长螺旋后插筋法在孟津文艺中心桩基工程中的应用

1、长螺旋后插筋法在孟津文艺中心桩基工程中的应用宗 源（中国有色金属工业西安勘察设计研究院，西安，710054）摘 要：本文结合工程实例，论述了长螺旋钻机成孔压灌混凝土后插筋灌注桩的施工工艺，并针对该桩在施工过程中容易出现的施工质量影响因素进行了分析，从而提出相应的对策，以供日后类似工程借鉴。关键词：长螺旋钻机、后插筋、施工工艺流程、质量因素、对策1 前 言长螺旋钻机压灌混凝土后插筋灌注桩是近些年发展起来的一种新工艺，由长螺旋钻机成孔至设计深度，以一定的压力将混凝土压至桩孔中，混凝土灌注到设计标高后，再借助钢筋笼自重及专用振动设备将钢筋笼插入混凝土中至设计标高，形成钢筋混凝土灌注桩。该施工方法应用

2、广泛，不受地下水位限制，所用混凝土流动性强，骨料分散性好，所用螺旋钻机即可钻孔又可压灌混凝土，操作简便，具有机械投入少、无泥浆污染、成桩速度快、效率高、桩身质量可靠等优点1。2 工程实例2.1 工程概况孟津县文博中心艺术中心项目，位于河南省洛阳市孟津县城东新区文化中心，西霞路以东、洛孟路以西、岭南路以南、负图大道以北的地块内。本工程由八大场馆组成，包括大剧院及音乐厅、群众艺术馆及城市规划馆、图书馆及档案馆、博物馆及科技馆，均为多层公建（详见下表1）。本工程基地总面积102501m2，建筑总面积125233 m2。2.2 工程地质条件根据野外勘察及室内试验资料分析，在勘探深度范围内，顶部主要由人

3、工堆填形成的素填土组成，素填土之下为第四系冲洪积作用形成的黄土状粉质粘土、粉质粘土、粉土等地基土层形成，第四系地层之下为上第三系粉质粘土。地基土从上至下共分为八大层，其中第层、第各分出1个亚层。现将各层岩性特征分层描述如下：素填土（Q4m1）:褐黄色、黄色，土性以粉质粘土为主，除部分地段表层为耕植土层外，其余均为人工回填土，含有植物根、碎砖屑、瓦片等杂物，土质不均匀，结构松表1 建筑物相关参数表项目数量m2高度m层数基地总面积102501建筑总面积125233其中地下242471其中大剧院及音乐厅115451城市艺术馆及城市规划馆90491博物馆及科技馆36531地上1009865其中大剧院及

4、音乐厅2542429.274城市艺术馆及城市规划馆2283223.944图书馆及档案馆2714523.945博物馆及科技馆2558523.944散疏松。厚度0.503.40m，层底标高298.38317.05m，层底埋深0.503.40m。黄土状粉质粘土（Q4lal+pl）:褐黄色、黄褐色、褐灰色，硬塑为主，局部可塑。具大量的针状小孔隙及个别大孔隙，含有许多姜石、灰色土团。稍光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。属中压缩性土层，压缩系数平均值1-2=0.219MPa-1。厚度0.603.80m，层底标高303.56316.35m，层底埋深1.105.40m。黄土状粉质粘土（Q3al+pl）：

5、黄色、褐黄色，硬塑可塑。具许多的针状小孔隙及个别大孔隙，含有零星姜石、许多白色菌丝等。稍光滑，无摇震反应，干强度高，韧性高。属中低压缩性土层，压缩系数平均值1-2=0.152MPa-1。厚度0.607.40m，层底标高300.75313.09m，层底埋深0.6010.30m。粉质粘土（Q2al+pl）：棕黄色、棕红色、黄褐色，硬塑可塑，局部坚硬。具少量的针状小孔隙，含有许多钙质条纹、姜石、黑色锰质氧化物斑膜等，局部呈块状结构。稍光滑，局部具油脂光泽，无摇震反应，干强度高，韧性高。属中低压缩性土层，压缩系数平均值1-2=0.114 MPa-1。厚度2.9010.20m，层底标高295.18304

6、.05m，层底埋深5.4017.00m。粉质粘土（Q2al+pl）：棕黄色、褐黄色、黄褐色，硬塑可塑。具少量的针状小孔隙，含有大量铁锰质氧化物斑迹、钙质条纹、姜石等，局部呈块状结构。稍光滑，无摇震反应，干强度高，韧性高。属中低压缩性土层，压缩系数平均值1-2=0.123 MPa-1。厚度4.008.60m，层底标高289.48296.44m，层底埋深10.8022.10m。粉质粘土（Q2al+pl）：棕红色、褐黄色，硬塑为主。具少量针状小孔隙，含有许多姜石、铁锰质氧化物斑迹、黑色鮞状锰质粒、钙质条纹等，局部呈块状结构，底部段姜石局部富集成薄层。稍光滑，局部具油脂光泽，无摇震反应，干强度高，韧性

