(全)深厚软弱地层长螺旋跟管、旋挖钻成孔灌注桩施工工法

深厚软弱地层长螺旋跟管、旋挖钻成孔灌注桩施工工法1前言在深厚人工填土、淤泥等软弱地层中施工灌注桩时，经常出现塌孔、缩径、灌注混凝土充盈系数过大等一系列问题。为了安全、快速、有效地在软弱地层中进行灌注桩施工，通常情况下会采用埋设深长护筒护壁的方法。但对于软弱地层厚度超过20m及以上时，一次性下入超长钢护筒难度大，往往需要在孔口连接钢护筒，护筒下沉和起拔也较为困难，从而造成施工效率低、综合成本高。近年来，我司陆续承接了“深圳国际会展中心（一期）基坑支护与桩基础工程（三标段）”、“深圳机场飞行区扩建工程-T4航站区（含卫星厅及站坪设施）软基处理工程5标”、“天虹商场股份有限公司总部大厦基坑支护、土石方及桩基工程”等项目，在实际施工过程中，由于这些项目均位于滨海填土区，地层中存在较厚的淤泥、淤泥质砂层等软弱地层，导致旋挖钻机成孔难、施工效率低、施工成本高。针对施工现场深厚软弱地质条件，结合以往的工程实践经验，我司技术研究小组开展了“深厚软弱地层长螺旋跟管、旋挖钻成孔灌注桩施工技术”项目研究，通过先采用长螺旋钻机跟管钻进穿透软弱地层，再利用旋挖钻机继续钻进成孔，实现了钻进效率高、成桩质量好的效果，并形成了新工法。该研究成果已获得“深厚软弱地层长螺旋跟管、旋挖钻成孔灌注桩施工方法”发明专利授权。工法特点2.1成桩质量可靠本工法在上部软弱地层采用长螺旋跟管钻进，长套管穿越软弱地层进入稳定地层内，有效防止了地层塌孔；后续旋挖钻进过程中，通过旋挖桩机钻进，垂直度可自动调节，质量控制有保证。2.2施工效率高长螺旋钻机钻进过程即是排土过程，后续采用旋挖钻机成孔速度快；同时，钻进采取了长套管护壁，孔壁稳定性高，可以避免各种孔内事故的发生，确保了钻进效率。2.3节省成本采用本工法可以避免大范围的塌孔与大量的漏浆现象，有利于控制混凝土灌注充盈系数和护壁泥浆的使用量，从而有效节省了材料成本。2.4环保效果好本工法采用长螺旋、旋挖钻进取土，钻进过程使用静态泥浆护壁，泥浆使用量大大减少，有利于施工现场的环保工作与场地布置。适用范围本工法长螺旋钻机最大钻进与跟管深度L约为30m，成桩直径d最大为1.2m，可用于深厚软弱地层中的支护桩和工程桩施工。对于地层中存在较大块石或卵石地层可配合冲孔桩机施工。工艺原理本工法的关键技术主要由长螺旋跟管钻进和旋挖钻进、成桩两部分内容组成，形成全新的在深厚软弱地层灌注桩施工综合技术。4.1长螺旋跟管钻进本工法采用专用的长螺旋钻机，实施钻进过程中的同步跟管，直至穿透软弱地层，起到对软弱地层的护壁保护，保证钻孔的稳定。4.2旋挖钻进、成桩本工法在完成软弱地层护筒护壁后，采用旋挖钻机在护筒中钻进，充分发挥旋挖钻机钻进效率高、垂直度控制好的特性，提高工效和钻孔质量；钻进至设计的终孔位置，按要求进行一次清孔、安放钢筋笼、下灌注导管、灌注水下混凝土成桩。施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程深厚软弱地层长螺旋跟管、旋挖钻成孔灌注桩施工工序流程图见下图 5.1。5.2操作要点5.2.1长螺旋钻机跟管钻进1、长螺旋钻机采用上海金泰生产的型号SZ80长螺旋钻机，长螺旋跟管钻机见图 5.2.1-1 示，长螺旋钻机技术参数见表 5.2.1-1 示。表 5.2.1-1 金泰 SZ80 长螺旋钻机主要技术参数性能单位技术参数施工最大直径dm1.2施工最大深度Lm30套管动力头最大扭矩kN.m600螺旋动力头最大扭矩kN.m360电动机功率kW4×110设备总重t185. 长螺旋钻机套管. 