后置钢筋笼原土挤压灌注桩施工工法江苏南通六建建设集团有限公司许正宏 刘 钟 邹科华 冒小玲 杨 坚1.前言随着我国经济建设和城市建设的快速发展，高层建筑和地下工程的大量兴建，以高科技为支撑，发展低碳经济已经成为我国社会经济发展的重要方向。

大量新型桩基的出现也极大的促进了施工技术的发展。

现代桩基础根据成桩方法对土层的影响可以分为非挤土桩、部分挤土桩和完全挤土桩三大类，由于非挤土桩存在着诸多的技术、成本和环保方面的问题，我们在承建的桩基工程施工中，在中国京冶工程技术有限公司的指导下，以发明专利《双向螺旋挤扩桩施工方法及双向螺旋封闭挤扩钻头》为基础，研发了一种新型的后置钢筋笼原土挤压灌注桩施工技术，该挤压灌注桩钻机具有机械扭矩潜能大，穿透能力强等特点，最大钻孔深度已达33m ，最大桩径达到600mm,单桩承载力达到3000KN,使双向螺旋封闭挤扩钻头在国内施工领域，钻孔深度达到最深、桩径达到最大、单桩承载力达到最强，与挤土预制桩相比，对不同土质具有很强的适应性，成桩工效高。

2.工法特点图1-1 原土挤压灌注桩桩机1-连接杆；2-动密封挤扩体；3-封闭挤扩体；4-下螺旋挤扩体；5-钻尖；6-连接法兰盘；9-副螺旋叶片；10-合金钻齿；11-动密封螺旋挤扩叶片；12 -下螺旋挤扩叶片。

图1-2 双向螺旋封闭挤扩钻头2.1是一种承载力更高，沉降量更小、质量更好、成本更低、能耗更少、工效更高、图2-1模拟试验-挤土效应研究图2-2模拟试验-数字近景摄影变形量测图2-3模型试验-数字近景摄影变形量测结果图2-4螺旋挤扩钻头钻进挤扩土体响应-挤密效应数值仿真更加环保的施工方法。

2.2与非挤土桩相比，具有无泥浆、无渣土、振动小、噪声低、不扰民、钻进速度快、施工方便等明显的技术和成本优势。

2.3该挤压灌注桩钻机具有机械扭矩潜能大，穿透能力强等特点，最大钻孔深度已图2-5 双向螺旋挤扩钻头可钻性理论分析的试验验证达33m，与挤土预制桩相比，对不同土质具有很强的适应性，成桩工效高、节约人力。

2.4通过模型试验及新天地公寓楼、万锦世嘉商住楼等近三十项工程实践应用证明，原土挤压灌注桩在较小范围内改变了土体的承载力，4D桩径内承载力提高，4D桩径外土体几乎没有变形，克服了挤土桩的施工挤土效应的不利影响。

2.5该技术施工工艺简单，无泥浆污染、无渣土外运，无建筑扬尘，不需要弃土场地，桩材充盈系数低，节约混凝土原材料，成桩无噪声无振动，环保效果极佳，是质量可靠，成本低廉、高效环保的先进绿色桩基技术。

3.适用范围后置钢筋笼原土挤压灌注桩主要桩径范围为400mm-600mm，属于中型桩，单桩承载力特征值为1000KN-3000KN，特别适用于SPT<35或CPT<15Mpa的填土、粘土、粉土、黄土、砂土、砂砾土、残积土和强风化岩层等地层，但应慎用于饱和软黏土地层，对于中风化和大卵石等坚硬、密实地层不适用。

4.工艺原理后置钢筋笼原土挤压灌注桩施工工法成桩工艺使得桩周土体产生物理压缩挤密、土体力学指标c和φ值提高。

成桩挤土效应使原有桩土界面产生较大的径向水平位移，引发原有土中应力状态从Ko 状态变换为Kp 状态，最后表现为初始水平应力从σo 增长为σp。

桩周土体抗剪强度会随着土体力学参数和有效水平应力增加而增大。

这些正面因素导致桩周土体抗剪强度大幅度提高，桩土界面接触更为紧密，桩侧摩阻力显著增大，具有优越承载变形性状。

后置钢筋笼原土挤压灌注桩利用双向螺旋封闭挤扩钻头在进钻和提钻时双向将原桩孔中的土体挤扩到桩孔的侧壁中，使得桩周土和桩端土被挤密的程度远远超过了现有的非挤土桩和挤土桩施工方法所能达到的程度，从而大幅度提高了桩侧土摩阻力和桩端土承载力。