7、高。属中低压缩性土层，压缩系数平均值1-2=0.108 MPa-1。厚度0.709.90m，层底标高284.20292.57m，层底埋深15.9031.40m。-1粉土（Q2al+pl）：褐黄色、棕黄色，稍湿，中密密实。具少量的针状小孔隙，含有铁锰质氧化物斑迹、砂粒、姜石、砂结石等，该层局部夹有薄层粉细砂。无光泽反应，摇震反应中等，干强度低，韧性低。属中压缩性土层，压缩系数平均值1-2=0.112 MPa-1。厚度0.606.00m，层底标高285.78290.23m，层底埋深19.1027.90m。富钙质粉质粘土（Q2al+pl）棕黄色、棕红色、褐黄色，硬塑为主。具少量针状小孔隙，含有大量的

8、钙质及姜石、钙质条纹、铁锰质氧化物斑迹等，部分地段钙质胶结成层，钻探难度较大，取原状样较难。稍光滑，无摇震反应，干强度高，韧性高，属中低压缩性土层，压缩系数平均值1-2=0.105MPa-1。厚度1.409.70，层底标高280.36287.86m，层顶埋深19.5033.30m-1粉土（Q2al+pl）：褐黄色、灰黄色，稍湿，中密密实。具少量针状小孔隙，含有铁锰质氧化物斑迹、姜石、砂粒、砂结石等，该层局部夹有薄层粉细砂。无光泽反应，摇震反应中等，干强度低，韧性低。属中低压缩性土层，压缩系数平均值1-2=0.110 MPa-1。厚度0.606.30m，层底标高281.00286.81m，层底埋

9、深20.5031.00m。粉质粘土（N）：棕黄色、黄灰色、灰白色，硬塑坚硬。含有小姜石、灰绿色高岭土条纹及斑块、黑色锰质薄膜。稍光滑光滑，具油脂光泽，无摇震反应，干强度高，韧性高。局部稍有弱胶结，已胶结部分呈半成岩状态，强度很高。属中低压缩性土层，压缩系数平均值1-2=0.095 MPa-1。该层未揭穿，揭露最大厚度11.90m。2.3 桩基施工设计参数孟津县文博中心艺术中心项目共八大场馆，每两个场馆为一个单体建筑物，桩基设计参数基本一致，现以科技馆及博物馆为例。科技馆及博物馆共有长螺旋钻孔压灌桩597根，均为承台桩（单桩承台、两桩承台、三桩承台、四桩承台、五桩承台），有效桩长27.0m，桩径

10、600mm。分非地下室部分及地下室部分，非地下室部分承台顶标高为-1.70m（±0.0=314.7m），地下室部分承台面标高除特殊注明外，均为-4.20m，桩顶标高根据承台高度确定。单桩承载力特征值1500KN，桩身混凝土等级为C35，桩身混凝土充盈系数不小于1.0，螺旋钻孔灌注桩施工桩顶标高应高出设计标高不少于0.6m，主筋816，8200螺旋箍，桩顶3m处为 8100螺旋箍，内侧焊加强箍122000，钢筋笼长度为有效桩长的3/4，桩身纵向钢筋保护层厚度为50mm。2.4 施工工艺流程施工工艺流程详见图12-3。图1 工艺流程图u2.4.1 施工机械的准备、安装及调试根据桩基设计参

11、数，科技馆及博物馆有效桩长27m，孔径600mm，桩顶灌注标高应高出设计标高不少于0.6m，成孔深度大于27.6m。选用湖南德邦重工机械有限公司生产的型号为DBCFG-B32长螺旋钻机(见图2)。该机最大钻孔深度32m，最大拔桩力640KN，电机功率2×75KW，额定转矩130KN·m，整机重量69t。插入钢筋笼选用TDZ20振动锤，电机功率22KW，激振力160KN，静偏心力矩132Nm，整机质量2t（见图3）。起吊振动器及钢筋笼选用25t吊车，孔口开挖及清理土方选用Cat308E小型挖机，铲斗容量0.38m3，工作质量7160Kg。施工机械进场后组装调试机械，长螺旋钻机

