長螺旋鉆孔壓灌樁利用壓縮空氣的技術在泥巖中的應用

魏 鵬

（甘肅建投建設有限公司，甘肅 蘭州 730050）

本項目長螺旋鉆孔壓灌樁設計樁端穿透強風化泥巖，進入中風化泥巖≥3 m；根據地勘報告，設計樁端進入泥巖的深度在6.00~7.10 m。由于泥巖類地層粘粒間粘聚力大，膠結好，一般呈層狀結構分布，風化裂隙發育，有巖芯，工程地質性質較好，強度高等特點。在進行長螺旋鉆孔壓灌樁施工時，往往由于鉆機型號和鉆頭選擇不合適，導致鉆頭糊鉆、憋鉆、打滑、不進尺等現象發生，甚至致使鉆機平臺錯位、螺旋鉆桿接頭松掉、鉆頭磨損嚴重、掉鉆頭等現象發生，嚴重影響施工進度和成孔質量，同時泥巖自身不具備造漿功能，鉆進成孔時間長。利用壓縮空氣不斷地向螺旋鉆頭吹風的技術，在泥巖地層鉆進速度中取得了良好的成果。

1 工程概況

本項目建設用地面積約為37 337 m2，位于定西市安定區南環路。設計共7個子項，其中地上6個、地下1個；地上共計6棟樓，1#至5#樓為一類高層，地上33層，地下兩層；6#樓為多層公建，地上三層，地下兩層。沿街2#～5#樓的1、2層為商業，其余為住宅；在2#至5#樓首層設置物業等其他配套公共服務設施；地下為一層地下車庫，總建筑面積為：176 098 m2。

建筑結構體系：地下車庫、商業為框架結構，1#至5#樓為剪力墻結構；6#樓為框架結構。

2 設計概況簡述

本工程樁基為長螺旋鉆孔壓灌樁，樁端穿透角礫層及強風化泥巖層進入中風化泥巖層深度為3.0 m。持力層均為<7>層中風化泥巖層。

工程樁施工前已經進行試樁，靜載荷試驗確定的樁基承載力詳見《定西市安定區南環路棚戶區改造二期項目基樁靜載試驗報告》，單樁承載力特征值為4 200 kN，樁徑為800 mm。

長螺旋鉆孔壓灌樁的施工應滿足《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008第6.4節關于長螺旋鉆孔壓灌樁的要求，成樁時應準確掌握提拔鉆桿時間，注意根據具體條件采取綜合措施控制鋼筋籠的垂直度和保護層有效厚度，檢驗應滿足第9.2~9.4節的要求。

長螺旋鉆孔壓灌樁施工時，當樁間距小于2.4 m時采用跳挖法間隔施工，待先施工樁混凝土澆注24 h后，再施工相鄰樁。

對施工完成后的樁基，應委托具有相應資質的檢測單位進行樁身完整性檢驗和豎向承載力檢驗。樁身完整性檢驗宜采用兩種或多種合適的檢驗方法進行，抽檢數量不應少于總樁數的30%，且不得少于20根。豎向承載力檢驗采用靜載荷試驗，檢驗樁數不得少于同條件下總樁數的1%，且不得少于3根。

3 場地地質及水文地質條件

勘察區位于東河東岸的一級階地和二級階地上，相對高差8.82 m，東南高、西低，地形開闊、較平坦。場地內地層主要為第四系全新統雜填土（Qml），沖洪積形成的黃土狀粉土（Q4al+pl）、粉質粘土（Q4al+pl）、粗砂、細砂夾層和礫砂（Q4al+pl）等松散堆積物。底部為新進系干河溝組泥巖（N2g），場地地質主要由如下組成：①雜填土（Q4ml）：雜色，具大孔隙，稍濕，松散，層厚2.00~8.70 m；②黃土狀粉土（Q4）：黃褐色，稍濕～濕，稍密～密實，硬塑～軟塑，中～高等壓縮性，層厚1.80~13.20 m；③礫砂（Q4al+pl）：雜色，稍密，層厚0.70~2.70 m；④粉質粘土（Q4al+pl）：黃褐色，稍濕～濕，中密～密實，硬塑～軟塑，中等壓縮性，層厚1.90~6.20 m；⑤礫砂（Q4al+pl）：雜色，中密，飽和，層厚1.40~9.30 m；⑥強風化泥巖（N2g）：褐紅色，團塊狀，含有小礫石、鈣質結核及錳質斑點，屬極軟巖，巖芯破碎，RQD指標為10%~30%，層厚3.00~4.10 m；⑦中風化泥巖（N2g）：褐紅色，團塊狀，含有小礫石、鈣質結核及錳質斑點，屬極軟巖，巖芯易破碎，RQD指標為30%~45%，本次鉆探未揭穿，最大揭露厚度7.80 m。

場地地下水為第四系黃土狀粉土、粉質粘土、礫砂層孔隙潛水，地下水位埋深5.70~13.90 m，含水層厚度6.60~13.10 m，據以往水文地質資料，年水位最大變化幅度1.5 m。地下水主要接受大氣降水、地表徑流和河水補給，自東南向西北方向向下游排泄。單井涌水量100~1 500 m3/d，滲透系數80~100 m/d。