钻成孔到达预定设计深度后，在一边用混凝土泵通过钻杆中心将混凝土压入桩孔的同时一边提钻杆，直至灌满已成的桩孔为止，再在混凝土初凝前将钢筋笼振动沉入混凝土桩体中成桩，大大提高桩体混凝土的密实性，增强了桩的承载能力。

由于双向螺旋封闭挤扩钻头能够在进钻和提钻时双向将桩孔中的土体挤压到桩孔的侧壁中，故能够在成桩过程中避免在非挤土桩工法中所出现的桩孔坍塌、泥浆护壁、桩底沉渣过厚和桩孔排土所引起的桩周土体应力释放所导致的向孔内的位移与强度衰减。

先灌注混凝土后插钢筋笼能确保成桩的质量，避免桩产生缩颈、夹渣等质量通病，质量可控可靠。

5.工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程施工准备→测量放线→桩机就位→制作钢筋笼→下钻→提钻及灌浆→振动沉入钢筋笼→移机至下一个桩位→施工监测。

5.2操作要点5.2.1施工准备1 施工场地和桩机应作以下检查1）要测量场地的标高，并注意测点应有足够的数量和代表性。

打桩过程中则要随时测量地面是否发生沉降。

2）对三点支撑自行式螺旋挤土灌注桩机进行试运转，通过人机界面检查每个机电系统的运转是否正常。

3）平整施工场地，对影响机械行走施工的松软场地作处理和作好排水措施。

4）清除现场内妨碍施工的障碍物和地下隐蔽埋设物。

5）做好施工用水、电、道路及临时设施。

6）检查钻具，对磨损部分进行修补。

7） 根据施工的要求，做好图纸会审和交底工作。

8）调垂直钻杆，检查出浆口的阀门是否正常，关好阀门，预紧钢丝绳。

2 检查混凝土中压泵装置与管路系统；中压泵的泵送压力应≥6Mpa3 混凝土的制备应符合《混凝土泵送施工技术规程》(JGJ/T 10) 1-桩机就位； 2-下钻； 3-到达设计标高停止钻进； 4-提钻及灌浆；5-振动沉入钢筋笼；6-成桩。

图5.1 施工工艺流程1）粗骨料可选用卵石或碎石，最大粒径5—20mm 。

针片桩颗粒状含量不大于10%。

2）混凝土的塌落度在180-220mm 之间。

4 钢筋笼的制作，应符合《混凝结构工程施工及验收规范》GB50204有关规定。

5试钻1）为准确地探明钻具进入持力层时动力头的工作电流，原土挤压灌注桩施工前应进行试钻。

试钻应按施工工艺流程进行，但不灌注混凝土和放置钢筋笼。

2）钻具提出地面后，根据钻具的螺牙段中带出的土和动力头的工作电流，判断持力层的土层情况。

结合工程要求制定出收钻电流。

3）试钻的地质条件应有代表性，试钻应选在地质勘探孔附近。

5.2.2测量放线依据《灌注桩平面布置图》及甲方提供控制点，由技术部专职人员按监理批准的测量放线方案，用全站仪结合图中尺寸进行放线定位。

对轴线控制点埋设标志，且四周用混凝土固化30cm 深。

对桩位采用竹签作为标志，绘制测量复核签证单。

经甲方或监理工程师认可无误后方可进行钻机就位。

图5.2.1-2超长钢筋笼底部 图5.2.1-1超长钢筋笼制作定位放样误差：轴线≤5mm；桩位≤10mm。

5.2.3桩机就位桩机就位必须铺垫平稳，立柱垂直稳定牢固，钻杆垂直度允许偏差不大于1%，钻头尖对准桩中心，其水平位置允许偏差±20mm，将高程引到可靠且便于施工和检查的位置处，将钻机垂直偏差，钻尖位置偏差和高程填写到施工记录中。

