螺旋挤土成孔技术在预应力管桩施工中引孔工法（新工法）

原标题：螺旋挤土成孔技术在预应力管桩施工中引孔工法

深圳建筑业协会 （SZSJGF008-2011）

完成单位：深圳市工勘岩土工程有限公司　深圳市大正业工程机械有限公司

主要完成人：张超 雷斌 李红波 张中光 于亮

1 前言

1.1 形成原因

预应力混凝土管桩因其桩体强度高、施工速度快、现场文明施工条件好、便于检测等优点，已被广泛应用于建（构）筑物桩基础工程中。随着预应力管桩应用的普及，以及深圳地区场地地层的特殊性，预应力管桩施工中经常遇到难以穿越的复杂地层，如致密砂层、砂砾层、卵石层，以及块状强风化层、中风化硬夹层等。

为解决预应力管桩施工中困难和障碍，此时需要进行辅助引孔施工。采用常规的钻孔、冲孔工艺引孔，存在成孔直径偏大、施工速度慢、泥浆护壁使得现场文明施工管理困难、引孔成本高等问题；当采用长螺旋引孔时，受地下水位的不利影响，容易造成塌孔，且长螺旋在硬层中钻进困难。为了寻求更快捷高效的新工艺新方法，节省投资，加快施工进度，保证施工质量，我们通过采用螺旋挤土成孔技术在预应力管桩施工中引孔技术，较好地解决了预应力管桩在复杂地层施工中引孔施工难题。

螺旋挤土成孔采用“上部为圆柱型、下部为螺丝型”组合钻具，低钻速钻进，施工时噪音低、无振动、无泥浆污染和弃土。通过现场引孔工艺对比试验，适用于粘性土、粉土、砂土及软土，并能有效穿过卵石层、砂砾层和强风化层岩层。采用“螺旋挤土成孔技术”进行引孔，可以将管桩顺利沉入持力层。螺旋挤土引孔时，成孔直径与预应力管桩相匹配，能一次性快速完成引孔，为预应力管桩引孔施工提供了良好途径。

1.2 工法应用

1.2.1 专利技术2003年申请发明专利，名称为“半螺丝桩及其成桩工法”，该技术包括：螺旋挤土成孔、灌注成桩工艺及基桩机设备，并于2005年获得专利。

1.2.2 技术推广建设部科技发展促进中心于2005年将“半螺丝桩及其成桩工法”列为全国建设行业科技成果推广项目，广州建设新技术推广站于2008年将“螺旋挤土灌注桩及其制作设备”列为新技术、新新产品、新设备、新材料推广项目。

1.2.3 工程应用自2005年以来，利用“螺旋挤土成孔技术”在预应力管桩施工中引孔，已在深圳平湖企业城、深圳市莹展电子科技有限公司宿舍和仓库、深圳市龙岗体育新城安置小区、东莞市金达照明员工宿舍、东莞三元里商业大厦、广东龙门江湾大酒店商业大厦等数十个预应力管桩项目引孔施工中应用，创造了良好的经济效益和社会效益，具备广泛推广价值。

