一种长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法与流程

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法，可根据地层承载力条件在桩身、桩底任意部位实现多次扩径或扩底等现浇超流态混凝土异型桩。本发明的施工方法适用于需要较高承载力特征值的软土地基处理和较高承载力的桩基础施工。

背景技术：

环保、异型、高承载力是现今桩基础和施工方法的发展趋势，并对桩基础在软土地基处理、复合地基施工、边坡支护治理的应用产生重要影响。长螺旋超流态钻孔灌注桩以其施工速度快、质量好、无污染等特点越来越多被工程界采纳。扩孔、扩底钻进技术是提高单桩承载力的重要手段，但传统的扩孔、扩底钻进技术只适用于机械成孔的水下灌注桩，并且成孔、扩底需要二次才能完成，不仅施工速度慢，且易产生缩径、塌孔、水下灌注断桩、孔底沉渣超标等质量事故，同时泥浆排放量大，污染严重。因此，亟需开发一种能够一次完成钻孔成桩工作、并且成桩质量好、效率高的混凝土桩施工方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法。本发明的技术方案为：

一种长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法，包括采用非嵌岩的长螺旋超流态扩孔钻头施工，根据设计要求在桩位处钻孔、扩孔钻进及进行扩底施工；然后开启混凝土泵，压注超流态混凝土，边压注边提钻，始终保持混凝土泵入孔中混凝土量大于钻杆上提体积量；将钢筋笼固定于桩顶设计标高。

上述施工方法中，所述非嵌岩的长螺旋超流态扩孔钻头为同轴双柱型空心结构，内层圆柱结构内径与钻杆内径相同，外层圆柱结构为双作用空心活塞液压缸，并采用双作用空心活塞液压缸内壁管作为钻头中心管，实现不提钻灌注混凝土作业；并且所述钻头两侧为安装切削齿的扩孔翼板，切削齿用于向下切削地基土，扩孔翼板安装在扩孔铰链和支撑铰链上，扩孔翼板用于向侧向挤压地基并使变径截面稳定，扩孔铰链和支撑铰链组成铰链机构，通过钻机控制系统控制双作用空心液压油缸活塞顶头的伸缩，通过控制铰链机构实现切削齿的扩孔翼板的钻孔、扩孔及扩底钻进过程。

上述施工方法中，所述扩孔钻进的扩孔直径允许误差为-0.1倍扩孔直径，且-0.1倍扩孔直径≤5cm；变径扩孔在竖直方向应进入良好土层不少于0.5m；扩底位置允许在竖直方向上下调整0.5～1.0m。

上述施工方法中，所述边压注边提钻的提钻速度控制在2.0~2.5m/min，并且钻杆提升不大于30cm。

本发明的有益效果为：本发明可以实现不提钻灌注混凝土作业，能够一次完成钻孔、扩孔及扩底钻进工作，并且成桩质量好、效率高，显著降低了工程造价和环境污染，具有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明的一种长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法的流程图。

图2为本发明的一种长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法的非嵌岩长螺旋超流态扩孔钻头钻孔状态图；

图3为本发明的一种长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法的非嵌岩长螺旋超流态扩孔钻头扩孔状态图；

图2和图3中，1-连接法兰，2-耐磨螺旋叶片，3-双作用空心活塞液压缸，4-双作用空心液压油缸活塞顶头，5-钻头中心管，6-扩孔铰链，7-扩孔翼板，8-支撑铰链，9-切削齿，10-易更换底侧翻门，11-底牙轮掌片。

图4为本发明的长螺旋变直径压灌混凝土桩详图。

图5为本发明的长螺旋变直径压灌混凝土桩剖面图，其中（a）为长螺旋变直径压灌混凝土桩的纵向剖面图；（b）为（a）图中1-1面的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

将本发明的一种长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法应用于原型桩基础的试钻、成桩和检测，其部分数据见表1。

