高荣辉
中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0025-02
1.前言
扩底灌注桩是底部直径大于上部桩身直径的灌注桩。AM工法旋挖取土液压扩底灌注桩主要的扩底技术是旋挖机配套伞式扩孔钻头为主，先以旋挖转头挖掘出直桩，然后采用液压伞式扩孔钻头形成扩底桩头。提高了桩体承载力的可靠度和经济性，且兼有受压和抗拔承载能力。
通过武汉地铁8号线竹叶山站应用的AM工法旋挖取土液压扩底灌注桩施工；对桩体抗拔承载能力提高和节约工期等方面，取得了成功。
2.工法特点
采用AM工法旋挖取土液压扩底灌注桩施工技术，提高了桩体抗拔承载，能有效的减少桩数，成孔深度深，垂直度高，提高了施工效率，具有一定的社会经济效益。
3.适用范围
该工法适用于（1-1）杂填土、（1-2）素填土、（1-3）淤泥、（3-1）粘土、（3-4）淤泥质粉质粘土夹粉土、粉砂、（3-5）粉土夹粉砂、粉质粘土、（4-1）粉砂、（4-2）粉细砂、（4-3）中粗砂夹砾卵石、（15d-1）强风化砂砾岩、（15d-2）中风化砂砾岩。
4.工艺原理及关键技术
AM工法旋挖取土液压扩底灌注桩主要的扩底技术是旋挖机配套伞式扩孔钻头为主，先以旋挖转头挖掘出直桩，然后采用液压伞式扩孔钻头形成扩底桩头。提高了桩体承载力的可靠度和经济性，且兼有受压和抗拔承载能力。由于抗拔承载力的提高，有效减少桩数，同时AM工法成孔深度深，垂直度高，施工周期节省一半，具有明显的经济效益。
关键技术：AM工法旋挖取土液压扩底灌注桩主要施工方法；AM工法主要施工技术；施工技术措施。
5.施工要点
5.1 AM工法旋挖取土液压扩底灌注桩施工方法和步骤
（1）施工概述
1）本工程AM工法旋挖取土液压扩底灌注桩采用一台徐工360旋挖机配套伞式扩孔钻头进行施工，该机既可以进行原始土挖掘钻机成孔，也可以在等径桩成孔达到设计后进行扩孔成孔作业施工，利用人工造浆护壁工艺。
2）AM工法旋挖取土液压扩底灌注桩施工要求严格遵照国家标准进行。
（2）放桩位线
1）根据设计院提供的桩位坐标数据放出工程桩桩位中心，做好保护及复核，并请监理单位进行现场复核。
2）工程桩桩位中心点处用红漆做出三角标志。
3）工程桩桩位放好后应及时处理保护，打好十字控制桩并做好保护措施。
（3）钻机定位
1）钻机定位时，为保证旋挖钻机的稳定性，改善施工作业场地的地质条件，在钻机履带下垫9m×1.8m×两块20mm厚钢板，防止施工中土体不均匀沉降而造成钻机不稳。
2）在钻机履带下垫100～150mm厚木垫块塞住履带，防止施工中钻机移动。
3）利用钻机水平装置，调整钻机水平度，保证钻机钻杆的垂直。
4）在埋设护筒前，根据钻机自身的垂直仪调整钻杆的垂直度后，保证垂直度在1/300范围内。
（4）钢护筒埋设
1）护筒采用10～12mm钢板制作，上部做1～2溢浆孔，埋置深度可根据地表土质特征进行选定，护筒埋置深度不小于3.0m，以达到稳定孔口土体的目的，护筒直径应比桩直径大200mm。
2）埋设护筒顶应比原始地面高出200mm，以达到控制地面渣土及浆液流入孔内的目的，护筒周围应采用黏土夯实。
（5）钻机等径部成孔
1）护筒埋设完毕后，用泥浆泵向孔内注入泥浆，钻机由随机柴油机驱动液压马达来转动钻杆，以钻杆、钻斗自重并利用液压加压旋转筒式钻头作为钻进压力进行原始土挖掘，当钻斗内装满土后，将钻斗提升，旋转钻机打开钻头斗门卸土到翻斗车上或卸土区内，关闭门将钻头旋转至钻进位置，并将机体旋转体的上部锁定住，再下降钻头，反复循环钻至设计深度，边钻进边加注泥浆。
2）钻进中根据不同的地质条件合理调整钻进速度，一般最快不超过10m/h，严格控制泥浆的质量，及时向孔内注入泥浆使孔内水位高出钢护筒底部2m以上。
