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摘要：随着现代科学技术水平的提高，长螺旋钻孔桩的施工工艺取得了很大的突破，不仅适用于黏性土、粉土、填土，还能在水下的软土、流砂，砂石层等复杂的地质条件下成桩。在高强预应力作为21世纪初发展的新桩型，相比起上个世纪末的沉管灌注桩、人工挖孔桩等桩型，其施工效率高、适用性强、安全性好；相比起钻（冲）孔灌注桩、旋挖桩，无泥浆护壁带来的污染；其穿透力，无振动、无噪音的特点更是预制桩所无法比拟的。桩以其穿透力强、低噪声、无振动、无泥浆污染、施工效率高、造价低、质量稳定的特点，有着更强大的优势。
关键词：长螺旋钻孔；厚砂层；灌注桩；后插钢筋笼
Abstract: along with the development of modern science and technology level enhancement, long helical drilling pile construction process has made great breakthrough, not only applicable to clayey soil, powder soil, filling, still can be in soft soil, flow of underwater sand, sand layer such complex geological condition into piles. In the high strength prestressed as the 21 st century of development in the early new pile type, compared to a last at the end of the century driven cast-in-place piles, artificial pile digging pile type, its construction efficiency is high, the applicability and good safety; Compared to a drill (punching holes filling pile, rotary dig pile, no slurry supporting bring pollution; Its penetration, no vibration, no noise is the characteristics of prefabricated piles could comprehend. Pile with its strong penetration, low noise, no vibration, no slurry pollution, and construction, high efficiency, low cost and stable quality characteristics, has a more powerful advantage.
Keywords: long helical drilling; Thick sand layer; Filling pile; Inserted after reinforcing cage
中圖分类号：U443.15+4文献标识码：A文章编号：
引言：
长螺旋钻孔压灌桩的施工工艺是国内近年开发且使用较广的一种新工艺。适用于粘性土、粉土、素填土、中密实以上的砂土。该工艺有穿透力强、低噪声、无振动、无泥浆污染、施工效率高、质量稳定等特点。[1]近年来，在工程界越来越受到重视，随着工程机械的不断研发，已能穿透厚砂层、卵石层，甚至微风化岩，最大成桩长度36m，具有广阔的应用前景。
1.长螺旋钻孔压灌桩
