长螺旋超流态混凝土灌注桩施工技术.pdf

2 0 0 9年 3月 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 4 1 长螺旋超流态混凝土灌注桩施工技术 陈 飞 ，刘宏标 ( 1 中国地质大学( 武汉) ， 湖北 武汉4 3 0 0 7 4 ； 2 江西省地质S - 程总公司， 江西 南昌3 3 0 0 2 9 ) 摘要： 结合工程实例， 介绍了长螺旋超流态混凝土灌注桩的施工工艺 、 适用范围、 技术特点及单桩竖向承载力标 准值的计算， 阐述了施工过程中的常见问题及预防处理措施。该工艺具有施工工艺简单 、 环保、 施工速度快 、 成桩 质量好的优点， 与普通钻孔灌注桩相比， 单桩承载力提高 5 0 以上， 桩身混凝土用量减少4 0 以上， 施工费用减少 40 。 关键词： 长螺旋钻； 超流态混凝土； 钻孔灌注桩； 成桩工艺； 单桩承载力 中图分类号 ： T U 4 7 3 1 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 27 4 2 8 ( 2 0 0 9 ) 0 3 0 0 4 1 0 4 C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y o f L o n g S p i r a l S u p e r - fl u i d Co n c r e t e Gr o u t i n g P i l e C H E N F e i ， H o n g b i a o ( 1 C h i n a Un i v e r s i t y o f Ge o s c i e n c e s ，Wu h a n Hu b e i 4 3 0 0 7 4，C h i n a； 2 J i a n g x i Ge o e n g i n e e rin g Ge n e r a l C o r p o r a t i o n，N a n c h a n g J i a n g x i 3 3 0 0 2 9 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Ba s e d o n t h e fi e l d c a s e ，l o n g s p i r a l s u p e r f l u i d c o n c r e t e g r o u t i n g p i l e w a s i n t r o d u c e d o n c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y， a p p l i c a t i o n s c o p e ，t e c h n i c a l f e a t u r e s a n d t h e e s t i ma t i o n o f v e r t i c al b e a ri n g c a p a c i t y o f a s i n g l e p i l e C o mp a r i n g wi t h c o n v e n t i o n a l b o r e d - g r o u t i n g p i l e ，t h i s t e c h n o l o g y h a s a d v a n t a g e s o f s i mp l e o p e r a t i o n，e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n，r a p i d c o n s t