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摘要：本文根据太原平阳景苑综合性小区楼房基础钻孔灌注桩工程实例，对软基地层钻孔灌注桩施工采用振动锤下设长护筒技术的成桩工艺进行了探讨，取得了较好的技术效果和经济效益，适合在类似软基地层钻孔桩施工中推广应用。
关键词：太原平阳景苑软基地层 钻孔桩 长护筒 技术
中图分类号：TU47 文献标识码：A
1、工程概述
1.1、 工程概况
平阳景苑项目位于太原市小店区杨家堡村，拟建建筑物地下4层，地上2～34层，为剪力墙结构体系。该项目北面有亲贤北街通过，南面为长风街，东侧紧临平阳路，西侧是规划路。总规划用地为160448.8m2，总建筑面积1178400m2。为满足上部结构的要求，桩基采用混凝土灌注桩和后压浆技术。基坑支护采用支护灌注桩，止水帷幕为三轴深层水泥搅拌桩，基坑最大开挖深度约18m。本工程灌注桩为Φ0.7m、Φ0.8m、Φ0.9m钻孔灌注桩，总桩数11783根，施工采用反循环成孔或旋挖钻成孔。工程2010年7月31日正式开工，2012年3月18日竣工，总产值4.9亿元。
1.2、地质特征
受汾河影响，施工区地基土有较明显的沉积韵律，场地土层均为第四纪的河流冲、洪积物地层，根据勘探已揭示的地质资料，自上而下分别为①人工填土层（Q42ml）、②③粉土层（Q41al+pl）、③1细砂层(Q41al+pl)、④粉土层（Q41al+pl）、④1中砂层(Q41al+pl)、⑤中砂（Q3al+pl）、⑥粉土层（Q31al+pl）、⑦中砂层（Q31al+pl）、⑦1园砾层（Q41al+pl）、⑧粉土层（Q3al+pl）、⑧1细砂（Q3al+pl）、⑨粉质粘土层（Q3al+pl）、⑩中砂层（Q3al+pl）。
地下水位较高，一般在2～4m，上部4～12m地层松散、易塌。
2、振动锤下设长护筒简介
旋挖钻机因其效率高、污染少、功能全等优点，目前在国内外的钻孔灌注桩施工中得到了广泛应用，尤其在欧洲和日本等发达国家已经成为大直径钻孔灌注桩施工的主力机型。但是在部分地区由于地层较软，桩一般较大较深，塌孔频繁，旋挖钻机成孔困难，所以目前仍以正、反循环工程钻机为主。即便如此，仍然存在塌孔情况，超方严重。实际上旋挖钻机配上一些其他设备也完全可以在该类地区施工。一种方法是旋挖钻机与套管式钻机联合作业，利用旋挖钻机本身的动力驱动，套管边摇动边下压，套管全程或部分护壁，旋挖钻机中间取土。此种工法几乎适合于任何地层，在欧洲使用较多。但套管钻机及套管本身的造价较高，我国目前同时拥有旋挖钻机和套管钻机2 种设备的施工企业很少，将来套管钻机若能完全国产化，是有很大的发展前途。另一种方法就是利用我国目前已广泛使用的振动桩锤沉拔钢护筒也能实现旋挖钻机在软土地区的成孔施工。振动桩锤在我国发展已十分成熟，从几千瓦到几百千瓦我国都能自行设计制造。振动桩锤配上钢管夹头利用桩架或起重机沉拔大直径大深度钢管桩或钢管护筒在我国也有十分成熟的施工经验。
在太原平阳景苑桩基工程实践中，我们也采用了第二种方法，但护筒下设施工工效却很低，且由于起重机配合振动锤头下设是软控制导向，下设垂直度较难控制。后来经过研究，将下设工艺做了改进，采用了钢板桩施工机具——反铲改装的履带式振动锤进行下设，证明是完全可行的，且施工效率高、成本较低。
