长螺旋干作业钻孔压灌(钢筋)砼桩、CFG桩.doc

长螺旋干作业钻孔压灌（钢筋）砼桩长螺旋干作业钻孔压浆（钢筋）桩、CFG桩1 前言 近几年来，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、深层搅拌桩及部份钻孔灌注桩施工因其噪声、振动、粉尘、泥浆排污及高成本等原因正逐步被长螺旋干作业钻孔桩（压灌钢筋砼桩、压浆钢筋桩及CFG桩）所代替。同时由于长螺旋工艺能实现干作业成桩，桩承载力高，其施工质量易于保证、施工速度快、造价低等突出特点越来越被业界看好。 中南勘察基础工程总公司于1998年引进长螺旋桩机，通过在北京、辽宁、河北、湖北、广东、湖南、河南、南宁、云南、海南等地施工，积累了一定的经验。2 长螺旋干作业钻孔桩特点 长螺旋干作业钻孔桩是一种无泥浆循环的机械式干作业连续成孔成桩施工方法，钻头切削下来的钻渣通过螺旋钻杆叶片不断从孔底输送到地表；长螺旋钻孔施工法对地层适应性强：适用于填土、粘性土、粉土、砂性土、园砾层、卵砾石层、强中风化岩石等； 桩基综合造价低，费效比（相同建筑条件下基础部份总价款与总承载力比值）比预制桩、水下钻孔桩降低约1020%； 干作业工艺无循环介质，孔底无虚土、孔壁孔底不受泥浆污染、桩与桩壁无泥皮界面； 单桩承载力高。压力注水泥浆或压灌砼入钻孔内，突破了钻孔桩依砼重力浇注的常规工艺，使桩壁受压、桩与桩壁间结合紧密，有部份挤土效应，桩周侧阻力和端阻力增高。压灌桩单桩承载力提高3050%；压浆桩单桩承载力提高50130%； 桩身钢筋不受泥浆污染，砼包裹钢筋紧密； 不使用泥浆，无噪声、无振动、无污染，可很好实现城市文明施工，对城市环境和形象无影响； 施工速度快，明显缩短业主投资周期，投资见效快，“业主和房主看得见进度”。 压灌桩2035根桩/24h，压浆桩1525根桩/24h， CFG桩2570根桩/24h； 成桩过程也是将孔内土自上向下按顺序取出的过程，操作人员、监理工程师、业主能亲眼直观地看到孔位处的地层实况。能较好把握复杂地层地质情况，很好克服因勘察布孔少引起的地层反映不全面的问题； 施工易于控制，成桩质量可靠。不存在静压桩桩身遇稍厚砂土、卵石层难以刺入而需预打取土孔至使孔壁应力释放而达不到勘察和设计预估的承载力问题及不存在桩易偏斜、桩身易折断、桩头易破损的通病；不存在桩易出现砼离析、缩径、断桩、孔底虚土难以清除干净等水下钻孔桩易于出现的通病；注：钻孔压浆桩是一项专利技术专利号（86100705） 当地层中砂层、卵石层较厚、压缩系数低的粘土，预制桩难以穿过（常需打超前取土孔），因压桩引取周围土的隆起而影响周围建筑安全，长螺旋干作业钻孔桩却能顺利穿越一次成桩； 当园砾层埋深浅或持力层埋深起伏较大时，长螺旋干作业成孔法能达到设计的预想深度。 对环境影响小，施工速度快，干作业成桩，有一定挤土作用，承载力高，设备简单，易操作，质量易于保证。 目前长螺旋工艺对桩径、桩长有一定限制，一般孔径不超过 800mm，孔深不超过30m。设备功率与成孔直径、深度关系见表一。现阶段全螺旋螺纹桩已处于推广阶段。长螺旋桩的衍生产品如雨后春笋般不断恿现，该工艺正以其成本低，质量直观、可靠、易于保证，施工文明、速度快等众多优越性以强大的生命力在全国各地得到越来越广泛的应用。 设备功率与成孔直径、深度关系桩孔径功率 74功率 90功率11035022.023.026.040022.023.026.050020.023.026.060020.021.024.070018.020.080018.03 长螺旋干作业钻孔桩施工工艺3.1 施工工艺流程：见流程图一。 3.2 钻进参数3.2.1 转速：长螺旋钻进的钻速与钻渣沿叶片上返的速度取决于转速。在实际钻进中并非瞬间钻速越高越好，瞬间钻速过高则对钻进有一定影响，一般取值2035转/分。3.2.2 钻速：长螺旋钻机成孔钻进速度取决于转速与动力头下放速度。施工过程中一般转速调整好后不再调整。根据现场地层情况，通过钻进电流来控制进尺速度（亦即动力头下放速度），电流值增大，说明孔内阻力大，应降低钻速，保持钻具垂直，否则易因钻速过快，扭矩过大而蹩钻。3.3 施工工艺3.3.1 长螺旋干作业钻孔压浆（钢筋）砼桩 该工艺在长螺旋钻机机械干成孔后提钻过程中边提钻边注入水泥浆，提钻后安放钢筋笼并投碎石料的一种连续成孔成桩方法。该桩型可提高桩侧阻力，同时桩端形成扩大头。该工艺可以用于一般地质条件，穿过卵砾石层效果效好，可进入强中风化中软质岩石层，能顺利克服地下水位以下的软土、粉土、砂土等易坍塌地层。