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【摘 要】 利用长螺旋钻孔设备，采用注泥浆护壁、水下灌注混凝土成桩施工工艺，成功地用于地下水位以下地层的钻孔灌注桩工程施工。
【关键词】 灌注;长螺旋钻孔;钻孔灌注桩
1、应用现状
长螺旋钻孔技术是一种无循环钻孔技术，主要适用于地下水位之上的填土层、粘性土层、砂土层和粒径不大的砾砂层的干作业施工方法，不宜用于地下水位以下的上述各类土层及碎石土层。对非均质含碎砖、混凝土块、条块石的杂填土层及大孵石层，成孔难度大。干作业长螺旋钻孔技术是一种高效钻孔技术。为了能在地下水位以下的地层中应用，我国基础工程技术人员经过十几年的努力，在此基础上又发展了以下几项技术，扩大了长螺旋钻孔技术的应用范围。
1.1对于容易塌孔的含水量较高的粉砂地层，采用在成孔的同时下放套管的方法护壁，灌注混凝土的同时提出套管。
1.2对于沉管灌注桩或预制桩存在着穿透难度大的坚硬粘性土层或较厚的粉土层及砂层，干作业长螺旋钻孔技术可以作预制桩、沉管灌注桩施工的前一道工序的预钻孔。
1.3孔底压力注浆桩，该法利用长螺旋钻孔机钻到预定深度，在提钻的同时通过螺旋钻杆的中空管及钻头的喷嘴向孔内高压喷注制备好的水泥浆，至浆液达到不塌孔的位置为止，其后向孔内投放钢筋笼，并放入直通孔底的注浆管，然后投放粒料，并二次高压补浆直至浆液达到设计的孔口位置为止。这种桩为无砂混凝土桩，水泥浆对地层有很好的渗透加固加密作用，承载力高，下部桩身质量好，上部桩身容易出现混凝土标号较低的情况，静载试验时常发生桩顶压裂现象，该法水泥用量大。
1.4对于地下水位以下的地层利用长螺旋钻机钻孔至设计标高位置，从螺旋钻杆中空管泵入流动性好的混凝土直接灌注成桩。
2、岩土工程条件
工程概况
长春融大天玺工程位于长春市西安大路以南，永安街以东，正处于闹市区。本工程为三层地下室，地上为商业区。设计概况：桩基础采用长螺旋钻孔灌注桩基础。
该场地地下水位埋深为12.0m，整个地层有7.0～8.5m厚的粉细砂层，无液化地层。由于砂层力学性质较好，不宜采用沉管灌注桩和预制桩，最适应的是水下钻孔灌注桩。
3、施工工艺
参照国内长螺旋钻孔技术的应用现状，针对该工程场地地层特征，根据我们以前在地下水位以下地层中使用长螺旋钻成孔的经验，决定在该项工程施工中采用长螺旋钻孔压注泥浆护壁、水下灌注混凝土成桩技术，具体施工工艺如下：
3.1本工程設计钻孔灌注桩，桩径为φ600mm，有效桩长18.0m，成孔深度19.5～19.8m，桩顶标高距自然地面1.5～1.8m。
3.2先将长螺旋钻机对准桩位，调整垂直度，使垂直偏差小于1%，开动钻机进行钻孔，边钻孔边出土，钻至设计桩底标高后，提钻压注配制好的泥浆，泥浆泵的压力控制在0.6～1.0MPa，提钻速度必须与注浆速度相匹配，避免提空产生负压造成孔壁坍塌，压浆至高于地下水位1.0m后停止注浆，将钻杆全部提出，移走钻杆，即完成钻孔。检查孔深、孔底沉渣厚度、钻孔垂直度参数，合格后进行下一道工序。
3.3利用桩机上的卷扬吊车一次将17.65m长的钢筋笼吊入孔内，吊放钢筋笼时必须垂直吊放避免挂塌孔壁，然后扶正，并调整好钢筋笼的标高。
3.4下放导管：水下灌注混凝土之前，先进行导管密封压水试验，然后进行施工。本工程采用直径为Φ216mm导管，快速接头，利用桩机将导管下放在钻孔中，导管底端离孔底0.3～0.35m。
