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摘要：长螺旋钻孔压灌桩是近几年发展迅速的比较实用便利的灌注桩施工技术，它主要适用于土性较硬的地区。由于其成桩速度快、无泥浆护壁而受到施工单位的欢迎，但在软土地区应用却伴随着许多问题，尤其是如何确保混凝土浇筑及后插钢筋笼的质量控制是制约该技术在深厚软土地区发展的关键问题。为解决混凝土浇筑及后插筋质量难保证的问题，结合软土土性在原有施工工艺、施工机械及质量控制的基础上提出了若干措施，并在实际工程应用中进行了验证，效果较好。
关键词：深厚软土；长螺旋钻孔压灌桩；混凝土；振动后插筋；施工质量
0前言
长螺旋钻孔压灌桩相对于当下主流的泥浆护壁钻孔灌注桩而言具有无振动、不挤土、低噪音、无泥浆污染、质量稳定、承载力高，施工桩架与工艺的特点决定其移动速度快、穿透力强、施工效率高、成本低等诸多优点，在北京、黑龙江、山东、山西等北方地区广泛应用。经过大量的研究与工程实践，工艺逐渐趋于完善和成熟，长螺旋钻孔压灌桩作为灌注桩的一种施工工艺首先列入《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）以及《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）。但由于其施工质量受水文地质情况影响比较显著，工程应用及规范要求该类桩型适用于地下水位以上的黏性土、粉土、中等密实以上的砂土、素填土、非密实的碎石土、强风化岩。
受水文地质条件制约，长螺旋钻孔压灌桩尚未在深厚软土地区得到广泛推广，只是近几年在长三角一些软土地区工程中得到试探性的应用。在应用过程中发现了很多问题，如桩位相邻较近容易窜孔、浇筑混凝土不密实、在已浇灌的混凝土桩孔中插入钢筋笼困难、返工困难等问题。
本文主要针对浇筑混凝土质量控制以及在已浇灌的混凝土桩孔中插入钢筋笼困难等对成桩质量影响较大并且难控制的问题进行探讨并提出若干建议，其中一些建议在宁波市某工程中应用得到了验证，效果很好。
1成桩工艺简介
长螺旋钻孔压灌桩主要利用长螺旋钻机钻孔，土体被切削后反向挤推排土，钻至设计深度后借助长螺旋钻杆的空心主管将混凝土高压泵入桩底，然后边压灌混凝土边提升长螺旋钻杆形成素混凝土桩，最后采用穿插导向管的振动送筋器将钢筋笼边振动边插送至设计标高，即成桩。
长螺旋钻孔压灌桩施工流程如图1所示。
图1长螺旋钻孔压灌桩施工流程
2混凝土质量难控制原因分析
2.1混凝土浇筑方法
钻至设计标高后，应先泵入混凝土并停顿10～20s，再缓慢提升钻杆，边提升边泵入混凝土。钻杆提升速度一般控制在1.8～2.5m/min，钻头需保证在混凝土内埋深始终控制在1m以上，保证带压提钻。因软土孔隙率较大，可压缩性较强，充盈系数一般为1.3～1.5之间，远高于规范要求的1.0～1.2区间。
混凝土一般采用商品混凝土液压活塞式泵送施工，输送管道直径主要有100mm、125mm、150mm以及200mm等规格，其中常用的为150mm。施工前首先搅拌一定的水泥砂浆进行泵送润滑管道，水泥砂浆的配合比宜为1：2。混凝土泵料斗上应当安装漏网，漏网孔洞规格为≤30mm，避免大块石子进入造成管道堵塞，料斗内需具有足够混凝土，高度需≥400mm，以免吸入空气造成堵管。
2.2混凝土质量分析及控制措施
桩基是建（构）筑物承受上部主体的关键构件，只有达到密实、连续、强度满足的合格混凝土的要求才能将长螺旋钻孔压灌桩应用于软土地区工程中。结合软土天然含水量大、孔隙比大、压缩性高、强度低、土体扰动后固结恢复周期漫长，并且具有高灵敏度、蠕变性、触变性等极差的工程地质性质，混凝土质量难控制的原因有以下3项。
