全套管長螺旋鉆孔壓灌咬合樁圍護施工技術

高偉新 華錦耀

1.浙江天工工程管理有限公司 浙江 杭州 311200；2.浙江鴻晨建設有限公司 浙江 寧波 315032

長螺旋鉆孔壓灌樁具有施工工藝成熟、穿越硬土層快、無振動、無泥漿污染、適用范圍廣等優點，但也存在地下水位以下易坍孔、樁端處虛土不易清除干凈、后插鋼筋籠定位不準確等缺點。當基坑地基土層中包含賦存承壓水的砂土或礫石、卵石層，且環境復雜，保護性要求高時，如何應用長螺旋鉆孔壓灌樁機施工素混凝土樁（素樁）與咬合的葷混凝土樁（葷樁），并保證平面定位偏差不大于10 mm、垂直度偏差不大于0.3%，以及被葷樁旋割咬合時的素樁混凝土齡期不超過終凝等成為關鍵問題，且需避免360°全回轉套管機施工咬合樁時速度較慢的缺點[1]。為此，我們以工程實例為背景，研發了一種施工效率高、環境保護性好、平面定位準確、垂直度好的新型咬合樁（即全套管長螺旋鉆孔壓灌咬合樁）施工技術。其機械設備和施工工藝創新之處在于：全套管底端含有裝配式的合金尖方便拆卸置換，采用箱形型鋼定位架裝置使樁位成孔準確，全套管同步鉆進可有效防止旋割素樁時產生“管涌”等。

1 工藝特點

1.1 施工效率高

由于樁機（圖1）下動力頭雙電動機的功率大，且全套管底端設置有合金鉆尖，故在上、下動力頭的驅動下，全套管與長螺旋鉆桿能先后同步進入硬土層及嵌巖，并以旋削式切割素樁。全套管長螺旋鉆孔壓灌樁機旋削力強，能切割已超過初凝甚至終凝時間（現場咬合施工難以完全避免滯后）的素樁[1]，故本技術咬合樁的施工效率高。該全套管底端的合金鉆尖由支座與鉆尖齒組成，支座留有陰螺紋孔且四周焊于鋼套管底端，鉆尖齒采用內六角錨栓錨固于支座，以便磨損后及時置換。

1.2 成樁平面位置準確與垂直度偏差小

圖1 全套管長螺旋鉆孔壓灌樁機

本技術應用箱形型鋼定位架和垂直度控制裝置，從而保證了素樁和葷樁全樁身的咬合寬度，使施工的圍護樁墻抵抗水土側壓力的整體承載力較強。箱形型鋼定位架如圖2所示，需事先根據咬合樁的直徑和咬合寬度制作加工，四周采用槽鋼與面板、底板焊接，面板與底板之間采用粗鋼筋桁架連接，孔位四周采用弧形鋼板焊接，定位架四角與長向中央留有錨桿孔，以便插入短錨桿固定于地基土中。本技術采用經緯儀校準全套管、長螺旋鉆桿的垂直度及同心度。

圖2 箱形型鋼定位架

1.3 環境保護效益與經濟效益好

采用全套管長螺旋鉆孔壓灌樁機施工咬合樁，由于止水效果好，故可有效防止含承壓水砂礫層坍孔。全套管底端比長螺旋鉆桿底端的鉆頭低，可有效防止素混凝土涌入葷樁孔內形成“管涌”。施工中沒有擠土效應及泥漿污染，整體承載力強，環境保護效益好。同時擴大了不同巖土地質條件中的應用范圍，并且與液壓式全回轉套管鉆孔灌注樁機（磨樁機）相比，本樁機施工的機械臺班費大大降低，且無需事先澆筑連環孔形的混凝土導墻，從而具有一定的經濟效益。

2 工程應用實例

2.1 工程概況

浙江省麗水市某工程，地下室1層挖深5.0～6.5 m，基坑周邊有給水、電力、通信及雨水管線，西側有淺基礎小學校舍建筑。地面下地基土層為：雜填土、可塑狀粉質黏土、稍密狀粉砂、中密狀卵石（圍護樁端持力層）。孔隙潛水賦存于前3層地基土中，弱承壓水賦存于卵石層。

