高水位复杂区域抗拔桩“长螺旋法”施工工法

高水位复杂区域抗拔桩“长螺旋法”施工工法目前抗拔桩成桩技术已相对成熟，但随着滨海地区的开发，沿海地区地质条件差则面临着地基处理的一系列难题：地下水位高、砂性地层、淤泥质土、粉细砂处理深度深且砂层的击实标准值高，施工过程中容易出现砂层塌孔、断桩、单桩承载力低、沉降量大不能达到设计桩长等问题，成桩质量不易把控。泉州海湾大道项目，该工程位于福建省泉州市台商投资区，与泉州海域仅靠S201省道相隔，海水涨落潮对施工区域的地下水位有直接影响，地下水位0.6m，碎石桩的桩顶标高最低为-4.249m，勘孔地质结构层依次为中砂、淤泥质土、粉质黏土、中砂、全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩，属高水位区域饱水性地层，使用回旋钻和冲击钻等常见机械在该区域施工抗拔桩时常常出现塌孔现象。本工法1通过反向转动钻机钻杆，将桩孔内的原状土逐渐回旋出渣。在出渣的同时，实现同步灌桩桩基砼，区别于常规的泥浆出渣或者钢套筒掏渣；2通过改进螺旋钻头加装砼泵系统，利用泵入孔内的砼作为平衡桩基内外土压力差的填充料，实现取消传统桩基础施工的泥浆护壁或者依靠钢套管成桩的临时支护措施；3采用长臂螺旋钻机、混凝土地泵、罐车、振动器、吊车等设备配合施工，打破传统桩基施工的工序，实现快速成桩的方法。关键技术形成实用新型专利1项-一种抗拔桩的施工设备（ZL202021715715.2）已授权。图1-1抗拔桩平面布置图2.0.Ⅰ高水位区域饱水性地层成孔效率高，桩长17.5m的抗拔桩成孔时间由原来回旋钻机的4.5h提升至仅需45min。采用长螺旋钻机施工技术大大提高了施工工效，桩长17.5m的抗拔桩成孔时间由原来回旋钻机的4.5h节省至45min，平均每根抗拔桩钻孔节省了3小时45min的施工时间，这大大提高了饱水性地层中抗拔桩施工进度。使用长螺旋钻机施工与其它类型桩机相比，本项目的抗拔桩施工工期节约了三个月。2.0.2工艺无噪音、无振动、无泥浆，对环境友好。长螺旋钻杆施工不用泥浆护壁，不需要外购黏性土造浆；无泥浆排放，不会造成环境污染，不需要配备运浆车及泥浆处理池，对环保要求较高的地区特别适用。2.0.3成桩抗拔桩单桩承载力高，成桩质量好，不会产生缩颈、断桩等现象。本工法是在长螺旋钻到设计标高后，直接由钻杆中心管向桩底压灌砼，因此不存在孔底虚土，也不会产生缩径、断桩等传统钻孔灌注桩的一些易发问题。提高单桩承载力：由于没有护壁泥浆，因此砼与桩孔四周没有泥饼，非但如此，因为是压灌砼，所以砼与桩孔四周结合紧密，甚至砼中石子会嵌入桩孔四周土体，因此桩周摩阻增加，同时由于没有孔底虚土，因此桩端阻也比传统钻孔灌注桩要高。本工法适用于高水位区域饱水性一般粘性土、湿陷性黄土、淤泥质土，中细纱、砂软石土层采用钻孔压浆灌注桩工程，涵盖范围包括同等地质条件的所有建筑工程、公路工程、轨道工程。本工法是采用钻孔压浆灌注桩系用长臂螺栓钻机钻孔，在钻杆纵向设有一个高压灌注水泥浆系统，钻孔深度达到设计深度后，开动压浆泵，使水泥浆从钻头底部喷出，借助水泥的压方，慢提起，直至出地面后，移开钻杆，在孔内放置钢筋笼，再另外放入一根直通孔底的压力塑料管或钢管，并与高压浆管接通，向桩孔内设放粒径2～4cm碎石或卵石直至桩顶，再向孔内胶管进行二次补浆，把带浆的泥浆挤压干净，至浆液溢出孔口，不再下降，桩即告完成。该工艺本质上为干成孔钻孔桩原理。