12、系大型机械，组装及调试要有经甲方或监理审批的专项方案。 图2 长螺旋钻机 图3 TDZ20振动锤2.4.2 平整场地、放线定位根据施工桩顶标高整平场地，并按桩位设计图纸要求测设桩位坐标，并做好标记。标记时可采用直径25以上钢筋在桩位处打入深度不小于500mm的孔，在孔中填入白灰并插入一次性筷子，筷子上写好桩基编号并用胶布粘好，以便施工时技术员及质检员核对桩位。桩位测放完毕后由技术负责人组织质检员、施工员到现场对桩位进行检查，确认准确无误后与甲方或监理办理预检签字手续。2.4.3 钻机就位、对准桩位、调整垂直度钻机就位避免行走过程中碾压已放桩位点。钻机定位后进行预检，钻尖与桩位点对中，保持钻机平

13、稳，调整钻机垂直度，在钻机大臂上挂有两个铅垂线，两个方向（水平夹角90°）调整钻机垂直度，同时保证钻杆连接牢固。2.4.4 钻进成孔钻机动力头启动前应将钻杆、钻尖内的土块及残留混凝土清理干净，钻进速度根据地层情况及试桩钻进过程中动力头电流变化情况确定，本工程钻进速度定为1.0m-1.2m/min，同时保证钻进过程中动力头工作电流稳定在150A220A之间（见图4），钻进过程中不易反转或提升钻杆，如需提升钻杆或反转应将钻杆提升至地面，对钻尖开启门须重新清洗、调试、封口。若在钻进过程中电流不稳或电流过大，应及时调整钻进速度，直至钻进至设计桩长。若遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发现有节奏的声响

14、时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后，方可继续作业，当需停钻时间较长时，应将钻杆提至地表4。2.4.5 压灌混凝土达到设计桩底标高终孔验收后，进行压灌混凝土作业。混凝土开始压灌前，一根桩所需混凝土必须到场且经过验收合格，混凝土坍落度控制在200240mm，用坍落度筒进行检验（见图5）。开始压灌时宜先提升钻杆200300mm，开始泵送混凝土，确认钻头阀门打开后方可提钻。混凝土的泵送宜连续进行，边泵送混凝土边提钻，控制提钻速率与混凝土泵送量相匹配，保证料斗内混凝土的高度不低于400mm，并保证钻头始终埋在混凝土面以下不小于1000mm，本工程提钻速度控制在0.8m-1.0m/min。 图4 成

15、孔电流控制 图5 混凝土坍落度检验2.4.6 清理孔口土方压灌混凝土至设计标高后，将钻机移动至旁边，用挖机将孔口多余土方清理干净，并用铁锨将掉入孔口中的泥土清理干净，保证孔口处是新鲜混凝土。2.4.7 钢筋笼的制作、钢筋笼插入钢筋笼的制作应严格按照设计要求的规格、尺寸进行制作，刚度应满足振插钢筋笼的要求。钢筋笼底部应有加强构造（见图6），保证振动力有效传至钢筋笼底部。钢筋笼制作后，应如实填写质量检验表，必须经监理工程师检查和批准后才能使用。钢筋笼插入前先将钢筋笼用吊车吊入事先打好的引孔中，再将振动器及振动杆穿入钢筋笼中，钢筋笼顶部与振动装置可靠连接，一同起吊插入混凝土中（见图7）。因钢筋笼较长

16、，下插钢筋笼必须进行双向垂直度观察，使用双向线垂成垂直角布置，发现垂直度偏差过大及时通知操作手停机纠正，下笼作业人员应扶正钢筋笼对准已灌注完成的桩位。下笼过程中必须先使用振动锤及钢筋笼自重压入，压至无法压入时再启动振动锤，防止由振动锤振动导致的钢筋笼偏移，插入速度宜控制在1.21.5m/min。钢筋笼下插到设计位置后关闭振动锤电源，最后摘下钢丝绳，再将钢管和振动锤缓慢提出孔外，提出过程中一直开启振动锤，以保证混凝土的密实性。图6 钢筋笼底部加强构造 图7 插入钢筋笼2.4.8 补灌混凝土、移打下一根因钢筋笼在插入过程中振动，混凝土密实，同时振动钢管会将等体积混凝土挤出孔口，以至于在钢筋笼插入完

