贾欣媛, 岳大昌, 李 明, 唐延贵

(成都四海岩土工程有限公司， 四川成都 610094)

近年来，随着城市化进程的不断加快，土地资源日益紧缺，为解决这一矛盾，地下空间的开发和利用逐渐成为发展的新趋势。高层建筑、地下管廊、下沉广场等应势而生，此类建筑对地基基础设计的承载力、沉降及抗拔要求较高，需采用具有更高承载力的桩基础将荷载传至深部土层或岩层，以满足更多结构的设计要求。

然而，西南地区地下水较为丰富，地基土类型和特征复杂多变，往往给工程桩的施工带来诸多难题，特别是对于新近填土、含块石填土、软塑黏性土、淤泥、松散粉土、厚层松散砂土及卵石土、软塑等地层，以及含水量高采用泥浆护壁成孔较困难的地层，旋挖成孔时易出现塌孔、流砂、缩颈、填块石难以穿越等问题，既易造成大量混凝土的浪费，也易导致桩身质量存在缺陷进而影响桩身承载力。

解决上述问题的方法一般为采用泥浆或钢护筒护壁，但泥浆护壁难以彻底解决这类深厚地层存在的缩颈、流砂、块石钻进困难等问题，而且泥浆浓度及产生的泥皮对工程桩的性质有一定影响；而钢护筒护壁受旋挖机动力头提升高度的限制，难以完成长护筒的埋设以及从长护筒内的取土施工。

因此，基于以上背景提出了在易塌孔地层中采用长护筒+冲抓配合旋挖钻孔的灌注桩施工的新工法，该工法结合旋挖钻孔、振动锤埋设钢护筒护壁及冲抓锥冲抓取土三种施工方法的优点，可以很好解决上述地层中成孔和灌注混凝土时存在的诸多问题，经过在实际工程中不断摸索以及对施工经验进行不断总结，逐步形成了易塌孔地层长护筒+冲抓+旋挖钻孔灌注桩施工工法。相对于传统单一的旋挖施工方法，本工法能够提高在该类地层中旋挖成孔的施工效率、缩短施工工期、降低施工成本、减少灌注桩施工质量缺陷。

1 工作原理

易塌孔地层长护筒+冲抓+旋挖钻孔灌注桩施工工法工作原理分析如下。

1.1 振动锤埋设长护筒

场地平整、孔位测放等准备工作就绪后，采用旋挖机预先钻孔，根据土层特征、孔壁稳定性选择泥浆护壁或短护筒护壁，旋挖钻至一定深度时采用振动锤下沉长护筒，液压振动锤是通过电动机驱动激振器回转，从而实现振动箱内每组成对的偏心轮以相同的角速度反向旋转；这两个偏心轮旋转产生的离心力，在转轴中心连线方向的分量在同一时间内相互抵消，而在转轴中心连线垂直方向的分量则相互叠加并最终形成钢护筒的激振力，顺利把护筒击沉。

1.2 冲抓锥冲抓取土

当振动锤锤击停止后，若钢护筒超出地面以上的高度大于旋挖钻机动力头最大提升高度时，则采用履带式吊车将冲抓锥下放至孔内，冲抓锥锥头叶瓣张开，冲抓锥自由落入孔底冲击，破碎块石，使锥瓣切入地层土石中；然后通过钢丝绳提升冲抓锥时，切入地层的锥瓣收拢并抓取土石，提出冲抓锥，卸去土石。

1.3 三种设备配合施工

旋挖钻孔、长护筒护壁、冲抓取土配合施工在该类地层区域旋挖成孔时，采用钢护筒护壁，钢护筒长度一般为6～15 m，甚至大于20 m，利用旋挖钻机预成孔3～5 m，然后采用履带式吊车将钢护筒下放至预成孔深度时，随即采用振动锤锤击护筒，使护筒继续下沉，当护筒下沉至一定深度，振动锤击难以使护筒继续下沉时，停止锤击，但是由于旋挖钻机动力头提升高度低于地面以上钢护筒剩余长度，此时需要采用冲抓锥下放至护筒中进行冲抓取土，取土后继续下沉护筒，三种设备协调配合，多次循环作业成孔。