5.1施工流程图5.1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工前的准备工作施工前取得相应的地质勘测报告、桩基施工图，编制施工技术方案，对场地进行平整处理，保证“三通一平”即路通，水通，电通，场地整平并配置好相应的机械设备和施工人员，搭好临时设施，确保施工顺利进行。图5.2.1钢筋笼加工图5.2.1场地平整5.2.2测量放线定桩位根据桩基布桩图用全站仪放桩位，并用小木桩或钢筋头固定好桩的位置，之后进行桩位复核。图5.2.2-1测量员放样定桩位图5.2.2-2桩位复核5.2.3钻机钻孔钻机就位后，用铅锤检查钻机的垂直度，待检测合格后使得钻机平稳钻进，在钻孔过程中及时清除钻出的土方，整个过程中通过观测长螺旋钻杆的孔深标志直至其达到设计深度。图5.2.3-1对桩位及关闭钻头封口图5.2.3-2按设计桩长终孔5.2.4灌注混凝土钻机钻进至设计深度经各方验收之后便可灌注混凝土，灌注混凝土之前应先进行泵送设备的调试，开动压浆泵，使混凝土从钻头底部喷出。提钻头的速度应与泵送量相配合应匀速缓慢，以确保桩体的稳定。图5.2.4-1地泵输送混凝土图5.2.4-2清理钻孔挖出的土方所偏差应立即利用机械和人工进行调整，调整至合格后方可继续图5.2.5-1钢筋笼起吊图5.2.5-2钢筋笼对位5.2.6质量控制灌注桩所用的原材料和混凝土的强度必须设计及规范要求方可投入使用。成孔深度必须符合设计要求，在钻机撑杆侧面每隔0.5m用油漆做好刻度，钻杆钻进过程中以立柱上的刻度线为参照结合入孔原地面标高控制抗拔桩的入孔深度。浇筑后的桩顶标高、钢筋笼标高，必须符合设计要求。5.3劳动力组织表5.3劳动力组织情况表1164217131824251长螺旋法抗拔桩施工所涉及到的设备见下表：表6.1施工材料、设备表序号名称单位数量备注1长螺旋钻机台32桩架个13高压地泵HBT80台1用于桩基混凝土灌注核心设备4电焊机BX3台35装载机台16平板车台17钢筋加工设备套17.1质量控制标准7.1.1质量控制标准（1）《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）；（2）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF05—2020）；（3）《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）；（4）《建筑地基基础工程施工质量验收标准》（GB50202—2018）；（5）建筑深基坑工程施工安全技术规范》(GB50205—2013)。7.1.2质量保证项目（1）灌注桩用的原材料和混凝土强度，必须符合设计要求和施工规范的规定。（2）成孔深度必须符合设计要求，以摩擦力为主的桩，沉渣厚度严禁大于300mm；以端承力为主的桩，沉渣厚度严禁大于100mm。（3）实际浇筑混凝土量严禁小于计算体积。（4）浇筑后的桩顶标高、钢筋笼（插筋）标高及浮浆的处理，必须符合设计要求和施工规范的规定，即抗拔桩的混凝土超灌至桩顶标高0.5~1m，钢筋笼标高误差在±20mm以内，待桩基混凝土达到设计强度后破除超灌部分至设计桩顶标高。7.1.3允许偏差项目表7.1.2灌注桩的允许偏差和检验方法7.2质量保证措施7.2.1根据设计图纸，绘制布桩图，采用全站仪精确放样，并对桩间距进行复核。7.2.2现场设置临时弃土场，临时弃土场四周设置围挡及警示标志或采取其它封闭措施。