开孔前必须检查钻头上的契型出料活门是否闭合，校核桩位孔口标高及桩孔编号，准确无误后，方可开钻。

5.2.4制作钢筋笼钢筋笼的规格应符合设计要求，主筋间图5.2.3 桩机就位距允许偏差±100mm，螺旋箍筋间距允许偏差±20mm，钢筋笼直径允许偏差±10mm，钢筋保护层厚度不宜小于35mm，为了确保钢筋笼顺利压入，钢筋笼底部要求缩颈，使底部形成圆锥形，锥形底部直径小于振动导管，保证底部钢筋笼的振动力，底部收口焊接要牢固，防止下笼过程中被打穿。

图5.2.4-1 制作钢筋笼图5.2.4-2 钢筋笼底部5.2.5 下钻1钻头对准桩位点后启动钻机，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向下的轴向压力，利用双向螺旋封闭挤扩钻头进行钻进挤扩成孔，在向下旋钻挤扩成孔过程中，被旋钻出来的土体，会做自下而上的螺旋运动并逐步被挤入桩孔侧壁，使挤扩后的桩孔直径符合设计要求。

当动力头工作电流值小于140A时,桩机自动螺旋钻进，钻进到达设计深度或达到收钻电流时收钻。

2当动力头工作电流值大于140A（如进入到密实性粘土、密实性的沙层、砂砾石层、卵石层、岩层等）时，钻机不能实现自动螺旋钻进，此时应采用不同步钻进的方式：图5.2.5-1 下钻-1 图5.2.5-2 下钻-2 1）放松主卷扬的上提钢缆；2）设定旋转速度为3转/分钟,同时手动加压，即通过拉紧下拉钢缆使桩机的前支撑或前步履离开地面（最大不高于100mm）。

不同步钻进至设计深度或达到收钻电流收钻。

3）当下钻过程动力头工作电流值大于140A，通过采用不同步钻进的方式仍下钻困难，表示可能碰到块石、漂石。

应停止钻进，报告工程甲方、设计单位和监理，共同研究解决方案。

4）施工过程中应经常注意查看主卷扬钢缆松紧情况，不得过松或过紧。

3施工过程中不得反转或提升钻杆，如因特殊情况要提升钻杆或反转，应将钻杆提至表面，对钻头活门重新冲洗、疏通、闭合。

4开始钻进或穿过软硬互层交界处时，应保证钻杆垂直，缓慢进入；在含有砖头、瓦块的杂填土层或含水量较大的软塑粘性土层中钻进时，应尽量减少钻杆晃动，以免扩大孔径。

5钻进过程中，操作人员要密切注意钻进情况，如遇卡钻，钻杆剧烈抖动，钻机偏斜等异常情况，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。

6钻进至设计桩底标高后方可停钻。

5.2.6提钻及灌浆1钻到设计标高或达到收钻电流时收钻，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向上的轴向提拉力，使双向螺旋封闭挤扩钻头向上运动并再次旋转挤扩桩孔，在向上旋转挤扩提升过程中，桩孔内上部坍落的土体会做自上而下的螺旋运动，并逐步被挤入桩孔侧壁中，以确保再次挤扩后的桩孔直径符合设计要求。

2在双向螺旋封闭挤扩钻头开始向上旋转挤扩提升的同时，启动混凝土泵，向已完成挤扩的桩孔进行细石混凝土的压灌，通过混凝土的压力挤扩，使已完成桩材压灌的桩段成桩直径符合设计要求，这一桩孔挤扩过程将持续到桩材压灌至桩顶设计标高为止。

混凝土泵压应符合《混凝土泵送施工技术规程》(JGJ/T 10)。

混凝土配合比根据桩身混凝图5.2.6-2提钻及灌浆图5.2.6-1提钻及灌浆土的设计强度等级，通过试验确定。

混凝土坍落度以180-220mm为宜，水泥宜用P.042.5强度等级，用量不得少于300kg/m3。

宜加粉煤灰外加剂，采用I级粉煤灰，用量不少于75 kg/m3。

粗骨料可用卵石或碎石，当桩径为400-600mm时，最大粒经不宜大于16mm。

3混凝土泵应根据桩径选型，安放位置应与钻机的施工顺序相配合，泵管布置尽量减少弯道。

混凝土的泵送宜连续进行，当钻机移位时，混凝土泵料斗内的混凝土应连续搅拌，泵送混凝土时，料斗内混凝土的高度不得低于400mm，以防吸进空气造成堵管。

混凝土输送泵送尽可能保持水平，长距离泵送时，泵管下面应垫实。