王建昭 韩浩
中国水利水电第五工程局有限公司一分局 四川成都 610066
摘要：浙江省新昌江北公寓房二期项目桩基采用全封闭式护筒旋挖钻成孔工艺进行施工。根据施工技术要求，项目从桩基定位、桩基开挖、钢筋笼制安、混凝土浇筑等工艺进行详细的探究，并就生产过程中存在的问题进行了原因分析及解决处理，提高了桩基施工质量，对日后类似项目施工具有借鉴意义。
关键词：房建工程；桩基施工；成孔；
1 概述
新昌大明市新区公寓房安置项目二期（江北地块）位于新昌县大明市黄泽江北侧，总建设用地面积约1.9万㎡，总建筑面积7万㎡，为高层住宅小区。项目地貌类型属黄泽江河漫滩，主要为砂砾石结构层，地层含水量极为丰富。采用传统钻孔工艺，极易塌孔。通过项目研究决定，采用全封闭式护筒旋挖钻成孔工艺进行施工。
项目工程桩为8~14m，φ800钻孔灌注桩，设计桩数为747根，砼设计标号C30，桩端嵌入持力层为中风化粉沙岩。围护桩为9~15m，φ800钻孔灌注桩，设计桩数219根，钢筋桩砼设计标号C30，素桩砼设计标号C15。
2 技术要求
2.1 工程桩
（1）钢筋笼通长配置，主筋保护层厚度50mm，桩位偏差不大于50mm。
（2）桩身混凝土超灌1.20m，充盈系数1.15~1.25，采用C30水下混凝土。
（3）桩径允许偏差±50mm，垂直度允许偏差为0.8%，充盈系数>1.10,孔底沉渣厚度为<50mm,钢筋笼安装深度允许偏差为±100mm，桩中心偏差50mm。
（4）成孔施工应一次不间断地完成，成孔完毕至灌注混凝土的时间间隔不应大于24小时。
（5）分段制作的钢筋笼，其钢筋接头应采用焊接，在同一截面内的钢筋接头不得超过主筋总数的50%,两个接头的竖向间距不小于500,焊接长度单面焊为10d，双面焊为5d。
（6）水下混凝土必须具有良好的和易性，水灰比宜在0.5～0.55，坍落度可取160~220mm。
2.2 围护桩
（1）素砼桩采用C15砼,有筋桩桩身混凝土采用C30砼，桩主筋保护层厚度50mm,桩位偏差不大于1%，截桩高度为80cm。
（2）桩径允许偏差±50mm，垂直度允许偏差为0.5%，充盈系数>1.10,孔底沉渣厚度为<200,钢筋笼安装深度允许偏差为±100mm，桩中心偏差50mm。
（3）成孔施工应一次不间断地完成，成孔完毕至灌注混凝土的时间间隔不应大于24小时。
（4）分段制作的钢筋笼，其钢筋接头应采用焊接，在同一截面内的钢筋接头不得超过主筋总数的50%,两个接头的竖向间距不小于500,焊接长度单面焊为10d，双面焊为5d，钻孔桩主筋锚入冠梁的尺寸为35d（d为钻孔桩主筋直径）。
（5）水下混凝土必须具有良好的和易性，水灰比宜在0.5~0.55，坍落度可取180~220mm。
（6）素砼桩需加入缓凝剂其初凝时间不得小于72h，相邻2根素砼桩施工完成后，及时施工咬合的有筋桩，有筋桩施工前，素砼桩需未达到初凝时间。
3 具体施工方法
3.1 桩位放样
按“从整体到局部的原则”进行桩孔的位置放样，采用GPS准确放出桩位中心点的位置，在下好钢护筒后再次用GPS复核，如果钢护筒偏差超过5cm则将钢护筒拔出重打。用水准仪进行钻孔后的桩顶标高测量时，在护筒口刻划标高，作为钢筋笼制作与安装及混凝土浇筑控制的依据，并及时对标高进行复核。