17、毕后，在振动器缓慢提起过程中，混凝土面下沉。在振动器离开孔口时再将钻机缓慢移至孔口，泵送混凝土至设计标高。高压泵送出的混凝土会将孔口不密实混凝土冲压密实，保证桩头质量。3 长螺旋后插筋法施工过程质量影响因素及对策通过本工程实践，我们综合分析，长螺旋后插筋的质量影响因素主要包括以下两类:长螺旋后压灌施工过程质量影响因素；后插钢筋笼施工过程质量影响因素。下面就这两方面质量影响因素分别提出相关控制措施。3.1 长螺旋后压灌质量影响因素分析及其对策3.1.1 混凝土泵管堵塞混凝土泵管堵塞的主要原因是混凝土配比或坍落度不符合要求，当然也有导管路径过长、弯头过多等原因。该问题的对策主要是要保证粗骨料的粒径

18、、混凝土的配比和坍落度符合要求，并尽量做到地泵靠近钻机并在浇筑完毕后导管清洗干净。3.1.2 钻孔垂直度偏差和桩位偏差长螺旋后插筋施工过程中的钻孔垂直度偏差和桩位偏差的原因是由于场地较松软、地下水位高导致提钻时大量出水浸泡桩机支腿土体而导致钻杆倾斜。另外也有人为操作原因。该类问题的处理对策包括:确保施工前场地的压实和平整。认真落实交底制度，做到定位准确，标识清晰，并随钻随校核，确保桩位准确。3.1.3 桩身断桩，夹层中心压灌混凝土要求提钻速度和混凝土压灌速度匹配，若提钻太快，而混凝土泵送量较小时，钻头埋人孔内混凝土面较浅甚至无法埋人，极易造成孔壁坍塌现象，其直接后果就是桩身出现断桩和夹层。为了

19、避免上述现象发生，应保持混凝土灌注的连续性，确保混凝土泵送量和提钻速度匹配，严格控制钻杆提速，确保中心钻杆内有1.0m以上的混凝土。3.2 后插筋质量影响因素分析及其对策3.2.1 桩头质量问题后插筋施工过程的桩头质量问题多为夹泥、气泡、混凝土不足、浮浆太厚等。桩头质量问题的原因一般是由于操作控制不当而引起的。为了保证桩头的完整性，在后插筋施工中应做到以下几点:及时清除或外运孔口土方，防止下笼时孔口土体坍塌混人混凝土中。保持钻杆顶端阀门开启自如，防止混凝土中积气造成桩顶混凝土含气泡。由于钢筋笼下沉过程中要排出孔内部分混凝土，因此在混凝土压灌阶段应适当增加桩头压料量，避免因孔内出水或混凝土离析造

20、成桩顶浮浆多，保证桩头的完整性和整体质量。3.2.2 后插钢筋笼质量问题 钢筋笼制作控制要点钢筋笼制作采用架力环筋成型法，架力环筋设于主筋内侧，应保证钢筋的位置及角度准确无误。螺旋箍筋与主筋之间绑扎牢固。钢筋笼主筋采用搭接焊，同一截面上主筋焊接接头数不得多于主筋总数50%。钢筋笼在运输吊放过程中严禁高起高落，以防弯曲变形。钢筋笼人孔时，应对准孔位徐徐轻放，避免碰撞孔壁，下笼过程中如遇阻，不得强行下人，应查明原因后继续下笼。钢筋笼下部加工加强点，加强点应牢固，保证钢管充分着力，起吊过程保证钢筋笼不弯曲，将钢筋笼徐徐插人孔内，前期靠自重下沉，后期启动振动锤，靠振动力将钢筋笼振人孔内，以水准仪抄平控

21、制笼顶标高，其后拔除振动锤和钢管。另外，为了保证钢筋笼在沉人孔中有良好的钢筋保护层，在钢筋笼制作时应多增加保护层支撑架，并使其均匀布置在架力筋周围。 笼底开口等导致钢筋笼无法沉人钢筋笼在后插人过程中会受到桩体混凝土的粘滞阻力和孔壁土体的摩擦力，因此钢管给桩头的给进力很大，极易造成钢筋笼笼底开口，钢管穿透钢筋笼，从而导致整个沉笼工作失败。该事故的处理对策主要有:采用改善混凝土配合比，保证粗骨料的级配和粒径等措施来提高桩体混凝土的和易性。吊放钢筋笼时保证垂直和对位准确。采用图6所示的笼底端加强措施，并提高钢筋笼的整体稳定性。 钢筋笼上浮在后插筋过程中，在施工下一根桩时有时会导致与之相邻的桩钢筋笼上浮事故，究其原因，是由于地层原因或相邻桩间距太近等造成了桩体浇筑混凝土串孔或桩周土壤挤密作用而引起的。其处理对策主要是在施工时采用跳打法间隔施工，确保混凝土不串孔。控制好相邻桩的施工时间间隔，其施工间隔最好大于混凝