7.2.3原材料进场前进行材料检测，检测指标合格后才可使用。7.2.4施工中应确保混凝土供应正常，桩基混凝土到场后方可开始钻孔，混凝土灌注至桩顶后立即进行钢筋笼的安插，否则不能结束一根桩基的施工。7.2.5抗拔桩的钢筋笼制作过程中每个加劲箍及箍筋必须焊接牢固，以防止钢筋笼安装过程中由于混凝土的阻力而脱落。7.2.6每次施工前均应进行桩机和高压地泵的调试工作，确保各构件能够满足施工需求。7.2.7对有关的技术、管理、质检及现场工人进行培训，保证有关人员熟悉工艺文件、技术要求、施工管理，从而保证加工制作过程控制的顺利进行。（1）非施工作业人员，不得进入施工现场，作业场所四周应设置隔离护栏，安设警示标识。（2）夜间施工必须保证施工现场照明充足，临时用电必须确保“一机、一箱、一闸、一漏”，供电线路必须架空敷设。（3）长螺旋钻机操作人员必须经专业培训和考核合格取得特种作业操作证后,方准上岗。班组不得安排未经安全教育的人员上岗，不得安排非熟练工或身体不健康的人员从事相关工种作业。（4）所有施工人员必须戴安全帽，特殊工种按规定带好防护用品。（5）钻机挪位及钢筋笼吊装过程中必须安排专人指挥，禁止违章操作。9.0.1水土污染防治措施施工期间严格遵守《中华人民共和国环境保护法》等有关规定。实施全过程污染预防和控制。尽可能减少或消除不利环境影响，切实保护好水环境质量。9.0.2噪声污染防治措施①根据国家和地方有关环保法规，严格控制施工期噪声排放量，施工场界噪声执行GB12523-2011《建筑施工场界噪声限值》。②加强施工期环境管理，合理安排施工工序，做到文明施工，减少噪音影响。10.1经济效益10.1.1本工法采用长螺旋钻机施工抗拔桩施工工艺，施工成本约252.6万元，主要是解决了砂层及砂土状强风化花岗岩地质条件容易塌孔和扩孔系数大的问题，且大大提高了施工效率，合计节约成本151.1万元，具体经济效益对比见下表：表10.1经济效益分析表45min场地内无孤石的情况下，能顺利成桩10.2社会效益经过工程实践，长螺旋法抗拔桩施工效率能够达到45min/根，单根桩比传统的回旋钻施工工艺施工节约3小时45min，项目抗拔桩总根数628根，总的节约工期9个月。本工法实施后饱水性地层抗拔桩成桩效率高质量好，无泥浆排放问题，社会环保效益明显。11.1泉州台商投资区海湾大道双山段道路景观工程11.1.1工程概况泉州海湾大道双山段道路及景观工程设计起点位于海灵大道东侧，道路全长3.5公里。场地地下水总体上由西北向东南径流排泄，根据场地地形地貌特征及区域水文地质资料，工程沿线地下水位的年变化幅度在约1~3m；桥梁冲刷线标高约为-1.0m。本工程抗浮设防水位标高为6.0米，部分位置结构埋深较深，不能满足结构抗浮的需要，需要设置抗拔桩，抗拔桩长度为12m~18.5m。11.1.2施工情况及工程评价采用本工法施工，所有抗拔桩均已顺利完成。本工程地处沿海地区，地下水位高，抗拔桩地质含中砂层、砂土状强风化花岗岩及路基液化处理的碎石桩，施工过程安全可靠，施工效率高，技术经济社会效益明显。11.2福州市城市轨道交通4号线一期工程第三标段城门站11.2.1工程概况城门站位于福州市仓山区福峡路以南，沿东西向规划螺洲路地下敷设。福峡路道路红线宽55米，为双向8车道，车流量大，规划螺洲路道路红线宽40米，规划为双向6车道，本站为地下3层双柱三跨岛式车站，车站与既有运营1号线站T形站厅换乘。车站左线起点里程ZDK45+173.052，右线起点里程YDK45+173.632，有效站台中心里程Y