复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术一、研制工作总结报告1.1 、项目研究的背景伴随着我国经济的持续发展，人们对于建筑施工提出了更高的要求，相比于传统的灌注桩施工技术，长螺旋钻孔泵送混凝土后置钢筋笼灌注桩施工技术不仅有效地提高了施工的效率，而且高效地降低了工程施工对于环境造成的污染，助力我国节约型社会的构建。在城市高层建筑中，钻孔灌注桩作为围护结构或抗拔桩、承重桩等，传统上使用回旋钻、旋挖钻施工中不可避免产生坍孔、缩径、沉渣过厚等质量问题，且过程中需要大量泥浆护壁，需要泥浆制作、循环、弃置场地，给城市环保带来很大的挑战。若施工过程中采用长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术，除能缩短施工工期、提高工效、保证钻孔灌注桩成桩质量外，能避免因钻孔桩施工对周边环境产生污染、沉降等不良影响。长螺旋钻孔灌注桩在一些地层复杂的地质中，还存在某些技术难点。根据长螺旋钻孔桩机的特点，针对各种不同的复杂地层的特征，结合经验，研究长螺旋钻孔灌注桩在复杂地层中的应用，解决各种技术难点，使经济、社会及环境等综合效益高的长蝶旋钻孔灌注桩技术得到更广泛的推广及应用，更适应市场的需要。 本研究是针对总体厚度较大的填土、淤泥、淤泥质砂土和坚硬的铁质胶结物的复杂地质，在长螺旋钻进成孔机械选择、混凝土浇灌、钢筋笼的制作和安放的工序上进行改进，克服了在复杂地质中易塌孔、难钻进，钢筋笼下沉难的问题，保证沉桩质量。 金沙湾力华花园项目位于湛江市赤坎区海滨大道北沙湾街道，金沙湾力华花园项目位于广州湾大道16号，总占地面积62127.14m2，该项目总建筑面积约344587.36m2,包括8栋主塔楼住宅、1栋酒店、1栋3层幼儿园和1层商业裙楼（局部4层）组成的超高层建筑群。存在厚层填土（夹块石、碎砼等不利埋藏物）、饱和液化砂土、软土、铁质胶结物等特殊性岩土。本工程塔楼基地下室基础采用螺纹灌注桩，桩径为600，桩身强度等级C35，ZH2为抗压桩兼抗拔桩，设计单桩竖向抗压承载力特征值为1400kN;单桩竖向抗拔承载力特征值700kN;端持力层为⑧层（中砂层;本工程地质情况复杂，施工时应结合地质情况估算，各桩实际桩长通过施工勘察（超前钻），钻至设计桩底持力层,且不小于1m深度;ZH1桩估计有效桩长约18～23m。 在上述的背景下，我司将金沙湾力华花园项目作为复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术的试点项目，一方面在传统的缓粘结预应力施工技术作进一步深化改进，另一方面对于紧跟国家政策导向，推进绿色环保工艺的应用具有重要意义。
本科技成果详细探讨和总结了“ 复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术”研究成果，属自选研究项目，主要研制人员及分工见表1。
表1 主要研制人员及工作分工表
1.2 国内外研究现状长螺旋钻孔灌注桩施工技术主要是从日本的CIP 技术引来的，主要是将这种类似长螺旋的钻孔传送到一定的深度，接着使钻头装入流态混凝土，到桩顶之后，钢筋的插入使之形成一个桩体。长螺旋钻孔灌注桩是一种较为成熟的地基和基础施工处理工艺，已在全国十几个省市尤其是北京、河北地区广泛应用，但在一些地层复杂的区域中，还存在某些技术难点。2017年北京北京建工集团总承包公司对长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩工法在液化地层及厚砂层组合条件进行研讨，通过哈尔滨市松花江边一个项目和北京市城市副中心一个项目的工程实例对比,对液化地层及厚砂层组合条件下长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩工法施工进行探索,总结出该工法在类似地质条件下的使用范围为桩长 20 m 以内。2018年山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队对长螺旋钻机成孔后插钢筋笼灌注桩在工民建基础工程上的应用进行细致的研究。从工艺与设备研制、样机试验、成桩质量及荷载试验等方面对长螺旋钻孔后插钢筋笼灌注桩。2013年江苏省送变电公司对长 螺 旋 钻 孔 后 插 钢 筋 笼 灌 注 桩 施 工 工 艺 与 设 备进行研究，施工工艺进行了阐述,并就其中关键部件与环节,如振动锤、钢筋笼导入管、导入管与钢筋笼的连接等作了较详细的介绍. 同时，我司委托了广东省科学技术情报研究所对本项目研究课题进行了国内查新。