长螺旋钻机配置的套管采用16mm厚钢板卷制而成，套管内径可根据不同灌注桩设计桩径制作。当需要多节护筒则采用专用节头和螺栓连接固定。. 为便于套管沉入，在套管底部设有专门的管靴，管靴上镶嵌的合金刀块在套管回转时切削地层有助于下沉。为了防止起拔套管时钢筋笼被管靴挂住一起上浮，通常管靴只镶外刃或中刃，禁止镶嵌内刃。. 护壁长套管见图 5.2.1-2，套管节头连接见图 5.2.1-3。图 5.2.1-2 护壁长套管结构（左：长套管；中：管靴的合金刀块；右：护筒连接节头）图 5.2.1-3 跟管套管间连接. 长螺旋跟管钻进系统主要由长螺旋钻机的螺旋动力头、套管动力头、螺旋钻具和长套管组成。在螺旋动力头驱动螺旋钻具钻进取土的同时，套管动力头驱动长套管跟管护壁。长螺旋跟管钻进系统见图 5.2.1-4。图 5.2.1-4 长螺旋跟管钻进系统示意图. 在软弱地层段施工时，由于长螺旋钻机重量大，为保证旋挖钻机和长螺旋钻机的安全，在施工前需根据现场实际情况酌情填筑一层50cm厚砖渣碎石层或采取其他场地硬化措施以提高地基承载力。场地填筑见图 5.2.1-5。. 施工桩位经校核后，长螺旋钻机便可开始钻进施工；施工过程中，为了保证钻孔的垂直度，在两个垂直方向上分别吊垂线控制套管垂直度。. 长螺旋钻具向下钻进过程中，孔内的渣土随着长螺旋的螺旋通道向上排出，钻机在孔口位置专门设有专用的排土口，排出的渣土堆积在钻孔附近，由专人用铲车或挖机将堆积的渣土及时清离至指定位置。长螺旋钻机钻进排渣见图 5.2.1-6。. 长螺旋钻具钻进取土的同时，套管动力头驱动长套管一边旋转一边下压，完成跟管钻进并形成对孔壁的支护；在软弱地层钻进时，钻进过程保持超前套管护壁，通过控制长螺旋钻机螺旋动力头将套管下沉超出螺旋钻头深度S不少于100cm，见图 5.2.1-7。· 长螺旋钻具提升1、当长螺旋钻进穿过软弱地层后，将套管与套管动力头分离，使长套管留在孔内继续护壁。2、利用螺旋动力头提升长螺旋钻具，将钻具从孔内全部提升出来后，整机移至下一桩位。· 旋挖机钻进1、旋挖钻机使用扭矩360kN.m可满足钻进要求。2、旋挖钻机对准桩位后，在护壁长套管的保护下继续完成软弱地层以下桩孔的钻进。3、旋挖钻机在一般地层中采用双开门截齿钻斗钻进，如需钻进硬岩则采用截齿钻筒钻进；在完成钻孔钻进至桩底标高后，更换捞渣钻头将孔底沉渣捞出，完成第一次清孔。旋挖钻进见图 5.2.1-8。· 钢筋笼制安与导管安放1、钢筋笼按设计图纸在加工场制作，经验收合格后直接吊放入孔，并在孔口位置固定，防止其下沉或上浮。2、灌注混凝土用的导管安装前，通过计算确定好配管长度，确保导管安放完毕后导管底部距离孔底3050cm；导管使用前，在地面进行泌水性压力试验；入孔连接时，节口安放密封圈，确保灌注时不渗漏。· 二次清孔1、在灌注混凝土前，测量孔底沉渣厚度，如超出设计要求则必须进行二次清孔。2、清孔方式可采用正循环或反循环清孔方式，通过优质泥浆循环的方式将孔底沉渣转换清出，直至清孔验收各项指标合格。正循环现场清孔见图 5.2.1-9。· 灌注桩身混凝土1、为了确保初灌质量，灌注混凝土采用压球法开灌，即在灌注前将隔水用的橡胶球胆放入导管内，安装好初灌料斗（斗容量不小于1.5m3）后盖好密封板；然后开始往斗内放混凝土，当料斗即将满时打开封板，同时加快放料速度，确保首灌混凝土量能够将导管埋深1m以上。2、灌注过程中，不断测量混凝土面上升高度，以控制导管埋深在26m之间，防止发生堵管或导管底拔出混凝土面。3、为了保证桩顶混凝土强度，灌注过程中保持混凝土超灌高度1m左右。桩身混凝土灌注见图 5.2.1-10。图 5.2.1-10 桩身混凝土灌注· 长套管起拔1、灌注桩灌注完成后，通常在46小时安排长螺旋钻机起拔套管。