3.2 护筒埋设
为防止地表杂物掉入孔内，护筒口应高出地面0.2~0.5m。护筒钢板厚度为15mm，考虑防止钻头碰到钢护筒及浇桩身砼体积过大，护筒内径等于孔径。埋设钢护筒时首先以桩位中心点为圆心用白石灰画出圈，将已放好的桩位中心点用2个控制桩成90°引出孔外约2.0m。下沉前以引出孔外2个控制桩找出钢护筒的圆心位置以控制桩位中心点。然后用打桩机夹紧钢护筒以高频振动下沉钢护筒。下沉钢护筒过程中要时常用水平尺检测钢护筒中心点，同时由2人成90°用垂球检查钢护筒的垂直度。打完钢护筒钻孔前必须复核钢护筒，钢护筒中心点偏差不得超过5cm，垂直度偏差不得超过1％，超过以上数值必须拔出重打。
3.3 钻机就位
钻机停位回转中心距孔位在4~4.5m之间。在允许的情况下，变幅油缸尽可能将桅杆缩回，这样可以减小钻机自重和提升下降脉动压力对孔的影响。在回转半径检查是否有障碍物影响回转，检查桩位土层是否坚实。旋挖钻机就位时与平面最大倾角不超过4°，现场地面承载能力大于250kN/m2，所以钻机平台处必需碾压密实，并在钻机下部地面铺垫厚度为20mm钢板，钢板面积大于钻机履带伸展状态面积20厘米以上。进行桩位放样，将钻机行驶到要施工的孔位，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，并放入孔内，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动孔内。
3.4 钻进成孔
旋挖钻机施工时首先将钻头放在作业面，旋转钻头并加压，将旋起的土挤入钻头筒内，泥土挤满钻筒后反转钻头，然后将钻头提出孔外，在超过孔外1.0米处就近堆放渣土，采用反铲挖掘机挖渣、装车，采用自卸汽车外运弃渣。对于进尺困难，钻进效率低等现象，这种情况应注意钻具的正确选择，采用正确的操作方式，以提高钻进效率。
对于上部地层的钻进方面可使用双开门截齿捞砂斗或螺旋钻头即可实现较快速钻进；由于下部存在岩质较硬的中风化岩，应结合使用嵌岩筒钻以钻芯的方法以及嵌岩螺旋钻进行施工。
3.5 清孔
造成沉渣过厚的主要原因是发生塌孔或者钻头底部机械难以清理。沉渣过厚使桩底存在软弱隔层，导致端承力丧失。为保证孔内沉渣不超过5cm的规范要求，在钻进结束后采用清孔钻头进行清孔。
现场采用重锤检测法对沉渣厚度进行检测：①测量转(钻)千平台的高程②计算转杆的总长③用绳尺扣一个0.5KG左右的铁杆件④把绳尺徐徐放到孔中到底后用手上下掂几下,确保铁件确实到底⑤计算长度用转杆总长减去绳尺的读数就是沉渣厚度，满足沉渣厚度后方可进行下道工序施工。
3.6 钢筋笼制作及安装
钢筋笼制作尺寸应符合设计要求，其允许偏差：主筋间距±10mm，螺旋筋螺距±20mm，钢筋笼直径±10mm，长度±50mm。18米以内钢筋焊接采用双面焊，焊缝长≥6d，18米以上再接长的钢筋焊接采用单面焊，焊缝长≥12d；焊缝饱满，焊渣清除干净，焊条采用E502或E506；主筋与加强筋及主筋与螺旋筋用电焊机点焊代替绑扎。钢筋笼搬运或安装时，应防止变形，在每根钢筋笼上焊接两个?14钢筋作为吊筋。分段制作的钢筋笼放入孔中适当位置后，应从钢筋笼两侧对称施焊并保持其垂直度。为留足保护层，在下放前在钢筋笼外边用钢筋在主筋外侧进行焊接固定，约4m一道，每道4只。主筋净保护层宜为50mm以上，保护层允许偏差±10mm。钢筋笼下放到设计位置后，顶端必须固定，并保持其垂直和稳定。
