0 引言

　　在深厚人工填土、淤泥等软弱地层中施工灌注桩时，经常出现塌孔、颈缩、灌注混凝土充盈系数过大等一系列问题。为了安全、快速、高效地在软弱地层中进行灌注桩施工，通常情况下会采用埋设深长护筒护壁的方法。但对于软弱地层厚度超过20m及以上时，一次性下入超长钢护筒难度大，往往需要在孔口连接钢护筒，护筒下沉和起拔也较为困难，从而造成施工效率低、综合成本高。

　　本文结合具体工程实例，对深厚软弱地层长螺旋跟管、旋挖钻成孔灌注桩施工技术及特点进行详细阐述。

　　1 工程概况

　　1.1 项目情况

　　深圳机场T4航站区软基处理工程4标，位于已有的T3航站楼北侧，总占地面积55.03万m²。由于场地位于滨海填土区，地层中存在较厚的淤泥、淤泥质砂层等软弱地层，同时有地铁11号线、穗莞深城际铁路和地铁20号线等轨道交通下穿场地，所以在飞行区场道区的隧道保护采用桩基+钢筋混凝土盖板方案。本文涉及的灌注桩工程就属于该项目的桩基分部分项工程。

　　1.2 工程地质条件

　　根据钻探揭露，场地内分布的地层主要有人工填土层、第四系海积层、冲洪积层及残积层，下伏基岩为长城系混合花岗岩。其中对灌注桩施工影响最大的上部软弱地层主要包括填淤泥、淤泥与砂层，其埋深最浅为填淤泥层(埋深19.80m)，最深为第四系冲洪积层的中、粗砂层(埋深23.5m)。

　　场地下伏基岩为长城系混合花岗岩，主要矿物成分为石英、长石、云母，变晶结构，混合花岗状构造，按其风化程度可以分为全、强、中、微风化岩等4个风化带。

　　1.3 桩基+钢筋混凝土盖板设计方案

　　穗莞深铁路和地铁11号线机场北站以南的飞行区场道区的隧道保护采用桩基+钢筋混凝土盖板方案，盖板两侧采用搅拌桩复合地基处理，具体要求如下。

　　1)隧道结构两侧外3.0m，按纵向间距6.0m布桩，桩径1.2m。

　　2)桩基盖板外侧采用水泥搅拌桩复合地基与堆载预压区衔接过渡;搅拌桩正方形布桩，间距1.3m×1.3m。设计如图1所示。

　　

　　图1 桩基盖板设计方案 

　　 

　　2 长螺旋跟管、旋挖钻成孔灌注桩施工工艺

　　2.1 工艺原理

　　施工工艺原理如图2所示。

　　2.2 工艺流程

　　施工工艺流程:长螺旋钻机跟管钻进→长螺旋钻机提升钻具→旋挖钻机就位钻至设计桩底标高→安放钢筋笼与灌注导管→二次清孔→灌注桩身混凝土→长螺旋钻机起拔套管→成桩结束。

　　2.3 操作要点

　　2.3.1 长螺旋钻机跟管钻进

　　1)采用SZ80长螺旋钻机，技术参数如表1所示。

　　  

　　表1 SZ80长螺旋钻机主要技术参数 

　　 

　　 

　　

　　表1 SZ80长螺旋钻机主要技术参数

　　

　　图2 施工工艺原理  

　　 

　　2)长螺旋钻机套管

　　长螺旋钻机配置的套管采用16mm厚钢板卷制而成，当需要多节护筒则采用专用接头和螺栓连接固定。

　　为便于套管沉入，在套管底部设有专门的管靴，管靴上镶嵌的合金刀块在套管回转时切削地层有助于下沉。护壁长套管如图3所示。

　　

　　图3 护壁长套管结构  

　　 

　　3)长螺旋跟管钻进系统主要由长螺旋钻机的螺旋动力头、套管动力头、螺旋钻具和长套管组成。在螺旋动力头驱动螺旋钻具钻进取土的同时，套管动力头驱动长套管跟管护壁。长螺旋跟管钻进系统如图4所示。

　　

　　图4 长螺旋跟管钻进系统  

　　 

　　4)施工桩位经校核后，长螺旋钻机便可开始钻进施工。施工过程中，为了保证钻孔的垂直度，在两个垂直方向上分别吊垂线控制套管垂直度。

　　5)长螺旋钻具向下钻进过程中，孔内的渣土随着长螺旋的螺旋通道向上排出，钻机在孔口位置设有专用的排土口，排出的渣土堆积在钻孔附近，由专人用铲车或挖机将堆积的渣土及时清离至指定位置。

　　6)长螺旋钻具钻进取土的同时，套管动力头驱动长套管一边旋转一边下压，完成跟管钻进并形成对孔壁的支护;在软弱地层钻进时，钻进过程保持超前套管护壁，通过控制长螺旋钻机螺旋动力头将套管下沉超出螺旋钻头深度不少于100cm，如图5所示。