通过查新检索对比发现，本项目的研究成果具有新颖性。 综上所述，在上述文献及数据库的检索范围内，采用本项目上述技术的“复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术”，国内未见相同的研究文献及成果的报道。 1.3 项目研究的目的和意义1.3.1项目研究的目的 经济的迅猛发展给建筑工程技术带来一定的压力，尤其是对于高层建筑，更需要建筑人员提高相关的技术与水平.钻孔灌注桩施工工艺的引入得到了建筑师越来越多的关注和认可.根据成孔方法，可以分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。目前高层建筑已成为建筑的主流，而它对地基基础的要求更高。随着人们对建筑施工技术的不断探索，传统的灌注桩施工技术已经逐步被长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩施工技术的取代。但是在长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩施工中仍存在许多问题需要解决。一方面长螺旋在复杂地质中易塌孔、难钻进，钢筋笼下沉难的问题，另一方面在施工过程中也存在淤泥类土质易窜孔、卡钻、桩头质量差、桩身夹泥的问题。因此，如何解决上述两个问题，成为了大家共同关注的焦点。 1.3.2 项目研究的意义 随着科技的发展，机械的进步更新，钻孔灌注桩技术从100多年前被发明以来，取得了巨大的进步，特别是在高层、超高层建筑物和重型构筑物中被世界各国广泛的应用。近年来，随着我国经济和科技的发展，各种高层、超高层建筑以及跨江、跨海特大桥不断修建，钻孔灌注桩技术在我国得到广泛的应用，我国的钻孔灌注桩技术也取得了长足的进步。所以，研究复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术具有重大意义。和传统的灌注桩施工技术不同,在存在厚层填土（夹块石、碎砼等不利埋藏物）、饱和液化砂土、软土、铁质胶结物等复杂地质中，长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩施工技术的特点在于先进行混凝土的压灌，再进行钢筋笼的插入，其中差别非常显著。利用这种技术进行施工，可以减少护壁等环节，降低施工污染和噪音，提高施工效率，对提升建设工程整体效益和质量具有积极作用。 长螺旋钻孔灌注桩的成孔和钢筋笼制作安装直接影响预应力施工的质量和施工进度。为此在钻孔成孔施工中，改进钻头结构，缩短钻进时间，保证能顺利穿越场地内各类土层。通过长螺旋钻孔灌注桩钢筋笼的加工方法，钢筋笼骨架的制作将钢筋笼前端尖锥成型用紧固钢圈固定；使用专用绕箍机对加强钢筋和螺旋筋的环绕以及钢筋笼的焊接，高效快捷的制作得到底部为尖锥型、规格误差较小、整体规范的长螺旋钻孔灌注桩钢筋笼，成型后的长螺旋钻孔灌注桩钢筋笼稳定、牢靠，放置时能保证振动力有效传导至钢筋笼底部，从而保证钢筋笼安装质量。 1.4 项目研究的先进性1、本技术总结的成孔技术，优先选用性能良好的长螺旋多功能钻机，采用合金截齿钻头钻进。钻进前进行精准测量放线定位，钻进过程采用垂球双向控制好钻杆垂直度，钻孔过程中严格按照1～1.50m/min钻进速度控制。成孔深度满足后，继续空转1min，以携带出孔内土量，保证桩孔成型质量和方便钢筋笼顺利沉放。 2、本技术总结的长螺旋灌注桩混凝土浇筑，混凝土塌落度应控制在180～220mm，混凝土浇灌前先将钻杆提升20-30cm，然后持续向孔内浇灌混凝土，钻杆提升速度与泵送速度相匹配，灌注提升速度控制在1.5m/min，料斗内混凝土量高出出料口40cm。混凝土浇筑面必须高于桩顶设计标高50cm以上，并确定混凝土面标高不在下沉为止，方可停止混凝土浇灌。 3、本技术总结的钢筋笼钢筋笼制作技术采用专用的钢筋笼绕箍机进行箍筋制作，侧面采用成品的预制圆形水泥块做为保护层，在钢筋笼端部主筋内侧焊接一根用12毫米钢筋制作的直径约100毫米的收口环，成型钢筋笼的端部锥度约60度，以保证钢筋笼安装质量。 1.5 项目研究的内容金沙湾力华花园项目位于湛江市赤坎区海滨大道北沙湾街道，金沙湾力华花园项目位于广州湾大道16号，总占地面积62127.14m2，该项目总建筑面积约344587.36m2,包括8栋主塔楼住宅、1栋酒店、1栋3层幼儿园和1层商业裙楼（局部4层）组成的超高层建筑群。存在厚层填土（夹块石、碎砼等不利埋藏物）、饱和液化砂土、软土、铁质胶结物等特殊性岩土。