r u c t i o n s p e e d a n d g o o d p i l e q u ali t y w i t h 5 0 b e a r i n g c a p a c i t y i n c r e a s e d ，mo r e t h a n 4 0 c o n c r e t e a mo u n t r e d u c e d a n d 4 0 c o n s t r u c t i o n c o s t s a v e d Ke y wor d s：l o n g s p i r a l d ril l ；s up e r flui d c o nc r e t e；bo r e d gro u t i n g pi l e；pi l e f o r mi n g c o n s t ruc t i o n t e c hn o l o gy ；b e a ring c a p a c i t y o f s i ng l e p i l e 近年来 ， 随着建筑业的不断发展 ， 各种基础处理 形式也在不断发展 ， 以满足不同地质条件的需要 ， 在 普通螺旋干钻孑 L 桩基础上发展起来 的“ 长螺旋超流 态灌注桩” 其成孔速度快、 质量好、 造价低、 符合城 市环保要求 ， 它采用专用长螺旋钻孔桩机钻至预定 深度 ， 通过钻头活门向孔内连续泵注超流态混凝土， 至桩顶为止， 然后插入钢筋笼而形成桩体 ， 是一种新 型的桩基础施工工艺 。 1 适用范围与特点 1 1 适用范围 本工法适用 于建 ( 构 ) 筑物基础桩和基坑 的支 护桩 ， 也可作为复合地基或防水帷幕使用。 适用地层 为杂填土 、 素填土 、 可塑到软 塑的粉 土 、 粉质粘土 、 软土 ， 砂粘土、 粉土、 卵石层等。采用 特殊钻头也可进人强、 中风化岩层 。不受地下水位 的限制 ， 即使在潜水面以下的中粗砂层 ， 由于采用连 续压灌混凝土工艺 ， 也能顺 利成桩 。特别适宜于钻 孔桩 、 沉管桩和静压桩不适宜 的易坍塌 、 扩缩径、 流 砂、 怕扰动的地层、 湿陷性黄土等复杂地质条件。 1 2 技术特点 ( 1 ) 适应 性强 ， 应用 广泛 ， 不受 地下水 位的 限 制 ； 特别适用于复杂 、 难处理 的地质条件 ， 如软硬夹 层 、 流砂层 、 深回填土等。 ( 2 ) 成桩质量好 ， 桩端无虚土 ， 不易发生断桩 、 缩颈、 塌孔等质量问题。 ( 3 ) 承载力高 ， 可 充分发挥地基土 的端承力和 摩阻力。在施工过程 中桩端土及虚 土经水泥浆渗 透 、 挤密、 固结 ； 桩周土经水泥浆填充 、 渗透、 挤密及 超流态混凝土的侧向挤压 ， 提高 了桩端阻力和桩侧 摩阻力 ， 从而大幅度提高单桩承载力。 ( 4 ) 经多种外加剂配制成的超流态混凝土具有 摩擦系数低 、 流动性好 、 桩分散性好 、 细石能在混凝 土中悬浮而不下沉 ， 钢筋笼放人容易 、 施工方便。 ( 5 ) 桩身强度 高， 超流态混凝土 强度等级可按 设计要求配制 ， 桩径可选择性强 ， 目前有 0 4 0 0、 6 0 0 、 8 0 0 、 9 0 0 、 1 0 0 0 m m等多种桩径可供选择 ， 布桩灵活。 ( 6 ) 能够紧贴其它建筑物的基础施工而不影响 原建筑物。 ( 7 ) 施工环保 、 低 噪声、 低震动 、 不扰 民。施工 收稿 日期 ： 2 0 0 8一l 11 7 作者简介： 陈飞( 1 9 6 9 一) ， 男( 汉族) ， 湖南邵东人， 中国地质大学( 武汉) 博士在读， 江西省地质工程总公司武汉公司经理、 高级工程师， 探矿 工程专业 ， 从事地基与基础工程施工与研究工作 ， 湖北 省武汉 市研 口区幸福一村 2 5号三楼 ( 4 3 0 0 3 0 ) ， c h e n f e i 1 0 2 5 t o m e o m。 