巖土工程施工中長螺旋鉆孔壓灌樁的技術應用及優缺點分析

薛戴康

（江蘇地質基樁工程公司，江蘇 鎮江 212001）

1 施工工藝及適用范圍

1.1 施工工藝

長螺旋鉆頭鉆進至設計孔深后，在提鉆的同時，采用地泵將混凝土通過設在長螺旋鉆桿內的芯管壓入孔底，接著邊壓入混凝土邊提升鉆桿，直至混凝土到達設計樁頂標高位置，然后提出鉆桿。接著在混凝土初凝前，按設計圖紙的鋼筋籠標高控制要求，將鋼筋籠沉入至素混凝土樁中[1]。

1.2 施工流程

平整場地→樁位放樣復核→鉆機移機就位→鉆進成孔至設計孔深→終孔驗收→安裝地泵并調試→安裝混凝土輸送泵管→灌注混凝土→清土提升鉆桿→混凝土灌注至設計樁頂標高→起吊鋼筋籠、振動錘→開啟振動錘、下插鋼筋籠→鋼筋籠下插至設計標高→施工完成移機。

1.3 適用范圍

（1）適用的地層為：填土、黏性土、粉土、砂土、非密實的碎石類土及強風化巖層，同時也適用于易塌孔的不良地層；

（2）適用的樁型為：成樁直徑為400mm～1000mm、成孔深度為9m-30m；

（3）當卵石粒徑較大或卵石層較密實時，以及完全砂性土的地層不建議采用長螺旋鉆機。

2 施工質量控制要點

2.1 樁位測量放樣

以基準點為測量控制點，先建立閉合導線控制網，在監理單位驗收簽字認可后方可進行樁位放樣，同時施工過程中做好相應的測量和復核記錄。

2.2 鉆進成孔

（1）當所需鉆進的地層中，有需要穿過老黏土層、厚層砂土、碎石土及塑性指數大于25的黏土時，應進行試鉆。

（2）鉆進前，鉆頭對中應準確，鉆頭與樁位點偏差不得大于20mm，并復測鉆桿的垂直度，將垂直偏差控制在0.2%以內。起初開孔鉆進時，先關閉鉆頭封口,控制鉆速緩慢下鉆。過程中正常鉆進時，速度可控制在1m/min～1.50m/min，鉆進過程中，如遇到卡鉆、鉆機搖晃或發生異響時，應停鉆查明原因，采取糾正措施后方可繼續作業。成孔過程中，不宜反轉或提升鉆桿，如需提升鉆桿或反轉應將鉆桿提至地面，對鉆尖開啟門須重新清洗、調試、封口。

（3）為做好施工現場的安全防護和環境保護，應將鉆出的土方及時清理轉移，運輸至指定的候場堆放[2]。

2.3 混凝土制作

（1）進場的混凝土必需符合設計及規范要求，可通過現場試驗確定混凝土配合比，混凝土塌落度以200mm-220mm為宜，并具有較好的和易性和流動性。

（2）粗骨料可采用卵石或碎石，當樁徑為400～600mm時建議最大粒徑不宜大于16mm、當樁徑為800～1000mm時，建議最大粒徑不宜大于20mm。

（3）制作時可摻加粉煤灰和外加劑，宜采用Ⅰ級粉煤灰，用量不少于75kg/m3。

2.4 灌注成樁

（1）首先應根據樁桿和樁徑選取適當型號的地泵，并挑選合適的位置安放，輸送泵管的管路應盡量減少彎曲，且應縮短距離，建議地泵與樁機的距離控制在60m以內，以利輸送混凝土。當因特殊原因確實需要長距離泵送時，泵管下應墊實。

（2）混凝土灌注前，應先用清水清洗泵管，再泵送一定量的水泥砂漿潤滑管道。當氣溫高于30°C時，宜在輸送管道上覆蓋隔熱材料，并每間隔一定的時間灑水降溫，以防止管內混凝土失水離析，造成堵管。

（3）混凝土開始壓灌時，首先打開鉆頭閥門，再將鉆桿提升200mm～300mm。混凝土的泵送壓灌應連續進行，邊泵送混凝土邊提鉆，但應注意控制地泵料斗內的混凝土高度不低于400mm，并保證鉆頭始終埋在混凝土界面以下不少于1m。