长螺旋钻机钻孔，是采用一种大扭矩动力头（目前动力头最大扭矩达360kN•m）带动的长螺旋中空钻杆快速干钻，钻孔中的土除小部分被挤压外，大部分被输送到螺旋钻杆叶片上，土在上升时被挤压至密与钻杆形成一土柱（土柱与钻孔间隙仅有几毫米），类似于一个长活塞，土柱使得钻孔在提钻前不塌孔。钻孔至设计深度后在提钻同时通过钻杆中心导管灌注混凝土，混凝土灌注采用的混凝土输送泵通过高压管路与长螺旋钻杆相连，中空的螺旋钻杆代替了钻孔内的泵管。钻杆底部的钻头设有单向阀，钻杆至设计深度后停止钻杆回转，把搅好并储备好的超流态混凝土通过泵管以3~5MPa的压力压至钻头底部，此时单向阀打开，混凝土压出并推动钻杆上升，随钻杆土柱的上升，孔内混凝土压满，由于孔内积聚高压，并有钻杆的抽吸作用，在软土段混凝土会充盈较多形成扩径桩，灌注完成后，借助于插筋器和振动锤将钢筋笼插入混凝土桩中，完成桩的施工。成孔与灌注混凝土同时完成，由一机一次完成任务，混凝土连续性好，桩底无沉碴，施工无震动，噪音低，成桩速度快。
2.规范的要求
关于长螺旋钻孔压灌桩的设计，文献[1]中提到有两点：
(1).长螺旋钻孔压灌桩属非挤土成桩工艺[1]( 条文说明6.4.1~6.4.13)，但在该规范附录A中却指出为部分挤土成桩；
(2).仅适用于地下水位以上的土层[1]
然而事实并非如此。首先，长螺旋钻孔压灌混凝土桩成桩过程中采用高压泵送混凝土,对桩周土有一定的挤压密实作用，使桩身形成类似于糖葫芦状（在软土中的充盈系数比在硬土中要大），故属于部分挤土桩。其次，在有地下水的地层，因土柱与钻孔间隙小，钻孔速度快，钻孔内渗出并积存的水很少，而且大部分土通过切削被输送到螺旋钻杆叶片上，在上升过程中被挤压紧密与钻杆形成柱体，同时高压的混凝土对柱体以下进行填充，即使存在地下水的情况下在孔内也不会塌陷。
3.厚砂层成桩遇到的困难
厚砂层顾名思义，即是厚度比较大的砂层，一般泛指厚度大于5m的中砂层、圆砾层，在我国分布广泛,是土木工程常见的复杂地层。在厚砂层中，传统的桩型成桩质量很难保证。预应力管桩无法穿透厚砂层，若以厚砂层作为持力层，不但单桩承载力偏低，桩长也偏短，以往工程界有采用引孔措施成桩，成功的案例很多，失败的案例也不少。人工挖孔桩，在进入地下水水位以下的粉土、圆砾层极易产生流砂、塌孔现象，成孔难度大，易出安全事故，不能采用。正反循环的钻孔灌注桩，虽能穿透厚砂层，但需要大量的泥浆护壁，大量的泥浆排放易对周围环境造成严重污染。钢桩、碎石桩的工程费用昂贵，适用地区有限，一般不采用。
旋挖桩采用非水介质取土成孔，钻孔取土由钻具直接带出，穿透能力强，可以穿透各岩土层，不依靠泥浆输送，大大减少了泥浆的使用，钻头拆卸方便，机械化程度高，成孔速度快，但在穿越厚砂层时仍需要制备一定的泥浆。
长螺旋钻机由于钻孔后立刻注入混凝土，而混凝土的密度大于钻（冲）孔灌注桩泥浆护壁所采用的泥浆密度，在压力灌注下成桩使得在厚砂层中更不易塌孔，其先灌注混凝土后插钢筋笼的成桩工艺，大大缩短了从钻孔至桩身混凝土凝固成型的时间，因此长螺旋钻孔压灌桩的成桩质量更优于钻冲孔灌注桩。
4.实例工程
4.1工程概况
南宁市大学路与明秀西路交汇处某地面以上34层、地下2层的高层住宅，基础埋深约10m，设计室外地面标高（黄海高程）约为79.5m，属对建筑抗震有利地段。
4.2场地概况
场地存在较厚的圆砾层：灰白、褐、褐黑色，含砾60%左右，石英、硅质岩为主要成份，粒径多在10~20mm之间，磨圆度良好，充填大小不等的砂粒；局部铁锰质胶结或半胶结，钻进困难。饱和，中密状态为主。场地内均有分布，揭露层厚5.2~23.3m。
其下部为第三系（E）强风化岩层，灰、灰褐色为主，间夹灰黄色，多为粘土质泥岩，间夹少量粉砂质泥岩，局部夹砂岩、粉砂岩。为第三系半胶结半成岩的极软岩，中厚层~厚层状，岩体基本质量等级属Ⅴ级，岩芯多呈长柱状，表现为坚硬状为主，近顶部局部地段呈硬塑状态，具遇水膨胀，干后易收缩开裂。场地内均有分布，揭露层厚0.1~5.5m。
第三系（E）中风化岩层，灰、灰兰、灰褐色，质纯，多为粘土质泥岩，间夹少量粉砂质泥岩、砂岩和粉砂岩。为第三系半胶结半成岩的极软岩，岩体基本质量等级属Ⅴ级，岩芯多呈长柱状，表现为坚硬状粘土，具遇水膨胀，干后易收缩开裂。场地内均有分布，揭露层厚0.56~14.7m。
强风化岩和中风化岩（局部夹杂煤层）均为强膨胀土，桩基施工如将其曝露于空气中，为防止其强膨胀性对桩端持力层强度的不良影响，需在1个小时内完成砼的浇筑。
4.3地基处理方案
根据本场地地层情况和岩土工程条件及上部结构对地基的要求并结合工程造价综合考虑，本工程拟采用长螺旋钻孔压灌桩与圆砾层相结合的刚性桩复合地基，上部设置1.6m厚筏板，筏板底面积667m2。共采用直径￠800长螺旋钻孔桩121根，单桩承载力2000kN，桩身混凝土强度等级C25，桩距2.4m，褥垫层材料采用级配碎石及中、粗砂，厚度400mm，分层两层碾压密实。复合地基承载力450kpa，经静载荷试验，单桩及复合地基承载力均满足满足设计要求。