4 2 探矿工程( 岩土钻掘工程 ) 第 3 6卷第 3期 中不需泥浆护壁 、 不用排污、 不需 降水 ， 施工现场文 明 。 ( 8 ) 施工效率高 、 速度快 ， 综合经济指标好 。 2 施 工工 艺 2 1 主要施工设备 主要施工设备有长螺旋钻孑 L 机 、 混凝土泵、 注浆 泵及管路系统 、 混凝土搅拌机。 C F G 3 1型长螺旋钻孑 L 机主要性能为： 成孔直径 4 0 0 8 0 0 m m， 动力头功率 5 5 k W 2 ， 成桩深度 3 1 m， 最大提拔力 4 0 0 k N， 主机转速 1 2 r m i n ， 输出扭 距 8 3 k N m， 行走步距 1 8 0 0 m m， 回转角度 9 0 。 ， 桩机质量 7 0 t 。 2 2 工艺流程 长螺旋超流态混凝土灌注桩施工工艺流程为： 平整场地一桩位放样一组装设备一安放钢护筒一钻 机就位一钻至设计深度停止钻进一边提升钻杆边用 混凝土泵经由内腔向孑 L 内泵注超流态混凝土一提出 钻杆放人钢筋笼一成桩。 2 3 主要工序 2 3 1 桩位放样 钻机就位前对桩位进行复测 。施工时钻头中心 对准桩位点 ， 稳 固钻机 ， 通过水平尺及垂球双向控制 螺旋钻头中心与钻杆垂直度 ， 确保钻机在施工 中平 正。钻杆下端距地面 l 02 0 e m， 对准桩位 ， 压人土 中， 使桩中心偏差不大于规范和设计要求的 1 0 m m。 2 3 2 钻机成孔 施工过程 中要求边旋转钻杆边清除孔边渣土， 以防止提升钻杆时土块掉入。钻孔过程中用经纬仪 校正垂直度( 要求垂直度 1 ) 。 2 3 3 超流态混凝土拌制 超流态混凝土 的原材料采用普通 4 2 5硅酸盐 水泥、 碎卵石( 砾径 51 5 mm) 、 中粗砂 ( 砂率 4 2 一 4 5 ) 、 级粉煤灰 、 泵送剂 、 减水剂及水 。水灰 比约为 0 4 2 0 4 7 ， 每盘搅拌时问9 0 s ， 出机坍落 度为2 4 2 7 e m， 出机 1 h后坍落度值2 0 e m 。施 工要加大水泥用量 ， 提高水泥的和易性 ， 使石子在混 凝土中悬浮 ， 以避免混凝土离析， 减小钢筋笼下沉时 的粘粗力。 2 3 4 提钻压混凝土 泵送施工时， 严格控制钻杆提升速度 ， 确保提钻 速度与混凝土浇筑速度相协调。提钻杆前 ， 要求钻 杆内的混凝土高度高出地面。同时 ， 计算每盘泵人 混凝土方量 ， 控制钻 头埋人混凝 土面 1 m。施工 时， 通过混凝土泵送对钻杆产生的上顶力 ， 调整提钻 速度 ， 保证钻杆及叶片对混凝土有一定挤压作用 。 对于粉细砂层 ， 特别要求多泵少提 ， 保持足够压 力 ， 做到由粉细砂层下部起连续泵送 ， 一次性浇筑混 凝土 ， 越过该层影响范围， 并保证钻头埋入混凝土面 2 m以上 ， 直到该层上部有 3 m以上混凝土。提钻 压住其下混凝土 ， 减少粉细砂层 内地下水侧向径流 对混凝土的影响， 要求混凝土整个浇筑过程为 3 0 3 5 mi n。 2 3 5 吊放钢筋笼 为防止起 吊钢筋笼时笼体变形 ， 笼体下部应绑 附钢管 ( 沿主筋通长布置 ， 间距为 1 5 m) 。下放钢 筋笼之前 ， 要做到调直 、 对中； 起吊时， 要合理布置吊 点 ， 吊起钢筋笼头部的同时人工抬起钢筋笼底部 ， 吊 直扶稳过程 中， 由 2名技术人员远距离垂直双方 向 控制指挥， 严 禁撞 孔 壁， 确保 钢筋 笼保 护层 为 7 0 m m； 钢筋笼依靠 自重沉人混凝土 中时应连续 ， 如遇 下沉阻力过大 ， 要及时拔出钢筋笼 ， 重新成孔插人， 钢筋笼下沉直至露出地面小于 1 m时 ， 方可在端头 以带配重的振动器振动压人 ， 并用水平仪监控桩顶 标高 3施工技术措施 ( 1 ) 钻机要稳 固、 周 正， 对位准确 ， 主操作手在 操作时， 机边的23人要配合移动灌注管路 ， 清理 步履下的虚土。 ( 2 ) 在含水地层施工时， 严 防提钻太早或太高 ， 钻杆 内涌水和泥沙 ， 混凝土见水离析形成“ 石桥”， 导致堵管。预防措施 是先送料至管 口， 后提钻打开 钻头底部的“ 喷 门” ， 并要连续泵送 ， 严 防混凝土泵 打空。 ( 3 ) 施工 中注意控制孔壁含水量。如含水量过 小 ， 应在压灌混凝土前先灌水或素水泥浆 ， 避免混凝 土中的水分渗漏过大 ， 使混凝土坍落度降低 ， 造成钢 筋笼难以压入。 ( 4 ) 稳步提升钻具 ， 严禁提钻过快 ， 防止孔 内产 生负压 ， 引起孔壁坍塌、 掉块 ， 影响桩身质量 ， 另外混 凝土要将钻头埋深 0 3 0 5 m。提钻速度要根据 泵送混凝土的速度和混凝土上顶钻头的手感 ， 严禁 直灌而不提钻具 ， 以防将长 螺旋顶弯 ， 钻具难 以提 升 ， 造成事故。 ( 5 ) 防止压灌混凝土时堵管。产生堵管的主要 原因是混凝土质量有问题 ， 要严格控制水灰 比， 特别 注意要添加粉煤灰和缓凝剂 ， 增加其流动性和可泵 2 0 0 9年 3月 探矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) 4 3 性 ， 另外要严格控制碎石粒径在 51 0 c m之问。混 凝土地泵的容放位置应与钻机 的施工顺序相 配合 ， 尽量减少弯道 ， 以缩短混凝土泵送距离 ， 混凝土输送 管与钻杆心管直径要一致 ， 防止压灌混凝土时堵管 。 ( 6 ) 通过试桩确定压灌混凝土的充盈系数和配 合 比， 在灌入混凝土出现异常时应找出原因 ， 采取相 应的措施 ， 应加大混凝土灌入量 ， 待灌注压力恢复后 才可提钻继续压灌 。 ( 7 ) 钻至桩底标高后 ， 立即将钻机上的软管 与 地泵管相连 ， 并在软管 内倒入水泥浆 ， 起到润湿软管 和钻杆的作用 。灌 注结束后要 将钻具提 出孔外 ， 用 清水 冲洗管路 。 4工程 应用 实例 4 1 工程概况 信阳新世纪商贸广场位于河南省信阳市北京路 与永安路交叉路 口， 楼高 3 2层 ， 地下室一层 ， 地下室 标高 一 5 O 0 m， 为信阳市标志性建筑。该工程地处 繁华的交通要道 ， 环保要求高 ， 其基础采用长螺旋超 流态混凝 土灌 注桩 ， 共有 0 1 0 0 0 、 8 0 0 m m 的桩 3 3 8 根， 其中 0 8 0 0 m m桩 的桩长 1 9 m， 共 8 0根 ， 设计承 载力 3 5 0 0 k N； 0 1 0 0 0 m m桩的桩长 1 9 m， 共 2 5 8根 ， 设计承载力 4 6 0 0 k N， 桩端持力层为卵石层 ， 桩端进 入持力层深度为 1 m。 4 2 工程地质条件 根据岩土工程勘察报告 ， 土层 自上而下分别为 ： 杂填土 ， 平 均厚度 3 m， 极 限摩 阻力标 准值 q =0； 粘土， 平均厚度 3 m， 极限摩阻力标准值 =3 6 k Pa； 粉质粘土 ， 平均厚度 2 5 m， 极限摩 阻力标准 值 g 。 = 2 4 k P a ； 细砂 ， 平 均厚度 4 5 m， 极 限摩阻力标 准值 g =4 6 k Pa； 中粗砂 ， 平均厚度 8 m， 极 限摩阻力标 准值 q 。 k=2 4k Pa； 卵石 ， 平均厚 度 4 5 i n ， 极 限摩 阻力标准 值 q =9 2 k P a ， 桩端极限阻力标准值 q k 。 = 4 5 0 0 P a 。 