4 壓縮空氣技術在泥巖中的應用原理

長螺旋鉆孔取土原理是通過連續切削和輸送方式進行取土成孔，鉆出的土一部分被擠壓輸送至地面上，其余部分被送到螺旋葉片上，通過人工邊提鉆邊清理。

螺旋鉆頭常用的鉆齒為斗齒和子彈頭截齒。斗齒適宜土層鉆進，齒刃鋒利，切削速度快，不能用于卵石、巖層等硬質地層；子彈頭截齒屬于入巖鉆齒，耐磨合金點給巖石提供更大的加壓力，但在泥巖地層中鉆進速度較慢，尤其在地下水位以下鉆進過程中，地下水通過螺旋鉆桿間葉片流入螺旋鉆頭，由于泥巖類地層粘粒間粘聚力大，膠結好，致使在鉆進過程中鉆頭糊鉆、打滑、憋鉆、不進尺等現象發生。

為了解決上述問題，壓縮空氣技術的核心在于通過在螺旋鉆桿上及螺旋鉆頭上加裝吹風焊管，利用在長螺旋鉆機加裝的空氣壓縮機不斷地向鉆頭吹風，在鉆機鉆進的過程中，將螺旋鉆頭上膠凝狀泥巖不斷地吹干，以達到鉆頭不糊鉆、不打滑、不憋鉆、平穩鉆進的目的，回風通過螺旋鉆桿及葉片與孔壁間隙排向地面。

5 壓縮空氣技術在泥巖中的施工方法

長螺旋鉆孔壓灌樁利用壓縮空氣技術是利用長螺旋鉆機鉆孔至設計深度，邊鉆進邊向鉆頭吹風，通過鉆桿芯管將超流態混凝土壓送至孔底，邊壓送混凝土邊提鉆至樁頂標高，提鉆過程中停止吹風，再將鋼筋籠植入素混凝土樁體中形成的鋼筋混凝土灌注樁。

5.1 施工準備

施工場地應滿足長螺旋鉆機安全行走的要求，且作業面標高高于設計樁頂標高不宜小于500 mm。

施工前，應進行施工地面標高的測量和樁的定位放線，群樁樁位放線允許偏差應為20 mm，單排樁樁位放線應為10 mm。

設備組裝過程中應設立隔離區，由專職安全管理人員負責監管，由專業人員按照長螺旋鉆機使用說明按程序進行組裝。

5.2 施工機具

長螺旋鉆機的各項性能參數應滿足場地工程地質、水文條件及設計要求。

混凝土輸送泵的各項性能應根據工程需要選用。配備鋼筋籠下放時需用的振動錘、振動錘、汽車吊、鉆機上加裝的空氣壓縮機的調試正常，螺旋鉆桿上加裝的吹風焊管通風暢通。

5.3 材料

混凝土采用超流態的預拌混凝土，初凝時間宜大于6 h，灌注前的坍落度宜為200±20 mm，粗骨料的最大粒徑不宜大于20 mm。

5.4 成孔

鉆機的螺旋鉆頭精確對準樁位，鉆頭與樁位允許偏差應為20 mm，鉆機塔身的垂直度應控制在1%以內。

開鉆前經檢查鉆頭閥門應開啟靈活，鉆桿下移至鉆頭接觸地面，應抽掉鉆頭閥門插銷后方可先慢后快的速度鉆進。啟動空氣壓縮機，檢查螺旋鉆頭吹風管端頭暢通無誤后方可鉆進，在鉆進過程中不斷地向螺旋鉆頭吹風，回風通過螺旋葉片與孔壁間的間隙排除地面。

當鉆進過程中發現鉆桿晃動或難以鉆進時，應低速鉆進或停機，查明原因后繼續鉆進，禁止強行鉆進。

鉆機提鉆過程中派專人同步清理鉆桿螺旋葉片間泥土，不得帶泥渣上提。

5.5 混凝土壓灌

鉆孔至設計標高后，立即關閉空氣壓縮機，泵送混凝土至孔底并加壓后方可提鉆，以利更好地控制樁端沉渣厚度。

混凝土壓灌過程中應保持鉆具排氣暢通，同時鉆桿的提升速度與泵送量向匹配，混凝土泵料斗內的混凝土面高于料斗底面的高度不應小于400 mm。樁頂超灌高度不應小于500 mm，混凝土壓灌充盈系數應大于1.0。

5.6 鋼筋籠制作及植入

鋼筋籠宜整體加工制作，底部應制作成錐尖狀，以使振動桿有更好地著力點，錐尖主筋合并焊接牢靠，同時用多道螺旋箍與主筋纏繞點焊，以防鋼筋籠植入過程中錐尖主筋焊縫開裂導致鋼筋籠無法植入。

混凝土壓灌至施工樁頂標高后及時派專人清理樁孔周邊泥土，立即將鋼筋籠對準樁孔中心，進行植入施工。鋼筋籠植入開始過程中可以靠鋼筋籠、振動錘及振動桿的自重緩慢植入，當無法依靠自重植入時，可開啟振動錘激振，使鋼筋籠下沉至設計樁頂標高，斷開振動錘與鋼筋籠的連接裝置，連續緩慢邊拔振動桿邊振動。

鋼筋籠應連續下沉，中途不宜停頓，并在混凝土初凝前完成鋼筋籠植入工作。

5.7 樁成品保護

施工前根據長螺旋鉆機的外形尺寸確定鉆機的行走路線，嚴禁施工過程中碾壓或碰撞已成型的樁。跳打施工時宜采用樁頂覆土的成品保護方法。

6 結論

此次在本項目中長螺旋鉆孔壓灌樁利用壓縮空氣的技術在泥巖地層中應用效果明顯，大大減少了螺旋鉆頭的更換頻率及維修保養次數，鉆進速度明顯提高，極大地降低了施工成本，縮短了工期。