长螺旋钻孔压灌桩施工工法

长螺旋钻孔压灌桩是使用长螺旋钻机成孔，成孔后自空心钻杆向孔内泵压桩料（混凝土或CFG桩混合料），边压入桩料边提钻直至成桩的一种施工工艺。长螺旋钻机压灌成桩工艺由于施工噪声低、设备行走灵活、成桩速度快，对地层适应性强而被广泛应用，能避免软土、砂土地区成桩缩径、断桩的施工质量问题，解决了泥浆污染问题，降低了造价，并可成功用于地下水位以下地层的成桩。

1.工法特点

1.1适应性强：该桩型适用于粘性土，粉土，填土等各种土质，能在有缩径的软土、流沙层、沙卵石层、有地下水等复杂地质条件下成桩。

1.2施工无噪声、无振动、无排污，没有大量泥浆制配和处理带来的环境污染。

1.3钻孔后不需要清理孔底虚土，混凝土（或CFG桩混合料）从钻头尖泵出决定了这种桩无桩底沉渣，从而提高桩底土的极限端阻。

1.4桩身质量好：由于长螺旋钻孔压灌混凝土（或CFG桩混合料）是在连续压力泵送下，桩身完整性好，桩身混凝土与嵌固土层结合紧密，没有断桩、缩颈孔底沉渣等普通泥浆护壁钻孔桩的质量通病。

1.5单桩承载力高：长螺旋钻孔压灌桩采用高压压入桩料，对桩孔周围的土有渗透、挤密作用，提高了桩周土的侧摩阻力，使桩基具有较强的承载力、抗拔力、抗水平力，变形小，稳定性好。

1.6施工速度快，比普通打预制桩工期缩短1—2倍，费用降低10%—15%。

1.7单位承载力造价低：长螺旋钻孔压灌桩采用泵压混凝土（或CFG桩混合料）成桩，不加钢筋，掺入粉煤灰以及充分发挥桩间土的承载能力，因而地基承载力高、工程造价低。

2.适用范围

长螺旋钻孔压灌桩适用于粘性土、粉土、砂土、人工填土的地基处理，对噪声或泥浆污染要求严格的场地，使用范围从多层住宅发展到高层和大型工业建筑。

3.工艺原理

长螺旋钻孔压灌桩复合地基由高强度桩、桩间土、褥垫层一起形成复合地基。钻孔时把桩周围的土挤密，承受荷重时桩、褥垫层、桩间土共同受力，从而改善场地土的承载力（可提高到4倍左右，承载力可达300—600kPa），提高地基承载力和基础的刚度。

在外载作用下，大部分荷载由桩承受，桩周摩阻力得到充分发挥，端阻力随着荷载作用的时间及桩侧阻力发挥和程度而逐渐增高。同时，桩顶褥垫层则发挥调节作用，使桩间土与桩身进入共同工作状态，形成复合地基。复合地基承载力的大小取决于桩径、桩长、桩距、持力层土质及褥垫层厚度等因素。

4.工艺流程及操作要点

4.1长螺旋钻孔压灌桩工艺流程：

施工准备→施工设备安装及调试→试成柱→定位放线→钻机就位、成孔→制备桩料→压灌成桩→转移钻机→现场试验→质量检验。

4.2操作要点：

4.2.1施工准备：

施工前机械设备、材料进场；有关施工人员到岗；由技术人员、安全员组织进行技术与安全交底，使施工作业人员明确设计与施工要求，增强安全生产意识；并由技术人员安排专人负责记录与质检工作。

4.2.2施工设备安装及调试：

长螺旋钻孔泵压混凝土桩机进场后，应及时进行安装及调试，确保成孔钻机行走平稳，运转正常。在钻机支架立柱上根据深度要求标注控制尺寸标记。

4.2.3试成柱：

施工人员要明确长螺旋钻孔泵压混凝土桩的桩径、有效桩长、桩体强度、桩顶标高等设计控制参数，并按确定的参数试成柱。

4.2.4定位放线：

以甲方提供的轴线为基准，由工程技术人员从轴线控制点引放桩位点，经监理工程师验线合格后，方能施工。

4.2.5钻机就位、成孔：

钻机就位后应调整平稳，施工作业人员应从钻机正面与侧面两个相互垂直方向，采用吊锥线或利用钻机平台用水平尺进行垂直检查，及时调整钻机位置，保证钻具垂直，并将钻头锥尖对准桩位中心。同时检查钻头两侧阀门，应开闭自如，成孔阶段应保证钻头两侧阀门密闭。启动钻机，旋转钻具进行成孔施工。钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触地时，启动马达钻进。先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。在成孔过程中发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移和钻具损坏。根据钻机塔身上的进尺标记，成孔达到设计标高时，停止钻进。

成孔作业人员应随时检查钻具成孔时的垂直度，发现偏斜及时进行调整，以保证钻孔的垂直度。成孔深度应满足设计要求，可在钻机立柱上划尺寸标记或其他方法进行施工深度控制。对成孔时钻出土及时清理，以保证场地道路通畅、平整。

