长螺旋水下灌注成桩技术

　　摘要:长螺旋水下成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，边压灌混凝土边提钻直至成桩，然后利用专门振动装置将钢筋笼一次插入桩体，形成钢筋混凝土灌注桩。后插钢筋笼应与压灌混凝土宜连续进行。与普通水下灌注桩施工工艺相比，长螺旋水下成桩施工，不需要泥浆护壁，无泥皮，无沉渣，无泥浆污染，施工速度快，造价低等特点。本文结合工程实例，对此技术作分析及探讨，供同行参考。
　　关键词:长螺旋;水下灌注;灌注桩施工;钢筋笼;
　　1、工程概况
　　华能岳阳电厂位于岳阳城陵矶附近，毗邻长江，属于长江中游冲积平原地区。根据中南电力勘测设计院提供的油罐区、灰浆泵房及脱硫区地质勘察报告，场地自上而下的地质特征如下：1、杂填土及素填土层（约2m～4m厚）；2、粉质粘土层及粉土层，软塑（约5m～6m厚）；3、粘土层，可塑或硬塑（约3m～8m厚）；4、含粘性土密实的卵石层（约0m～1m厚）；5、粘土层，硬塑（约2.1m厚）；6、强风化板岩层（约1.9m）。该区域工程的基础原设计采用传统的回旋钻孔灌注桩，由于该区域施工现场地下水位较高，水量丰富，上部土层性质较差，单纯用回旋钻无法成孔，经设计、业主、监理及施工方共同协商，决定采用φ800长螺旋水下灌注桩施工工艺，共426根桩，每根桩长度在15m～20m之间，总长度约为7160m，混凝土量为3597.2m3。
　　2、施工工艺原理
　　长螺旋水下灌注桩施工工艺是采用长螺旋钻机钻至设计标高，利用混凝土泵将混凝土从钻头底部压出边灌注边提钻至成桩，然后利用专门震动装置将钢筋笼一次插入桩体，形成钢筋混凝土灌注桩，施工程序简化。
　　3、施工工艺特点
　　3.1桩身质量好：由于混凝土是从钻杆中心压入孔中，混凝土具有密实、无断桩等特点，并对桩孔周围土有渗透、挤密作用。
　　3.2单桩承载力高：由于是连续压灌超流态混凝土护壁成孔，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。
　　3.3机械投入少：钻机直接吊入钢筋笼，节省了吊车台班，减少了大型机械的投入量。
　　3.4长螺旋钻孔压灌砼桩施工由于不需要泥浆护壁，不需要设置泥浆池和沉淀池，减少了临时用地，没有泥浆污染，低噪音，无振动，符合环境保护和绿色施工技术标准要求。
　　4、施工工艺流程
　　4.1钻孔
　　4.1.1桩位验收后,下放钻杆，使钻头对准桩位点，调整钻杆垂直度，应用钻机塔身的前后垂直标杆检查导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心,以保证桩身垂直度偏差不得大于允许偏差，垂直度的允许偏差不大于1%。
　　4.1.2开钻前，先将混凝土泵的料斗及管线用清水湿润（润滑管线，防止堵管），然后用一定的水泥砂浆进行泵送，并将所有砂浆泵出管外。
　　4.1.3封住钻头阀门，使钻杆向下移动至钻头触及地面时，开动钻机旋动钻头。一般应先慢后快，先钻0.5～1m深，检查一切是否正常，未发现异常再继续钻进，根据电流大小（一般掌握在额定电流180～200A之间）控制钻进速度。如发现钻杆摇晃、难钻或电流猛增现象时，可能遇到障碍物；若发现电流猛增，但出土量减少且提钻困难时，可能发生糊钻现象；若发现电流下降但工作状态平稳，进尺缓慢，可能因钻尖顶在硬物上所致。遇以上情形，应停止钻进，分析原因进行处理，禁止强行钻进。致无异常地质情况，一般正常平均钻进速度控制在1.2m/min左右。