3）钻进中根据不同的地质条件，使用不同的钻具：
a.在淤泥层、粉质土、粉砂层、砂层用密封性能比较好的双底板钻斗，以利于清除钻渣。
b.在粘土层，用钻进效果较好的单底板漏空钻斗，保证快速钻进。
c.在卵石层、中风化砂砾岩层，用锥形螺旋钻头，以利于达到障碍物清除的目的。
d.钻孔过程中，经常检查钻机本体内的垂直仪或用经纬仪双向随时检测钻机钻杆的垂直度，当钻孔有倾斜时，可往复进行扫孔修正，直至垂直度符合要求。
e.在成孔过程中或成孔后孔壁坍塌，轻度塌孔应加大泥浆密度和提高水位；严重塌孔，应用回填粘土，待一定时间后采用低速钻进。
f.钻孔时经常检查泥浆的性能，当各项指标超过上下限时，应及时调整。
g.发生漏浆可适当加稠泥浆或倒入膨润土、粘土，慢速钻动；护筒周围及底部接缝用土回填密实，适当控制孔内水头高度，不要使压力过大。
h.等径部成孔达到设计标高后，旋挖钻机更换AM工法扩孔钻头进行扩孔成孔作业。
（6） 扩孔成孔作业
旋挖钻机更换AM工法扩孔钻头进行扩孔成孔作业，本工程为Φ1200mm扩至2000mm，在扩孔施工时，回转扩孔铲斗在进行旋转中，铲斗的倒排镶嵌钛合金，被平均分成二份或四份进行砂砾的切削挖掘，实施水平扩孔作业，扩孔作业产生的砂砾被铲斗所容纳，收回铲斗将砂砾带出地面。扩孔成孔结束后，用测绳复测孔深并组织监理单位进行验收确认；当扩孔成孔作业完成后，更换等径捞渣筒将孔底沉渣清除至原钻孔深度。
（7）利用双底板钻斗头进行一次清孔
当扩孔成孔作业完成后，更换双底板钻斗将孔底沉渣清除至原钻孔深度。
（8）成孔质量检测
在成孔（包括清底）完成后进行超声波测深，每孔均采用2点检测，以及时判定成孔质量情况，对成工程桩孔壁的垂直度，平整度进行检测，对垂直度不合要求的孔重新进行修正；如有坍方现象发生，则对以后成孔的泥浆进行调整。
（9）钢筋笼制作及安装
1）钢筋笼的制作
a.钢筋笼制作允许偏差应符合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）和图纸中的相关规定。
b.制作成型的钢筋笼，要分组堆放在平整的场地上，不得变形。
2）钢筋笼的安装
a.钢筋笼的安装，必须符合设计和施工规范要求，要严格执行《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002。
b.在吊放钢筋笼时分两段吊装，要严防碰撞，不得变形。
（10）安装导管、二次清孔
1）安装导管
a.安装钢筋笼完成后，应尽快安装导管，并严格控制孔底沉渣。
b.本工程采用Φ300mm导管，导管使用前须经过压水试验，试水压力为1.0MPa，导管接头用螺纹连接方式并加O型密封圈 ，各接头必须扭紧严防漏气漏水，用完后要清洗干净，丝扣要上油。
c.吊放导管应位置居中，稳步沉放，防止卡挂钢筋笼，导管底距孔底300mm～500mm。
2）泵吸反循环清孔
泵吸反循环是通过砂石泵的抽吸作用，在导管（钻杆）内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与环状空间的泥浆流向孔底，将沉渣带进导管（钻杆）内腔，再经过砂石泵抽排至地面泥浆沉淀池内，经沉淀，泥浆流向孔内，形成反循环。
反循环清孔施工要点：
a.清孔中应注意保证补浆充足和孔内泥浆液面稳定；
b.清孔时灌入泥浆比重应小于1.15，返浆泥浆比重小于1.20，含砂率小于4%，粘度18-22秒，孔底沉渣应小于100mm。
（11）混凝土的灌注
1）导管埋深控制
