长螺旋钻孔灌注桩施工工法.docx
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长螺旋钻孔灌注桩施工工法
长螺旋钻孔灌注桩施工工法
中铁二局股份有限公司城通公司
1.前言
在城市修建地铁，不可避免地要施工钻孔灌注桩作为围护结构或抗拔桩、承重桩等，传统上使用回旋钻、旋挖钻施工中不可避免产生坍孔、缩径、沉渣过厚等质量问题，且过程中需要大量泥浆护壁，需要泥浆制作、循环、弃置场地，在城市修建地铁往往没有场地供上述工序使用。
若在地铁施工过程中采用长螺旋工法施工钻孔灌注桩，除能缩短施工工期、提高功效、保证钻孔灌注桩成桩质量外，且能避免因钻孔桩施工对周边环境产生污染、沉降等不良影响。
本工法具有动力足、钻进能力强、功效高、成桩质量好、环境影响小等优点，可广泛应用于地铁钻孔灌注桩施工领域。
2.工法特点
2.1成桩质量好：
由于混凝土是从钻杆中心压入孔中，混凝土具有密实、无断桩、无缩颈等特点，并对桩孔周围土有渗透、挤密作用。
2.2施工环境要求小：
由于减少了泥浆制作、循环、弃置等环节，具有成桩快、施工环境污染小等特点，能满足城市地下施工的高环保要求。
3.适用范围
适应于粘土、粉土、素填土、软土、流沙层、砂卵石层（粒径范围在0～10cm）地层，桩径范围400～1000mm，桩长≤30m，以及施工环境保护要求高的市政工程施工。
4.工艺原理
利用长螺旋钻机钻孔至设计深度后，在提钻的同时利用混凝土泵通过钻杆中心通道，以一定压力将混凝土压至桩孔中，同时根据灌注速度反转提升钻杆，混凝土灌注到设定标高后，再借助钢筋笼自重或专用振动设备将钢筋笼插入混凝土中至设计标高，形成的钢筋混凝土灌注桩。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
施工准备→测量放线→钻机就位→钻进至设计深度→泵送压灌混凝土成桩→均匀提钻至桩顶→后插钢筋笼→钻机移位。
施工准备
测量放线
钻机就位
钻进至设计深度
泵送压灌混凝土成桩
混凝土制备
均匀提钻至桩顶
后插钢筋笼
混凝土制备
钻机移位
工艺流程图
5.2操作要点
⑴场地平整及测量放线
对施工场地进行平整后进行测量放线，测出场地内地面标高，以确定桩顶埋深，根据设计图纸的结构边线关系，测放转角起始及结束桩位及相关控制点，并仔细复核，考虑到施工开挖可能破坏测量点，故在放样过程中必要时制作护桩。
⑵钻机就位
钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，首次钻孔前用全站仪进行桩机垂直度校正，再移机使钻杆垂直对准桩位中心，垂直度偏差≤0.3%H，以确保桩身垂直度容许偏差在允许范围内。
⑶钻进成孔
钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进。
钻进速度先慢后快，地表以下3m钻进速度不宜大于1m/min，钻进3m后钻进速度提升至2m/min直至钻进施工完成，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。
在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，则放慢进尺，以避免造成桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。
当钻头到达设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。
当动力头底面达到标记处桩长即满足设计要求。
施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。
根据不同位置及类型的桩制定桩信息表格，计算出每根桩的类型、深度及位置等信息，方便施工现场查阅。
⑷灌注及拔钻
成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送细石混凝土（配合比为：
水泥345kg，掺合料65kg，水190kg，砂760kg，碎石1030kg，碎石粒径为5-15mm，外加剂10kg），混凝土泵理论输送量为80m3/h，出口压力为13MPa。
当钻杆心充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。
成桩的提拔速度按90cm～110cm∕分钟之间进行控制，成桩过程宜连续同步进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。
施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量，桩顶标高宜高于设计标高50cm。
⑸后插钢筋笼