3、长护筒下设施工工艺的确定
根据本工程地质条件和试验桩经验发现，采用旋挖钻机在此类松散且软塑状的地层中正常成孔十分困难，如何避免该地层发生缩径、坍塌等现象而高效率的顺利成孔，是施工成败的关键。因此，必须实施切实可靠的施工措施，尤其是避免较为松散的4～12m部位严重塌孔。我们首先从加大泥浆比重和泥浆粘度入手，但由于水质问题，膨润土泥浆不膨化或难以达到正常粘度指标，防塌效果并不明顯。经过项目部技术研讨，采用下设长护筒的方法，对本易塌地层段进行护壁。起初采用履带吊配合震动锤头下设长护筒，经试验后工效较低。后经过方案优化，采用履带式反铲改装的振动锤进行下设，效果较好。在一定程度上防止了塌孔，且确保了成孔安全和质量。
4、工序及要求
(1) 基本要求。
设备：日立450型履带式振动锤；附属工具: 钢护筒、水平尺、钢卷尺等。
(2) 钢护筒下设。
在桩位周围打好定位桩，振动锤直接吊装钢护筒进行震动下设，通过测量与周围定位桩的距离控制桩位精度，通过目测和水平尺测量控制下设垂直度，以机臂伸缩摆动等进行调整护筒下设质量。当确认钢护筒位置不超标且垂直后，即可完全沉入钢护筒。振动锤下设长护筒要采用缓震方式，避免对地层造成大的扰动。在沉入过程中，如果钢护筒发生倾斜，则应将钢护筒拔起，纠正倾斜后再继续沉入。
(3) 成孔。
钻进软塑状粉质粘土一般使用捞砂斗钻头较为理想或者直接采用反循环钻机成孔。
①旋挖钻成孔时必须严格控制孔斜，钻进中听到异常声响时要查明原因及时处理，不可强行钻进；
②钻进中要控制回次进尺，少钻勤提，避免活塞效应破坏孔壁。为避免成孔过程出现缩径，每次下钻时要进行修孔，保持孔径，以利于钻头上下顺畅。在同一位置多次挖出但不进尺时，要立即停止钻进，待查明原因进行处理后再继续施工，避免造成地层大面积流陷；
③ 钢护筒上口及其连接器均为沉入护筒、起拔护筒的工作部位，钻进过程及其他工序均不可将其损坏。
④ 钻头提至钢护筒底口时要小心操作，避免刮碰护筒底口使底口变形造成卡钻事故。
⑤ 成孔护壁泥浆宜采用优质膨润土泥浆，下设护筒较长已穿透软弱地层时也可采用普通泥浆，但要进行适当处理，减小其失水量和黏度，适当增加比重。成孔钻进时，必须使钻孔内充满泥浆。特别要指出的是，由于地层为软、流塑状，一旦孔内缺少泥浆致使泥土移动，除缩径坍塌外，还会危及相邻桩体，使相邻桩体位移弯曲，其后果极为严重。所以，每当钻头下入钻孔至孔底后要将泥浆加满至距钢护筒上口20～30cm处，以保证孔壁的稳定。
(4) 起拔钢护筒。
① 导管及钢护筒埋深控制。导管在混凝土中的埋深应控制在2.0～6.0m之间。当混凝土灌注速度较低时，应在混凝土浇筑完成后，立即起拔钢护筒。若混凝土灌注顺畅、钢护筒孔段灌注时间短，可以在浇筑完毕一定时间内起拔，但该项工作必须确保在混凝土初凝前完成。
② 起拔钢护筒所用机具必须安全可靠，禁止超负荷运转。起拔要缓慢，提升力要适中，以避免损坏振动锤和钢护筒。振动锤起拔钢护筒仍要采用试振方式，不宜长时间振动。起拔过程中要求竖直起拔。
5、振动锤下设长护筒法的工艺特点和效益分析
5.1、工艺特点
采用履带式振动锤下设长护筒，灵活轻便，技术成熟，质量可靠，工作效率高，可控效果好。该工艺机械化程度高，操作简单，适合各种软基地层桩基施工的长护筒下设。