导管埋深太大、太小对成桩质量均有影响。埋深太小时，混凝土容易冲翻孔内的混凝土面而将沉渣卷入，造成夹泥甚至断桩，在操作过程中也易将导管拔出混凝土面；埋深太大时，混凝土顶升阻力很大，混凝土无力平行上推而仅沿导管外壁向上推挤至顶面附近再向四侧运动，这种涡流也易将沉渣卷入桩身四周，产生一圈劣质混凝土，影响桩身强度，且埋深较大时，上部混凝土长时间不动，塌落度损失大，容易发生堵管的断桩事故。导管埋深控制在3～6m范围内，从而保证了工程质量。
2）清孔结束后必须在30分钟内灌注混凝土，否则必须重新清孔，水下混凝土采用C35，混凝土的初凝时间控制在8～10小时。
3）混凝土灌注中应使用隔水板及隔水球，在灌注前首先把隔水球放入导管内，再在混凝土料斗内放入隔水板，待料斗放满混凝土后快速打开隔水板，使混凝土顺着隔水球往导管内下落；
4）要严格检查混凝土的坍落度及和易性，坍落度一般控制在18～22cm；
5）混凝土灌注时，提升导管要慢并平稳提升，严防碰撞钢筋笼；
6）为了保证桩头混凝土质量，最后一次混凝土浇灌量宜控制在设计桩顶标高以上约0.5m；
7）混凝土的充盈系数不得小于1.0且不大于1.2；
5.2 泥浆的配制
在工程桩成孔过程中，要保证成孔的安全与质量，护壁泥浆生产循环系统的质量控制指标是关键的一个环节。泥浆起到护壁、携渣、冷却机具、切土润滑的作用。性能良好的泥浆能确保成孔时孔壁的稳定，防止坍方，同时在砼浇灌时对保证砼的浇灌质量起着极其重要的作用。
6 主要施工技术
6.1 钻孔前要求
6.1.1 场地要求
清除场地内的淤泥和杂物，保证场地地表平整、坚实，能满足大型旋挖钻机的施工要求。
6.1.2 常规AM扩孔灌注桩护筒要求
（1） 用10～12mm钢板制作，护筒内径宜比桩身设计直径大200mm。
（2） 护筒埋置深度应超过杂质填土埋藏深度，护筒底口埋进原土深度不应小于0.3m；顶端高出地面0.2m以上，并能满足泥浆液面高度的要求。
6.1.3 泥浆要求
泥浆浓度（比重），结合本工程地质情况，采用AM旋挖扩孔钻机时取1.1～1.2。粘度（以500ml泥浆通过5mm漏斗所需时用s来表示），采用20～24s。含砂率控制在6%以内。
6.2 成孔技术
6.2.1 钻机就位
6.2.2 埋设护筒
6.2.3 成孔垂直度控制
6.2.4 控制钻进速度和泥浆指标
（1）控制钻杆钻进速度，应不大于10m/h；在松散地层应不大于3m/h。
（2）泥浆相对浓度控制在1.1～1.2左右。
6.2.5 成孔检查
钻孔过程中，除经常检查旋挖钻机自带的水平仪和钻杆垂直水平仪的偏差数据外，要常用经纬仪双向检测钻杆的垂直度，如发现钻杆倾斜，必需及时纠正，保证成孔的垂直度H/300内。
6.2.6 清孔
6.2.7 钢筋笼制作及安装
钢筋笼的制作必须符合设计和施工规范要求。对钢筋笼的规格和外形尺寸进行检查，控制偏差在允许范围之内。下笼时监督施工人员对钢筋笼的连接，必须按规范进行操作并与钢筋笼要同心，并按要求放置垫块，每3m一组，每组3块，成三角型布置。钢筋笼入孔后，用吊筋将钢筋笼固定在工作平台上。
6.2.8 浇筑混凝土成桩
（1）钢筋笼安放就位后，应进行二次清孔，泥浆各项指标达到设计及规范要求后，立即开始灌注混凝土，并连续进行，直到灌注达到设计桩顶标高以上0.5m。
（2）水下混凝土必须具有良好的和易性，控制坍落度20～22cm之间。
（3）混凝土灌注过程中严格按照工艺规程进行，确保初灌量和控制导管不得左右移动，保证有次序地拔管和连续浇筑混凝土直至整桩完毕。
7 施工技术措施
7.1 确保成孔质量措施
（1）钻头外径不小于设计桩径，并经常核验钻头直径，防止出现缩径，特别是扩孔部，在扩孔施工前必须复核扩孔钻头的尺寸是否设计的尺寸相符。
（2）护筒埋设位置应正确，垂直，周边应用粘土夯实。
