第三节 长螺旋钻孔压灌桩技术

一、主要技术特点

1．技术原理

长螺旋钻孔压灌桩技术是采用长螺旋钻机钻孔至设计标高，利用混凝土泵将混凝土从钻头底压出，边压灌混凝土边提升钻头直至成桩，然后利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混凝土桩体，形成钢筋混凝土灌注桩。后插入钢筋笼的工序应在压灌混凝土工序后连续进行。与普通水下灌注桩施工工艺相比，长螺旋钻孔压灌桩施工由于不需要泥浆护壁，无泥皮、无沉渣、无泥浆污染，施工速度快，造价较低。

2．技术特点

长螺旋钻孔压灌桩成桩施工时，为提高混凝土的流动性，一般宜掺入粉煤灰。每方混凝土的粉煤灰掺量宜为70～90kg，坍落度应控制在160～200mm，这主要是考虑保证施工中混合料的顺利输送。坍落度过大，易产生泌水、离析等现象，在泵压作用下，骨料与砂浆分离，导致堵管。坍落度过小，混合料流动性差，也容易造成堵管。另外，所用粗骨料石子粒径不宜大于30mm。

长螺旋钻孔压灌桩成桩，应准确掌握提拔钻杆时间，钻至预定标高后，开始泵送混凝土，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管及输送软、硬管内混凝土达到连续时提钻。若提钻时间较晚，在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出，容易造成管路堵塞。应杜绝在泵送混凝土前提拔钻杆，以免造成桩端处存在虚土或桩端混合料离析、端阻力减小。提拔钻杆中应连续泵料，特别是在饱和砂土、饱和粉土层中不得停泵待料，避免造成混凝土离析、桩身缩颈和断桩，目前，施工多采用商品混凝土或现场用两台0.5m3的强制式搅拌机拌制混凝土。

灌注桩后插钢筋笼工艺近年有较大发展，插笼深度提高到目前的20～30m，较好地解决了地下水位以下压灌桩的配筋问题。但后插钢筋的导向问题没有得到很好地解决，施工时应注意根据具体条件采取综合措施控制钢筋笼的垂直度和保护层有效厚度。

二、主要技术指标

①混凝土中可掺加粉煤灰或外加剂，每方混凝土的粉煤灰掺量宜为70～90kg。②混凝土中粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不宜大于30mm。

③混凝土坍落度宜为180～220mm。

④提钻速度宜为1.2～1.5m/min。

⑤长螺旋钻孔压灌桩的充盈系数宜为1.0～1.2。

⑥桩顶混凝土超灌高度不宜小于0.3～0.5m。

⑦钢筋笼插入速度宜控制在1.2～1.5m/min。

三、施工技术应用

1．技术应用范围

适用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土，属非挤土成桩工艺。

适用于地下水位较高，易塌孔，且长螺旋钻孔机可以钻进的地层。

2．材料要求

①混凝土采用和易性、泌水性较好的预拌混凝土，强度等级符合设计及相关验收规范要求，初凝时间不少于6h。灌注前坍落度宜为180～220mm。

②水泥强度等级不应低于P.O42.5，质量符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）的规定，并具有出厂合格证明文件和检测报告。

③砂应选用洁净中砂，含泥量不大于3%，质量符合现行行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52—2006）的规定。

④石子宜优先选用质地坚硬的粒径不大于30mm的豆石或碎石，含泥量不大于2%，质量符合现行行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52—2006）的规定。

⑤粉煤灰宜选用Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰，细度分别不大于12%和20%，质量检验合格，掺量通过配比试验确定。