2 特点

2.1 施工速度快

螺旋挤土灌注桩机效率高，引孔速度快，一根15～20m的桩，一般成桩时间40～60分钟，一天可完成12～18根左右。

2.2 地层适用性强

螺旋挤土成孔可适宜于软土、粘性土、砂性土、砂层、卵石层、粒径小于200mm的砂砾层和块状强风化岩层，对地层的适应性强。

2.3 工艺简单

螺旋挤土灌注桩机在钻机电机带动下，在钻具钻进过程中，对桩周地层产生挤密效应，将岩土体挤压至桩孔周边的土体中，工艺相对简单，钻进操作方便。

2.4 引孔效果好

采用螺旋挤土成孔，对桩孔周边土层产生一定的挤密作用，挤密效应使得引孔孔形较规整。

2.5 设备简便

引孔机械设备主要为步履式桩架、液压系统和钻杆；桩机采用液压自行系统，不需要另配吊车移位；运输、拆、装方便，能下基坑，能打边桩、角桩。

2.6 环保

引孔时采用挤土成孔，无泥浆污染、无振动、无噪音、无环境污染，可24小时作业。

2.7 造价相对低

螺旋挤土引孔工艺简单、引孔速度快，其造价较低，是采用冲击钻机、回转钻机引孔的30～40%。

3 适用范围

3.1 螺旋挤土引孔技术适用于软土、粘性土、砂性土、砂层、卵石层、砂砾层和强风化岩层等。

3.2 适用于直径φ500mm、φ600mm预应力管桩引孔施工。

3.3 不受地下水的影响。

3.4 一般地层引孔深度18～22m，边桩施工工作距离0.5m，角桩施工的工作面距离1.6m。

4 工艺原理

螺旋挤土成孔采用螺旋挤土灌注桩机具施工，其钻具在动力系统的作用下，对其施加大扭矩及竖向力，借助钻具下部长约5m段特制的粗螺旋挤扩钻头，以3～5转/min慢速钻进，将桩孔中的土体完全挤入桩周，最终形成圆柱形或螺旋形的桩孔。短螺旋挤扩钻头根据预应力管桩的设计桩径进行合理选用，保证引孔直径，以满足预应力管桩顺利施工。

5 施工工艺流程和操作要点

5.1 施工工艺流程

螺旋挤土成孔技术在预应力管桩施工中引孔施工工艺流程如图5.1-1所示。

图5.1-1 螺旋挤土技术在预应力管桩施工中引孔工艺流程框图

5.2 施工准备

5.2.1 资料及现场准备

(1)收集引孔区场地岩土工程勘察报告，掌握引孔桩位地层分布。

(2)清除场内妨碍施工的障碍物和地下隐蔽埋设物。

(3)做好施工用水、电、道路及临时措施。

5.2.2 施工机具、材料准备

(1)正式施工前，桩机进行试运转，通过人机界面检查每个机电系统的运转是否正常。

(2)检查钻具，对磨损部分进行修补。

(3)调垂直钻杆，检查钻头阀门是否正常，关好阀门，预紧钢丝绳。

5.2.3 技术准备

(1) 按有关标准、规范和设计文件编制专项施工方案，并报监理审批。

(2)根据施工要求做好图纸会审和交底工作。

(3)接收并复核测量控制点坐标、水准基点高程，办理复核、移交手续。

5.2.4 劳动力准备

(1)主要作业人员：螺旋挤土桩机操作工、测量人员、记录员、杂工等。

(2)机械操作人员必须经过专业培训，并取得桩机工资格证书；主要作业人员已经过安全培训，并接受了质量、安全技术交底。

5.3 操作要点

5.3.1 场地平整

(1)对施工场地进行平整处理，修筑临时道路，以确保运输车辆通行，保证设备入场就位。

(2)对局部软弱部位换填，保证场地密实、稳固，确保桩机施工时不发生偏斜。

5.3.2 桩位测量定位

(1) 根据场地控制点坐标，按照施工图纸给定的座标，进行桩位测放定位，并用木桩锤入土层做好标记，木桩突出地面10～20cm，并系上线绳作为标记，在桩位处撒白灰。

(2)测量出的桩点位置、标高记录在册，将控制轴线点引至安全位置予以保护，以便恢复轴线及检查使用。

(3)桩位测量完成后，提交监理工程师复核，无误后交现场使用。桩位测量误差严格控制在规范要求和设计要求范围内。

5.3.3 桩机安装、就位、调试

(1)设备吊装由专人指挥，做到平稳，轻起轻落，非作业人员撤离作业范围。

(2)引孔钻机就位后，采用液压系统调平，用掉锤校正水平度，确保始终保持桩机水平。

(3)设备安装就位后，将短螺旋钻头对准桩位，保持钻头与桩位中心重合，再将桩机调平，确保施工中不发生偏斜和移位。

(4)桩机安装完成后，进行现场验收。

5.3.4 钻进

(1)钻头对准桩位点后启动钻机， 根据不同的桩径、地层，采取不同的钻速钻进。当预应力管桩桩径为φ400mm时，钻具转速为：6转/分钟；当桩径为φ500、600mm时，钻具转速为：2～3转/分钟。