将地面上加工好的钢筋笼，采用汽车吊一次起吊，在钢筋笼中插入2T离心式振动器连接壁厚16mm、外径159mm、长度比钢筋笼总长长2m的厚壁钢管的振动杆，启动振动器，振动杆连同整幅钢筋笼一次连续的插入混凝土素桩内，插入速度控制在6m/min左右，在插入过程中严格检查控制钢筋笼的垂直度，钢筋笼全部插入到位后，检查孔口钢筋笼顶部标高，满足要求后进行下一步工作。
⑹钻机移位
当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工，一般采取跳桩施工。
施工时由于长螺旋桩的出土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。
因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核校准，保证桩位准确。
5.3劳动力组织（见表5.3）。
表5.3劳动力组织情况表
序号
类别
人数
负责内容
1
钻工作业班长
2
班组生产进度、质量、安全
2
钻工
6
灌注桩施工
3
螺旋桩施工班长
4
班组生产进度、质量、安全
4
混凝土工
6
混凝土施工
5
电焊工
9
钢筋笼制作、安装
6
普工
6
场地保洁
7
电工
1
电器设备维修
6.材料与设备
本工法除浇筑砼需采用细石混凝土外其它无需特别说明的材料，采用的机具设备见表6。
表6.1机械设备表
序号
设备名称
型号
单位
数量
用途
1
长螺旋钻机
CFG-32
台
1
钻进及灌注
2
混凝土泵
HBT80
台
1
泵送砼
3
挖机
PC60
台
1
清理土方
4
全站仪
徕卡1202
台
1
放线
5
水准仪
DSZ3
台
1
抄标高
6
吊车
QY25A
台
1
钢筋笼下放
6
电焊机
/
台
4
钢筋笼制作
表6.2钻机性能参数表
机械名称
电机功率（kw）
回转速度（r/min）
回转扭矩（N.m）
钻进下压力（N）
钻进速度（m/min）
灌注砼提钻速度（m/min）
长螺旋钻机CFG-32
30
81
3400
2800
1-2
0.9-1.1
7.质量控制
7.1工程质量控制标准
表7.1.1成桩允许偏差
序号
内容
允许偏差或允许值
检查方法
1
钢筋笼主筋间距
±10mm
用钢尺量
2
钢筋长度
±50mm
用钢尺量
3
桩位
支护桩延基坑侧壁方向100mm，垂直基坑侧壁方向150mm；工程桩满足GB50202表5.1.4中干成孔灌注桩要求
用钢尺和全站仪量测
4
孔深
0，+300mm
测钻杆
5
钢筋笼箍筋间距
±20mm
用钢尺量
6
钢筋笼直径
±10mm
用钢尺量
7
钢筋笼安装深度
±100mm
用钢尺量
8
桩径
0，+50mm
用钢尺量
9
垂直度
不大于0.3%H
用全站仪／钻机水平尺
10
桩顶标高
+30mm，-20mm
用水准仪测量
11
保护层厚度
±20mm
用钢尺量
12
混凝土坍落度
180～220mm
用坍落度仪量测
13
混凝土充盈系数
1.0～1.3
检查每根桩的实灌量
7.2质量保证措施
7.2.1防止导管堵塞的措施
由于混凝土配比或塌落度不符合要求、导管过于弯折或者前后台配合不够紧密。
控制措施：
（1）保证骨料的粒径、混凝土的配比和塌落度符合要求。
（2）灌注管路避免过大变径和弯折，每次拆卸导管都必须清洗干净。
（3）加强施工管理，保证前后台配合紧密，及时发现和解决问题。
7.2.2防止偏桩的措施
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，桩机对位不仔细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。
7.2.3防止产生断桩、夹层的措施
由于提钻太快泵送砼跟不上提钻速度或者是相邻桩太近串孔造成。
控制措施：
（1）保持砼灌注的连续性，可以采取加大砼泵量，配备储料罐等措施。
（2）严格控制提速，确保中心钻杆内有0.1m3以上的混凝土，如灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于混凝土的初凝时间时，应重新成孔灌桩。
7.2.4防止桩身砼强度不足的措施
压灌桩受泵送混凝土和后插钢筋的技术要求，塌落度一般不小于18--22cm，因此要求和易性好。
配比中一般加粉煤灰，这样砼前期强度低，加上采用细石混凝土，如果不注意对用水量的控制容易造成砼强度低。
控制措施：
（1）合理选择外加剂。
尽量用早强型减水剂代替普通泵送剂。
（2）粉煤灰的选用要经过配比试验以确定掺量，粉煤灰至少应选用II级灰。
7.2.5防止桩身砼收缩的措施
桩身回缩是普遍现象，一般通过外加剂和超灌予以解决，施工中保证充盈系数>1。
控制措施：
（1）桩顶至少超灌0.5m，并防止孔口土混入。
（2）选择减水效果好的减水剂。
7.2.6防止桩头发生质量问题的措施
多为夹泥、气泡、砼不足、浮浆太厚等，一般是由于操作控制不当造成。
控制措施：
（1）及时清除或外运桩口出土，防止下笼时混入砼中。