4 3 单桩极限承载力计算 根据土层的物理指标与承载力参数之间的经验 关系 ， 确定长螺旋超流态混凝土灌注桩单桩极限承 载力 Q 时 ， 引入系数 ， 其计算公式如下 ： Q k =U p Eo L g L + fl q A p 式中 ： 桩周长 ， m； L 第 i 层土层厚度 ， m； 。 桩横断面积 ， m ； g 第 层土桩周土摩擦 力标准值 ， k P a ； q 。 持力层桩端阻力标准值 ， k P a ； O L 第 i 层土摩 阻力增 强系数 ， 1 11 3 ， 粗 、 砾 砂及 碎石取高值 ， 细、 中砂取 中值 ， 粘性土取低值 ； 桩端阻力增强系数 ， 1 31 5 ， 粘性土取低值 ， 细 、 中砂取中值 ， 砂及碎石土取高值。 0 8 0 0 m m桩的单桩极 限承载力计算如下 ： Q k = 0 8 订( 1 X 3 6 X 1 1 5+2 5 2 4 Z 1 1 5+ 4 5 Z 4 2 X 1 2+8 X5 81 3+3 X 9 2 X 1 3 71+ ( , r r 4 ) 0 8 Z 1 5 x 4 9 6 0 =7 0 0 5 k N 01 000 m m桩的单桩极限承载力计算如下 ： Q k =1 0 霄( 1 Z 3 61 1 5+ 2 5 X 2 41 1 5+ 4 5 Z4 2 1 2 +8 X5 8 Z 1 3+3 9 2 X 1 2、+ ( ,r r 4 )X 1 0 Z 1 4 5 X 4 9 6 0 =9 2 5 4 kN 4 4 工程施工情况与效果评价 本工程开动 1台河北新河钻机厂生产的 C F G 3 1 型长螺旋钻机进行施工 ， 仅用 1 6天完成 了桩基施工 任务 ， 日均成桩 2 2根。 4 4 1 桩基检测 桩基经大小应变 检测 ， I类桩 达 9 6 5 ， I 1 类 桩达 3 5 ， 无 类桩 ， 所有桩基均达到或超过设计 承载力 。同时对 6根桩 进行 了单桩 静载试 验 ， 对 0 8 0 O 、 1 000 mm的试桩 加载 ， 分别 达到预期最 大试 验荷载 7 0 0 0、 9 2 0 0 k N时终止加载 ， 其总沉降量分别 为 6 5 8 、 1 7 8 1 、 1 1 4 2 、 2 1 3 9 、 1 7 5 6 、 1 2 6 8 ra i n ， 均 小于 4 0 m m， Q s曲线平缓 ， 无 明显陡降( 见图 1 ) 。 0 8 0 0 、 0 1 0 0 0 m m试桩的单桩极限承载力分别大 于 7 0 0 0 、 9 2 0 0 k N， 承载力特征值分别不小于 3 5 0 0 、 4 6 0 0 k N 图 1 试桩 Q s曲线 图 4 4 2 长螺旋超流态桩 与普通钻孔灌注桩的技术 经济对 比分析 探矿工程( 岩土钻掘工程 ) 第 3 6卷第 3期 长螺旋超流态混凝 土灌注桩 由于施工速度快 ， 单方砼承 载力 比普 通钻孔桩 承载力 提高 1 7 0 一 1 8 0 ， 可节省砼 4 0 5 0 ， 因此有很好的经济效 益 ， 以本工程为例 ， 长螺旋超流态桩比普通钻孔灌注 桩的工期可缩短 1 9天 ， 节省造价 2 6 7 2万元 ( 见表 1 ) 。 表 1 长螺旋超流态桩与普通钻孔桩的技术经济指标对 比 5结语 长螺旋超流态混凝土灌注桩机械化程度高、 施 工速度快 、 工艺简单 、 造价低 ， 与普通钻孔灌注桩相 比， 在同一地质条件下 ， 每立方米混凝土承载力可提 高 5 5 ， 施工工期可缩短 5 0 以上 ， 综合费用可节 省 4 0 ， 该工艺能在有地下水 、 含流沙 、 砂 卵石 、 淤 泥层 、 坍孔等不 良地质条件下应用。