　　2.3.2 长螺旋钻具提升

　　1)当长螺旋钻进穿过软弱地层后，将套管与套管动力头分离，使长套管留在孔内继续护壁。

　　2)利用螺旋动力头提升长螺旋钻具，将钻具从孔内全部提升出来后，整机移至下一桩位。

　　

　　图5 长套管超前深度示意  

　　 

　　2.3.3 旋挖机钻进

　　1)旋挖钻机使用360k N·m扭矩可满足钻进要求。

　　2)旋挖钻机对准桩位后，在护壁长套管的保护下继续完成软弱地层以下桩孔的钻进。

　　3)旋挖钻机在一般地层中采用双开门截齿钻斗钻进，如需钻进硬岩则采用截齿钻筒钻进;在完成钻孔钻进至桩底标高后，更换捞渣钻头将孔底沉渣捞出，完成第1次清孔。

　　2.3.4 钢筋笼与导管安放

　　1)钢筋笼按设计图纸在加工场制作，经验收合格后直接吊放入孔，并在孔口位置固定，防止其下沉或上浮。

　　2)灌注混凝土用的导管安装前，通过计算确定好配管长度，确保导管安放完毕后导管底部距离孔底30～0cm;导管使用前，在地面进行泌水性压力试验;入孔连接时，接口安放密封圈，确保灌注时不渗漏。

　　2.3.5 二次清孔

　　1)在灌注混凝土前，测量孔底沉渣厚度，如超出设计要求则必须进行二次清孔。

　　2)可采用正循环或反循环清孔方式，通过优质泥浆循环的方式将孔底沉渣转换清出，直至清孔验收各项指标合格。

　　2.3.6 灌注桩身混凝土

　　1)为了确保初灌质量，灌注混凝土采用压球法开灌，即在灌注前将隔水用的橡胶球胆放入导管内，安装好初灌料斗(斗容量≥1.5m³)后盖好密封板;然后开始往斗内放混凝土，当料斗即将满时打开封板，同时加快放料速度，确保首灌混凝土量能够将导管埋深1m以上。

　　2)灌注过程中，不断测量混凝土面上升高度，以控制导管埋深在2～6m，防止发生堵管或导管底拔出混凝土面。

　　3)为了保证桩顶混凝土强度，灌注过程中保持混凝土超灌高度1m左右。

　　2.3.7 长套管起拔

　　1)灌注桩灌注完成后，通常在4～6h安排长螺旋钻机在混凝土终凝前起拔套管。

　　2)待套管全部起拔完成后，长螺旋钻机可以整机移至新桩位开始施工。

　　2.4 工艺特点

　　1)成桩质量可靠

　　在上部软弱地层采用长螺旋跟管钻进，长套管穿越软弱地层进入稳定地层内，有效防止了地层塌孔;后续旋挖钻进过程中，通过旋挖桩机钻进，垂直度可自动调节，质量控制有保证。

　　2)施工效率高

　　长螺旋钻机钻进过程即排土过程，后续采用旋挖钻机成孔速度快;同时，钻进采取了长套管护壁，孔壁稳定性高，可以避免各种孔内事故的发生，确保了钻进效率。

　　3)节省成本

　　可以避免大范围的塌孔与大量的漏浆现象，有利于控制混凝土灌注充盈系数和护壁泥浆的使用量，从而节省了材料成本。

　　4)环保效果好

　　采用长螺旋、旋挖钻进取土，钻进过程使用静态泥浆护壁，泥浆使用量大大减少，有利于施工现场的环保与场地布置。

　　3 效益分析

　　3.1 社会效益

　　通过该技术在本项工程的应用，相比于传统施工工艺，大大提高了施工效率，工程质量与项目成本得到了有效控制，为今后软弱地层中灌注桩的施工提供了一种高效可靠的施工技术，得到了建设单位和监理的一致好评，取得了显著的社会效益。

　　3.2 经济效益

　　新技术的经济效益主要体现在与传统旋挖钻机配合长钢护筒下设的比较方面，以本工程为例，其软弱地层厚度平均约14m，灌注桩直径1.2m，终孔深度平均约40m，共计1 125根，与传统旋挖钻机配合长钢护筒下设相比大大降低了施工成本。在泥浆循环利用次数相同的情况下，灌注桩泥浆用量减少约三分之二，灌注混凝土充盈系数可以控制在1.05～1.1，混凝土节约用量53 000m³。

　　4 结语

　　随着我国经济社会的发展，城市用地日趋紧张，填海造地以及向临海地区发展，越来越成为沿海城市解决建设用地的一个有效方法。深厚软弱地层，给灌注桩工程施工带来一系列难题。本文所阐述技术内容在现有技术基础之上进行创新，希望能够提供有益的参考。