（1）钻杆提钻速度与混凝土泵送量匹配难导致的桩身混凝土的质量问题。按照施工经验与规范要求，钻杆一般提升速度控制在1.8～2.5m/min，然而诸多施工现场设备陈旧并未安装自动控制提速的控制系统，控制不好极易出现断桩和桩身缺陷。由于软土的孔隙比较大、压缩性高，在压力泵送下混凝土往四周挤扩，充盈系数一般在1.3～1.5之间，软土土性越差充盈系数越大。
其中长螺旋压灌桩钻杆提升速度与混凝土泵送量之间可用如下经验公式计算：V=V1×α×D2/4，式中V为所需混凝土输送量（m³/min）；V1为钻杆提钻速度（m/min）；α为充盈系数；D为桩径（mm）。
（2）长螺旋压灌桩在混凝土浇筑工程中并不振捣，所以混凝土很难达到灌注桩要求的密实程度。由于混凝土自身组成结构的原因，在不振捣的前提下混凝土中存在很多孔隙和气泡，一般只有在适当的振动下才能达到密实状态，从而满足设计强度要求。混凝土浇筑完毕后会在自身重力作用下桩顶会下沉密实，但该部分至发生在桩身上部1～2m范围，下部混凝土的气泡与水分无法排除密实，桩身会形成诸多空气通道与气泡组合而成的气泡空腔。为避免混凝土不密实，可采取后期送筋器振动处理，其中混凝土浇筑开始至送筋器拔除时间需控制在≤2h。
（3）现场混凝土坍落度的损失问题。现行的混凝土质量标准到场的标准坍落度误差为±30mm，按照规范要求混凝土坍落度为180～220mm，计入误差±30mm后为150～250mm，这虽然是满足规范要求，但已然无法满足混凝土泵送浇筑及后插筋的要求。所以混凝土坍落度需进场实时检测，需确保计入误差后坍落度≥180mm。
（4）由于长螺旋钻孔压灌桩工艺与机械的特殊性，施工工艺不允许返工，若返工则需重新开钻。比如发生混凝土运输不及时或插筋速度缓慢导致混凝土呈现初凝状态则只能提钻复打，若时间再长则会导致该桩位无法再成桩；特别是在后插筋过程中若钢筋笼因某些原因一时无法下沉，时间稍长则会导致钢筋笼无法下沉或上拔成废桩。在混凝土施工过程中需确保钻孔时间、混凝土运输、钢筋笼制作、桩孔口清理、插筋器与振动锤安装、钢筋笼吊装到位、插筋等工艺流畅，一气呵成。
3插筋困难原因分析
在深厚软土地区持力层普遍位于20m以下，然而在深厚软土地区单靠20m侧阻力所能提供的承载力非常有效，所以桩长一般在25m以上。软土地区不适合部分桩身配筋，应当全桩长配筋，导致钢筋笼长度一般都＞25m，更有甚者达50m。长桩的钢筋笼长度对钢筋笼垂直度、混凝土桩身和易性等都提出了较高的要求。总结若干施工案例，深厚软土地区在灌满混凝土的桩孔内插筋困难原因主要有以下3项。
（1）由于桩周土层原因导致钢筋笼下沉不到位。
深厚软土区覆盖有厚厚的淤泥质黏土、淤泥、淤泥质土等软弱土层，新浇筑的混凝土由处于流动状，长桩钢筋笼下沉到该类软弱土层时容易划向孔壁。当钢筋笼顶端碰到孔壁后就无法继续下沉，抽出重新下沉会严重影响成桩质量。
当软弱土层下层土层为较好的粉土、砂土或碎石土，或者存在局部夹砂层时则该种钢筋笼端碰壁情况更加严重。原因是：钻杆在上拔提钻时，由于粉土等土性较好的土层会被钻杆螺叶带出，不易被挤扩至桩周土层中；而上部较软的土层由于钻杆螺叶四周已被土层填满呈直型圆柱状，此时会挤压较软的软土向四周扩散。软硬土层交接处极易形成一个上凹下凸环状台阶，而钢筋笼主筋与孔壁间隔为一个保护层厚度，一般为50-100mm，钢筋笼端部很容易触碰到交界处台阶导致无法插入。
当钢筋笼端部接触碎石土或粗颗粒砂土层时，由于其呈现颗粒状并且密实度较好，钢筋笼倾斜后会导致无法插入。