本工程塔楼基地下室基础、基坑支护采用螺纹灌注桩，桩径为600，桩身强度等级C35，ZH2为抗压桩兼抗拔桩，设计单桩竖向抗压承载力特征值为1400kN;单桩竖向抗拔承载力特征值700kN;端持力层为⑧层（中砂层;本工程地质情况复杂，施工时应结合地质情况估算，各桩实际桩长须通过施工勘察（超前钻），并结合现场施工实际情况而确定，要求一桩一钻，应钻至设计桩底持力层,且不小于1m深度;ZH1桩估计有效桩长约18～23m。 1.6 项目实施情况本项目研究进度计划如下： (1)、2021.6~2021.8 项目调研阶段 成立专题研究小组，对国内其他地区应用情况进行调研，确定项目研究路线与方法。 (2)、2021.9~2022.3 项目实施阶段 应用在施工项目，收集数据，为复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术编写做准备。 (3)、2022.4~2022.5 资料整理及成果总结阶段 项目从前期的调研、设计，到中间阶段的技术实施应用，都按计划顺利进行，目前正在进行技术总结，以及为后期的技术推广应用做准备。 1.7 项目实施效果本施工技术与常规钻孔灌注桩的工法相比，在面对复杂地质时，能确保桩身质量同时因其施工连续性好，成桩速度快，节约了大量工期，形成了较好的经济效益。 复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术应用在金沙湾力华花园项目的地下室基础工程和基坑支护工程，桩经600mm，总桩数约1405根，总桩长约42150m。 若采用传统旋挖灌注桩施工，计划工期为190天，现应用“复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术”，实际施工工期为155天，共缩短了工期45天。 通过长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术与传统的旋挖灌注桩进行经济效益比较，具体如下。 1、材料费 由于采用专业的绕箍机进行钢筋笼制作，减少钢筋的浪费，相比传统的制作方式，可节约钢筋5%，桩基础工程钢筋总用量949t。可节约的钢筋=949*5%=47.45t，每吨钢筋按4450元/t，可节约的材料为：4450*47.45=211152.5元。长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术的混凝土用量与旋挖桩一致，故无需比较。 2、机械、人工费。 若采用传统的旋挖灌注桩施工，机械配合、钢筋笼制安、浇筑混凝土、泥浆转运等工序的综合费用合计为245元/m。采用长螺旋后插钢筋笼施工技术，机械配合、浇筑混凝土、钢筋笼制安等工序的综合费用为233元/m。所以人工、机械费用可以节约的费用为（245-233）元/m*42150m=505800元 3、其他费用 采用传统的旋挖灌注桩施工，泥浆池砌筑及泥浆外运的费用约35万元。而长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术无需泥浆池及泥浆外运，故可以节省该项费用。 综上所述，可节约的费用合计：21.15万元+50.58万元+35万元=106.73元。取得显著的经济效益。 1.8 技术应用前景复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术是基于常规长螺旋钻孔灌注桩工艺进行改进的。随着施工技术的不断发展，人们对城市环境质量日益重视，沉管桩、夯扩桩、静压桩及部分深层搅拌桩因其噪声、振动、粉尘、泥浆排污及高成本等原因正逐步被长螺旋钻孔桩所代替。长螺旋钻孔灌注桩是2005年建设部推广的十项新技术之一，因其应用广泛，不受地下水位限制，所用混凝土流动性强，骨料分散性好，所用螺旋钻机既可钻孔又可压灌混凝土，操作简便，混凝土灌注速度快，成桩质量好，降低造价。但在复杂土质中，长螺旋钻孔灌注桩却难以保证成桩质量，而复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术，在原有常规长螺旋钻孔灌注桩基础上进行优化，解决了复杂土质的施工问题。在复杂地质中保证了施工质量、提高了施工速度等突出特点，在工程建设领域中将得到了广泛应用。 1.9 工作总结本研究以湛江金沙湾力华花园项目为依托，开展了“复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术”的研究工作。通过项目实践，打造出一套复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术，不仅可以提高工程质量，确保安全生产，改善文明施工，而且缩短了工程建设工期，节省施工成本，经济效益和社会效益均取得较好的效果。
