旋挖扩底灌注桩成孔施工技术应用研究

摘要：本文以长沙市地铁2号线运用库工程为研究对象，介绍旋挖灌注桩扩底施工技术在此项工程中的具体应用。并对旋挖灌注桩扩底施工技术在实施中的关键技术还有常见问题进行系统论述，分析旋挖灌注桩扩底施工技术的社会效益及经济效益。

关键词：旋挖灌注桩；扩底施工技术；应用研究

1 工程及地质概况

1.1 工程概况

长沙市地铁2号线运用库工程，位于长沙市黄兴镇。桩基工程先进行袖阀管注浆加固砂卵层再采用旋挖扩底钻孔灌注桩，其桩径为1m，桩底直径为2m，桩底以上2.13m按圆锥设计；有效桩长约为13m-16m，实际桩长根据进入中风化2m为准，桩顶标高为-3.0m、-3.2m、-3.4m、-3.9m，桩钻深深度约为16-19m，桩芯混凝土为C45，旋挖钻孔灌注桩为1759根。

1.2 地下水

勘察期间的初见水头埋深0.80～6.10m、初见水位26.98～32.52m，稳定水位28.82～33.87m，为孔隙承压水。

2 施工工艺

2.1测量定位

1）测量方法

首先，测量主管计算出桩的中心坐标，经过检核合格后。现场控制网点用极坐标法放出桩的平面位置，附合到另一控制点上进行检查。标高用水准仪测出护筒标高，以控制孔深和钢筋笼标高、混凝土面标高。

2）测量管理

采用全套测量设备及仪器，设专职测量人员，负责测量统筹管理和复核，经复核合格，复核合格后，方可开钻。

2.2 松散层加固

在进行钻孔之前，首先进行松散层加固，松散层加固采用袖阀管注浆法。袖阀管注浆法是通过较大的压力将浆液注（压）入岩土层中，注浆芯管上下的阻塞器可实现分段分层注浆，可由施工需要选择联系或跳段注浆。此工法在需要全程注浆的施工中，通过分段注浆，使得松散的地层均得到很好的注浆加固效果。

1）施工参数选择

试桩袖阀管注浆按照图3所示布置袖阀管5根

每孔成孔长度为从现有填土地面进入强风化层0.5m，其中注浆长度为从素土下口0.5m至进入强风化层0.5m，扩散影响半径0.5m。

图1试桩袖阀管注浆布置图

加固注浆材料采用水泥等级P.C32.5单液浆，水灰比为1：1。注浆完成后，待松散层固结强度达到要求在进行下道工序，注浆完成7天后，可进行下道工序施工。

2）测量定位：根据桩中心坐标点，沿其桩边进行等距布置，注浆孔中心点距边不小于20cm。

3）钻孔：采用地质钻机成孔，钻进深度应达到注浆固结段，钻孔直径为110mm。

4）清孔：连接注浆管，用注浆泵向孔内泵送大量清水，将孔内的泥浆和沉碴冲出孔外，直至孔口返出清水为止。

5）灌套壳料

为了防止袖阀注浆管在注浆过程中变形、变位或损坏，在成孔及清孔完成后，向钻孔内浇筑套壳料，套壳料利用导管进行灌注这样才能保证水泥浆通过。套壳料配制采用膨润土、水泥作为主要材料进行配制，为提高套壳料的脆性，可掺入细砂或粉煤灰等。套壳料配合比为（重量比）水泥：膨润土：水=1：1.5：1.88。套壳料用量（m3）=1.3×3.14×（检测孔半径2-袖阀管半径2）×注浆段高度（6～10m）。

6）下注浆管

待浇筑完套壳料后，首先根据引孔深度连接袖阀管，采用直径为50mm的袖阀管，按要求注浆段下花管，空段下实管，地面预留高度（0.2～0.3m）（花管为注浆管，实管为隔离输浆管）。将连接好的袖阀管下口用尖底封好；然后，将袖阀管下入孔中，要确保袖阀管下到孔底。并在管内充满清水，可克服浮力，检查密封性。下管时尽量使管垂直居于孔中心，花管连接牢固，管底端要套好锥形堵头，上顶端要戴好保护帽。

7）固管止浆

浆液配合比为水：水泥=1：1，采用水泥等级P.C32.5。在袖阀管与孔壁之间的空隙中下入导管至套壳料面，从导管中注入配置好的浆液直至孔口返出，孔口浆面下沉后应多次回灌，保证固管止浆效果。