2、起拔过程中依据套管动力头电机电流大小判断套管起拔力大小，当电流过大时应加快起拔速度直至电流恢复到正常值，再以标准速度起拔。3、起拔过程中应随时注意观察钢筋笼吊筋情况，当发生钢筋笼上浮时，应立即停止起拔，通过上下活动套管或旋转套管进行处理，避免钢筋笼被套管管靴挂住随套管一起上浮。4、待套管全部起拔完成后，长螺旋钻机可以整机移至新桩位开始施工。长套管起拔见图 5.2.1-11。图 5.2.1-11 长套管起拔材料和设备6.1材料本工法使用的主要材料有：长套管、管靴、套管连接节头、商品混凝土、钢筋等。6.2设备本工法所采用的主要设备有：长螺旋钻机、旋挖机、吊车、泥浆泵、电焊机等，详见下表6.2。表 6.2 工法施工主要设备表序号设备名称型号备 注1长螺旋钻机SZ80软弱地层跟管钻进2旋挖机SWDM36稳定地层钻进3泥浆泵3PN泥浆循环4电焊机ZX7-400T焊接作业5吊车50T吊装作业质量控制7.1质量控制依据1、合同文件；2、设计图纸及技术要求；3、建筑桩基技术规范JGJ 94-2008、4、建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-20025、建筑地基处理技术规范DBJ15-38-20056、建筑地基基础工程施工规范GB51004-20157、深圳市基坑支护技术规范SJG05-20117.2灌注桩质量控制标准灌注桩质量控制标准见下表 7.2。表 7.2 灌注桩质量控制标准表项目序号检查项目允许偏差或允许值（mm）单位数值主控项目1桩位mm1002孔深mm+3003桩体质量检验按基桩检测技术规范4砼强度设计要求5承载力按基桩检测技术规范及设计一般项目1垂直度%<0.52桩径mm+503沉渣厚度mm504砼坍落度：水下灌注mm1802205钢筋笼安装深度mm±1006充盈系数>17桩顶标高mm+5007.3质量控制措施. 严格控制孔位的测量放线精度，每个孔位均需经过校核后方可施工。. 在施工过程中为了保证钻孔的垂直度，应随时注意观察长螺旋钻机的水平仪，出现偏差时及时调整 钻机平整度；同时在两个垂直方向上分别吊垂线控制套管垂直度。. 长螺旋钻机在软弱地层中跟管钻进时，为了防止砂子、淤泥等流进套管，应将套管下沉深度超出螺旋钻头不少于1米。. 在长螺旋钻机钻至稳定地层后，应多次上下活动套管以便灌注混凝土后起拔，然后再整体移机至下 一孔位。. 旋挖钻机在稳定地层钻至设计终孔深度后，应采用捞渣钻头将孔底沉渣捞出，完成第一次清孔。. 在钢筋笼和灌注导管安放完毕后，测量孔底沉渣厚度，如超出设计要求则进行二次清孔，通过优质 泥浆循环的方式将孔底沉渣转换清出，直至清孔验收各项指标合格。. 灌注混凝土过程中，严格控制砼坍落度在180220mm范围内，同时确保导管埋深在26m之间，防止发生堵管或导管底拔出混凝土面。. 为了确保桩顶混凝土强度，控制混凝土超灌高度在1m左右。. 灌注桩完成灌注后，通常在46小时内安排长螺旋钻机在混凝土终凝前起拔套管，起拔套管时可根据起拔力大小控制起拔速度。安全措施8.1安全管理依据. 建筑施工安全检查标准（JGJ592011）. 建筑机械使用安全技术规程（JGJ332012）. 施工现场临时用电安全技术规范（JGJ462005）. 项目所在地政府建设主管部门的安全相关的管理规章制度8.2安全管理要点. 在软弱地层上施工时，为了确保大型设备的安全，在施工前需根据现场实际情况酌情填筑一层50cm. 厚砖渣碎石层或采取其他场地硬化措施以提高地基承载力。部分坑洞或淤泥地带需做换填、压实处理。. 施工现场各类人员必须正确佩戴安