3.5泥浆配制：使用优质的膨胀土加0.3%的分散剂、稳定剂，提前12小时搅拌配制好，使泥浆充分分散稳定，泥浆比重小于1.1，粘度大于22S，对于循环使用的泥浆因混砂比重增大，需要脱砂及添加水、膨润圭和掺加剂。
3.6混凝土搅拌与灌注
3.6.1使用的水泥、砂、碎石进行检验，合格后方可使用，施工过程中保证砂石料级配的稳定，控制砂石料的含泥量不超过规范要求，严格按混凝土配合比进行搅拌，搅拌时间要达到要求的标准，每班需做2次坍度试验，坍落度控制在18～22cm。
3.6.2在灌注混凝土前，先放置牢固的滑阀，将滑阀紧贴导管内的泥浆面旋转，要保证较大体积的初灌混凝土量，初灌混凝土量一般为2.0m3，然后剪落滑阀，使滑阀在初灌混凝土的压力下将导管中泥浆压出，并冲走孔底的沉渣。在灌注过程中，控制好导管埋入混凝土面的深度。在桩顶时，使导管内的混凝土高度高于桩身顶面4.0m，以保证有足够的压力以转换导管外的灌注后期的重泥浆。每根桩均一次浇灌成功，充盈系数>1.1。终止浇灌时，桩身顶面一般高出设计标高0.5m。
4、技术特点
4.1采用压注泥浆护壁，用长螺旋钻机进行地下水位以下土层的钻孔，扩大了长螺旋钻机的应用范围，有长螺旋钻孔下套管壁钻孔相比，设备工艺更简单、工资更快。
4.2使用长螺旋钻孔压浆护壁成孔技术，同一般的钻孔灌注桩相比，不需要清孔和洗孔，且钻孔规则，垂直度好，钻孔稳定性好，成孔后停滞时间8h，孔底沉渣厚度不变。由于钻机钻到孔底后，在孔底旋转的时间较长，使得孔底的虚土以泥浆的形式存在，因此保证孔底沉渣厚度很小，但孔底的泥浆比重较大，灌注混凝土时，通过较大体积的初灌量将孔底的比重较大的泥浆冲走，因此保证了了灌注桩的桩端承载力;由于配制的泥浆性能优越性好，能够在壁形成很薄的的泥皮，灌注桩侧壁摩阻力高。
4.3长螺旋钻孔泥浆护壁成孔效率高，钻一个φ600mm，深19.5～19.80m的孔只需1.5～2.0h，而一般的回转钻机钻同样的孔需要5.0～10.0h。
4.4由于采用压注泥浆的方法，地层中钻空的土柱和钻杆是被孔底的泥浆转换出来后，水下浇灌混凝土置换出来的泥浆流入泥浆池，经稍许深淀，加水、膨润土和掺加剂稀释搅拌，可循环使用。泥浆只作为支护孔壁用，不携带钻渣，钻孔过程中不形成新的泥浆，因此泥浆用量很少。整个工程30根桩，混凝土工作量为180m3，施工过程中仅需要11m3泥浆，钻孔出土全部以干土形式堆放，避免了形成约700m3的泥浆，施工场地干净，减少了泥浆处理费用，具有很好的环境效益。
4.5充分利用长螺旋钻机的起吊高度大的能力，这是因为长螺旋钻机桩架比一般的回转钻机高，桩架高度可达32.0m，可以很方便地将制作完整的成型钢筋笼一次吊入钻孔内，而不必象回转钻机在下放钢筋笼的过程中焊接钢筋笼，大量节省了灌注混凝土之前的准备时间，下放钢筋笼之后立即灌注，不必清孔，因此提高了工效。
5、检测结果
工程施工完28天后，对桩身完整性及混凝土质量进行了应变检测，其结果为全部桩桩长为18.0～18.3m，达到了设计要求，纵波波速为3651～3914m/s，混凝土标号达到了设计要求，实测的波形曲线规则整齐。桩身完整的Ⅰ类桩有29根，仅4号桩为Ⅲ类桩，其缺陷原因是设计桩顶标高下0.7m离析，这是由于上部灌注时人为忽视的原因导致的，而非本施工工艺技术所导致的。
6、结束语
长螺旋钻孔灌注桩其成桩效率高、泥皮薄，成桩质量好，具有很好的经济效益。由于其噪音小、很少的泥浆形成，无环境，具有很好的环境效应。所以长螺旋钻孔灌注桩特别是在人口密集的、公害受到严格限制的大中城市工程建设钻孔灌注桩工程中具有广泛的应用前景。
