监测结果如图14所示。
由图可知边坡顶部土体最大水平位移约9.2mm，最大沉降约10.5mm。
在土方开挖期间位移变化速率最大，开挖完成后水平和竖向位移趋于稳定。
图14 位移及沉降观测结果
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