彭 彬 1 陈伟强2 张基灼 2
1. 中铁十四局集团有限公司 山东省济南市 250014 2. 广州地铁集团有限公司 广东省广州市 510220
摘 要 该文主要为了介绍U型槽围护桩施工中，长螺旋钻孔灌注桩施工的机械配置，钻孔排土原理、混凝土压灌法施工，后插钢筋笼，适用范围，实际应用及持力层与电流关系等进行了叙述。
关键词 U型槽 长螺旋钻进 排土原理 压灌法 后插钢筋
中图分类号 文献标识码
1[] 工程概况
1.1 工程概况
U型槽起始里程为RDK1+477.00（CDK1+492.40），出入线间距为5.1m~6.0m，最大纵坡为28.572‰。根据施工资料，U型槽外边至中心线距离为3.85m：
1.2 成桩工艺的选择
分析工程地质条件，围护桩要穿透淤泥层、残积层、全风化，进入强风化层。围护桩径采用Φ800@1000mm，因此桩间距比较密。采取旋挖成孔时，护筒直径要选择1000mm，将造成桩头直径达到1000mm；与此同时，淤泥层中进行旋挖钻孔灌注桩施工，极易塌孔，造成扩径的情况发生对后续施工造成极大的困难。
采用长螺旋成孔后，压灌的混凝土形成护壁作用，不会造成塌孔情况发生，且工序衔接时间短，效率高。
长螺旋成孔，在土质地层中效率高，但进入强风化地层成孔效率低，因此要对动力头、钻杆及钻头要求高。
2 长螺旋施工工艺流程
长螺旋钻孔灌注桩是采取长螺旋钻机进行成孔，成孔到一定的深度以后，采取地泵压灌混凝土，混凝土压灌完成后，用震动杆进行后插入钢筋笼完成桩施工[1]。
2.1 机械设备配置
在机械设备配备上，有长螺旋钻机1台、地泵1台、履带吊1台、震动器1台、清土用挖机1台。
2.2 工作原理
（1）钻孔排土原理
长螺旋钻机依靠动力头驱动螺旋钻杆进行钻进，钻进过程中，绝大部分土体，附着在螺旋钻杆上，随着钻杆提出自然脱落在孔外；一部分与钻杆粘结牢固的黏性土体，需要用人工或者小型挖掘机，从钻杆上剥落，以便第二次进行成孔。
（2）混凝土压灌
钻孔施工完毕后，立刻采取地泵进行混凝土压灌。地泵经由软管与螺旋钻杆相通。中空的螺旋钻杆充当一部分导管，将混凝土由地面送入桩底。钻头处有一单向阀。在钻进过程中，单向阀保持关闭，防止泥土进入螺旋钻杆，造成堵塞。钻进深度满足设计要求后，钻杆向上提升50cm，钻头与孔壁无接触[2]。单向阀在混凝土压力作用下处于打开状态，混凝土在地泵提供的压力下，通过软管、螺旋中空钻杆，由单向阀门进入孔内。混凝土灌注时，边灌注边提升钻杆，但始终保持单向阀埋在混凝土面以下。防止钻杆提升过快，并高于混凝土面，形成断桩。
（3）后插钢筋笼
混凝土压灌满足设计要求后，开始后插钢筋笼工序。钢筋笼在履带吊的起吊下，采用高频震动杆进行下插。下插钢筋笼是利用钢筋笼及震动杆的自重作用下，采用震动器提供的高频震动冲力，将钢筋笼下压至设计标高位置。
后插钢筋笼混凝土不可随意选择，通常选取细石混凝土。混凝土粒径太大，或者和易性不好，均会影响钢筋笼下插效果。一般采用5-25mm碎石，混凝土塌落度采用200～220超流态混凝土[3]。
2.3 适用范围
可在基础桩和基坑、深井支护的支护桩合理使用，可合用于填土层、淤泥土层、沙土层及卵石层，亦合用于有地下水的各种土层情况，可在软土层、流沙层等不良地质条件下成桩，桩径通常采取500mm～800mm[4]。