【关键词】 灌注;长螺旋钻孔;钻孔灌注桩
1、应用现状
长螺旋钻孔技术是一种无循环钻孔技术，主要适用于地下水位之上的填土层、粘性土层、砂土层和粒径不大的砾砂层的干作业施工方法，不宜用于地下水位以下的上述各类土层及碎石土层。对非均质含碎砖、混凝土块、条块石的杂填土层及大孵石层，成孔难度大。干作业长螺旋钻孔技术是一种高效钻孔技术。为了能在地下水位以下的地层中应用，我国基础工程技术人员经过十几年的努力，在此基础上又发展了以下几项技术，扩大了长螺旋钻孔技术的应用范围。
1.1对于容易塌孔的含水量较高的粉砂地层，采用在成孔的同时下放套管的方法护壁，灌注混凝土的同时提出套管。
1.2对于沉管灌注桩或预制桩存在着穿透难度大的坚硬粘性土层或较厚的粉土层及砂层，干作业长螺旋钻孔技术可以作预制桩、沉管灌注桩施工的前一道工序的预钻孔。
1.3孔底压力注浆桩，该法利用长螺旋钻孔机钻到预定深度，在提钻的同时通过螺旋钻杆的中空管及钻头的喷嘴向孔内高压喷注制备好的水泥浆，至浆液达到不塌孔的位置为止，其后向孔内投放钢筋笼，并放入直通孔底的注浆管，然后投放粒料，并二次高压补浆直至浆液达到设计的孔口位置为止。这种桩为无砂混凝土桩，水泥浆对地层有很好的渗透加固加密作用，承载力高，下部桩身质量好，上部桩身容易出现混凝土标号较低的情况，静载试验时常发生桩顶压裂现象，该法水泥用量大。
1.4对于地下水位以下的地层利用长螺旋钻机钻孔至设计标高位置，从螺旋钻杆中空管泵入流动性好的混凝土直接灌注成桩。
2、岩土工程条件
工程概况
长春融大天玺工程位于长春市西安大路以南，永安街以东，正处于闹市区。本工程为三层地下室，地上为商业区。设计概况：桩基础采用长螺旋钻孔灌注桩基础。
该场地地下水位埋深为12.0m，整个地层有7.0～8.5m厚的粉细砂层，无液化地层。由于砂层力学性质较好，不宜采用沉管灌注桩和预制桩，最适应的是水下钻孔灌注桩。
3、施工工艺
参照国内长螺旋钻孔技术的应用现状，针对该工程场地地层特征，根据我们以前在地下水位以下地层中使用长螺旋钻成孔的经验，决定在该项工程施工中采用长螺旋钻孔压注泥浆护壁、水下灌注混凝土成桩技术，具体施工工艺如下：
3.1本工程設计钻孔灌注桩，桩径为φ600mm，有效桩长18.0m，成孔深度19.5～19.8m，桩顶标高距自然地面1.5～1.8m。
3.2先将长螺旋钻机对准桩位，调整垂直度，使垂直偏差小于1%，开动钻机进行钻孔，边钻孔边出土，钻至设计桩底标高后，提钻压注配制好的泥浆，泥浆泵的压力控制在0.6～1.0MPa，提钻速度必须与注浆速度相匹配，避免提空产生负压造成孔壁坍塌，压浆至高于地下水位1.0m后停止注浆，将钻杆全部提出，移走钻杆，即完成钻孔。检查孔深、孔底沉渣厚度、钻孔垂直度参数，合格后进行下一道工序。
3.3利用桩机上的卷扬吊车一次将17.65m长的钢筋笼吊入孔内，吊放钢筋笼时必须垂直吊放避免挂塌孔壁，然后扶正，并调整好钢筋笼的标高。
3.4下放导管：水下灌注混凝土之前，先进行导管密封压水试验，然后进行施工。本工程采用直径为Φ216mm导管，快速接头，利用桩机将导管下放在钻孔中，导管底端离孔底0.3～0.35m。
3.5泥浆配制：使用优质的膨胀土加0.3%的分散剂、稳定剂，提前12小时搅拌配制好，使泥浆充分分散稳定，泥浆比重小于1.1，粘度大于22S，对于循环使用的泥浆因混砂比重增大，需要脱砂及添加水、膨润圭和掺加剂。