2 适用范围

(1)适用地层：本工法适用于新近填土、含块石填土、软塑黏性土、淤泥、松散粉土、厚层松散砂土及卵石土、软塑等地层，以及含水量高采用泥浆护壁成孔较困难的地层。

(2)适用条件：当上述软弱地层较厚或埋置较深、普通吊车卷扬长度无法满足护筒下放时，适用本工法。

(3)适用工程类型：本工法适用于桩径800～2 000 mm的支挡结构桩、地基基础桩等。

3施工工艺流程

本工法施工工艺流程见图1：①施工准备→②场地平整→③孔位测量→④旋挖预钻孔→⑤振动锤埋设钢护筒→⑥冲抓锥冲抓取土→⑦重复⑤、⑥直至将护筒下放至稳定地层→⑧旋挖钻进直至终孔及清渣→⑨下放钢筋笼→⑩二次清孔→浇筑混凝土→振动锤拔护筒。

图1 施工工艺流程

4 操作要点

4.1 钻机进场通道及钻机作业平台处理

由于旋挖钻机及吊车设备均为履带底盘，机动灵活，对进出通道及作业平台没有特殊要求，适合于各种施工现场。施工前，将场地平整至桩顶标高位置以上(保护桩长顶)，清除空中、地下影响施工作业的管线及其他障碍物，确保施工机械设备拥有足够的施工工作面，为灌注桩施工顺利地进行创造基本条件。其中：

(1) 钢筋加工作业面：桩径2倍，桩长1.5倍且不小于1.5 m×20 m场地范围。

(2) 宽通道进出口≥5 m，用于运输进出及架安吊车。

(3) 临时出土场≥50 m2。

4.2 钻孔定位

首先对设计图纸提供的坐标、高程等有关数据进行认真复核，确认无误后采用全站仪进行桩位放样，桩中心放样完毕后，沿桩中心拉十字线至1.5桩径以外并作好护桩标记。

4.3 开孔

完成桩孔定位后即可进行开孔和埋设钢护筒。

(1)开孔：钻机设备就位、升举钻杆、安装钻斗、调整钻杆垂直度、对准桩孔中心，然后开机进行旋挖取土开孔为钢护筒埋置作准备。开孔采用干式钻头进行，开孔大小为设计桩径。

(2)高程标注：钢护筒安装完成后用测量水准仪测出护筒顶面高程并予以标注，用于钻孔深度及混凝土浇筑高度的辅助测定。

4.4 旋挖钻进成孔

(1)钻进取土。将钻机钻杆回转到桩孔位置后将钻斗垂直放下并开始转动取土，依据钻杆下将高度及检验判断钻斗装满土多少，起斗卸土前应先反向旋转2周利用摩擦将活动底板关闭进料口，之后方可缓缓将钻斗提升并移出护筒卸土。升降速度不宜太快，应保持在0.4 m/s左右。卸土依靠土体自重和旋转摆动钻斗时土体惯性作用排出钻斗。

(2)下沉长钢护筒。为保证钢护筒与钻孔的同心度以及护筒的垂直度，采用具有液压双夹的振动锤将钢护筒逐渐击入土中，当护筒贯入速度明显较慢时(例如：每10 s贯入深度小于50 cm)停止锤击。振动锤下放护筒期间，同时利用十字交叉线控制其平面位置，采用吊垂线控制其垂直度。

(3)冲抓锥冲抓取土。振动锤移开后，长钢护筒超出地面以上的高度大于旋挖钻机动力头最大提升高度时，用履带式吊车起吊冲抓锥进行冲抓取土，履带式吊车起吊最大重量不小于35 t，吊车具有双吊钩和双卷扬机，卷扬机应具有快速释放机构，能保证冲抓锥下落时处于自由状态。

当未达到软弱土层前，可超前一定深度取土，再用振动锤锤击下放护筒；当到达软弱土层时，在每一次的冲抓取土重，冲抓深度不应超过护筒下端深度，完成本次取土后移开冲抓吊车，继续用振动锤锤击护筒入土，护筒下放方法和停止锤击时机同步骤(3)，停止锤击护筒后，重复冲抓取土作业。

