长螺旋钻孔灌注桩复合地基施工工法

'长螺旋钻孔灌注桩复合地基施工工法SZJXGF01-2006执笔人：李学健、罗斯、洪枢、黄树林、颜驹（深圳市建筑工程股份有限公司）1前言随着施工技术的不断发展，复合地基从柔性(碎石桩)到半刚性(石灰桩、水泥土桩)，发展到刚性复合地基（素混凝土桩、CFG桩）。CFG桩（即cementfIying-ashgravelpile）是水泥粉煤灰碎石桩的简称，素混凝土桩、CFG桩都属高粘结强度桩，其受力和变形特性相同。刚性复合地基（素混凝土桩、CFG桩）,是在地基和基础之间设置柔性褥垫层，充分发挥桩间土的承载能力,使地基强度和变形模量较为均匀，对提高结构受力、结构抗震等级、降低工程造价等极为有利。在一些土质较好的地区，如北京，复合地基已逐步向传统的桩基础领域进军，大有取而代之之势。珠江三角洲沿海一带多为海相或相沉积的软土，近年来复合地基亦开始在广东地区应用。以前的刚性复合地基(素混凝土桩、CFG桩)多采用振动沉管灌注桩，但其遇到砂层沉管困难，常出现偏桩，缩径等缺陷，有震动、噪音污染。而普通螺旋干钻孔灌注桩先成孔后灌混凝土，孔底沉碴易超标，仅能用于无地下水的地层中。在普通螺旋干钻孔桩基础上发展成熟的“长螺旋钻孔灌注桩”，成孔与灌注混凝土（或CFG桩混合料）同时完成，混凝土连续性好，钻孔可入强风化岩，桩底无沉碴，施工无震动，噪音低，成桩速度快。我们经过反复调研、考察，于近年引 进该施工技术，在多个工程中成功应用，开创了刚性复合地基（长螺旋钻孔灌注桩）在软土地区应用的先河。2特点：刚性复合地基（长螺旋钻孔灌注桩）具有承载力高、荷载调整幅度大、沉降变形小、沉降稳定较快等特点。2.1施工无噪声、无震动、无污染。2.2钻孔后不需清理孔底虚土，混凝土（或CFG桩混合料）从钻头尖泵出决定了这种桩无桩底沉碴，从而提高桩底土的极限端阻。2.3不用泥浆的干钻法，避免了泥浆降低土的摩阻力。2.4长螺旋钻孔时形成“土桩”，在回转离心力和输土挤密作用下把部分土挤向孔壁，挤密了桩间土。2.5因为长螺旋钻孔压灌混凝土（或CFG桩混合料），在连续压力泵送下，桩身完整性好，桩身混凝土与嵌固土层结合紧密，没有断桩、缩径、孔底沉渣等普通泥浆护壁钻孔桩的质量通病，单桩承载力高，混凝土（或CFG桩混合料）泵入时，因孔内高压使混凝土（或CFG桩混合料）充盈性好，易形成扩径桩。2.1.6施工速度快，一根桩长20米的桩一般成桩时间60分钟以内，日成桩10~30根左右。2.1.7单位承载力造价低。由于采用泵压混凝土（或CFG桩混合料）成桩、不加钢筋、可以掺入工业废料粉煤灰以及充分发挥桩间土的承载能力，因而地基承载力高、工程造价低。3适用范围 长螺旋钻孔灌注桩适用于施工素混凝土桩、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基。适合在软弱地层、复杂地层中施工，主要用于桩基础、排桩支护及混凝土止水帐幕。适用于粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基，及对噪声或泥浆污染要求严格的场地，使用范围从多层住宅发展到高层和大型工业建筑。我国软土地区覆盖面积广，长螺旋钻孔灌注桩在软土地区有着广阔的应用前景。4工艺原理长螺旋钻孔灌注桩由高强度桩、桩间土、褥垫层一起形成复合地基。钻孔时把桩周围的土挤密，承受荷重时桩、褥垫层，桩间土共同受力，从而改善场地土的承载力（可提高到4倍左右,承载力可达300~600kPa），提高地基承载力和基础的刚度（减小沉降量）。素混凝土桩、CFG桩复合地基受力性能亦刚亦柔。对桩而言，是介于刚性桩与柔性桩之间的桩型，在外载作用下，大部分荷载由桩承受，桩周摩阻力得到充分发挥，端阻力随着荷载作用的时间及桩侧阻力发挥的程度而逐渐增高。