(2)开孔时，采用慢速钻进，利于孔口地层挤密，保护孔口稳定。

(3)当动力头工作电流值小于140A时，桩机正常螺旋钻进，钻进到达设计引孔深度终孔。

(4)当动力头工作电流值大于140A（如进入到密实性粘土、密实砂层、砂砾层、卵石层、块状强风化岩层）时，钻机螺旋钻进速度较慢，此时采用加压措施：

1）放松主卷扬的上提钢缆；

2）设定旋转速度为2～3转/分钟，同时手动加压，即通过拉紧下拉钢缆使桩机的前支撑或前步履离开地面（最大不高于100mm），钻进至设计深度后收钻。

3）当下钻过程动力头工作电流值大于140A，通过加压方式仍钻进困难，应初步判断可能碰到坚硬块石、漂石或岩石风化球；此时应停止钻进，报告工程业主、设计和监理，共同研究解决方案。

(5)施工过程中应经常注意查看主卷扬钢缆松紧情况，不得过松或过紧。

(6)钻机钻进过程中，派专人做好现场施工记录，包括：引孔桩号、桩径、孔深、孔底地层情况、施工时间等。

5.3.5 提钻

(1)钻进至设计引孔标高后收钻，按退桩操作按钮，钻具反向旋转，同时调整钻杆上提速度为下钻速度的1.5～2.0倍。

(2)提钻过程中，如出现塌孔埋钻现象，则将钻具拔出，回填粘土超过塌孔段2.0m以上，重新进行钻进成孔。

(3)当提升过程中动力头工作电流小于50A时，钻杆停止旋转，直接提钻具至地面后停机。

5.2.6 预应力管桩机就位与施工

(1)引孔分区、分片进行，以利于预应力管桩分批进行施工。

(2)一般当日完成的引孔，当日完成预应力管桩施工。

(3)当完成的引孔无法及时进行预应力管桩施工时，则对引孔进行回填砂处理。

6 设备机具

6.1 设备机具选择

6.1.1 钻孔机具选用螺旋挤土灌注桩机-90型打桩机，桩机包括主机架、动力头、操纵室、液压系统及电力系统等，圈套钻机功率约90KW。6.1.2 根据预应力管桩桩径选择对应的同径短螺旋钻头，以满足预应力管桩引孔的需要。

6.2 设备机具配套

螺旋挤土灌注桩机引孔施工机械设备配套见下表6-1示。

表6.2-1　　螺旋挤土灌注桩机引孔施工机械设备配套表

7 质量控制

7.1 质量控制要点

7.1.1 桩位偏差

(1)测量定位、放线、复核工作由测量工程师负责，并对测量仪器定期检查；

(2)施工前，对已放线定位的各桩位置重新复核一次，并请甲方监理验线复核签字认可；

(3)施工过程中，及时校核桩位，采用仪器测放或用钢尺现场量测各相邻桩位相对位置确认；如发现偏差超标，及时调整。

(4)做好测量定位放线的原始资料，形成的定位、放线成果资料用书面形式报监理和甲方复核检查；

(5)钻机就位时，认真校核短螺旋钻头的对位情况，如发现偏差超标，及时调整。

7.1.2 桩身垂直度

(1)钻机就位前，进行场地平整、压实，防止钻机出现不均匀下沉导致引孔偏斜。

(2)钻机用钻杆支架上的掉锤校核水平，用液压系统调节支腿高度。

(3)引孔时，从夹角900的两个方向用吊线锤对桩身垂直度进行复核，确保垂直度满足设计和规范要求。

7.1.3 引孔

(1)引孔深度严格按设计要求，以满足预应力管桩设计桩长。

(2)引孔过程中，控制钻杆的钻速；派专人观察钻具的钻速是否异常，钻具是否有偏斜的现象；若出现异常情况应分析原因，及时采取措施。

(3)当动力头工作电流大于140A时表示钻尖已进入较硬的土层，靠螺牙在旋转时产生的拉力不能使钻杆形成自攻钻进，此时采用不同步方式；设定旋转速度为3转/分钟,同时手动加压使钻杆钻入土中；当钻到设计标高后，停止钻进。