4.2.6制备桩料：

长螺旋钻孔压灌桩的施工配合比应以实验室试验报告提供的材料配合比为标准，长螺旋钻孔压灌混凝土（或CFG桩混合料）采用现场搅拌或商品混凝土（或CFG桩混合料）。作业班组应作好施工记录。

4.2.7压灌成桩：

当钻机钻孔达到要求深度后，停止钻进，同时启动混凝土输送泵向钻具内输送桩料，待桩料输送到钻具底端将钻具慢慢上提0.1—0.3m,以观察混凝土输送泵压力有无变化，以判断钻头两侧阀门已经打开，输送桩料顺畅后，方可开始压灌成桩工作，严禁先提管后泵料。提升速度要与泵送速度相适应，确保中心管内有0.1m³以上的混凝土，成桩时的拨管速度控制在2-3米/分钟。压灌成桩时。边泵送桩料边提拨钻具。压灌成桩过程中提钻与输送桩料应自始至终密切配合，钻具底端出料口不得高于孔内桩料的液面。成桩过程中应连续进行，压灌成桩必须一次连续灌注完成。现场拌制混凝土时，中间可停止提钻等待搅拌机拌制混凝土，但等待时间应远小于混凝土的初凝时间。若因意外情况出现等待时间大于初凝时间，则应重新钻孔成桩。压灌成桩桩顶标高应高于设计桩顶标高0.5-0.8m。

施工时设置专人监测成孔、成桩质量，并逐根做好成桩施工记录，班组长、项目技术负责人应对每班记录的《混凝土（混合料）工程施工记录表》、《钻孔压灌桩施工记录表》进行检验核实无误后签字。施工成孔时发现地层与勘察资料不符时，应查明情况，会同设计单位采取有效处理措施。

4.2.8转移钻机：

一根桩施工完成后，转移钻机到下一桩位。桩机移机至下一桩位施工时，应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位正确。

4.2.9现场试验：

对于每车混凝土（或CFG桩混合料），试验人员都要进行塌落度的监测，合格后方可进行混凝土（或CFG桩混合料）的投料，在成桩过程中抽样作试块，每台机械一天应做一组试块，在试块上标明制作日期，并进行标准养护，测定其28天抗压强度。

4.2.10质量检验

施工结束后，应对桩顶标高、桩位、桩体质量、地基承载力以及褥垫层的质量做检查，复合地基检验应在桩体强度符合试验荷载条件时进行，一般宜在施工结束后2-4周后进行，复合地基承载力宜用单桩或多桩复合地基载荷试验确定，对高层建筑或重要建筑，可抽取总桩数的10%进行低应变动力检测，检验桩身结构完整性。

褥垫层一般由级配碎石与素混凝土组成，铺设范围应超出基础边缘100mm，虚铺厚度按正压系数计算确定，宜取100—300mm。

褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法。

5.主要设备与材料

5.1主要设备

施工机械主要为长螺旋钻孔机和混凝土输送泵。

5.1.1长螺旋钻孔机

钻孔机采用液压步履、履带式和滚管式行走,目前,普遍采用的是步履式和履带式。钻具采用长螺旋钻具,其常规直径为Φ400 ,Φ600 ,Φ800 三种,它与普通钻具相比有以下不同点:

1)该钻具有中心管内灌注混凝土的功能,且其顶部设有泄气阀,中心管直径大于125 mm。因为一般混凝土输送软管内径为125 mm ,为了使输送到钻顶中心管中的混凝土能自由下落,并冲开底部的活瓣,同时,保证自落后的混凝土将中心管内的空气排到顶部泄出,因此中心管直径需大于125 mm ,一般为156 mm。

2)中心管的底部(即钻头处) 有混凝土出口,出口处有两片可开闭的活瓣。钻具开始钻削土体之前,应将活瓣闭合,以防止土、砂或水进入中心管内,泵输送混凝土时将活瓣打开。

3)动力部分为双电机。采用双电机主要是为了预留输送混凝土的中心管,双电机功率一般分为2 ×37kW ,2 ×45kW ,2 ×55kW,2 ×75kW几种。电机功率的大小决定了钻具的成孔深度,2 ×37kW钻机成孔深度为18m ,2 ×75kW 钻机成孔深度可达30m。

5.1.2输送泵及输送管

与长螺旋钻具中心管相匹配, 现场采用混凝土输送泵和Φ125 输送管。Φ125 输送软管与长螺旋钻具中心管相连,既可方便钻机移动,又可保持搅拌后台位置的相对稳定,无需多次移位,即可满足一个工程的需要,混凝土的搅拌可根据工程的实际情况选用以下两种形式:一是现场搅拌;二是用商品混凝土。两者均通过混凝土泵料斗输送到钻机中心管提钻成桩,完成混凝土的灌注施工工作。

5.2材料

水泥：宜用42.5号普通硅酸盐水泥；

砂：中砂或粗砂，含泥量不大于5%；

石子：石子卵石或碎石，粗径5～30mm，含泥量不大于2%；

粉煤灰：Ⅱ级以上；

外加剂、掺和料：根据施工需要通过试验确定。

6.质量控制

6.1质量标准

施工质量验收应符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2002）、《建筑地基处理技术规范》（GB50007—2002）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）、《建筑桩基检测技术规程》（JGJ106—2002）、《长螺旋钻机泵压混凝土桩复合地基技术规程》（DB13（J）31—2001）。