（2）保持钻杆顶端气阀开启自如，防止砼中积气造成桩顶砼含气泡。
（3）桩顶浮浆多因孔内出水或砼离析造成，应超灌排除浮浆后才终孔成桩。
（4）按规定要求进行振捣，并保证振捣质量。
7.2.7防止钢筋笼下沉的措施
钢筋笼下沉一般随砼收缩而出现，有时由于桩顶钢筋笼固定措施不当造成。
控制措施：
（1）避免砼收缩从而防止笼子下沉。
（2）笼顶必须用铁丝加支架固定，4小时后才可以拆除。
7.2.8防止钢筋笼无法沉入的措施
多由于砼配合比不好或桩周土对桩身产生挤密作用。
控制措施：
（1）改善混凝土配合比，保证粗骨料的级配和粒径满足要求。
（2）选择合适的外加剂，并保证砼灌注量达到要求。
（3）确保钢筋笼制作质量达标，并在笼身上加焊定位筋。
（4）吊放钢筋笼时保证垂直和对位准确。
（5）加强地泵及泵管的保养及维护，避免出现堵管现场，确保混凝土浇筑过程连续。
7.2.9防止钢筋笼上浮的措施
由于相邻桩间距太近在施工时砼串孔或桩周土壤挤密作用造成前一支桩钢筋笼上浮。
控制措施：
（1）在相邻桩间距太近时进行跳打，保证砼不串孔，只要桩初凝后钢筋笼一般不会再上浮。
（2）控制好相邻桩的施工时间间隔。
8.安全措施
8.1起重机械在使用和行走时，有良好的道路；吊机和其它设备组装、钢筋笼吊装要有专职起重工负责指挥，起吊时必须检查距尾部的回转半径外1000mm内无障碍物，起重机的稳定性，制动器的可靠性、吊点和钢筋笼的牢固程度确认可靠，应先吊离地面20～50cm，检查排除不安全因素后，方可起吊。
8.2电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。
8.3施工现场使用的手持照明灯使用36V的安全电压。
8.4不得指派无电工执照人员进行电气设备的安装、维修工作；非专业电气工作人员，严禁乱动电动设备。
专业电工人员必须认真执行有关规程和规定，坚持按电工执照中批准的工作范围工作，自觉抵制任何方面的违章作业命令，必要时向安全部门报告；加强电气防火工作，采取必要的电气防火措施，配备电气专用灭火剂等。
9.环保措施
9.1施工现场的用水、用电设施严格按规范和安全操作规程安装和使用，临时接用要提出申请，按批复实施，严禁随意乱接水、接电，施工现场及现场休息室严禁使用电炉、碘钨灯等烧水、取暖。
9.2砼浇注期间，必须设专人负责在搅拌站和施工现场清理搅拌车的砼进料口和砼溜槽，没有清理干净的车辆不能放行。
砼运输车辆所经过的道路、转弯处、红绿灯路口，厂区铁路平交道口必须设专人清理。
防止砼罐车砼的滴淌而污染道路。
9.3对职工进行规范教育，从我做起，养成文明、卫生习惯。
成立文明施工小分队，加强对施工现场和周围环境的清扫、检查，确保现场和周围环境达到文明工地的要求。
10.效益分析
10.1本工法因螺旋钻杆代替了传统钻孔灌注桩施工所需护壁泥浆，因而避免了因泥浆制备、循环、弃置外运等环节产生的污染，极大的降低了钻孔灌注桩施工对周边环境的影响，同时因其钻进速度及混凝土灌注速度较传统钻孔灌注桩施工工艺快，极大的节约了工期，减少了占用施工场地的时间，社会效益及环境效益明显。
10.2本工法与其他钻孔灌注桩的工法相比，由于场地易于布置、工程进度快、干扰因素少、有利于文明施工、各种资源能较好地利用，能确保桩身质量，避免了因桩身质量不合格而产生施工补强桩的费用，同时因其施工连续性好，成桩速度快，节约了大量工期，形成了较好的经济效益。
11.应用实例
昆明轨道交通首期工程土建Ⅳ标行政中心站东侧附属结构围护桩
11.1工程概况
该站位于规划的驼峰路与彩云南路交叉路口处,车站沿南北向布置，附属结构共设置有4个出入口、2个风道。
东侧附属结构钻孔桩数量为3号出入口及2号风道161根，4号出入口132根，1号风道98根，桩身最大长度为19.4m。
3号出入口及2号风道钻孔桩平面布置图4号出入口钻孔桩平面布置图
1号风道钻孔桩平面布置图
附属结构地质主要为粘土（2-2），属Ⅰ类围岩，稳定性差。
开挖深度约为1.5m～11.2m。
根据地质资料显示基坑开挖范围内的土层主要为填土、粉质粘土、粘土。
钻孔桩进入粉质粘土、粘土，地基承载力特征取值fa=130kPa以上。
11.2施工情况
行政中心站东侧附属结构投入CFG-32长螺旋钻机施工过程中采取跳桩施工。
工程于2011年3月6日开工，2011年4月23日完工，包括桩机进出场、施工准备、钻机移位等因素在内，平均日施工8根桩，而同期施工的采用回旋钻施工的施工进度为平均日施工2根桩。
11.3实际结果及评价
行政中心站东侧附属结构钻孔灌注桩施工完成后，按照10%的比例对钻孔灌注桩桩身质量进行检测，检测结果全部合格。
在行政中心站东侧附属结构基坑开挖后显露出的钻孔灌注桩桩身的外观质量，极规整的成桩外型，满足设计的挡土及挂设钢围檩的需要，由此成为符合该地区地质条件且经济适用的钻孔灌注桩施工方法。
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