同一单体下长螺旋钻孔压灌桩与旋挖桩工程造价比较如下：
旋挖桩与长螺旋钻孔压灌桩经济分析比较
由表中可以看出，由上表5.3.2中可以看出，在南宁厚砂层地区，同一单体下采用长螺旋钻孔压灌桩与采用旋挖桩的工程量相当，但成桩质量和施工速度长螺旋钻孔压灌桩更优。
5.结语：
通过工程实践，我们可以看出在厚砂层中，长螺旋钻孔压灌桩比其他桩型更具有优势，安全、适用、经济、合理。作为21世纪初发展的新桩型，相比起上个世纪末的沉管灌注桩、人工挖孔桩等桩型，其施工效率高、适用性强、安全性好；相比起钻（冲）孔灌注桩、旋挖桩，无泥漿护壁带来的污染；其穿透力，无振动、无噪音的特点更是预制桩所无法比拟的。但其也有一定的局限性，后插钢筋笼的施工工艺限制了其设计长度不可能很深，另外就是长螺旋钻孔桩的进入持力层的深度不容易判别，很大程度上取决于施工队伍的素质和地质报告的准确程度，在场地起伏较大的地区应做好详勘工作，同时加密勘察点，为后期施工提供指导。本文存在许多不足之处，请各位专家多多指正。
参考文献：
[1] 《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008
[2]刘金波.建筑桩基技术规范理解与应用.中国建筑工业出版社.2008年10月
[3]游小勇.长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基设计.科技信息.2007年.第23期.116页
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：长螺旋钻孔；厚砂层；灌注桩；后插钢筋笼
Abstract: along with the development of modern science and technology level enhancement, long helical drilling pile construction process has made great breakthrough, not only applicable to clayey soil, powder soil, filling, still can be in soft soil, flow of underwater sand, sand layer such complex geological condition into piles. In the high strength prestressed as the 21 st century of development in the early new pile type, compared to a last at the end of the century driven cast-in-place piles, artificial pile digging pile type, its construction efficiency is high, the applicability and good safety; Compared to a drill (punching holes filling pile, rotary dig pile, no slurry supporting bring pollution; Its penetration, no vibration, no noise is the characteristics of prefabricated piles could comprehend. Pile with its strong penetration, low noise, no vibration, no slurry pollution, and construction, high efficiency, low cost and stable quality characteristics, has a more powerful advantage.