（3）预防孔斜措施
1）钻机定位要准确、水平、稳定，使用钻机水平仪，调整钻机水平度，调整完成后再用钻机钻杆对准柱位中心，再次定位，然后把钻机的钻杆中心对准桩位，调整垂直度，并锁定钻机上定位装置，同时可利用经纬仪双向检测钻杆垂直度，反复检测，层层把关，确保桩孔倾斜率不大于H/300。
2）在钻进过程中如发现钻机水平有变化，应及时调整修复。
3）操作人员、机长、施工员应加强钻进过程的监测，根据钻机自身水平仪、垂直仪、经纬仪，如发现异常现象及时处理。
（4）钻杆接头应逐次检查。发现操作过程中的钻杆跟进不顺或带杆应及时调直修复或更换钻杆。
（5）在钻进过程中。孔内泥浆液面始终高于地下水位以上，以保证孔内泥浆起到平衡孔壁的作用。
（6）钻进过程中，采用人工造浆，由特定膨润土为主要材料进行配制而成，维持孔壁稳定方面更有效于泥浆，以更大范围的保证正常成孔，防止孔内漏水，缩孔，塌孔。如上述发生应采用如下措施：控制钻进速度，低速钻进。泥浆的配置应有专人进行管理，以确保成孔质量。
（7） 预防缩径措施
1）根据试成孔的测试结果，及时调整钻头的规格和钻进方法。
2）操作人员应注意提升钻具时，发现有受阻现象，必须重新复钻。
3）在淤泥层应放慢钻进速度，保持泥浆的液面高度，慢速提升和进尺。
7.2 钻孔灌注桩质量通病的防治
（1）塌孔
1）现象：在成孔过程中或成孔后，孔壁塌落，造成钢筋笼放不到位，桩底部有较厚的泥夹层。
2）预防措施：如地下水位变化过大，采取升高护筒，增大水头，适当提高泥浆比重。
（2） 桩孔偏斜
1）现象：成孔后不直，出现较大垂直偏差。
2）预防措施：安装钻机时要使机械设备地基稳固，同时可铺加钢垫板增加地基承载力，钻机钻杆和护筒中心二者应在同一轴线上，钻孔过程中用经纬仪及钻机自身垂直仪经常检查校正。钻杆、接头应逐次检查，及时调整。发现钻杆弯曲，及时修复或更换钻杆。在有倾斜的软、硬地层钻进时，应吊住钻杆控制进尺，低速钻进。
（3）缩孔
1）现象：孔径小于设计孔径。
2）防治方法：在容易缩孔的淤泥层及软塑、流塑土中注意放慢钻进速度，钻杆上下提升时在该层也应放慢速度。
（4）钢筋笼放置与设计要求不符
1）现象：钢筋笼变形，保护层不够，深度位置不符合要求。
2）防治措施：钢筋笼在运输和吊放过程中，每隔3～4m装一个可拆卸的十字形临时支撑架，在钢筋笼吊放入孔后再拆除。在钢筋笼周围主筋上每隔4m间距设置混凝土滚轮根据保护层的厚度和孔径设计。清孔时应把沉渣清理干净，保证实际的有效孔深满足设计要求。钢筋笼应垂直缓慢放入孔内，防止碰撞孔壁。钢筋笼放入孔内后，要采取措施，固定好位置。对在运输、堆放及吊装过程已经发生变形的钢筋笼，应进行修理验收合格后再使用。
（5）断桩
1）现象：成桩后，桩身中部没有混凝土，夹有泥土。
2）预防措施：混凝土坍落度应严格按设计要求或规范要求控制。浇筑混凝土前检查商品混凝土的和易性和流动度，保证混凝土灌注混凝土边拔套管，做到连续作业，一气呵成。浇筑时勤测混凝土顶面上升高度，随时掌握导管埋入深度，避免导管埋入过深或导管脱离混凝土面。
（6）钻孔漏浆
1）现象：在成孔过程中或成孔后，泥浆向孔外漏失。
2）防制措施：加大泥浆比重及粘度，或在泥浆中加入锯末、稻草末、有机纤维素聚合物，并在湿漏处慢速转动，稳定水位，护筒在回填层内埋设应穿过回填土进入原始土体300mm。
8 效益分析
8.1 经济效益
由于抗拔承载力的提高，减少了有效桩数，同时该工法机械化程度高，成桩速度快，施工周期节省1/3～1/2，费用可节省200万元，经济效益明显。
8.2 社会效益
AM工法旋挖取土液压扩底灌注桩为今后类似地质条件施工提供了成熟的设计和施工经验，具有广阔的社会效益。
