1、全护筒钻孔灌注桩施工工法中铁十二局集团建筑安装工程有限公司杨部廷 白慧 张煜玺 蒋关云 靳成周1.前言为满足工程建设的需要，桩基础作为提高地基承载力的一种最有效的方式被广泛采用，桩基础一般分为钻孔灌注桩和预制桩。其中钻孔灌注桩占桩基础施工中的比重约 70%，钻孔灌注桩的施工一般分为干作业和泥浆护壁作业。但是受环境影响，在香港以及世界发达国家的钻孔灌注桩施工中是禁止使用泥浆护壁的，同时在松散砂层、细角砾石层、流砂层、厚淤泥质层以及喀斯特地貌等地质情况下，进行泥浆护壁难以保证孔壁稳定，这种情况下就需要使用全护筒施工技术。中铁十二局集团建筑安装工程有限公司联合设计单位进行创新，取得了“全护筒钻孔灌注
2、桩施工技术”这一国内先进的新成果，同时形成了全护筒钻孔灌注桩施工工法。2.工法特点2.1 全护筒钻孔灌注桩施工不采用膨润土或化学泥浆护壁，对地下水没有污染，施工现场整洁，不影响周围居民及企业的正常工作和生活，满足高环保要求。2.2 在传统钻孔灌注桩因地层、环保原因无法成孔的情况下，保证桩基工程施工的顺利进行。2.3 相比较其他护壁形式的钻孔灌注桩施工工艺，不需要配置泥浆，没有护壁泥皮对承载力的影响，承载力可靠，桩体质量满足规范要求。2.4 施工速度比传统工艺快一倍以上，施工效率高，为整体工程的顺利施工打下良好的基础。3.适用范围3.1 适用于直径为 600mm2500mm 的钻孔灌注桩，钻孔灌
3、注桩长度不宜大于 40m 的桩基工程。3.2 适用于地下水位较高，易塌孔，使用普通泥浆及化学泥浆无法成孔的地层（如卵石土层、角砾石土层、砂层等） 。可进行嵌岩桩施工。4.工艺原理全护筒钻孔灌注桩施工技术是利用专用摇、振动设备使钢护筒克服各土层间与护筒间的摩擦力，使护筒穿越桩机钻孔施工中的不利地层直至到达稳定的桩端持力层，利用钻孔设备掏空护筒内渣土，保证灌注桩成桩的施工技术。工艺原理流程图如图 4 所示。图 4.1 工艺原理流程图5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程图 5.1.1 全护筒钻孔灌注桩施工工艺流程图放线定位钻机就位钻机引孔振动锤下护筒钢筋笼安装灌注混凝土钢筋笼制作振动锤拔出
4、护筒5.2 操作要点5.2.1 放线定位按桩位设计图纸要求，测设桩位并做好标记，以桩位为中心用白灰画一个半径 45cm 的圆，对桩位复核无误后方可开孔。5.2.2 钻机就位钻机就位后，保持钻机平稳，旋挖机钻尖对准桩位中心。5.2.3 钻机引孔钻机引孔选用钻头为 800mm，引孔至 5m。引孔的作用包括以下几个方面：5.2.3.1 克服浅层障碍物的影响。工程钻机可以有效克服障碍物的影响，无法钻穿的障碍物应采用挖掘机挖出，防止对护筒的卷边损坏；5.2.3.2 引孔部位可以使护筒准确定位，防止护筒偏差造成桩位偏差较大；5.2.3.3 引孔段可以使护筒顺利入孔，减少了护筒下放的摩擦力，保证护筒入孔的稳
5、定性，减少护筒插入时间，保证护筒顺利插入。5.2.4 振动锤下护筒本工程根据灌注桩孔深及地质情况，护筒下放至进入灰岩 20cm。护筒最深插入深度35m。5.2.4.1 振动锤设备宜春东站振动锤采用 360 挖机加装液压振动锤设备而成，使用履带行走方便，地质环境适应性强。该振动锤下放和起拔护筒速度快，在成孔时可用干式成孔法或天然水降低造浆成本。并且可以一次插入单节护筒 12m，大大提高了施工效率。5.2.4.2 钢护筒的特殊要求(1）钢护筒宜采用 10mm 或 12mm 的螺旋管制作。采用 10mm 壁厚以下的钢护筒，在施工过程中容易造成卷边，凹凸，导致钢护筒的周转次数下降，成本增加；采用 12