（4）壓灌過程中應有專人負責觀察泵壓與鉆桿提升情況，確保鉆桿的提升速度應與泵送速度相匹配。具體提升鉆桿速度應根據施工土層情況確定，建議提升速度控制在2.5m/min，嚴禁先提鉆后灌料，確保成樁質量。

（5）當鉆桿提升接近地面時，應放慢提升速度并及時清理孔口渣土，以保證樁頭混凝土質量，建議混凝土灌注高度略高出設計圖紙規定的樁頂標高0.5m。

（6）混凝土灌注結束后，應及時清除鉆桿及泵管內殘留的混凝土，如鉆機需長時間停工，應用清水沖洗，確保將鉆桿、地泵及泵管清洗干凈。

2.5 鋼筋籠安插施工

（1）灌注結束后，應在混凝土初凝前盡快安插鋼筋籠，一般建議控制在三分鐘內進行，盡量縮短時間，降低鋼筋籠的沉入難度。

（2）安插前，用振動鋼管水平穿入檢驗合格的鋼筋籠，鋼筋籠頂部與振動裝置進行連接。起吊時，因采取加固措施，避免鋼筋籠變形。成功起吊后，對準孔位，并采用儀器雙向觀察鋼筋籠的垂直度。

（3）在安插的過程中，先依靠鋼筋籠自重壓入，當依靠自重不能繼續插入時，再啟動振動裝置，直至鋼筋籠下沉至設計深度。整個安放過程應連續，不宜停頓，同時適當控制插入速度，不宜過快。

（4）鋼筋籠下插到設計深度后關閉振動裝置，用鉆機把鋼管和振動裝置提出孔外，提出過程中每提3m開啟振動錘一次，從而保證混凝土的密實性。

3 工藝對比分析

3.1 鉆進成孔

（1）采用泥漿護壁式鉆進成孔。①該工藝為濕作法成孔，需要采用泥漿進行護壁，且護壁泥漿需要進行循環和替換，這就要消耗大量水資源，還會產生大量的廢棄泥漿，而處置以上泥漿將會耗費大量的人力、物力和財力，且會對生態環境帶來一定的負面影響。②在成孔的過程中，需根據不同土層狀況控制好泥漿指標，避免類似于砂土和卵石等土層被破壞，導致土體應力下降，造成孔壁坍塌或縮徑，從而產生大量沉渣。但該樁機設備對沉渣的清理程度有限，如果樁端存在一定量的沉渣，則樁體的沉降將會相對較大。③該類施工鉆機成孔過程中多數會產生較大的噪聲，難以滿足市區及人口居住密集區域的降噪要求，運用范圍大打折扣。

（2）采用長螺旋鉆進鉆孔。①該工藝為干鉆孔，因此不會消耗水資源，也不會產生廢棄泥漿，鉆進過程中產生的土方，僅需清理出施工區域即可，可在施工現場合適位置進行堆放，后續的轉運或出場相較于廢棄泥漿的運輸方式都較于便捷，且成本開支較少。②長螺旋為一次性鉆孔到位，在下鉆至設計樁底標高后，直接由鉆桿中心向樁底壓灌混凝土，所以不會產生孔底虛土，也可以解決成孔鉆進過程中孔壁坍塌和縮徑的問題。③該類施工設備，振動較少，施工噪音較低，對市區及居民區生活影響較小。

3.2 混凝土灌注

（1）泥漿護壁鉆孔灌注樁。該工藝是在鉆進成孔后，提出鉆頭和鉆桿，然后下安放鋼筋籠和灌注導管，灌注過程中，是依靠混凝土自身的重力進行成樁，再通過導管的上下提拉來實現混凝土的振動密實。在此過程中，如果出現孔壁坍塌、縮徑、孔底沉渣清理不達標，又或者導管上下提拉過程中被拔除混凝土界面，就將會造成斷樁或其他樁身質量問題，直接影響灌注樁的單樁承載力。

（2）長螺旋鉆孔灌注樁。該工藝鉆孔到位后，無需預先提鉆，而是通過增加外界動力將混凝土由鉆桿中心壓入孔底，這就有效解決了孔壁坍塌、縮徑及樁底沉渣的問題。且下放鋼筋籠的過程中，通過開啟振動裝置，又可以大幅提高混凝土的密實度，樁身質量更有保證。