(4)引孔终孔深度如出现异常（短桩或超长桩），及时上报设计、监理进行妥善处理，可采取超前钻预先探明引孔地层分布。

7.2 螺旋挤土灌注桩机引孔质量检验标准

螺旋挤土灌注桩机引孔质量检验标准符合表7.2-1规定。

表7.2－1　螺旋挤土灌注桩机质量检验标准

8 安全措施

8.1 施工过程的安全要符合国家现行标准《建筑施工安全检查标准》（JGJ59）的有关规定。

8.2 施工机械的使用应符合《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33）的规定。

8.3 施工临时用电应符合《施工现场临时用电安全技术规定》（JGJ46）的规定。

8.4 机械设备操作人员必须经过专业培训，熟练机械操作性能，经专业管理部门考核取得操作证后上机操作。

8.5 作业前，检查机具的紧固性，不得在螺栓松动或缺失状态下启动。作业中，保持钻机液压系统处于良好的润滑。

8.6 经常检查各种卷扬机、起重机钢丝绳的磨损程度，并按规定及时更新。

8.7 钻进前，利用桩架上的掉锤，调整钻杆的垂直度。

8.8 桩机移位时，设专人现场统一指挥，无关人员撤离现作业现场，避免发生桩机倾倒伤人事故。

8.9 当施工场地范围分布高空管线时，须保持桩机与管线的安全施工距离，或报设计单位调整桩位，避开高空管线对施工的影响。

8.10 机械设备操作人员和指挥人员严格遵守安全操作技术规程，工作时集中精力，不擅离职守。

8.11 机械设备发生故障后及时检修，严禁带故障运行和违规操作，杜绝机械事故。

8.12 现场所有施工人员按要求做好个人安全防护，爬高作业时系好安全带,特种人员佩戴专门的防护用具。

8.13 现场用电由专业电工操作，持证上岗；电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器。现场用电电缆驾空2.0m以上，严禁拖地和埋压土中，电缆、电线必须有防磨损、防潮、防断等保护措施。电工有权制止违反用电安全的行为，严禁违章指挥和违章作业。

8.14 对已施工完成的引孔，采用孔口覆盖、回填泥土等方式进行防护，防止人员落入孔洞受伤。

9 环保措施

9.1 施工过程的环境保护符合国家现行标准《建筑施工现场环境与卫生标准》（JGJ146）的有关规定。

9.2 施工前制定建筑物、地下管线安全的保护技术措施，并标出施工区域内外的建筑物、地下管线的分布示意图。

9.3 施工前对周边建筑物、管线进行调查摸底，制定监测方案，对需重点保护的建筑物、管线应进行必要的评估，防止施工挤密作用造成的负面影响。

9.4 现场集水挖设排水沟、集水井、沉淀池，经处理后排入市政管道，严禁随意排放。

9.5 所有机械设备采取措施，防止漏油污染。

10 效益分析

10.1 社会效益

螺旋挤土成孔技术引孔在预应力管桩硬夹层引孔先后在深圳平湖企业城、莹展电子科技有限公司宿舍和仓库、东莞三元里商业大厦等预应力管桩基础工程中使用，均取得了较好引孔效果；同时，大缩短了处理工期,为投资方节省投资成本,得到了广泛好评。

10.2 经济效益

现以深圳平湖综合企业城工程为例：

平湖综合企业城总占地面积约50000m2，总建筑面积158321.2m2，基础设计采用直径500mm锤击预应力管桩。经探明共240根遇强风化细砂岩夹层，局部夹层厚5.1m，造成管桩施工困难。经估算，最大引孔深度约18m，平均单桩引孔深度约16m，引孔总进尺3840m。如采用冲孔桩引孔，冲孔桩单价按950元/m(含泥浆外运、水电)计，需费用3648000元；一台冲孔桩机按1.5孔/台，共需要施工时间约36天。

针对本项目的特点，采用螺旋挤土成孔机引孔施工，进场1台引孔桩机，每天实际引孔10孔，施工工期24天完成全部引孔任务；引孔单价按220元/m计，引孔费用844800元。螺旋挤土引孔与冲孔费用相比节约投资2803200元，缩短工期12天，经济效益和社会效益显著。

