多节钻扩灌注桩施工方法

张超

摘要：多节钻扩灌注桩施工方法，包括如下作业步骤：①依次进行平整施工场地，桩位放样和护筒埋设作业；②钻机就位对中、整平；③钻孔、多节扩孔、直至设计孔底深度；④实施第一次清孔；⑤将钻扩装置和排浆管提出钻孔外；⑥下放钢筋笼；⑦下放灌注导管；⑧由灌注导管实施第二次清孔；⑨水下灌注混凝土；⑩多节钻扩灌注桩成桩、养护。它实现多节钻扩灌注桩成孔施工由一台机械完成并一气呵成，改写了现有技术由多台机械交替施工，施工效率低、施工质量难以保障的历史，将变径灌注桩施工技术推向了一个崭新高度。上述施工方法既能够确保成桩质量，也能够大幅度提高施工效率，为多节钻扩灌注桩的推广和应用奠定了坚实基础。

关键词：多节钻扩灌注桩；施工方法

背景技术

泥浆护壁钻孔灌注桩最早出现于国外，已有100多年的历史，在我国也是使用最早、最广泛的桩型之一。在泥浆护壁钻孔灌注桩的基础上又产生出变径灌注桩，如钻孔扩底灌注桩、旋扩桩及挤扩灌注桩等。多节钻扩灌注桩亦属于变径灌注桩范畴，这一类型的桩是利用相同面积的端阻远远大于侧摩阻的原理，在桩身设置数个扩大头（扩径体），借以达到大幅度提高单桩承载力，节省桩基工程造价之目的。

在上述桩型中，对于扩大头（盘）腔的成型，前两种采用钻扩施工工艺，最后一种则采用挤扩施工工艺。

1、钻孔扩底灌注桩（简称扩底桩），是先由钻机钻孔到设计深度，然后，提钻更换成扩孔钻头再次下放至孔底，通过给钻杆施压撑开扩孔钻头的扩孔刀刃，并使之旋转切削地层扩大孔底直径，成孔后放入钢筋笼，放入导管清孔，灌注混凝土形成扩底桩。

钻孔扩底灌注桩的技术缺陷表现在：a、通常情况下，扩底桩只在孔底旋扩一个承力盘，对单桩承载力的提高十分有限。b、更换扩孔钻头费工费时，施工效率太低。c、扩大头腔形状控制及扩大头腔内沉渣清理难度较大。e、技术和经济优势不够明显，很少有工程采用此种桩型。

2、旋扩桩，是近几年才出现的变径灌注桩新桩型。旋扩桩的技术缺陷表现在：a、专用旋扩设备只具有单一的盘腔成型功能，成桩过程需要多种机械交替施工，相互干扰大。b、盘腔成型施工过程中有大量的沉渣掉入孔底，需要钻机二次回钻进行第一次清孔，必将增加对孔壁的刮擦破损。c、旋扩装置实施旋扩作业时没有旋转支撑点，使之处在极不稳定的悬吊状态下旋转切削孔壁土体，难以成型与钻孔中心一致的标准形状的成力盘腔体，且施工效率难以提高。e、多种机械交替作业施工质量难以控制，施工进度慢的弊端表露无疑。

3、挤扩灌注桩，即指挤扩支盘桩和DX桩。

综上所述，可以看出现有技术施工变径灌注桩需要多种施工机械和设备交替施工，即钻孔、扩孔和清孔三道工序需要更换不同的施工设备来完成；多种施工机械交替作业将本已紧凑的施工过程变得繁杂，设备调度及质量监控难度大，施工进度受到严重制约；承力盘（扩大头）成型效果难以达到预期的目标，盘底沉渣难以清除，成孔、成桩质量不够稳定；施工设备及施工工艺的缺陷，使得上述桩型的技术、经济优势并不突出，制约了其应用范围。

技术方案

多节钻扩灌注桩施工方法，它在钻孔、扩孔和第一次清孔过程中始终进行泥浆泵吸反循环，可确保钻孔和扩孔过程中的沉渣可快速由钻孔内排出。另外，在钻孔、扩孔和第一次清孔三个工序完成后，才需将钻扩装置提出钻孔外，而三个工序切换时，钻扩装置始终在钻孔内，从而，可大幅缩短工期，提高工作效率。当钻孔深度至扩大头设计位置时，可操控钻机随即进入扩大头腔的扩孔作业状态，而扩大头腔的扩孔作业结束后又可操控钻机转入到钻孔作业状态，且在钻孔和扩大头腔的扩孔作业过程中泥浆泵吸反循环仍在持续运行之中。如上所述，令钻机在钻孔作业状态和扩孔作业状态之间交替转换，实施多节钻扩灌注桩的成孔施工并实施第一次清孔。而后续下放钢筋笼和灌注混凝土工序施工，既可以由钻机接续完成，也可以让其它施工机械来承担。

多节钻扩灌注桩施工方法包括如下作业步骤：

①依次进行平整施工场地，桩位放样和护筒埋设作业；

②钻机就位对中、整平：将钻机移动至桩位处，让钻机钻扩装置的钻头尖部对准护筒内的桩位中心点并整平机架，以便钻头能在桩位正中心处开设钻孔；钻机对中整平后要将钻机的机架腿或其它与地面的接触部位垫稳、压实，以防在钻进施工过程中设备发生倾斜或偏位；在桩位一侧挖设泥浆池和泥浆沟；