3.3 施工效率及成本

（1）泥漿護壁鉆孔灌注樁。效率：以市場上占有率最高的回旋鉆機為參考: 樁長20～30m，樁徑500～700mm的灌注樁，每天采用兩班制，施工24小時約可完成4～6根。成本：按部分區域的目前市場價格，鉆機勞務施工市場價格約為160元/m3，泥漿外運約為110元/m3，施工用水費電費約合35元/ m3，合計一方工作量約需施工成本305元/m3。

（2）長螺旋鉆孔灌注樁。效率：與以上樁型相同的灌注樁，長螺旋鉆機施工12小時約可完成12～18根。成本：按部分區域的目前市場價格，鉆機勞務施工市場價格約為180元/m3，渣土外運約為60元/m3，施工用水費電費約合15元/ m3，合計一方工作量約需施工成本255元/m3。

4 常見問題及質量控制措施

（1）堵管。原因分析：①混凝土采用的粗骨料不符合要求，攪拌不勻、坍落度過小。②混凝土灌注時間過長，導致混凝土在泵管或鉆桿中心管內初凝。③泵管安置不合理，距離較長、彎頭管與鉆桿不配套或管道密封性不好。控制措施：①對粗骨料的粒徑、混凝土的配比進行控制，并現場檢驗混凝土的塌落度，不符合要求的混凝土不得進行灌注。②加強施工管理，保證樁機和地泵施工班組配合緊密，積極協調，及時發現和解決問題，盡量縮短灌注時間。③泵送混凝土應連續進行，輸送泵料斗內的混凝土高度一般不得低于40cm，防止吸進空氣造成堵管。④合理安置泵送管道，盡量減少泵送距離，并避免管道彎曲，且灌注結束后，需對管道進行清洗。

（2）卡鉆、鉆進困難。原因分析：①鉆進速度過快，導致夾雜在鉆桿與孔壁間的土方未能及時排出孔外。②土層有深厚黏土或存在硬夾層。③鉆頭、鉆具葉片磨損嚴重。控制措施：①關閉回轉動力電源，將鉆桿用最低速度緩慢提升，再重新鉆進。②在施工過程中應注意控制鉆進速度，及時清除鉆桿上的粘土。③及時做好鉆頭鉆具的保養工作，視土層情況適當改進鉆頭形式。

（3）樁頭質量。原因分析：①樁孔周圍的泥土未及時進行清理掉入孔內。②混凝土的超灌高度不夠。③工人操作不當。

控制措施：①提升鉆桿接近地面時，放慢提管速度并及時將孔口的渣土進行清理。②在混凝土灌注到樁頂設計標高后，適當進行超灌，可提高0.5m左右的高度。③鋼筋籠下放結束后，對樁頭部分的混凝土按要求進行振搗[3]。

（4）樁身縮頸、斷樁、夾泥。原因分析：①土層的地質條件較差或兩根相鄰樁之間施工的距離較短。②混凝土壓灌過程中，鉆桿提升速度過快，而泵送量又與之不匹配，混凝土沒有全部填滿鉆孔，使得孔壁出現塌陷，進而造成斷樁。③在壓灌混凝土時，供料被中斷，或鉆頭被提出混凝土界面，導致樁身中出現夾層。控制措施：①時刻保證壓灌的混凝土體積大于鉆桿上提體積量，同時鉆桿提升速度嚴格按照操作規程執行，建議鉆桿的提升速度控制在2.5m/min，并始終保證鉆頭埋入混凝土中1m以上，帶壓提鉆。②確保混凝土有良好的和易性和流動性，塌落度應控制在180cm～220cm，灌注過程應連續。③當兩根灌注樁之間的距離短于5倍樁徑時，應采用隔樁跳打的方式來降低對周圍樁土的振動。

5 結語

本論文對長螺旋鉆孔壓灌樁的施工工藝和過程質量控制點進行了詳細描述，并與市場主流的回旋鉆孔灌注樁施工工藝通過在施工質量、經濟效益、施工效率和環境保護等多個方面的對比分析，充分展現了長螺旋鉆孔壓灌樁施工技術在巖土工程施工過程中的優越性。通過本文的論述也希望有越來越多施工企業能夠了解和運用該技術，并在運用的過程中不斷改進和提升，從而進一步推動該技術的應用和發展。