2.2 基坑圍護結構

基坑平面近似矩形， 圍護結構采用懸臂式φ800 mm@550 mm的咬合樁，C20級素樁與C30級葷樁間隔咬合式布置，有效樁長12～16 m，共512根素、葷樁，坑中坑采用高壓旋噴樁重力式擋墻圍護。

2.3 基坑施工概況

基坑圍護咬合樁采用全套管長螺旋鉆孔壓灌樁機施工，現基坑已順利施工完地下室頂板，正在施工上部建筑結構。基坑圍護咬合樁經現場檢測和基坑開挖驗證全部合格，基坑各項監測均未出現報警值，且環境保護成功，周邊環境的位移變形均符合標準規范及設計要求。

3 施工工藝流程

樁機設備和材料進場→測量放線定樁位→安裝箱形型鋼定位架→樁機安裝就位→旋沉入全套管及長螺旋鉆桿施工素樁→邊壓灌混凝土邊旋拔出全套管及長螺旋鉆桿→旋沉入全套管及長螺旋鉆桿施工葷樁→邊壓灌混凝土邊旋拔長螺旋鉆桿→旋拔出全套管→葷樁中插入鋼筋籠→樁機移位繼續施工咬合樁

4 關鍵操作技術

4.1 測量放線與安裝箱形型鋼定位架及樁機安裝就位

根據基坑圍護的樁位平面布置圖紙，采用全站儀測設樁位，編出A類（素樁）、B類（葷樁）的樁號，并利用挖機安裝箱形型鋼定位架，即將短錨桿壓入定位架的錨桿孔中，從而將定位架固定于地基土上，合理制訂樁機的首次站位與咬合樁成樁路線。將樁機安裝就位，對準素混凝土樁孔位。

4.2 施工素樁

1）驅動上、下動力頭的電動機，長螺旋鉆桿與全套管先后同步反向鉆進地下（反向旋進有利于樁機穩定），土體順著長螺旋鉆桿的螺旋葉片推送至下動力頭，輸出到地面孔外運走。

2）通過試成樁合理調整施工工藝參數，尤其是鉆進硬砂礫土層與風化基巖的工藝參數，并可通過電流表來控制進尺速度。電流強度值增大，說明孔內阻力增大，此時應降低鉆進速度。

3）開始鉆進時，應控制速度，緩慢平穩進尺。遇硬土層時，宜采用高轉速小進尺恒鉆壓鉆進；一般軟土層在上下動力頭和鉆桿及全套管的自重及動力頭扭矩的作用下旋轉鉆進，旋轉鉆進的進尺速度為1.0～1.5 m/min，先慢后快；遇較硬的隔層及風化基巖時，再開動卷揚機加壓系統鉆進。

4）鉆孔至孔底設計標高后，繼續空轉（不進尺）清孔30 s左右，有利于孔底巖土碎屑被旋轉的鉆桿帶出。

5）終孔后泵入超緩凝混凝土且連續進行壓灌，鉆頭尖的活門在混凝土壓力作用下自動打開。泵送混凝土應與單樁的混凝土量相匹配，保持鉆桿內有一定高度的混凝土。超緩凝混凝土的終凝時間不少于60 h[2]，坍落度控制在130～150 mm，粗骨料最大粒徑不大于25 mm。

6）泵送混凝土30 s且鉆頭埋入混凝土液面至少1 m后，再緩慢旋拔長螺旋鉆桿和全套管，旋拔速度應根據土層情況確定，且應與混凝土泵送量相匹配，保證鉆頭始終埋在混凝土面以下不小于1 m，提升速度1.5～3.0 m/min，樁頂應超灌混凝土不少于0.5 m。