③钻孔、多节扩孔、直至设计孔底深度：

a）开钻前应向泥浆池和护筒内注满水或已经调制好的泥浆液以形成泥浆，并使泥浆池能通过泥浆沟与钻孔联通；泥浆池内的注水面高度或泥浆液面高度以满足钻机正常钻扩施工需要为宜，以便泥浆的量足以形成“泥浆池——泥浆沟——钻孔——排浆管——泥浆池”这样一个首尾相接的泥浆泵吸反循环、沉渣置换系统；设置排浆管，利用排浆管联通钻孔和泥浆池；

b）启动泵吸反循环系统：开启砂石泵或离心泵，使泥浆形成“泥浆池——泥浆沟——钻孔——排浆管——泥浆池”的泥浆泵吸反循环；以便循环积聚至钻孔孔底的沉渣，使沉渣随泥浆被排浆管吸口强力吸入其内腔，获得以高出钻孔内泥浆下行数十倍的上返速度；高速上行的泥浆具备强有力的携带泥砂和大颗粒沉渣的能力，能够快速将沉渣排向孔外的泥浆池中，沉渣被置换沉淀到池底，较为稀疏的泥浆液则又回流进入到孔内，沿排浆管和钻孔的孔壁间的空间流向钻孔的孔底；返回孔底的泥浆重新带动孔底的沉渣一起又被排浆管的吸口强力吸入其内腔；泥浆如此这般循环，可连续不断的清理钻孔孔底的沉渣；“泥浆池——泥浆沟——钻孔——排浆管——泥浆池”的泥浆泵吸反循环贯穿整个步聚③；

c）钻孔：当泵吸反循环系统启动之后，马上操作钻机令钻杆带动钻扩装置转动，由此带动钻头切削、破碎桩位处的岩土以形成钻孔，钻头钻进时所产生的沉渣进入泥浆泵吸反循环，最终被置换到泥浆池内沉淀下来，较为稀疏的泥浆液则又回流进入到钻孔内继续参与循环；此时，钻机处于钻孔作业状态，直至钻头钻至扩孔位置时，停止钻孔开始扩孔；排浆管随钻扩装置同步竖向移动；

d）扩孔：当钻头钻进至第一个扩大头腔设计深度时，即进入第一个扩孔位置时，控制钻机的钻扩装置的旋扩臂转动并缓慢向外扩张，旋扩臂在转动并向外缓慢扩张的过程中切削、破碎钻孔孔壁的岩土而最终形成一个扩大头腔体；扩孔作业时所产生的沉渣被旋扩臂外侧导流收拢至钻孔的孔径范围内，沉渣随着泥浆下行至钻孔孔底，又被排浆管吸口强力吸入排放到泥浆池，沉渣被置换沉淀到池底，较为稀疏的泥浆液则又回流进入到孔内继续参与循环；此时，钻机进入第一个扩大头腔的扩孔作业状态；

e）当第一个扩大头腔的扩孔作业至达到最大扩大头腔直径和外沿高度时，该扩大头腔的扩孔作业即告结束；此时可操作钻机令旋扩臂缓慢收回复位，同时，钻机再一次转入到钻孔作业状态；如此重复c）、d）和e）的操作工序，连续施行钻孔、扩孔作业，直至完成该桩设计的钻孔深度和所有扩大头腔的扩孔作业；在上述钻孔、扩孔过程中泥浆泵吸反循环在持续不断地运行之中；

④实施第一次清孔；

当钻机钻进至设计钻孔设定深度时，停止钻头旋转，仍然保持泥浆泵吸反循环运行状态，此时，钻机进入第一次清孔施工作业；

⑤将钻扩装置和排浆管提出钻孔外：步骤③结束后，将钻杆上提并逐节卸掉，最后，将位于钻杆下部的钻扩装置和排浆管一起提出钻孔外后将钻机移动到另一个桩位位置，以便继续进行另一个多节钻扩灌注桩成孔施工；腾出钻孔孔口空间以方便其它施工设备来下放钢筋笼、下放导管和灌注混凝土；腾出钻孔孔口之后，进行孔径、孔深及扩大头直径、位置检测；

⑥下放钢筋笼：

⑦下放灌注导管：导管壁厚不应小于3mm，直径为200mm至250mm，直径制作偏差不超过2mm，导管的分节长度为每节长2.5m，位于导管最下端的一节称为底管，底管长度不宜小于4m；导管入孔前应试拼接和试压，以保证连接后整根导管垂直，试水压力可取0.6Mpa至1.0Mpa，使用时不破不漏；导管下放入钻孔后其位置应保持居中，导管下口距孔底约0.5m；

⑧由灌注导管实施第二次清孔：沉放钢筋笼之后，采用导管正循环或泵吸反循环方式清孔，即为第二次清孔；持续清孔时间视孔径、孔深情况及孔底沉渣的厚度而定，一般情况下不少于20分钟，清孔过程中可时常上提或下放导管，以使孔底沉渣的清理厚度在100mm以内；

⑨水下灌注混凝土；

⑩多节钻扩灌注桩成桩、养护；混凝土灌注成桩后，应对桩头采取必要的防护措施，并安排专人洒水养护，以确保成桩质量。

有益效果

钻机钻孔、多节扩孔和第一次清孔为一个密不可分的施工工序组合，无论在各个功能转换之间或各工序的作业过程中，泥浆泵吸反循环系统运行均不需要中断，从而实现多节钻扩灌注桩成孔施工由一台机械完成并一气呵成，改写了现有技术由多台机械交替施工，施工效率低、施工质量难以保障的历史，这已成为多节钻扩灌注桩施工技术的一大创新，将变径灌注桩施工技术推向了一个崭新高度。上述施工方法既能够确保成桩质量，也能够大幅度提高施工效率，为多节钻扩灌注桩的推广和应用奠定了坚实基础。