同时，桩顶褥垫层则发挥调节作用，使桩间土与桩身进入共同工作状态，形成复合地基。复合地基承载力的大小取决于桩径、桩长、桩距、持力层土质及褥垫层厚度等因素。5工艺流程及操作要点5.1长螺旋钻孔灌注桩工艺流程：施工准备→定位放线→钻机成孔→制备桩料→压灌成桩→转移钻机→桩体养护→质量检验 5.2操作要点：5.2.1施工准备：施工前机械设备、材料进场；有关施工人员到岗；由技术人员、安全员组织进行技术与安全交底，使施工作业人员明确设计与施工要求，增强安全生产意识；并由技术人员安排专人负责记录与质检工作。5.2.2施工设备安装及调试：长螺旋钻孔压灌桩机进场后，应及时进行安装及调试，确保成孔钻机行走平稳，运转正常。在钻机支架立柱上根据深度要求标注控制尺寸标记。5.2.3试成桩：施工人员要明确钻孔压灌桩的桩径、有效桩长、桩体强度、桩顶标高等设计控制参数，并按确定的参数试成桩。5.2.4定位放线：以甲方提供的轴线为基准，由工程技术人员从轴线控制点引放桩位点，经监理工程师验线合格后，方能施工。5.2.5钻机就位、成孔：钻机就位后应调整平稳，施工作业人员应从钻机正面与侧面两个相互垂直方向，采用吊锥线或利用钻机平台用水平尺进行垂直检查，及时调整钻机位置，保证钻具垂直，并将钻头锥尖对准桩位中心点。同时检查钻头两侧阀门，应开闭自如，成孔阶段应保证钻头两侧阀门密闭。启动钻机，旋转钻具进行成孔施工。钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触地时，启动马达钻进，先慢后快，同时检 查钻孔的偏差并及时纠正。在成孔过程中发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移和钻具损坏。根据钻机塔身上的进尺标记，成孔到达设计标高时，停止钻进。成孔时作业人员应随时检查钻具成孔时的垂直度，发现偏斜及时进行调整，以保证钻孔的垂直度。成孔深度应满足设计要求，可利用在钻机立柱上施划尺寸标记或其它方法进行施工深度控制。对成孔时钻出土及时清理，以保证场地道路通畅、平整。5.2.6桩料配合比：长螺旋钻孔灌注桩的施工配合比应以实验室试验报告提供的材料配合比为标准，长螺旋钻孔压灌混凝土（或CFG桩混合料）采用商品混凝土（或CFG桩混合料）。作业班组应作好施工记录。5.2.7压灌成桩：当钻机钻孔达到要求深度后，停止钻进，同时启动混凝土输送泵向钻具内输送桩料，待桩料输送到钻具底端将钻具慢慢上提0.1～0.3m，观察混凝土输送泵压力有无变化，以判断钻头两侧的阀门是否打开，在确认钻头两侧的阀门已经打开，输送桩料顺畅后，方可开始压灌成桩工作，严禁先提管后泵料。成桩时的拔管速度控制在2-3米/分钟。压灌成桩时，边泵送桩料边提拔钻具。压灌成桩过程中提钻与输送桩料应自始至终密切配合，钻具底端出料口不得高于孔内桩料的液面。成桩过程应连续进行，压灌成桩必须一次连续灌注完成。压灌成桩桩顶标高应高于设计桩顶标高0.5-0.8m。施工时，记录员应按要求做好成桩施工记录，班组长、项目技术负责人应对每班记录的《混 凝土（混合料）工程施工记录表》、《钻孔压灌桩施工记录表》进行检验核实无误后签字。5.2.8转移钻机：一根桩施工完成后，转移钻机到下一桩位。桩机移机至下一桩位施工时，应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位正确。5.2.9现场试验：对于每车混凝土（或CFG桩混合料），试验人员都要进行塌落度的监测，合格后方可进行混凝土（或CFG桩混合料）的投料，在成桩过程中抽样作试块，每根混凝土桩（或CFG桩）必须做1组试件，在试块上标明制作日期，并进行标准养护，以测定其28天抗压强度。