二、技术研究报告2.1 概述随着社会经济的高速发展，人们对建筑结构设计的功能要求愈来愈高，地基基础类型发生了翻天覆地的变化，施工的要求不断更新，由此产生了许多新型的桩基础结构体系。在高层建筑中，不可避免地要施工钻孔灌注桩作为围护结构或抗拔桩、承重桩等。长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩施工技术的应用越来越广泛，和传统的灌注桩施工技术不同，长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩施工技术的特点在于先进行混凝土的压灌，再进行钢筋笼的插入，其中差别非常显著。利用这种技术进行施工，可以减少泥浆护壁等环节，降低施工污染和噪音，提高施工效率，对提升建设工程整体效益和质量具有积极作用。 采用传统长螺旋钻孔灌注桩在遇到复杂土质时，施工中难免会产生缩径、塌孔、难钻进，钢筋笼下沉难等质量问题。若在复杂地质施工过程中采用长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术，除能缩短施工工期、提高功效、保证钻孔灌注桩成桩质量外，且能避免因钻孔桩施工对周边环境产生污染、沉降等不良影响。 金沙湾力华花园项目位于湛江市赤坎区海滨大道北沙湾街道，金沙湾力华花园项目位于广州湾大道16号，总占地面积62127.14m2，该项目总建筑面积约344587.36m2,包括8栋主塔楼住宅、1栋酒店、1栋3层幼儿园和1层商业裙楼（局部4层）组成的超高层建筑群。本工程塔楼基地下室基础、基坑支护采用螺纹灌注桩，桩径为600mm，桩身强度等级C35，ZH2为抗压桩兼抗拔桩，设计单桩竖向抗压承载力特征值为1400kN;单桩竖向抗拔承载力特征值700kN;桩长约18-23m。 针对该项目场地内存在厚层填土（夹块石、碎砼等不利埋藏物）、饱和液化砂土、软土、铁质胶结物等特殊性岩土形成的复杂地质。根据工程特点采用长螺旋钻孔灌注桩，在长螺旋钻进成孔机械选择、混凝土浇灌、钢筋笼的制作和安放的工序上进行改进，克服了在复杂地质中易塌孔、难钻进，钢筋笼下沉难的问题，保证沉桩质量。本关键技术以金沙湾力华花园项目为主要研究对象。 2.2 关键技术的研究在复杂土质中长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼施工技术中，是针对项目存在深层淤泥、淤泥质砂土和坚硬的铁质胶结物的复杂地质，通过改变钻机设备，采用合金截齿钻头成孔，控制钻进速度，提高成孔质量。混凝土浇筑过程，钻杆提升速度与泵送速度相匹配。通过改进长螺旋钻孔灌注桩钢筋笼的加工方法，钢筋笼骨架的制作将钢筋笼前端尖锥成型用紧固钢圈固定；使用专用绕箍机对加强钢筋和螺旋筋的环绕以及钢筋笼的焊接提高钢筋笼刚度，解决了钢筋笼难插进的问题，保证钢筋笼安装的质量。 2.2.1 长螺旋钻机和钻头成孔技术 1、长螺旋钻机和钻头的选择 1）优先选用性能良好的长螺旋多功能钻机，采用合金截齿钻头钻进，将活动阀门与钻头满焊，在钻尖增加截齿，采用双螺旋加厚叶片，以保证成孔质量。
图1、采用合金截齿钻头及加厚叶片 2、钻进的速度控制 1）钻进前进行精准测量放线定位，钻进过程采用垂球双向控制好钻杆垂直度，钻孔过程中严格按照1～1.50m/min钻进速度控制。 2）成孔深度满足后，继续空转1min，以携带出孔内土量，保证桩孔成型质量和方便钢筋笼顺利沉放。 2.2 混凝土浇筑 1、复杂地层的长螺旋灌注桩混凝土浇筑，混凝土塌落度应控制在180～220mm，水泥用量不得小于360kg/m；桩身混凝土强度等级为C35，水灰比不宜大于0.45，水泥标号为42.5R。 2、当成孔至设计标高后，停止钻进。混凝土浇灌前先将钻杆提升20-30cm，然后持续向孔内浇灌混凝土，钻杆提升速度与泵送速度相匹配，灌注提升速度控制在1.5m/min，料斗内混凝土量高出出料口40cm。混凝土浇筑面必须高于桩顶设计标高50cm以上，并确定混凝土面标高不在下沉为止，方可停止混凝土浇灌。 2.3 钢筋笼改进 1、本次研究针对钢筋笼的制造进行了优化，通过采用专用的钢筋笼绕箍机进行箍筋制作，侧面采用成品的预制圆形水泥块做为保护层，保证厚度。
图2、钢筋笼箍筋制作采用专用钢筋笼绕箍机进行制作
图3、钢筋笼保护层成品的预制圆形水泥块 3、在钢筋笼端部主筋焊接一根用12毫米钢筋制作的直径约100mm的收口环，成型钢筋笼的端部锥度约60度，以保证钢筋笼安装质量，经过优化后的钢筋笼在与孔壁碰撞的时候能有效降低孔壁破坏，顺利完成钢筋笼下沉。
图4、钢筋笼端部在主筋外侧设置收口环，底部为尖锥型。 |