3.7 混凝土灌注
本工程混凝土浇筑用商品砼，采用水下导管灌注砼。要求如下：
①开始浇筑时，导管底部应接近地基面30~50cm。②初灌砼宜先灌少量砂浆，导管和储料斗的砼储量应使导管初次埋深不少于1.2m。③在浇筑过程中，导管只应上下升降，不得左右移动。④灌注应连续进行，导管进入砼深度不小于2m，并不大于6m。⑤坍落度以18~22cm为宜，开始时可较小，结束时酌量放大，以使砼表面能自动坍平。
①混凝土的初灌量宜按下式计算：
式中：-----------混凝土的初灌量，m3；
d-----------桩孔直径，m；
H-----------导管埋入混凝土深度，一般取1.5m；
h------------导管下端距灌注前测得的孔底高度一般取h=0.3~0.5m；
t------------灌注前孔底沉渣厚度，m。
di ----------导管内径，m；
L-----------钻孔深度，m；
②连续灌注混凝土：首批混凝土灌注正常后，应连续不断灌注混凝土，严禁中途停工（两次混凝土灌注间隔不能大于30min）。在灌注过程中，应经常用测锤探测混凝土面的上升高度，并适时提升、逐级拆卸导管，保持导管的合理深度。探测次数一般不宜少于所使用的导管节数，并应在每次起升导管前探测1次管内外混凝土面高度。遇特别情况（局部严重超径、缩径、漏失层位和灌注量特别大的桩孔等）应增加探测次数，同时观察返水情况，以正确分析和判定孔内情况。
③导管的埋深：导管的埋深大小对灌注质量影响很大。埋深过小，往往会使管外混凝土面上的浮浆沉渣夹裹卷入管内形成夹层；埋深过大，导管底口的起压力减小，管内混凝土不易流出，容易堵管。最大埋深不宜超过最下端导管长度或6m。
导管的埋深选择：
.png)
④混凝土灌注时间：混凝土灌注的上升速度不得小于2m/分钟。灌注时间必须控制在埋入导管中的混凝土不丧失流动性的时间内，必要时可参入适量缓凝剂。
⑤桩顶的灌注标高及桩顶处理：工程桩顶的灌注标高至少比设计标高增加1.2m（围护桩桩顶超灌0.8m），以便清除桩顶部的浮浆层。
⑥在灌注过程中，当导管内混凝土不满含有空气时，后续的混凝土宜通过溜槽徐徐灌入漏斗和导管，不得将混凝土整斗从上面导入管内，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡胶垫而使导管漏水。
4 常见问题及改进措施
4.1 钢护筒无法下沉
工程施工前，先进行试成孔施工。根据试成孔过程中遇用挖机配液压振动锤无法下沉钢护筒，有可能是地层中砾石粒径超过20cm或圆砾层密实度很高，或者地层中粘土层过厚。遇到以上两种情况，拟采用清除障碍物的方法进行处理，即将咬合桩施工范围内的土进行翻挖，降低土层的密实度。翻挖具体如下：
（1）以桩中心为中心，两侧各3米范围内，将原地面标高下降2m，即本项目将原地面标高降至-3.9m，挖出的土方就近堆放。
（2）以-3.9m为平台，采用两台360挖机将咬合桩部位的土层进行翻挖，翻挖深度4m。操作顺序为：1台360挖机将土层挖起，土方就近堆放，开挖长度超过5m后，另1台360挖机开始施工，将挖起的土方进行松填，为防止边坡塌方，开挖和回填的时间不超过半小时。