如图4和图5所示，所述长螺旋变直径压灌混凝土桩的桩顶铺设厚0.3m的褥垫层（基础垫层），桩体混凝土采用C30超流态混凝土灌注，桩体直径和长度分别为：直径d=0.4m、L=8.0m，配置5根HRB335ø18主筋，采用螺旋箍筋HPB235ø6@200，桩顶、变直径处箍筋加密，间距为100mm；粘土层的桩体扩孔，直径分别为D=0.4m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m。试验场地所揭示的地层从上至下分别为厚度2m的粘土层和厚度8m的粗砂层。粘土层的重度为19.5kN·m^-3，压缩模量为15MPa，泊松比为0.35，黏聚力为20kPa，内摩察角为10°；粗砂层的重度为20kN·m^-3，压缩模量为40MPa，泊松比为0.3，黏聚力为1kPa，内摩察角为40°。

所述长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法，工艺流程图如图1所示，具体施工步骤是：

（1）施工准备

按设计要求采购材料，对材料的型号、规格、数量、质量做好验收工作，查验出厂合格证书，按规范抽样复检；

在场地平整后，进行管线调查，清除施工场地地面以下2米以内的障碍物，然后整平、夯实；合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地的“三通一平”；

采用功率为110kW、钻杆直径为400mm的IZD800钻机，HBT80型混凝土输送泵，并调试至运行正常；所述钻机采用非嵌岩的长螺旋超流态扩孔钻头，所述钻头为同轴双柱型空心结构，内层圆柱结构内径与钻杆内径相同，外层圆柱结构为双作用空心活塞液压缸3，并采用双作用空心活塞液压缸内壁管作为钻头中心管5，实现不提钻灌注混凝土作业；并且所述钻头两侧为安装切削齿9的扩孔翼板7，切削齿用于向下切削地基土，扩孔翼板7安装在扩孔铰链6和支撑铰链8上，扩孔翼板用于向侧向挤压地基并使变径截面稳定，扩孔铰链和支撑铰链组成铰链机构，通过钻机控制系统控制双作用空心液压油缸活塞顶头4的伸缩，通过控制铰链机构实现切削齿的扩孔翼板的钻孔、扩孔及扩底钻进过程；图2和图3分别提供了所述非嵌岩长螺旋超流态扩孔钻头的钻孔状态图和扩孔状态图；

铺设粗砂，分层碾压，褥垫层厚度为0.3m，褥垫层上表面标高+0.3m；

（2）施工放线和钻机就位

在施工前，从原始测量基点向施工场地引入测量控制点，用全站仪测定长螺旋变直径压灌混凝土桩的测量控制点，施放桩点位线；经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，保证桩孔中心移位偏差小于50mm；

钻机就位，使钻机支撑稳定，对准桩位点后必须调平，确保成孔的垂直度；

设定桩顶标高为相对标高（±0.000），使用NTS－355S全站仪（5″级），测量精度±(3mm＋2ppm·D)，测定桩口标高，依据桩基础设计图纸和地质勘查报告，确定桩钻孔并扩孔深度为-2.5m，桩钻进总深度8m；

（3）制作钢筋笼，制备超流态混凝土

钢筋进场应按《金属拉伸实验方法》（GB/T228—2002）、《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》（GB/T2975—1998）、《金属材料弯曲试验方法》（GB/T232—2010）的规定进行屈服点、抗拉强度、延伸量和冷弯试验；钢筋须按不同钢种、等级、牌号、规格及生产厂分批验收，分别堆存，且应立牌便于识别；钢筋笼制作采用长线法在台座胎具上统一制作，钢筋笼基本节长8m，钢筋笼主筋5根HRB335ø18，HPB235ø6箍筋采用螺旋形缠绕，主筋每隔2m设置加劲箍筋（HPB235ø12）固定主筋，主筋与箍筋连接宜点焊；钢筋笼制作对钢筋规格，焊条规格、品种，焊缝长度，焊缝外观质量、主筋与箍筋制作偏差等进行检查；钢筋笼主筋与加劲箍筋必须焊接，钢筋笼下端500mm处主筋宜向内侧弯曲15～30º，钢筋笼允许偏差如下：直径±10mm，长度±100mm，主筋间距±10mm，箍筋间距±20mm；