（2）现场控制混凝土坍落度的经时损耗性。混凝土为多元湿态堆积混合料，搅拌后随即进行不同程度的水化反应和物理变化。现场使用到的多为商品混凝土，在运输、等待浇筑等过程中会引发混凝土坍落度损失等问题，在插筋期内不断变稠、凝固，解决措施具体可见前述对混凝土的质量控制。
（3）钢筋笼一般先在地面上整体拼装完成，插入送筋器后整体吊装，上部悬挂振动锤振动下沉。若钢筋笼直径按500mm计，长度按25m计，长细比为1/50；送筋器直径按150mm计，长度按26m计，长细比约为1/173。在振动锤激振下沉过程中很难控制钢筋笼始终处于垂直状态，若无法保证垂直度则会偏向桩壁导致无法插筋至设计标高。
4改进的振动后插筋施工技术
振动后插筋钻孔压灌桩是在长螺旋钻孔压灌桩基础上发展起来的一种新工艺，它的关键控制点为振动插筋的施工质量。软土振动后插筋其关键工序主要为以下4点：
（1）在钢筋笼制作过程中应将底端端头钢筋弯向中心，作成一个尖锥状，并对各钢筋采用焊接加固处理。在钢筋笼内外间隔设置加强箍，加强箍直径需≥12mm。主要考虑到振动插入钢筋笼时振动杆对钢筋笼底端会形成一定的冲击力，内外设置加强箍主要为防止混凝土和振动对钢筋笼造成的破坏。
（2）当振动锤悬挂在上端，钢筋笼通过送筋杆下压时，在钢筋笼内部间隔一定距离设置一定位圆环，圆环孔直径略为比送筋杆直径稍大（如图3所示）。该措施能解决送筋器不因长细比过大垂直度难保证的难题。
（3）宜在桩孔位置设置高度＞1200mm的定位钢护筒，并将钢筋笼和送筋器穿过吊至桩位，对准桩孔中心后，然后再缓慢振动插筋。
（4）振动锤的设置形式：对于钢筋笼长度＜12m的，为方便施工可采用上端悬挂振动锤，以振动下沉方式插入钢筋笼，此时动力源在钢筋笼顶部；钢筋笼间隔一定距离设置送筋杆定位箍，以保证送筋杆的垂直度（如图3所示）。
对于钢筋笼长度≥12m的建议将小直径振动锤设置在钢筋笼底部的平台上，钢筋笼以下拉方式插入素混凝土桩中，之后振动锤通过送筋杆上提成桩；此时动力源在钢筋笼端部，钢筋笼不便设置送筋杆定位箍（如图4所示）。
5工程案例
华茂横街科技园二期工程位于宁波市海曙区横街镇。工程为4层办公楼，高度23.9m，1层厂房，高度16.9m，无地下室。工程采用框架结构，最大柱荷载5000KN，采用桩基础，建筑结构安全等级为二级，桩基础设计等级为丙级。由于该厂方需放置精密仪器，对沉降及沉降差控制极为苛刻。
拟建场地典型地层剖面图如图5所示。
试桩采用直径600mm长螺旋钻孔压灌桩，设计混凝土强度等级为C30，设计桩长为31mm，设计桩端持力层为第8层含黏性土卵石层。
6结语
长螺旋钻孔压灌后插筋灌注桩与传统的泥浆护壁成桩、人工挖孔桩相比，该技术噪声小、污染少、成本低、工效高、工程质量稳定、振动插筋桩体密实、承载力高，经济效益和社会效益显著。在深厚软土地区施工过程中若控制好成桩混凝土与后插筋的施工质量问题，在软土地区成桩是可行的，具备应用推广前景。尤其是后插筋技术根据钢筋笼长度的不同，振动锤设置在钢筋笼端部与顶部，解决了长期困扰工程界在素混凝土桩中后插钢筋笼的难题，为该技术的推广提供了有效的技术保障。
但具笔者了解，市面上多为气动式的振动锤或潜孔垂，空气锤在流态混凝土中工作不稳定，并且动力提供有局限；潜孔垂受气压影响工作也不稳定并且施工功率较大宜对钢筋笼造成破坏。直径在300～600mm的电动直筒型小型振动锤的研发生产还极少，望施工机械技术工程师还需加大对该设备的研制与生产。
参考文献：
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