5.2、效益分析
（1）经济效益：
根据项目最终成本核算，从平均扩孔系数比较长护筒工艺节约混凝土量、缩减塌孔处理费用、进度加快后节省资源投入等几项指标进行综合分析统计，作为经济效益体现；核算得总效益值为4800余万元，节约总产值的近10%，为项目利润保障奠定了基础。
（2）社会效益：
通过下设长护筒法改善了地层严重塌孔、难以成孔的现象，保障了桩基成孔质量，提高了工效，使工程得以顺利进展，得到了业主、监理、设计单位的一致认可。
（3）间接效益：长护筒下设处理对安全施工起到了较大保障，还可以降低地层造成的质量风险并提高工程产品后期使用质量。
6、结语
振动锤沉、拔钢护筒施工工艺已经成功地应用于太原平阳景苑钻孔灌注桩工程，成为我国在软基地层地区进行钻孔灌注桩施工的成功案例，也为以后在该类地层施工提供了工艺保证。实践证明，振动锤沉、拔钢护筒施工方法具有以下优势：
(1) 下设速度快，不占用钻机工作时间，提高了钻机的工作效率，12m的长护筒一般10min左右即可完成下设，比钻机下钢护筒效率提高80%以上；
(2) 设备资源多，钢护筒采购方便，可根据地层情况订购不同规格的钢护筒；
(3)整体性强，使用安全可靠。经粗略统计，每套钢护筒平均沉入和拔出次数应在30次以上。
由于振动锤沉、拔钢护筒方法具有诸多优点，适于软、流塑地层钻孔灌注桩流水作业，适合在类似软基地层钻孔灌注桩施工中推广应用。
7、参考文献：
【1】《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[S].
【2】 孟祥瑞. 采用振冲长护筒工艺施工钻孔灌注桩[J].铁道建筑，1999，（9）.
【3】郭传新、李德镇、宋斗华，软土地区旋挖钻机与振动锤联合施工钻孔灌注桩施工工艺[J].建筑机械，2006，（10）.
关键词：太原平阳景苑软基地层 钻孔桩 长护筒 技术
中图分类号：TU47 文献标识码：A
1、工程概述
1.1、 工程概况
平阳景苑项目位于太原市小店区杨家堡村，拟建建筑物地下4层，地上2～34层，为剪力墙结构体系。该项目北面有亲贤北街通过，南面为长风街，东侧紧临平阳路，西侧是规划路。总规划用地为160448.8m2，总建筑面积1178400m2。为满足上部结构的要求，桩基采用混凝土灌注桩和后压浆技术。基坑支护采用支护灌注桩，止水帷幕为三轴深层水泥搅拌桩，基坑最大开挖深度约18m。本工程灌注桩为Φ0.7m、Φ0.8m、Φ0.9m钻孔灌注桩，总桩数11783根，施工采用反循环成孔或旋挖钻成孔。工程2010年7月31日正式开工，2012年3月18日竣工，总产值4.9亿元。
1.2、地质特征
受汾河影响，施工区地基土有较明显的沉积韵律，场地土层均为第四纪的河流冲、洪积物地层，根据勘探已揭示的地质资料，自上而下分别为①人工填土层（Q42ml）、②③粉土层（Q41al+pl）、③1细砂层(Q41al+pl)、④粉土层（Q41al+pl）、④1中砂层(Q41al+pl)、⑤中砂（Q3al+pl）、⑥粉土层（Q31al+pl）、⑦中砂层（Q31al+pl）、⑦1园砾层（Q41al+pl）、⑧粉土层（Q3al+pl）、⑧1细砂（Q3al+pl）、⑨粉质粘土层（Q3al+pl）、⑩中砂层（Q3al+pl）。