6、mm 壁厚以上的钢护筒，钢护筒重量大大增加，造成施工不便，增加操作人员的施工难度，降低施工效率。(2）最下面一节钢护筒宜设置内口的刃脚，减小护筒下放的阻力，保证护筒顺利下放到位。(3）护筒与护筒之间采用刚强度的螺栓螺母进行连接。如果采用焊接，焊接时间较长，影响施工进度。(4）振动锤加紧护筒，锁定装置锁定后方可起吊护筒，保证使用安全可控。(5）护筒起吊后，由施工人员指挥入孔。入孔后不加力，靠护筒自重下沉，技术人员用经纬仪或者铅垂随时调整护筒垂直度，保证入孔顺直。(6）靠自重护筒无法下沉时，开启振动锤加压下沉，如遇阻力无法下沉，应查明原因后继续操作，不能强行加压，防止护筒下边缘卷边或弯折，造成护筒
7、损坏，造成后期拔护筒过程中泥土进入桩体，造成桩体夹泥。插拔护筒过程见下图。(7）应根据振动锤功率大小及护筒入土产生的侧摩阻力确定钢护筒的壁厚，一般护筒壁厚应采用10mm 的优质钢板制作。宜春东站初期施工过程中，采用壁厚 8mm 的钢护筒，施工过程中护筒卷边、弯折变形严重，损耗率较高，降低钢护筒周转使用次数。5.2.5 钻机成孔护筒到达预定深度后，成孔钻机重新就位，钻头直径采用 780mm，施钻至设计桩底标高。5.2.6 下放钢筋笼、灌注混凝土组织施工作业人员下放钢筋笼，钢筋笼下放完毕后进行孔底二清，保证沉渣符合设计要求后，及时进行混凝土灌注，混凝土采用汽车泵结合水下灌注混凝土施工工艺进行灌注。
8、5.2.7 振动锤拔除护筒混凝土灌注满足要求后，振动锤设备重新就位，将护筒拔出桩孔，护筒循环使用。拔护筒控制要点：5.2.7.1 拔除护筒过程中，振动锤应匀速操作，防止提拔速度过快，导致混凝土密实度下降，影响桩体质量。5.2.7.2 护筒拔出应保持垂直，在施工人员指挥下完成，保证护筒垂直度，防止护筒垂直度变化造成桩体局部夹泥。5.2.7.3 为保证桩头质量，混凝土应超灌 1500mm。护筒拔至最后一节时，应检查护筒内混凝土标高，如果混凝土桩顶标高不够，应将护筒内泥浆清理干净，进行二次灌注。6.材料与设备6.1 本工法使用钢护筒：每节长 12m，厚 10mm。6.2 采用的机具设备如表 6.2.
9、1表 6.2.1 施工机械及配套设备序号 名 称 型 号 单位 数量 备注1 旋挖钻机 ZR280C 台 22 砼泵车 SY5271THB 台 13 柴油振动锤 自制 台 1 可插拔 12m护筒4 电焊机 BX1-300-3 台 45 切割机 300mm 台 16 履带吊 QUY50A 台 17 全站仪 GTS-330N 台 18 水准仪 DS3 台 19 钢筋弯曲机 GW40 台 17.质量控制7.1 工程质量控制标准全护筒钻孔灌注桩施工质量控制应执行建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002、 建筑桩基技术规范JGJ94-2008、 建筑地基基础设计规范GB50007-201
10、1。7.2 质量控制措施7.2.1 注意事项7.2.1.1 开工前应该仔细研究图纸，勘察施工场地，合理进行施工平面布置，提前确定钻机行走路线。7.2.1.2 开工前施工场地要平整到位，地面标高应高于桩顶标高不宜大于 2m。7.2.1.3 护筒每次使用完毕后应及时进行清洗和修补，提高周转次数，增加经济效益。7.2.1.4 施工过程中时，钻孔产生的钻渣宜及时清运，防止干扰相邻桩的施工作业。进行弃土清运施工时应有专人负责，做好成品保护以及已测放桩位的保护，并做好复核工作。7.2.2 技术措施7.2.2.1 桩位偏差控制措施：开孔前对桩位进行复核，复核无误后方可开孔。7.2.2.2 垂直度偏差控制措施