长螺旋钻机泵压混凝土桩的成桩质量检查主要包括成孔、桩料及灌注三个工序过程的质量检查。

6.1.1成孔施工的允许偏差应满足表6.1.1要求。

表6.1.1 成孔施工的允许偏差

成孔方法	桩径偏差（mm）	垂直度允许偏差（％）	桩位允许偏差（mm）
			条形复合地基沿垂直轴线方向和群桩复合地基中的边桩	条形复合地基沿轴线方向和群桩复合地基中的间桩
长螺旋钻机	-20	1	70	150

6.1.2成孔的控制深度应符合表6.1.2要求。

表6.1.2 成孔的控制深度

6.1.3褥垫层铺设厚度应均匀，厚度允许偏差±10mm。

6.1.4混凝土质量检测

严格按配合比进行搅拌，对搅拌出的混凝土要经常检查坍落度，发现异常及时调整。每台班应留一组混凝土试块，标准养护28d，测定抗压强度，留作档案资料。

6.1.5复合地基检测

从成桩到开始试验的间歇时间：在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土，不应少于10天；对于粉土和粘性土，不应少于15天。

复合地基承载力可用复合地基静载试验确定，也可用单桩竖向静载荷试验确定单桩竖向承载力标准值后经计算确定。

6.2质量控制

桩料质量检验应根据工程施工配合比要求进行，桩料要严格检查坍落度。

施工中应检查桩身混合料的配合比、坍落度和提升钻杆速度、成孔深度、混合料灌入量等。提升钻杆的速度必须与泵入混合料的速度相匹配，而且不同土层中提拔的速度不一样。砂性土、砂质粘土、粘土中提拔的速度为2-3m/min，在淤泥质土中应当放慢提升速度。

褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法。

施工中应保证排气阀正常工作，要求每班经常检查排气阀。

7.劳动组织及安全

7.1劳动组织

7.1.1对成桩作业人员进行岗前培训，做好施工作业技术、安全交底，钻机操作岗必须持证上岗。

7.1.2劳动力计划见表7.1.2

表7.1.2 劳动力需用计划

7.2应注意的安全事项及安全措施

除严格遵守国家的各种安全法规、技术规程外，还应该注意以下事项：

7.2.1钻机、混凝土泵等必须由专职操作手按规程操作，设备定期检查维修，钢丝绳、轮滑、机械等传动部件应经常检查、维修、保养，使其运转正常，安全装置必须齐全、灵敏、可靠。

7.2.2设备操作人员严格执行操作规程。

7.2.3钻机在遇有六级以上大风、大雨时停止作业。

7.2.4施工用电实行三相五线制，一机、一闸、一漏、一箱，严禁有拖地线。

8.环保措施

严格遵守当地的环境保护条例，施工过程中，尽量减低噪音，不干扰周边居民的正常生活。白天<70dB，夜间<55dB。

泥浆回收处理，杜绝污染。施工中产生的垃圾要随时清除，运到指定地点，集中处理。

夜间施工应采用定向灯具照明，防止光污染。

严格控制施工过程中进出车辆、车轮，不造成车辆行驶道路上的污染，及时清洗。

9.效益分析

9.1技术效益

可处理各类疑难地基，解决了其它技术在地基处理工程中，承载力低、缩径、断桩、虚桩难题。

9.2经济效益

由于单桩承载力提高，桩的数量可以减少，这样可以缩小桩连梁及承台尺寸，减少基础钢筋混凝土量。由于混凝土桩、CFG桩复合地基不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺合料，大大降低了工程造价，无泥浆污染，成桩速度快，带来巨大的工期效益，与静压预制桩及其它桩型相比，可节约投资造价约1/3—2/3。

9.3环保、社会效益

长螺旋钻机泵压灌注桩复合地基应用活性矿物掺合料粉煤灰，不仅可改善混凝土的微观结构，提高粗骨料与砂浆之间的界面强度，改善了混凝土和易性。粉煤灰的应用，节省了水泥，利用了工业废料，减少了环境污染，而且长螺旋钻机泵压灌注桩施工时无震动、噪音低，地基处理速度快，多台设备可以一起施工，加快了地基处理速度，环保、社会效益明显。

10.工程实例

×××车间工程，轴线长168.10m，轴线宽54m。其天然地基承载力不能满足设计要求，采用CFG桩进行地基处理，要求地基承载力特征值f_spk≥250KPa。共布桩1879根，桩径400mm，面积转换率为6.0%，采用C15混凝土，碎石褥垫层厚度200mm，碎石粒径≤20mm，褥垫层宽出素混凝土垫层200mm，碎石褥垫层的夯填度λ≤0.90。本工程经试验检测地基承载力特征值320 KPa，满足设计要求。提前工期10天，节约资金10万元，实践证明此工法“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工