地下水位较高，一般在2～4m，上部4～12m地层松散、易塌。
2、振动锤下设长护筒简介
旋挖钻机因其效率高、污染少、功能全等优点，目前在国内外的钻孔灌注桩施工中得到了广泛应用，尤其在欧洲和日本等发达国家已经成为大直径钻孔灌注桩施工的主力机型。但是在部分地区由于地层较软，桩一般较大较深，塌孔频繁，旋挖钻机成孔困难，所以目前仍以正、反循环工程钻机为主。即便如此，仍然存在塌孔情况，超方严重。实际上旋挖钻机配上一些其他设备也完全可以在该类地区施工。一种方法是旋挖钻机与套管式钻机联合作业，利用旋挖钻机本身的动力驱动，套管边摇动边下压，套管全程或部分护壁，旋挖钻机中间取土。此种工法几乎适合于任何地层，在欧洲使用较多。但套管钻机及套管本身的造价较高，我国目前同时拥有旋挖钻机和套管钻机2 种设备的施工企业很少，将来套管钻机若能完全国产化，是有很大的发展前途。另一种方法就是利用我国目前已广泛使用的振动桩锤沉拔钢护筒也能实现旋挖钻机在软土地区的成孔施工。振动桩锤在我国发展已十分成熟，从几千瓦到几百千瓦我国都能自行设计制造。振动桩锤配上钢管夹头利用桩架或起重机沉拔大直径大深度钢管桩或钢管护筒在我国也有十分成熟的施工经验。
在太原平阳景苑桩基工程实践中，我们也采用了第二种方法，但护筒下设施工工效却很低，且由于起重机配合振动锤头下设是软控制导向，下设垂直度较难控制。后来经过研究，将下设工艺做了改进，采用了钢板桩施工机具——反铲改装的履带式振动锤进行下设，证明是完全可行的，且施工效率高、成本较低。
3、长护筒下设施工工艺的确定
根据本工程地质条件和试验桩经验发现，采用旋挖钻机在此类松散且软塑状的地层中正常成孔十分困难，如何避免该地层发生缩径、坍塌等现象而高效率的顺利成孔，是施工成败的关键。因此，必须实施切实可靠的施工措施，尤其是避免较为松散的4～12m部位严重塌孔。我们首先从加大泥浆比重和泥浆粘度入手，但由于水质问题，膨润土泥浆不膨化或难以达到正常粘度指标，防塌效果并不明顯。经过项目部技术研讨，采用下设长护筒的方法，对本易塌地层段进行护壁。起初采用履带吊配合震动锤头下设长护筒，经试验后工效较低。后经过方案优化，采用履带式反铲改装的振动锤进行下设，效果较好。在一定程度上防止了塌孔，且确保了成孔安全和质量。
4、工序及要求
(1) 基本要求。
设备：日立450型履带式振动锤；附属工具: 钢护筒、水平尺、钢卷尺等。
(2) 钢护筒下设。
在桩位周围打好定位桩，振动锤直接吊装钢护筒进行震动下设，通过测量与周围定位桩的距离控制桩位精度，通过目测和水平尺测量控制下设垂直度，以机臂伸缩摆动等进行调整护筒下设质量。当确认钢护筒位置不超标且垂直后，即可完全沉入钢护筒。振动锤下设长护筒要采用缓震方式，避免对地层造成大的扰动。在沉入过程中，如果钢护筒发生倾斜，则应将钢护筒拔起，纠正倾斜后再继续沉入。
(3) 成孔。
钻进软塑状粉质粘土一般使用捞砂斗钻头较为理想或者直接采用反循环钻机成孔。
①旋挖钻成孔时必须严格控制孔斜，钻进中听到异常声响时要查明原因及时处理，不可强行钻进；
②钻进中要控制回次进尺，少钻勤提，避免活塞效应破坏孔壁。为避免成孔过程出现缩径，每次下钻时要进行修孔，保持孔径，以利于钻头上下顺畅。在同一位置多次挖出但不进尺时，要立即停止钻进，待查明原因进行处理后再继续施工，避免造成地层大面积流陷；