工程应用证明， 在大中城市施工场地紧张 、 工期紧、 环保要求严格的 条件下 ， 采用该工艺 ， 经济和社会效益非常显著， 随 着基本建议规模 的扩大 ， 长螺旋超流态混凝土灌注 桩必将在建设环保型 、 节约型的“ 两型” 社会 中具有 日益广阔的应用前景 。 参考文献 ： 1 沈保汉 桩基 与深基坑支护技 术进展 M 北京 ： 知识 产权 出 版社 ， 2 0 0 6 2 北京土木建 筑学会 地基 与基础 工程施 工技 术措施 M 北 京 ： 经济科 学出版社 ， 2 0 0 5 3 徐金明 ， 刘绍峰 ， 朱耀耀 岩土工程 实用原位测试技术 M 北 京 ： 中国水利水 电出版社 ， 知识产权出版社 ， 2 0 0 7 4 崔宝宪 ， 路德富 螺旋钻超 流态灌 注桩施 工技 术 J 探矿工 程 ， 2 0 0 0 ， ( 4 ) 5 金成文 超流态 长螺旋钻孔灌 注桩在西藏 日喀则市 行政 中心 工程中的应用 J 探矿 工程 ( 岩土钻 探工程 ) ， 2 0 0 8 ， 3 5 ( 3 ) ： 4 2 4 4 6 左秉旭， 林芳 超流态混凝土灌注桩工艺特点及承载力计算分 析 J 探矿工程 ( 岩土钻探工程 ) ， 2 0 0 8 ， 3 5 ( 5 ) “ 第九届地质灾害防治工程学术论坛暨柔性防护新技术讨论会 通知 本刊讯5 1 2汶川大地震给四J i I 灾区人民生命财产造 成重大损失， 同时因地震引发的大量的崩塌、 滑坡、 泥石流、 堰塞湖等地质灾害， 给灾后恢复生产、 重建家园带来了巨大 困难， 有大量的地质灾害需要调查、 评估、 监测、 治理。2 0 0 9 年是地震灾后重建高峰期， 由于众多项 目开工， 中央财政资 金投入将超过 1 0 0 0亿元。为配合国家灾后恢复重建计划的 实施， 同时为众多参与灾后重建的地质灾害防治单位提供技 术交流平台， 中国地质学会地质灾害研究分会防治工程专业 委员会( 以下简称“ 专委会” ) 定于 2 0 0 9年5月 1 11 3日在 成都市召开“ 第九届地质灾害防治工程学术论坛暨柔性防护 新技术讨论会” 。会后， 将组织与会代表参观考察J L J l I 县城 地震遗址及滑坡 、 泥石流现场。本次会议由专委会主办， 布 鲁克( 成都) 工程有限公司协办。 一 、会 议主要议 程及 日程 I 、 开幕式、 特邀专家作主题发言( 1 1日上午) 2、 大会学术交流( I 1日下午) 3 、 柔性防护新技术研讨( 1 2日) 4、 大会学术交流( 1 3日) ； 同时展示地质灾害防治工程 新技术 、 新产品 ， 新材料 5 、 参观考察北川县城地震遗址及滑坡、 泥石流现场( 1 4 日) 二 、 论文征集 按要求将论文打印 1 2 0份连同光盘带到大会交会务组 并进行交流 。会后 ， 论 文将在正式 刊物上刊发 。还未提交论 文摘要的人员， 请在2 0 0 9年 4月底以前提交论文摘要， 以便 安排 大会发言 。 三、 报到 日期及地点 2 0 0 9年5月1 0日全天， 成都九龙宾馆， 成都市八宝街9 0 号。 四、 联 系电话 1 、 专委会 张燕 ： 0 2 8 6 6 5 2 9 3 1 9 、 0 2 88 1 3 8 8 3 5 3 ( 小灵通 ) 、 0 2 8 6 6 5 2 9 3 6 6 ( 传真) Ema i l ：z y c g i e t t o m 薛万成 ： 1 3 9 8 0 0 8 5 4 2 0 2 、 布鲁克( 成都) 工程有限公司 熊 颖 ： 1 3 9 8 0 8 8 7 2 6 6 五、 专委会地址 四J i I 省成都市郫县成都现代工业港北区港华路 1 3 9号 中国地质科学院探矿工艺研究所 ， 邮编6 1 1 7 3 4 ( 更详细情况请登陆 w w w t k g c n e t e r l 查询)