3.6混凝土搅拌与灌注
3.6.1使用的水泥、砂、碎石进行检验，合格后方可使用，施工过程中保证砂石料级配的稳定，控制砂石料的含泥量不超过规范要求，严格按混凝土配合比进行搅拌，搅拌时间要达到要求的标准，每班需做2次坍度试验，坍落度控制在18～22cm。
3.6.2在灌注混凝土前，先放置牢固的滑阀，将滑阀紧贴导管内的泥浆面旋转，要保证较大体积的初灌混凝土量，初灌混凝土量一般为2.0m3，然后剪落滑阀，使滑阀在初灌混凝土的压力下将导管中泥浆压出，并冲走孔底的沉渣。在灌注过程中，控制好导管埋入混凝土面的深度。在桩顶时，使导管内的混凝土高度高于桩身顶面4.0m，以保证有足够的压力以转换导管外的灌注后期的重泥浆。每根桩均一次浇灌成功，充盈系数>1.1。终止浇灌时，桩身顶面一般高出设计标高0.5m。
4、技术特点
4.1采用压注泥浆护壁，用长螺旋钻机进行地下水位以下土层的钻孔，扩大了长螺旋钻机的应用范围，有长螺旋钻孔下套管壁钻孔相比，设备工艺更简单、工资更快。
4.2使用长螺旋钻孔压浆护壁成孔技术，同一般的钻孔灌注桩相比，不需要清孔和洗孔，且钻孔规则，垂直度好，钻孔稳定性好，成孔后停滞时间8h，孔底沉渣厚度不变。由于钻机钻到孔底后，在孔底旋转的时间较长，使得孔底的虚土以泥浆的形式存在，因此保证孔底沉渣厚度很小，但孔底的泥浆比重较大，灌注混凝土时，通过较大体积的初灌量将孔底的比重较大的泥浆冲走，因此保证了了灌注桩的桩端承载力;由于配制的泥浆性能优越性好，能够在壁形成很薄的的泥皮，灌注桩侧壁摩阻力高。
4.3长螺旋钻孔泥浆护壁成孔效率高，钻一个φ600mm，深19.5～19.80m的孔只需1.5～2.0h，而一般的回转钻机钻同样的孔需要5.0～10.0h。
4.4由于采用压注泥浆的方法，地层中钻空的土柱和钻杆是被孔底的泥浆转换出来后，水下浇灌混凝土置换出来的泥浆流入泥浆池，经稍许深淀，加水、膨润土和掺加剂稀释搅拌，可循环使用。泥浆只作为支护孔壁用，不携带钻渣，钻孔过程中不形成新的泥浆，因此泥浆用量很少。整个工程30根桩，混凝土工作量为180m3，施工过程中仅需要11m3泥浆，钻孔出土全部以干土形式堆放，避免了形成约700m3的泥浆，施工场地干净，减少了泥浆处理费用，具有很好的环境效益。
4.5充分利用长螺旋钻机的起吊高度大的能力，这是因为长螺旋钻机桩架比一般的回转钻机高，桩架高度可达32.0m，可以很方便地将制作完整的成型钢筋笼一次吊入钻孔内，而不必象回转钻机在下放钢筋笼的过程中焊接钢筋笼，大量节省了灌注混凝土之前的准备时间，下放钢筋笼之后立即灌注，不必清孔，因此提高了工效。
5、检测结果
工程施工完28天后，对桩身完整性及混凝土质量进行了应变检测，其结果为全部桩桩长为18.0～18.3m，达到了设计要求，纵波波速为3651～3914m/s，混凝土标号达到了设计要求，实测的波形曲线规则整齐。桩身完整的Ⅰ类桩有29根，仅4号桩为Ⅲ类桩，其缺陷原因是设计桩顶标高下0.7m离析，这是由于上部灌注时人为忽视的原因导致的，而非本施工工艺技术所导致的。
6、结束语
长螺旋钻孔灌注桩其成桩效率高、泥皮薄，成桩质量好，具有很好的经济效益。由于其噪音小、很少的泥浆形成，无环境，具有很好的环境效应。所以长螺旋钻孔灌注桩特别是在人口密集的、公害受到严格限制的大中城市工程建设钻孔灌注桩工程中具有广泛的应用前景。