③ 钢护筒上口及其连接器均为沉入护筒、起拔护筒的工作部位，钻进过程及其他工序均不可将其损坏。
④ 钻头提至钢护筒底口时要小心操作，避免刮碰护筒底口使底口变形造成卡钻事故。
⑤ 成孔护壁泥浆宜采用优质膨润土泥浆，下设护筒较长已穿透软弱地层时也可采用普通泥浆，但要进行适当处理，减小其失水量和黏度，适当增加比重。成孔钻进时，必须使钻孔内充满泥浆。特别要指出的是，由于地层为软、流塑状，一旦孔内缺少泥浆致使泥土移动，除缩径坍塌外，还会危及相邻桩体，使相邻桩体位移弯曲，其后果极为严重。所以，每当钻头下入钻孔至孔底后要将泥浆加满至距钢护筒上口20～30cm处，以保证孔壁的稳定。
(4) 起拔钢护筒。
① 导管及钢护筒埋深控制。导管在混凝土中的埋深应控制在2.0～6.0m之间。当混凝土灌注速度较低时，应在混凝土浇筑完成后，立即起拔钢护筒。若混凝土灌注顺畅、钢护筒孔段灌注时间短，可以在浇筑完毕一定时间内起拔，但该项工作必须确保在混凝土初凝前完成。
② 起拔钢护筒所用机具必须安全可靠，禁止超负荷运转。起拔要缓慢，提升力要适中，以避免损坏振动锤和钢护筒。振动锤起拔钢护筒仍要采用试振方式，不宜长时间振动。起拔过程中要求竖直起拔。
5、振动锤下设长护筒法的工艺特点和效益分析
5.1、工艺特点
采用履带式振动锤下设长护筒，灵活轻便，技术成熟，质量可靠，工作效率高，可控效果好。该工艺机械化程度高，操作简单，适合各种软基地层桩基施工的长护筒下设。
5.2、效益分析
（1）经济效益：
根据项目最终成本核算，从平均扩孔系数比较长护筒工艺节约混凝土量、缩减塌孔处理费用、进度加快后节省资源投入等几项指标进行综合分析统计，作为经济效益体现；核算得总效益值为4800余万元，节约总产值的近10%，为项目利润保障奠定了基础。
（2）社会效益：
通过下设长护筒法改善了地层严重塌孔、难以成孔的现象，保障了桩基成孔质量，提高了工效，使工程得以顺利进展，得到了业主、监理、设计单位的一致认可。
（3）间接效益：长护筒下设处理对安全施工起到了较大保障，还可以降低地层造成的质量风险并提高工程产品后期使用质量。
6、结语
振动锤沉、拔钢护筒施工工艺已经成功地应用于太原平阳景苑钻孔灌注桩工程，成为我国在软基地层地区进行钻孔灌注桩施工的成功案例，也为以后在该类地层施工提供了工艺保证。实践证明，振动锤沉、拔钢护筒施工方法具有以下优势：
(1) 下设速度快，不占用钻机工作时间，提高了钻机的工作效率，12m的长护筒一般10min左右即可完成下设，比钻机下钢护筒效率提高80%以上；
(2) 设备资源多，钢护筒采购方便，可根据地层情况订购不同规格的钢护筒；
(3)整体性强，使用安全可靠。经粗略统计，每套钢护筒平均沉入和拔出次数应在30次以上。
由于振动锤沉、拔钢护筒方法具有诸多优点，适于软、流塑地层钻孔灌注桩流水作业，适合在类似软基地层钻孔灌注桩施工中推广应用。
7、参考文献：
【1】《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[S].
【2】 孟祥瑞. 采用振冲长护筒工艺施工钻孔灌注桩[J].铁道建筑，1999，（9）.
【3】郭传新、李德镇、宋斗华，软土地区旋挖钻机与振动锤联合施工钻孔灌注桩施工工艺[J].建筑机械，2006，（10）.