⑥外加剂宜选用液体速凝剂，质量符合相关标准要求，掺量和种类根据施工季节通过配比试验确定。

⑦搅拌用水应符合现行行业标准《混凝土用水标准》（JGJ63—2006）的规定。

⑧钢筋品种、规格、性能符合现行国家产品标准和设计要求，并有出厂合格证明文件及检测报告。

3．施工机具

1）成孔设备

长螺旋钻机，动力性能满足工程地质水文地质情况、成孔直径、成孔深度要求。

2）灌注设备

混凝土输送泵，可选用45～60m3/h规格或根据工程需要选用；连接混凝土输送泵与钻机的钢管、高强柔性管，内径不宜小于150mm。

3）钢筋笼加工设备

电焊机、钢筋切断机、直螺纹机、钢筋弯曲机等。

4）钢筋笼置入设备

振动锤、导入管、吊车等。

4．施工方法

1）试钻

当需要穿越老黏土、厚层砂土、碎石土以及塑性指数大于25的黏土时，应进行试钻。

2）钻进

①钻机启动前应将钻杆、钻尖内的土块、残留的混凝土等清理干净。

②钻机定位后，应进行复检，钻头与桩位点偏差不得大于20mm，开孔时下钻速度应缓慢；钻进过程中，不宜反转或提升钻杆。

③钻进过程中，当遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。

3）成孔

①根据桩身混凝土的设计强度等级，应通过试验确定混凝土配合比；混凝土坍落度宜为180～220mm；粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不宜大于30mm；可掺加粉煤灰或外加剂。

②混凝土泵型号应根据桩径选择，混凝土输送泵管布置宜减少弯道，混凝土泵与钻机的距离不宜超过60m。

③桩身混凝土的泵送压灌应连续进行，当钻机移位时，混凝土泵料斗内的混凝土应连续搅拌，泵送混凝土时，料斗内混凝土的高度不得低于400mm。

④混凝土输送泵管宜保持水平，当长距离泵送时，泵管下面应垫实。

⑤当气温高于30℃时，宜在输送泵管上覆盖隔热材料，每隔一段时间应洒水降温。

⑥钻至设计标高后，应先泵入混凝土并停顿10～20s，再缓慢提升钻杆。提钻速度应根据土层情况确定，且应与混凝土泵送量相匹配，保证管内有一定高度的混凝土。

⑦在地下水位以下的砂土层中钻进时，钻杆底部活门应有防止进水的措施，压灌混凝土应连续进行。

⑧压灌桩的充盈系数宜为1.0～1.2。桩顶混凝土超灌高度不宜小于0.3～0.5m。

⑨成桩后，应及时清除泵管内残留的混凝土。长时间停置时，应用清水将钻杆、泵管、混凝土泵清洗干净。

4）插入钢筋笼

①将制作好的钢筋笼与钢筋笼导入管连接并吊起，移至已成素混凝土桩的桩孔内；

②起吊振动锤至笼顶，通过振动锤下的夹具夹住钢筋笼导入管；

③启动振动锤通过导入管将钢筋笼送入桩身混凝土内至设计标高；

④边振动边拔管将钢筋笼导入管拔出，并使桩身混凝土振捣密实。

其施工流程如图2-4所示。与该施工工艺配套的主要施工设备包括长螺旋钻机、混凝土输送泵、钢筋笼导入管、夹具、振动锤。长螺旋钻机、混凝土输送泵采用目前市场上常规型号的机械设备，其动力性能和混凝土输送泵功率的选择根据桩径及桩长确定。

5．施工中常见问题及解决措施

1）夹钻

夹钻由多种原因造成，主要为钻进过程中未及时排土造成叶片夹土过多，阻力过大，电机电流过大，电机启动不开。当遇到这种情况时，应将钻杆提升100～200mm，启动反转，钻具钻动开后，再吊住钻杆启动正转，待叶片上的夹土排出以后，再进行钻进。一般控制速度为1.0～1.5m/min，具体钻进速度根据施工地质条件进行相应调整。

2）偏笼、笼下沉

施工中有时会出现偏笼，导致钢筋保护层减少。下置钢筋笼时，可将钢筋笼预留筋适当向外均匀掰成扇形，笼底向内均匀掰成锥形，可增加钢筋笼在吊运和下置时的导正性，必要时还可增加导正器的数量。灌注混凝土的过程中有时会造成串孔，即由于临近的孔已经灌注完混凝土还未初凝，对刚转完的孔形成压力差，在薄弱的土层中容易压通，导致混凝土流入刚钻成的孔中，从而导致钢筋笼随着混凝土一起下沉。可在刚成孔时灌注混凝土至薄弱地层，停止提钻，加速泵送混凝土至下沉钢筋笼内的混凝土上升，带动钢筋笼上升至原来的位置，再继续提升钻杆灌注混凝土。

3）断桩

由于长螺旋钻孔压灌桩采用后置钢筋笼并加振动的方法进行施工，在灌注过程中，未能及时提管、拆管，导致导管埋深过深、摩擦力过大而拔不动或拔断导管。因此，要求测量人员及时探测，控制最大埋深不大于6m。