11、：开工前应使用经纬仪、全站仪对进场设备钻杆垂直度进行校核，满足规范要求后方可使用。在插拔护筒过程中，使用经纬仪、全站仪或者铅锤控制护筒垂直度。7.2.2.3 钢筋笼居中措施：从桩头向下 20cm 位置沿钢筋笼长度间距 4 米在相邻主筋之间安装用作保护层的导向混凝土预制件，端部大于 2m 小于 4m 再设置一排导向轮，每断面均匀设置 4 个预制件。导向轮直径为 10cm，用钢筋焊接在钢筋笼外侧。7.2.3 管理措施7.2.3.1 保证混凝土连续供应，设专人与混凝土拌和站调度室联系，保证混凝土的供应根据现场情况及时拌制发送。防止混凝土灌注时间过长，导致护筒无法拔出。7.2.3.2 保证施工机械正常
12、运转，所有施工机械每天定时检修，易耗易损配件要有储备，出现损坏能及时更换。高温天气混凝土输送泵管用草袋包裹洒水降温，防止堵管。7.2.3.3 保证施工水电满足施工需求，现场配备发电机一台，临时停电时能保证机械正常运转。7.2.3.4 保证现场道路的畅通，基坑外临时道路硬化，进入基坑留置坡道，坡道及楼座场平内根据地质条件铺设碎石砖渣或钢板枕木。8.安全措施8.1 全护筒钻孔灌注桩施工必须严格遵守建筑安装工人安全技术操作规程和机械施工技术安全规则的规定执行.8.2 根据中铁十二局安全保障体系要求建立保障体系，设置安全员，负责现场安全施工，施工前对施工人员进行安全交底，施工中应进行每天一次的例行安全
13、检查。8.3 施工机械悬挂工艺流程施牌和机械操作规程，加强安全教育，严格工艺流程和操作规程。8.4 施工人员进入现场必须佩戴安全帽，登高作业必须穿防滑鞋，系安全带，严禁酒后上岗作业。8.5 对设备进行定期检查、维修、严禁机械带病作业，钻机、砼搅拌机必须由专职机手严格按操作规程操作。8.6 施工完毕的空桩孔位，待砼初凝后要及时填至施工地面。8.7 桩机移动要有专人指挥，桩机司机与泵车司机要有可靠的联络信号。8.8 经常性检查提升系统钢绳有无损伤，滑轮是否灵活。8.9 施工现场必须平整、坚实，斜度不得大于 2 度，对于软弱地基，应用炉渣或砖渣等铺垫压实。9.环保措施必须严格遵守当地的环境保护相关法
14、律规定，加强该工法使用机械的维修保养，防止机械废弃油污污染土壤及地下水。该施工工法施工过程中会产生废弃渣土，不得随意处理，应当向当地环保部门提出申请，集中处理。10.效益分析 10.1 质量效益桩孔全程钢护筒护壁，杜绝塌孔的发生，桩截面尺寸规则，不会发生缩径等通病， 孔壁稳定性好，钻成孔孔底成渣少。10.2 环境效益不需要使用泥浆护壁，没有泥浆污染，不污染地下水，施工现场整洁文明，很适合于在市区内施工；噪声较小，基本无噪声污染。10.3 经济效益孔壁规则，没有塌孔、扩径现象，没有混凝土浪费，不存在造浆费用，可以有效的控制成本。10.4 工期效益提高了成桩的成功率，不需要根据地质条件调整钻进速度
15、，可以以最快的速度完成钻孔施工，工期得到有效保证。11.应用实例新建杭长客专宜春东站站房桩基工程位于江西省宜春市下浦区街道，清萍公路南侧，西邻南庙河。结构形式为钢筋混凝土框架结构，该桩基工程采用钻孔混凝土灌注桩，施工日期为 2013 年 4 月 26 日至 2013 年 6 月 23 日。钻孔桩主要设计参数：桩数 230 根，桩径800mm，有效桩长为 2734m，采用全护筒钻孔灌注桩施工技术，混凝土采用 C30 商品混凝土。经检测单位检测，竖向静载试验 6 根，水平静载试验 4 根，低应变检测 230 根，灌注桩质量达到了规范和设计要求，施工灌注桩全部合格，为整体工程的顺利施工打下了良好的基础，经济和社会效益良好。