4.3 施工葷樁

1）樁機全套管對準箱形型鋼定位架的葷樁孔位，在素樁初凝后、終凝前，驅動上下動力頭，長螺旋鉆桿與全套管同步反向鉆進地下，全套管底端應比長螺旋鉆桿底的鉆頭尖低1.0 m，以防止旋削式切割素樁時產生管涌。

2）通過試成樁合理調整葷樁施工的工藝參數，基本同前述素樁施工，當鉆進旋割素樁的強度超過終凝時（難免有），應改進施工工藝參數。

3）終孔后連續泵入混凝土，先壓灌混凝土30 s，使鉆頭埋入混凝土液面至少1 m后，再提拔鉆桿，保持混凝土液面始終高于鉆頭1 m以上，隨壓灌混凝土隨上拔鉆桿，提升速度1.5～2.0 m/min，樁頂超灌混凝土不應少于0.5 m。下動力頭與全套管暫留于樁位，有防止地下承壓水沖散水泥漿及素樁的管涌，并正反向來回轉動全套管，防止與地基土黏結。

4）混凝土壓灌結束后，驅動下動力頭將全套管慢速旋轉式拔出，拔管速度不大于0.5 m/min。

5）旋拔出全套管后樁機移位，立即利用吊機及振動式插筋器（激振力不小于150 kN）連續地將鋼筋籠插至設計深度，插筋器的傳力鋼管應抵緊鋼筋籠底端的錐尖，錐尖處焊接一根豎向粗鋼筋，以利于插入到位。

5 質量控制措施

1）樁機鉆孔作業前，應采用箱形型鋼定位架準確定好樁位，并且固定牢靠，全套管與鉆桿同心且應保證垂直度，鉆頭尖與樁位中心點偏差不大于10 mm，以保證咬合寬度。

2）預拌混凝土制備中應按規定檢查配合比及坍落度等，素樁應采用超緩凝混凝土配合比，終凝時間不少于60 h。

3）鉆進過程中不宜反轉或提升鉆桿，遇到鉆桿晃動或鉆進困難，可能是碰到混凝土塊或塊石，應提出鉆桿更換鉆頭或事先清除地下障礙或開啟加壓系統繼續鉆進。素樁宜采用跳二打一的方法，以防止發生串孔管涌。

4）泵送混凝土需與長螺旋鉆桿的提拔速度相匹配，泵送混凝土應連續。素樁的混凝土坍落度不宜大于150 mm，以降低其流動性。鉆機提拔鉆桿和全套管的速度應緩慢，應始終保持混凝土泵料斗內的混凝土液面有一定高度，避免泵送時吸入空氣造成堵管。

5）葷樁混凝土壓灌后提拔全套管時，速度應緩慢，拔出全套管后應及時用高壓水沖洗干凈，干燥后應涂刷減摩劑2遍。

6）沉放鋼筋籠時應將籠底錐尖對準葷樁的樁位中心，始終保持垂直地沉入鋼筋籠，以滿足主筋混凝土保護層的有效厚度要求。鋼筋籠沉放到位后，應慢速振動式提拔出插筋器的傳力鋼管，防止鋼筋籠上浮。

6 結語

全套管長螺旋鉆孔壓灌咬合樁施工技術適用于填土、淤泥質黏土、黏土、粉土、砂土、礫卵石、風化基巖等巖土地質條件，包括含有承壓水的地基土層。

素樁采用超緩凝混凝土跳打式施工，并控制坍落度和終凝時間，避免葷樁成孔時產生管涌。葷樁成孔時全套管底端至少比鉆頭尖低1 m。樁端混凝土宜采用復攪工藝，從而有效控制樁端虛土沉渣厚度。混凝土拌和料宜縮小石子粒徑[3-6]，旋拔全套管時應緩慢，以防止鋼筋籠上浮。下動力頭宜配裝振動錘，以便振動式起拔全套管。全套管底端的合金鉆尖磨損后應及時更換，更換時應將連接的內六角螺栓擰緊到位。工程實踐證明，全套管長螺旋鉆孔壓灌咬合樁在復雜地質條件和環保要求高的基坑圍護中具有較好的應用前景。