5.2.10施工结束后，应对桩顶标高、桩位、桩体质量、地基承载力以及褥垫层的质量做检查。复合地基检验应在桩体强度符合试验荷载条件时进行，一般宜在施工结束后2-4周后进行，复合地基承载力宜用单桩或多桩复合地基载荷试验确定，对高层建筑或重要建筑，可抽取总桩数的10%进行低应变动力检测，检验桩身结构完整性。6材料水泥：宜用42.5号普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥；砂：中砂或粗砂，含泥量不大于5%；石子：卵石或碎石，粒径5～32mm，含泥量不大于2%；粉煤灰：Ⅱ级以上；外加剂、掺合料：根据施工需要通过试验确定； 桩顶褥垫层：褥垫层一般由级配碎石与素混凝土组成，褥垫层厚度宜取100-300mm。7机具设备：1）螺旋钻机壹台ZKL800BB液压步履式桩机2）混凝土输送泵壹台HBT50输送泵3）配电箱四个4）坍落度筒壹个5）试块模具二套6）水管、电缆300mZKL800BB液压步履式桩机是在专家指导下开发研制的专用设备，是近几年发展和推广起来的国家级环保型新产品，该机具采用长螺旋钻进成孔，同时泵压混凝土成桩，既成孔、成桩一机一次完成。施工时不受地下水位的限制，具有无振动、低噪音、工期短、造价低、综合效益高等特点。成孔直径：400-800mm，最大钻深30m。8劳动组织及安全8.1劳动组织：1）钻机操作岗贰人2）钻机记录岗贰人3）钻机前车岗陆人4）钻机后车岗贰人5）机前指挥贰人6）后助服务岗贰人 8.2应注意的安全事项及安全措施：除严格遵守国家的各种安全法规、技术规程外，还应该注意以下事项：8.2.1钻机、混凝土泵等必须由专职操作手按规程操作，设备定期检查维修，钢丝绳、滑轮、机械等传动部件应经常检查、维修、保养，使其运转正常，安全装置必须齐全、灵敏、可靠。8.2.2严禁酒后操作钻机，爬上钻机高空作业必须拴好安全带。8.2.3钻机在遇有六级以上大风、大雨时停止作业。9质量要求施工质量验收应符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）》、《建筑地基处理技术规范（GB50007-2002）》、《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》、《建筑基桩检测技术规程（JGJ106-2002）》及广东省和深圳市有关标准、规范的要求。9.1水泥、粉煤灰、砂、碎石等原材料应符合设计要求。9.2素混凝土桩与CFG桩质量验收标准：素混凝土桩与CFG桩孔径允许偏差－20㎜；素混凝土桩孔深允许偏差+300㎜；CFG桩长允许偏差+100㎜；素混凝土桩垂直度允许偏差≤1%；CFG桩垂直度允许偏差≤1.5%；对满堂布桩基础下的CFG桩，桩位允许偏差为0.04倍桩径；对条形基础下的CFG桩，桩位允许偏差为0.25倍桩径。素混凝土桩：当桩为1-3根、单排桩基垂直于中心线方向和群桩 基础的边桩时，桩位允许偏差为70mm；条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩，桩位允许偏差为150mm。施工中应随时进行检查，当发现偏差大于允许偏差值时，应及时查明原因并加以纠正，采取有效措施进行控制。9.3混凝土（或CFG桩混合料）要求：桩料质量检验应根据工程施工配合比要求进行，混凝土（或CFG桩混合料）应采用商品混凝土（或CFG桩混合料），每车要严格检查混凝土（或CFG桩混合料）坍落度。9.4施工中应检查桩身混合料的配合比、坍落度和提升钻杆速度、成孔深度、混合料灌入量等。提升钻杆（或套管）的速度必须与泵入混合料的速度相匹配，而且不同土层中提拔的速度不一样。