　　4.1.4钻进过程中，排出孔口的土应随时清除，以免吊放钢筋笼时将粘土混入桩身，影响桩身质量。
　　4.1.5根据设计确定的钻孔深度，在钻机塔身相应位置作醒目标注，作为施工时控制桩长的依据，钻杆下钻到设计深度后在原位空转清土，在灌注前不得提钻。现场施工技术人员根据地质勘察报告以及实际钻孔出土观察分析,是否达到设计要求的土层。如遇特殊地质情况,应由设计人员根据图纸与现场地质实际情况综合确定，并及时通知监理。在施工过程中，应及时、准确地填写《桩施工记录》。
　　4.1.6在软土中成孔，桩距小于3.5d（d为桩径）时，宜采用跳打成桩，第二轮新桩钻孔需在老桩砼达到设计强度70%以上进行。
　　4.2钢筋笼制作
　　4.2.1钢筋笼制作严格依设计进行，允许偏差符合规范规程规定，
　　4.2.2主筋与加强筋间点焊焊接，箍筋与主筋点焊，
　　4.3泵送混凝土
　　4.3.1钻头到达设计标高后，钻杆提升200mm后保持原位不停钻，开始泵送砼，边灌注边提钻杆，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，灌注时根据泵送量及时调整提速，直至桩体混凝土高出桩顶设计标高500mm。成桩过程宜连续进行，成桩的提拔速度宜控制在1m/min～1.2m/min,（遇软弱土层或流砂层宜控制在0.5～0.7m/min左右）。
　　4.3.2严格控制桩的混凝土的充盈系数。一般土质为1.15～1.2，软土为1.2～1.3。若充盈系数不符，则要分析是否出现断桩或颈缩现象，并采取相应的处理措施。
　　4.3.3若施工中因其它原因不能连续灌注混凝土，须根据勘察报告和施工已掌握的场地土质情况，避开饱和砂土、粉土层，不宜在这些土层内暂停泵送混凝土，避免地下水侵入桩体。成桩过程中必须保证排气阀正常工作，防止成桩过程中发生堵管。在混凝土浇注过程中，及时、准确地填写《桩混凝土浇灌记录》。
　　4.4后插钢筋笼
　　4.4.1按施工规范要求将制作好的钢筋笼绑好砂浆块，将振动锤和导入管通过法兰盘连接（也可用其他连接方式），如图1所示。利用吊车辅助将导入管插入钢筋笼中，导入管的下端与钢筋笼的连接如图2所示。导管直径为180m～200mm，壁厚为8mm，可采用整管或分节制作，震动锤的激振力为15～20KN，要求激振力能满足下放钢筋笼的要求。将导入管及振动锤与连接好的钢筋笼吊起，移至已成桩的桩孔内；
　　
　　4.4.2将钢筋吊直扶正缓缓送入孔内，启动振动锤，通过振动用钢筋笼导入管将钢筋笼送入桩身素混凝土内至设计标高，同时，将桩身砼振捣密实，同时将钢筋笼固定。
　　5、施工设备
　　采用步履式系列式或其他长螺旋钻机，另配钢筋加工、混凝土拌制、泵送设备等。
　　6、应用效果
　　成桩28d后，经桩身完整性和高应变承载力检验，长螺旋水下灌注桩的质量完全达到设计的要求。
　　7、效益分析
　　7.1经济效益：
　　与泥浆护壁回旋钻孔灌注桩施工效率和经济指标比较：采用水下长螺旋钻孔灌注桩，每台班设备平均每天成桩25根，单方造价1070元/m3；采用泥浆护壁回旋钻钻孔桩施工工艺，每台班设备平均每天成桩6根，单方造价1160元/m3。通过比较，我们可以看出：采用长螺旋钻孔压灌砼桩，可缩短工期2～3倍，节省施工直接费用为：3597.2×（1160-1070）=32.37万元，经济效益明显。
　　7.2社会效益
　　由于其无泥浆污染，施工中无振动和燥声，社会和环境效益显著，符合当今绿色施工的要求，推广、应用前景广阔。