重复振动锤贯入护筒和冲抓取土的循环作业，直到将护筒下放进入稳定土层中，再用旋挖机继续钻孔施工至终孔。

4.5 钢筋笼制作、吊装及混凝土浇筑

钢筋制作采用现场加工制作，按设计和施工验收规范进行施工。对钢筋制作加工、绑扎、安装各个环节加以质量控制。

4.6 截桩头及桩质量检测

(1)在完成混凝土浇注后24 h后应即时进行截桩头，截除掉高于设计桩顶的多余混凝土部分并将桩顶上部钢筋表面进行清理。

(2)桩施工完成强度达到后，采用声波法和小应变法对桩的混凝土浇筑质量进行检测，确定桩基质量满足设计及规范要求。

4.7 常见问题

在冲抓锥冲抓取土施工过程中，经常遇见的问题及解决办法如下：

(1)当遇到强度较高、体积较大的块石，正常冲抓作业无法取土时，可将冲抓锥闭合，提高冲抓锥落距以破碎块石，然后再冲抓取出。

(2)当遇到粘性较高的土体，抓斗卸土困难，可将抓斗碰撞地面，加大振荡外力，以卸出土体，另外，也可考虑向孔内注水解决土体与抓斗粘结问题。

(3)当钢绳断裂，抓斗掉入孔内时，可采用另一冲抓锥对抓斗进行打捞。当采用另一冲抓锥仍然无法打捞时，可排干孔内积水，下人辅助系钢丝绳将冲抓锥打捞出来。

5 工程应用

5.1 工程概况

天府创新中心项目配套公寓及商业桩基础工程位于四川省天府新区兴隆镇鹿溪河附近，兴隆湖北岸，主要由多栋16～33F高层住宅、1～2F纯地下室组成，主楼采用剪力墙结构，基础形式为旋挖钻孔灌注桩基础，桩径为0.8 m，裙楼及纯地下室采用框架结构，基础为柱下独立基础及墙下条形基础。

5.2 地质条件

场地地貌单元属岷江水系III级阶地，场地内由第四系全新统人工填土(Q4ml)、第四系中下更新统冰水沉积(Q1+2fgl)黏土、粉质黏土及卵石、白垩系上统夹关组基岩(K1j)组成。其中，人工填土按主要成分和状态分为下述三层：

素填土①-1:紫红色、土黄色，松散，稍湿。以强风化砂岩、泥岩碎块及少量中等风化砂岩、泥岩碎块为主，粒径在2～100 cm不等，成分较为混杂，硬杂质含量约占65 %左右，局部含少量黏性土，堆填时间小于1年。层厚2.50～13.10 m。

素填土①-2:褐色、黄褐色，松散，稍湿，以黏性土为主，含植物根茎，局部含少量风化岩屑，粒径在2～10 cm，硬杂质含量约占30 %左右。该层堆填时间一般在3～5 a，甚至更长。层厚0.40～4.40 m。

淤泥质填土①-3:灰褐色、灰黑色，饱和，以黏性土为主，含腐殖质，有轻微臭味。层厚0.50～1.00 m。

场地地下水主要为赋存于地势低洼地带、少量赋存于场地内填土层、粘性土层中的上层滞水、卵石中的孔隙性潜水和基岩裂隙水。静止水位为1.1～5.5 m，相应标高为456.22～459.39 m，地下水水位变化幅度为0.5～2.0 m。

5.3 施工重点、难点

施工重点：钻孔孔位、孔径、钻孔垂直度、孔底沉渣、灌注桩桩身完整性、单桩承载力满足设计和规范要求。

施工难点：孔深范围内填土厚、填土成分复杂(回填黏性土、泥岩块石及淤泥质填土)、力学性质差(易缩颈、易塌孔等)，旋挖成孔时护壁难度大、成本高、工期紧。

施工前期采用短护筒+泥浆护壁的方法进行旋挖钻进，出现了严重垮孔现象，施工进展缓慢，效率低，混凝土超灌量大，针对该情况进行了分析研究，决定采用旋挖钻成孔+振动锤埋设长护筒+护筒内冲抓取土配套工法进行施工，配备2台旋挖钻机、1台振动锤吊车、1台冲抓锥吊车完成103根灌注桩施工，共用时15 d，提前完成基础桩施工。施工过程和施工后的检查和检测结果表明，灌注桩桩位、桩径、垂直度偏差均符合规范，桩身完整性和单桩承载力均满足设计和规范要求。

6 结束语

随着城镇化建设的不断发展，特殊土地基工程越来越多，常规单一的旋挖钻孔施工工艺难以满足实际需要，采用旋挖、长护筒、冲抓配套成孔施工工法能将几种工程机械的优势互补，施工时各种机械在时间上和空间上协调配合，最大限度提高施工效率，有效防止成孔过程中孔壁缩颈、坍塌、流砂等现象，在确保成孔质量偏差满足设计和规范要求时，可最大限度减少混凝土超灌量和桩身质量问题，应用于地质环境较复杂或土层性质较特殊的灌注桩工程中，能有效缩短工期、降低工程成本、创造较高的经济效益，至少能节约整个工程造价的25 %。

将该工法应用于实践工程中，可以解决复杂地层中成孔易出现的塌孔、流砂等问题以及埋设长护筒的困难，有利于建设工程施工技术的突破和发展。同时，减少护壁泥浆使用，降低了对环境的污染，施工现场环境保护、文明施工优势明显，也能降低劳动强度、保证成孔质量、灌注桩质量满足设计和规范要求。