Keywords: long helical drilling; Thick sand layer; Filling pile; Inserted after reinforcing cage
中圖分类号：U443.15+4文献标识码：A文章编号：
引言：
长螺旋钻孔压灌桩的施工工艺是国内近年开发且使用较广的一种新工艺。适用于粘性土、粉土、素填土、中密实以上的砂土。该工艺有穿透力强、低噪声、无振动、无泥浆污染、施工效率高、质量稳定等特点。[1]近年来，在工程界越来越受到重视，随着工程机械的不断研发，已能穿透厚砂层、卵石层，甚至微风化岩，最大成桩长度36m，具有广阔的应用前景。
1.长螺旋钻孔压灌桩
长螺旋钻机钻孔，是采用一种大扭矩动力头（目前动力头最大扭矩达360kN•m）带动的长螺旋中空钻杆快速干钻，钻孔中的土除小部分被挤压外，大部分被输送到螺旋钻杆叶片上，土在上升时被挤压至密与钻杆形成一土柱（土柱与钻孔间隙仅有几毫米），类似于一个长活塞，土柱使得钻孔在提钻前不塌孔。钻孔至设计深度后在提钻同时通过钻杆中心导管灌注混凝土，混凝土灌注采用的混凝土输送泵通过高压管路与长螺旋钻杆相连，中空的螺旋钻杆代替了钻孔内的泵管。钻杆底部的钻头设有单向阀，钻杆至设计深度后停止钻杆回转，把搅好并储备好的超流态混凝土通过泵管以3~5MPa的压力压至钻头底部，此时单向阀打开，混凝土压出并推动钻杆上升，随钻杆土柱的上升，孔内混凝土压满，由于孔内积聚高压，并有钻杆的抽吸作用，在软土段混凝土会充盈较多形成扩径桩，灌注完成后，借助于插筋器和振动锤将钢筋笼插入混凝土桩中，完成桩的施工。成孔与灌注混凝土同时完成，由一机一次完成任务，混凝土连续性好，桩底无沉碴，施工无震动，噪音低，成桩速度快。
2.规范的要求
关于长螺旋钻孔压灌桩的设计，文献[1]中提到有两点：
(1).长螺旋钻孔压灌桩属非挤土成桩工艺[1]( 条文说明6.4.1~6.4.13)，但在该规范附录A中却指出为部分挤土成桩；
(2).仅适用于地下水位以上的土层[1]
然而事实并非如此。首先，长螺旋钻孔压灌混凝土桩成桩过程中采用高压泵送混凝土,对桩周土有一定的挤压密实作用，使桩身形成类似于糖葫芦状（在软土中的充盈系数比在硬土中要大），故属于部分挤土桩。其次，在有地下水的地层，因土柱与钻孔间隙小，钻孔速度快，钻孔内渗出并积存的水很少，而且大部分土通过切削被输送到螺旋钻杆叶片上，在上升过程中被挤压紧密与钻杆形成柱体，同时高压的混凝土对柱体以下进行填充，即使存在地下水的情况下在孔内也不会塌陷。
3.厚砂层成桩遇到的困难
厚砂层顾名思义，即是厚度比较大的砂层，一般泛指厚度大于5m的中砂层、圆砾层，在我国分布广泛,是土木工程常见的复杂地层。在厚砂层中，传统的桩型成桩质量很难保证。预应力管桩无法穿透厚砂层，若以厚砂层作为持力层，不但单桩承载力偏低，桩长也偏短，以往工程界有采用引孔措施成桩，成功的案例很多，失败的案例也不少。人工挖孔桩，在进入地下水水位以下的粉土、圆砾层极易产生流砂、塌孔现象，成孔难度大，易出安全事故，不能采用。正反循环的钻孔灌注桩，虽能穿透厚砂层，但需要大量的泥浆护壁，大量的泥浆排放易对周围环境造成严重污染。钢桩、碎石桩的工程费用昂贵，适用地区有限，一般不采用。
旋挖桩采用非水介质取土成孔，钻孔取土由钻具直接带出，穿透能力强，可以穿透各岩土层，不依靠泥浆输送，大大减少了泥浆的使用，钻头拆卸方便，机械化程度高，成孔速度快，但在穿越厚砂层时仍需要制备一定的泥浆。
长螺旋钻机由于钻孔后立刻注入混凝土，而混凝土的密度大于钻（冲）孔灌注桩泥浆护壁所采用的泥浆密度，在压力灌注下成桩使得在厚砂层中更不易塌孔，其先灌注混凝土后插钢筋笼的成桩工艺，大大缩短了从钻孔至桩身混凝土凝固成型的时间，因此长螺旋钻孔压灌桩的成桩质量更优于钻冲孔灌注桩。