C30超流态混凝土选用硅酸盐水泥，强度等级为32.5 MPa，水灰比为0.58、塌落度23 cm，拌制投料时其填加顺序宜滞后于水和水泥、石子，砂率44%，桩身混凝土必须留有试块每个浇注台班不得小于1组，每组3件；

（4）引点就位，变径扩孔及钻孔

钻机就位后，对桩位进行复测，稳固钻机，通过水平尺及垂球双向控制非嵌岩的长螺旋超流态扩孔钻头中心与钻杆垂直度，即对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，偏差应在10mm以内，钻孔垂直度误差＜0.3%，控制铰链机构和扩孔翼板张开（如图3所示）；校验钻杆长度，保证钻孔深度的准确；钻杆下端距地面10～20cm，对准桩位，压入土中，施工过程中要求边旋转钻杆边清除孔边渣土，以防止提升钻杆时土块掉入，钻孔过程要用全站仪校正垂直度（≤1%），根据设计要求在桩位处钻孔并扩孔至设计深度-2.5m；然后控制铰链机构和扩孔翼板缩回，继续向下施工桩体至-8m处，停止钻机；

在桩体扩孔施工过程中，应认真观测液压表的变化，详细记录各变径扩孔位置的表压值和变径扩孔、扩底时间，扩孔直径允许误差-0.1倍扩孔直径，且-0.1倍扩孔直径≤5cm。变径扩孔在竖直方向应进入良好土层不少于0.5m；扩底位置允许在竖直方向上下调整0.5～1.0m；

（5）成孔灌注

启动HBT80型混凝土输送泵开始压注超流态混凝土，边压注边提钻，钻杆提升不大于30cm，控制钻杆提升速度（2.0~2.5m/min），始终保持泵入孔中混凝土量大于钻杆上提体积量，计算每盘泵入混凝土方量（每盘0.44立方米），施工时，通过混凝土泵送对钻杆产生的上顶力，调整提钻速度，保证钻杆及叶片对混凝土有一定的挤压作用；

（6）安放钢筋笼

为防止起吊时钢筋笼变形，钢筋笼下部应绑附钢管（沿主筋通长布置，间距为1.5米），利用钻机自备吊钩将钢筋笼竖直吊起，垂直于孔口上方，然后扶稳旋转依靠自重和人工下入孔中，下放钢筋笼应轻放、慢放，若遇阻碍，应查明原因，进行处理；可在端头以带配重的振动器振动压入，并监控桩顶标高；钢筋笼入孔后，定位要准确，固定要牢固，其中平面位置偏差不大于20mm，骨架顶端高程±20mm。

本发明实施例对一种长螺旋变直径压灌混凝土桩施工方法的桩基础（如图4和图5所示）进行了竖向承载力试验，随着粘土层中桩体直径从400mm等直径桩、扩孔到桩体直径600mm、700mm、800mm、900mm的变截面桩，桩基础的竖向极限荷载分别为447.58kN、508.17kN、557.99kN、561.31kN、585.30kN，竖向极限荷载对应的桩顶位移分别为6.95mm、7.05mm、7.00mm、6.06mm、5.88mm。

从单桩极限荷载分析（见表1），粘性土层中桩基础扩孔后，桩基础极限荷载整体呈现提高趋势，当扩孔直径在700~800mm时，桩基础接近于大直径桩基础界限直径，桩的极限承载力增长幅度较小，表现出类似桩端嵌入密实地基土的端阻力和侧阻力衰减现象，800mm以后桩的极限荷载增长幅度加大，但小于中小直径桩基础的扩径后的极限荷载增长量。在桩顶位移方面，随着粘性土层中桩径的扩孔增加，桩顶位移整体呈现出逐渐减小趋势。在粘性土层中，桩基础扩孔后，扩孔桩体加大了对下部密实砂层的压缩深度，使得700mm扩孔直径之内的桩基础沉降量略有增加，但增加幅度较小0.72%~1.44%；其后，随着扩孔直径的增加，极限荷载时的桩顶位移有较明显减小。具体数据见表1。

表1 长螺旋变直径压灌混凝土桩的极限承载力和桩顶位移