11 应用实例

11.1 深圳平湖综合企业城预应力管桩引孔工程

11.1.1工程概况

平湖综合企业城总占地面积约50000m2，总建筑面积158321.2m2，基础设计采用直径500mm静压预应力管桩。2009年6月进行预应力管桩施工。

11.1.2桩基础设计

基础设计采用直径500mm预应力管桩，桩端持力层为强风化细砂岩。

11.1.3 硬岩夹层分布情况

预应力管桩施工过程中，发现强风化细砂岩夹层，造成管桩施工困难。经钻孔探明，强风化细砂岩夹层厚度不均，夹层厚度在1.2～5.1m间。场地地层分布情况见下图11.1.3-1示。

图11.1-1 场地钻孔地质柱状图

11.1.4预应力管桩引孔施工情况

经分析论证，引孔采用螺旋挤土灌注桩机技术，进场一台引孔桩机，配备一台引孔桩机，每天实际引孔10孔，最大引孔深度18m，施工工期24天完成全部引孔任务。在后期预应力管桩施工过程中，静压预应力管桩顺利穿越硬性夹层。

11.1.5施工现场相关照片

图11.1.5-1　引孔施工现场全景图

图11.1.5-2　引孔主要机械－引孔桩机

图11.1.5-3　引孔主要设备－短螺旋钻头和钻杆

11.2 莹展电子科技（深圳）有限公司7号宿舍、8号仓库预应力管桩工程

11.2.1 工程概况

莹展电子科技（深圳）有限公司7号宿舍、8号仓库位于深圳龙岗区坑梓镇龙田同富裕工业区莹展工业园内。

11.2.2 桩基础设计

该工程桩基础设计为预应力管桩，管桩直径500mm，桩长不小于16m，桩数250根；工程于2009年10月开工，工期50天。

11.2.3 地层分布情况

本工程场地主要地层为：人工填土、中细砂、砂质粘性土、强风化砂砾岩、中（微）风化砂砾层，中细砂夹层对预应力管桩施工造成较大影响。

11.2.4 预应力管桩引孔施工情况

施工过程中，部分场地分布中细砂夹层较厚，夹层厚度1.50～3.8m，共140根预应力管桩需要预先引孔。引孔采用螺旋挤土引孔技术，开动1台引孔桩机，施工时间约12天，顺利完成引孔任务。

11.2.5 施工现场相关照片

图11.2.4－1　螺旋挤土引孔施工中

图11.2.4-2　螺旋引孔孔口情况

11.3 东莞市金达照明员工宿舍预应力管桩工程

11.3.1 工程概况

东莞市金达照明员工宿舍由东莞市金达照明有限公司投资建设，拟建场地位于东莞市望牛墩东莞市金达照明有限公司厂区内，基础采用冲孔灌注桩和预应力管桩。2010年10月开工。

11.3.2 桩基础设计

本工程预应力管桩设计直径500mm，桩数460根。根据设计要求进入强风化泥岩层不小于2.0m。本场地强风化泥岩的实测标贯平均击数达到75击，预应力管桩无法进入持力层，施工难度大，需进行引孔施工，引孔的桩数共计220根。

11.3.3 地层分布情况

本工程场地地层揭露的地层自上至下主要为：人工填土、砂质粘土、强风化泥岩、中风化泥岩。强风化泥岩为硬质岩层，标贯击数大，钻进难。其现场地层照片见图11.3.3－1示。

图11.3.3-1　场地地层照片

11.3.4 预应力管桩引孔施工情况

引孔采用螺旋挤土灌注桩机技术，进场引孔桩机1台，引孔深度4.2～15.0m。管桩引孔施工时间约20天。

11.3.5 施工现场相关照片

图11.3.5-1　螺旋挤土桩机与预应力管桩机配合施工全景图

图11.3.5-2　引孔桩机移位

图11.3.5-3　引孔桩机就位

图11.3.5-5引孔桩机用吊锤调整桩机垂直度

图11.3.5-6　开始引孔

图11.3.5-7　引孔过程中孔口挤土状况

图11.3.5-8　引孔钻头拔出孔口状况

图11.3.5-9螺旋挤土引孔完成后孔口情况

图11.3.5-10　引孔完成后预应力管桩施工

来源：旋挖园

来源：聚航工程机械