4.实例工程
4.1工程概况
南宁市大学路与明秀西路交汇处某地面以上34层、地下2层的高层住宅，基础埋深约10m，设计室外地面标高（黄海高程）约为79.5m，属对建筑抗震有利地段。
4.2场地概况
场地存在较厚的圆砾层：灰白、褐、褐黑色，含砾60%左右，石英、硅质岩为主要成份，粒径多在10~20mm之间，磨圆度良好，充填大小不等的砂粒；局部铁锰质胶结或半胶结，钻进困难。饱和，中密状态为主。场地内均有分布，揭露层厚5.2~23.3m。
其下部为第三系（E）强风化岩层，灰、灰褐色为主，间夹灰黄色，多为粘土质泥岩，间夹少量粉砂质泥岩，局部夹砂岩、粉砂岩。为第三系半胶结半成岩的极软岩，中厚层~厚层状，岩体基本质量等级属Ⅴ级，岩芯多呈长柱状，表现为坚硬状为主，近顶部局部地段呈硬塑状态，具遇水膨胀，干后易收缩开裂。场地内均有分布，揭露层厚0.1~5.5m。
第三系（E）中风化岩层，灰、灰兰、灰褐色，质纯，多为粘土质泥岩，间夹少量粉砂质泥岩、砂岩和粉砂岩。为第三系半胶结半成岩的极软岩，岩体基本质量等级属Ⅴ级，岩芯多呈长柱状，表现为坚硬状粘土，具遇水膨胀，干后易收缩开裂。场地内均有分布，揭露层厚0.56~14.7m。
强风化岩和中风化岩（局部夹杂煤层）均为强膨胀土，桩基施工如将其曝露于空气中，为防止其强膨胀性对桩端持力层强度的不良影响，需在1个小时内完成砼的浇筑。
4.3地基处理方案
根据本场地地层情况和岩土工程条件及上部结构对地基的要求并结合工程造价综合考虑，本工程拟采用长螺旋钻孔压灌桩与圆砾层相结合的刚性桩复合地基，上部设置1.6m厚筏板，筏板底面积667m2。共采用直径￠800长螺旋钻孔桩121根，单桩承载力2000kN，桩身混凝土强度等级C25，桩距2.4m，褥垫层材料采用级配碎石及中、粗砂，厚度400mm，分层两层碾压密实。复合地基承载力450kpa，经静载荷试验，单桩及复合地基承载力均满足满足设计要求。
同一单体下长螺旋钻孔压灌桩与旋挖桩工程造价比较如下：
旋挖桩与长螺旋钻孔压灌桩经济分析比较
由表中可以看出，由上表5.3.2中可以看出，在南宁厚砂层地区，同一单体下采用长螺旋钻孔压灌桩与采用旋挖桩的工程量相当，但成桩质量和施工速度长螺旋钻孔压灌桩更优。
5.结语：
通过工程实践，我们可以看出在厚砂层中，长螺旋钻孔压灌桩比其他桩型更具有优势，安全、适用、经济、合理。作为21世纪初发展的新桩型，相比起上个世纪末的沉管灌注桩、人工挖孔桩等桩型，其施工效率高、适用性强、安全性好；相比起钻（冲）孔灌注桩、旋挖桩，无泥漿护壁带来的污染；其穿透力，无振动、无噪音的特点更是预制桩所无法比拟的。但其也有一定的局限性，后插钢筋笼的施工工艺限制了其设计长度不可能很深，另外就是长螺旋钻孔桩的进入持力层的深度不容易判别，很大程度上取决于施工队伍的素质和地质报告的准确程度，在场地起伏较大的地区应做好详勘工作，同时加密勘察点，为后期施工提供指导。本文存在许多不足之处，请各位专家多多指正。
参考文献：
[1] 《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008
[2]刘金波.建筑桩基技术规范理解与应用.中国建筑工业出版社.2008年10月
[3]游小勇.长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基设计.科技信息.2007年.第23期.116页
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。