砂性土、砂质粘土、粘土中提拔的速度为2-3米/分,在淤泥质土中应当放慢提升速度。9.5褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法。9.6施工中应保证排气阀正常工作，要求每班经常检查排气阀，防止排气阀被桩料堵塞。10环境要求10.1严格遵守深圳市的环境保护条例，施工过程中，尽量减低噪音，不干扰周边居民的正常生活。10.2严格控制施工过程中进出车辆、车轮、车身的干净，不造成车辆行驶道路上的污染，及时清洗，验车后放行。 10.3控制水的污染，施工用水、生活用水有组织排放。11效益分析1）技术效益：可处理各类疑难地基，解决了其他技术在地基处理工程中，承载力低、缩径、断桩、虚桩难题。该技术可根据工程地质上部结构特征，打造一个串珠扩大头，能消除湿陷、液化、无侧限刚度复合地基的缺陷，满足大型高耸结构的疑难地基的处理，用于流塑、湿陷性黄土地基，其沉降变形满足国家规范要求。2）经济效益：由于单桩承载力提高，桩的数量可以减少，这样可以缩小桩连梁及承台尺寸，减少基础钢筋混凝土量。由于混凝土桩、CFG桩复合地基不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价，无泥浆污染。成桩速度快，带来巨大的工期效益。与静压预制桩及其他桩型相比，可节约投资造价约1/3-1/2。3）环保、社会效益：长螺旋钻孔灌注桩复合地基中应用活性矿物掺合料粉煤灰，不仅可改善混凝土的微观结构，提高粗骨料与砂浆之间的界面强度，改善了混凝土和易性。粉煤灰的应用，节省了水泥，利用了工业废料，减少了环境污染。而且长螺旋钻孔灌注桩施工无震动、噪音低，地基处理速度快，几台设备可以一起施工，加快了地基处理的速度，社会、环保效益明显。12应用实例 1）深圳市中医院住院楼工程位于深圳市福田区福华路1号，建2筑面积约39630m，地下二层，地上20层，地基处理采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基成套技术。CFG桩总工程量：924根，17094延米；桩径为420mm，桩间距为1.5m，桩长为8-18m，CFG桩进入强风化层。工程于2004年2月8日开工，2006年12月26日竣工。工程施工完毕后，对CFG桩进行了基桩低应变动力检测及复合地基静载检测。低应变动力检测47根CFG桩，满足设计要求；CFG桩复合地基静载检测：所有被测CFG桩的极限承载力≥800kPa，复合地基的承载力特征值≥400kPa，复合地基静载检测满足设计要求。在上部主体施工过程中，业主委托检测单位对主体进行了沉降观测，竣工时的最大的沉降量为18.55mm，满足设计要求。2）龙岗区中心医院工程位于龙岗区龙岗街道龙岗社区，建筑面2积约19994.77m，地上15层，工程于2006年11月21日开工，预计2008年1月2日竣工。地基处理采用素混凝土桩复合地基成套技术，设计桩长L=21m，单桩承载力设计值600kPa，素混凝土桩数量1400根，28000延米。素混凝土桩复合地基检测情况：承载力满足设计要求，桩身完整性合格率100%，复合地基静载检测满足设计要求。3）深圳港大铲湾港区集装箱码头一期工程控制大楼桩基础及5号变电所土建工程。工程于2006年7月21日开工，2007年3月26日竣工。地基处理采用素混凝土桩复合地基成套技术，设计桩长7-20m，单桩承载力设计值600kPa，素混凝土桩数量3260根，51000延米。对素混凝土桩进行了基桩低应变动力检测及素混凝土桩复合地 基静载检测，承载力达到设计要求，桩身完整性合格率100%，复合地基静载检测满足设计要求。'