8）注浆

待套壳料具有一定强度后，将带双塞的注浆钢管从袖阀管中下到孔底注浆位置，自下而上分段注浆，每段注浆长度成为注浆步距。开口钢管长度为注浆步距长度。注浆步距一般选取0.5m，这样可以有效地减少地层不均一性对注浆效果的影响。

3 旋挖灌注桩扩底施工关键技术

3.1 泥浆制备技术

泥浆原料选取及配比参照：膨润土与水的比例为1：2，羧甲基纤维素掺量4%，碳酸钠掺量为5%，PHP掺量为0.02%。泥浆配置后采用机械拌制，搅拌时间为10～15min。膨润土遇水混合后3h就有很大溶胀性，经过1d达完全溶胀；CMC应先用清水溶为1%―3%的溶液再掺入到泥浆里就会很容易混合在一起。在制备过程中需要按照“水―膨润土―CMC―分散剂―其他外加剂”的添加顺序进行泥浆制备。

3.2 钻孔施工技术

扩底灌注桩用机械成孔应先按直桩成孔的方法施工到桩底标高，然后再用专用钻头进行扩底施工。直桩成孔的施工技术要求同普通的旋挖桩施工。正常钻进过程中应注意以下事项：1）钻进时应根据土层情况掌握钻进速度：一般在粘土层采用泥钻，每钻进尺在50cm左右；

在松散砂砾、砂层采用砂钻，每钻进尺在40cm左右；2）掌握钻斗升降速度及空斗升降速度：桩径1000mm时，钻斗机升降速度为0.7m/s，空斗升降速度控制在0.8 m/s。

3.3旋挖扩底施工技术

当采用直桩成孔的方法施工到桩底标高后，再进行扩底施工。扩底施工前，应先清理自孔孔底沉渣并测量孔底标高，计算并检测专用扩底钻具从自由闭合扩张到设计直径钻杆的行程。经验算该工程的扩底桩从1m扩大到2m钻杆的行程为40cm。扩底施工时，钻具不带液压时钻机应选用250型以上钻机，并选用机锁钻杆；扩底施工分四次进行，第一次扩底将钻杆的行程控制在10-15cm，第二、三、四次扩底将钻杆的行程控制在10cm左右。每次扩底前应将扩底钻具提离孔底，使其处于悬吊状态，起动钻机和水泵，待钻机和水泵工作正常后即可开始扩底。扩底采用低速回转的技术参数，钻速按钻杆行程不大于0.01m/min进行控制。开始时不随意加压，当运转平稳后，依据钻机的能力和孔内的反映情况，逐步加压扩底。每次扩底后应先测量钻杆的行程，再将扩底钻具提出孔外，用平底捞渣筒捞出孔内渣土，再次测量孔底标高用于修正钻杆行程。

经四次循环扩底施工后，第五次将扩底钻具轻放至孔底，不再施加压力，扩底钻具可轻松完全张开，并能测出扩底钻具在张开过程中钻杆的行程达到40cm及以上方能确认扩底完成。扩底完成后，用日本KAIJO公司生产了DM-602/604超声波测壁测定仪，对孔质量包括孔径、孔深、垂直度及扩底孔壁状况进行检测，如合格，旋挖扩底桩的成孔施工完成。

长沙市地铁2号线运用库工程采用旋挖灌注桩扩底施工技术，满足设计要求，并且此施工技术将灌注桩、扩底桩及后柱状施工优点全面结合，施工中桩型各组分工作协调，受力清晰，施工中机械振动不大，噪音小，利于环境保护。同时与同等条件下的普通混凝土基桩对比，旋挖灌注桩扩底施工桩长减少了6―8米，单桩工程造价降低约3000元。并且桩长减少，缩短了成孔施工时间，大大提高了工程施工的效率，使施工进度得到了有效提高。

参考文献：

[1] 周治国，唐孟雄，谢永健. 嵌岩旋挖扩底灌注桩施工技术[J]. 广州建筑， 2010，（06）.

[2] 曾二贤，王开明，廖文炜. 原状土基础抗拔极限承载力计算分析新方法[J]. 电力建设，2010，（06）.

[3] 孙晓立，莫海鸿. 扩底抗拔桩变形的解析计算方法[J]. 岩石力学与工程学报，2009，（S1）.