.png)
图1 翻挖断面图
4.2 进尺缓慢
关于本地质可能出现的打滑不进尺钻进效率缓慢的现象，主要是一个钻齿寻找原生土切入点困难的问题。在操作方面：（1）可以在寻找切入点的过程中，让钻杆转速和加压力富于变化，但是一旦建立加压力，就要尽力保持，尽量减少钻进中途解压。（2）如果出现钻杆转速突然加快而不进尺的现象，要迅速降低动力头转速，再次建立加压力。如果出现钻头在孔底空钻5分钟以上而不进尺的打滑现象，提出钻头查找原因。（3）另外切忌不能钻渣掉入孔底。不要一次钻进进尺太多，防止孔底钻渣过多造成糊钻打滑。（4）另外在这种地层钻进的时候还要注意，提放钻的速度以及钻头转速不要太快，防止破坏已经形成好的泥皮。（5）随时检查钻齿的磨损情况，及时更换钻齿，保证钻进效率和孔径满足要求。
如岩层硬度大，可以选择用取芯筒钻环切取芯，或用单头单螺锥螺旋钻头进行破碎最后用截齿捞渣斗取渣的方式进行操作。
4.3 沉渣厚度控制
孔底沉渣值的多少对于钻孔灌注桩的承载能力有着至关重要的影响。根据试验实测资料表明,桩的承载能力随着沉渣值的厚度而改变,当沉渣的厚度超过一定数值时,端极限阻力ρ则由沉渣性质来决定,而与持力层土质无关。为此,现行施工验收规范对钻孔灌注桩孔底沉渣厚度提出了更高的要求。JGJ94《建筑桩基技术规范》规定的允许沉渣厚度值：端承桩≦50mm，摩擦端承桩≦100，摩擦桩≦300。
（1）选择合适的钻孔机具及钻孔方式
根据施工地段的工程地质勘察资料,选择合适的钻孔机具。对土层松软、易坍塌的桩位,应尽量避免采用振动大、负压过低的施工机具和工艺方法。冲击钻钻进速度与钻进深度、土质、钻头型式、供浆压力和供浆量等要素有关,钻进时应根据这些要素以适宜的冲击速度进行钻进,并随着土层的变化及时进行调整,使钻进时成孔的泥、砂、砾和渣料能随着泥浆畅通排出孔外。
（2）一次清孔
灌注桩成孔至设计标高或预定层面后,应充分利用钻杆或送浆管在原位进行第一次清孔,一次清孔的目的是将孔内的颗粒状物排出孔外,减少孔底沉渣,节省二次清孔时间。厚度小于50m时,及时抓紧时间吊放钢筋笼。
（3）二次清孔
第一次清孔是在终孔后进行,经过安放钢筋笼、焊接、下放导管等过程,一般需要4h,在这段时间内,由于孔内处于静止姿态,原来的泥、砂砾和石屑可能会沉人孔底,同时,安放钢筋笼和导管时也会擦碰孔壁而使泥砂落孔内,为此,在砼灌注前进行第二次清孔。
结语
项目根据地质情况选择全封闭式护筒旋挖钻成孔工艺，对钢护筒进行改进，对施工工艺进行总结优化。提高了桩基成孔质量，加快了施工进度，节约了施工成本，减小了安全风险。为工程提前完工做出了重要贡献，为日后类似富水砂砾石地层桩基施工提供技术借鉴。
参考文献：
[1] 凤淼：软土地区下营业线全护筒跟进钻孔施工技术研究，《价值工程》2016年18期
[2] 吴银华：旋挖钻钻孔灌注桩施工工艺，《城市建设理论研究》2013年第28期
作者简介：
王建昭（1993年10月），男，甘肃省庆阳市人，中国水电五局一分局浙江新昌项目，工程部主任，助理工程师，现从事房建工程施工技术与管理工作。
韩浩（1990年3月），男，四川省遂宁市人，中国水电五局一分局浙江新昌项目，质量部主任，工程师，现从事房建质量管理工作。