在陈头岗项目中，螺旋钻成桩需要穿透淤泥层、黏土层进入全风化、强风化泥质砂岩层。
3 本项目中长螺旋压灌桩的应用
3.1 长螺旋的钻机
成孔是长螺旋施工技术控制重点。成孔质量与桩基施工质量呈正相关。长螺旋钻机主要靠动力头提供的扭矩及动力头与钻杆的配重进行钻孔。
图1 各类型号动力头及参数
长螺旋钻机额定功率的选择由成桩直径、深度及地质条件决定。
在本项目中，最初选用ZZSH480型号动力头，只能穿透淤泥层，进入黏土层。在黏土层中钻进，已经达到了极限。
在施工中发现情况后，更换为ZZSH580型号动力头，输出扭矩为95kN.m，相对ZZSH480型号动力头输出扭矩为65kN.m，输出扭矩增加了46%，同时配置上升了60%。更换后，长螺旋成孔能够穿透黏土层，进入全风化、强风化地层。
在全风化及强风化泥质砂岩地层施工时，需要配备合金截齿钻头（子弹头），对全风化、强风化泥质砂岩进行入岩钻进。
3.2 混凝土压灌
由于地层中存在流塑状、高可压塑性淤泥质土影响，在混凝土压灌过程中，受混凝土压力作用，容易形成扩径。具体表现为，混凝土灌注到设计标高后，后插钢筋笼时，受震动影响，混凝土面出现一定程度的下降，导致钢筋笼安放到位后，混凝土面不够的情况。针对这种情况，需要及时二次补充混凝土。
3.3 持力层与电流关系
进入持力层，一般以设计桩长、地质报告及电流值三者综合考虑。本工程得出以下结论：
（1）电动机功率与输出扭矩成正相关，与进入持力层电流变化呈负相关。如果进入设计持力层，其钻孔所需要的扭矩没有达到或者超过额定扭矩值，其电流变化会非常平稳。
（2）电动机功率越小，输出扭矩越小，进入持力层电流变化越大。如果进入持力层，其钻孔所需要扭矩超过了额定扭矩，会造成所谓“卡钻”或者“抱死”现象，此时电动机转速会急剧下降，电流值会急剧增加。
因此，电流值变化主要是钻进所需扭矩与电机本身额定输出扭矩的一个相对比较关系。电流变化值对评定持力层，只是一个参考值，一个经验值，与地层有着相关联性。
4 结论
本工程地质条件下，长螺旋施工存在以下几个特点：
（1）在土质地层中，成孔速率较快，进入全风化、强风化地层中，成孔速率较慢。加大动力头输出功率，提高钻杆强度，配备合金钻头后，可以加快全/强风化地层中进尺速度。
（2）流塑状、高压塑性淤泥质地层中，混凝土压灌，会出现均匀的扩径情况。因此，合理安排施工顺序，也就是在成桩终凝后，强度还相对较低时，及时进行相邻围护桩施工。防止混凝土达到一定强度后相邻桩施工时，长螺旋无法钻进，或者将钻头挤向一边，形成桩位偏移。
（3）在全/强风化地层中钻进，钻杆扰动很大，要采取避免钻机底座偏移的措施。
参考文献
[1] 苏慧珠, 李桂兰, 彭孝光. 长螺旋钻孔灌注桩技术研究[J]. 中国住宅设施, 2019, 000(002):107-108.
[2]宋钢锁. 浅谈长螺旋CFG桩施工工艺 [J].西部探矿工程，2017(12）：9-11.
[3]英德胜. 长螺旋CFG桩施工工艺及质量控制措施 [J].江西建材，2013(3）：120-122.
[4]朱国松. 客运专线长螺旋钻机CFG桩工艺及质量控制 [J].铁道工程学报，2017(12）：127-131.