桩身采用无砂混凝土，其强度不低于C20，可采用400800mm长螺旋钻具成孔；高压泵的注浆压力3.05.0MPa为宜（大直径取大值）。二次补浆压力控制在0.501.50MPa，用量根据场地地层情况，砂性土、卵砾石层用量大，二次补浆控制在24次，粘性土用量小，控制补浆12次。3.2.2 长螺旋干作业钻孔压灌（钢筋）砼桩： 该工艺是在长螺旋钻机干成孔后边提钻边泵压灌注砼，提钻结束再用振动平台安装钢筋笼的一种连续机械式干成孔成桩方法，属于干作业成桩。它适用于一般地质条件，对桩端持力层地质条件无特殊要求，可为较高或低强度土层或粉细砂层、卵石层、强中风化基岩等地层，能顺利克服地下水位以下的软土、粉土、砂土等易坍塌地层。桩身采用超流态砼，泵送砼（坍落度1820cm）配以钢筋笼，桩身强度C20C30，可采用350600cm长螺旋钻具钻孔成桩。砼泵输送压力控制在6.010.0Mpa，砼流量1824m3/h为宜，充盈系数控制在1.201.35（软弱土层取大值）。桩的侧阻力、端阻力较常规干作业桩有不同程度的提高，桩的承载力有明显提高幅度。3.3.3 长螺旋干作业钻孔压灌砼桩(CFG桩) 该桩是在长螺旋压灌砼桩基础上的应用，是在长螺旋钻机干成孔后提钻过程同时泵压灌注砼的一种干作业连续成孔成桩施工方法。该桩型适用于一般地质条件，对桩端持力层无特殊要求，属于刚性桩复合地基桩。CFG桩可用于软弱地基，也可用于力学性能较好的地基。若建筑物荷载较大，天然地基承载力不够，可用CFG桩参入工作。长螺旋CFG桩复合地基中桩土应比n多为1040，在软弱土中n可达100，桩承担荷载占总荷载一般为百分之4075。桩身材料分超流态砼（坍落度1820cm）桩身强度C15C25，或为砂浆强度C10C15或为水泥、碎石、粉煤灰、砂水拌合成C10C20的可变强度桩。直径一般为350600mm，砼泵输送压力控制在610Mpa，流量1824m3/h，充盈系数控制1.251.45，保护桩头长0.51.0m。4 长螺旋干作业钻孔桩单桩承载力确定4.1 按照建筑地基基础设计规范（GB50072002）及建筑桩基技术规范（JGJ9494），用静载试验确定“长螺旋干作业钻孔桩”单桩竖向承载力标准值（或特征值）时，在同一条件下试桩数量不宜小于总桩数的1%，且不应小于3根。4.2 根据土的物理力学指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向承载力代表值时，可采用如下方法计算。4.2.1 长螺旋干作业钻孔压浆桩4.2.1.1 以干作业钻孔桩桩土的物理指标与承载力经验关系确定单桩竖向承载力代表值时，可按下式计算：单桩竖向极限承载力标准值 Quksupliqsik + pqpkAP 式中 Quk： 单桩竖向极限承载力标准值（KN）； up： 桩身周边长（m）； qsik： 第i层桩侧土极限侧阻力标准值（KPa），可按表二取值； qpk： 桩端土的极限端阻力标准值（KPa）,可按表三取值； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）； s： 桩侧土受高压浆扩渗后的增强系数，取1.101.20，淤泥、细砂为1.101.15，中砂、砂砾、砂卵石为1.151.20p： 桩端土受高压浆扩渗后的增强系数，取1.151.30，淤泥、细砂土为1.151.20，中砂、砂砾、砂卵石为1.201.30。单桩竖向承载力特征值 Rasupliqsia + pqpaAP 式中 Ra ： 单桩竖向承载力特征值（KN）； qpa： 桩端土的端阻力特征值（KPa）,可按表三取值； up： 桩身周边长（m）； qsia： 第i层桩侧土侧阻力特征值（KPa）,可按表二取值； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）； s： 桩侧土受高压浆扩渗后的增强系数，取1.101.20，淤泥、细砂土为1.101.15，中砂、砂砾、砂卵石为1.151.20。p： 桩端土受高压浆扩渗后的增强系数，取1.151.30,淤泥、细砂土为1.151.20，中砂、砂砾、砂卵石为1.201.30。4.2.1.2 以水下钻（冲）孔桩桩土的物理指标与承载力经验关系确定单桩竖向承载力代表值时，可按下式计算：单桩竖向极限承载力标准值 Quk up liqsik + qpkAP 式中 Quk： 单桩坚向极限承载力标准值（KN）； qpk： 桩端土的极限端阻力标准值（KPa）,可按表三取值； up： 桩身周边长（m）； qsik： 第i层桩侧土极限侧阻力标准值（KPa），可按表二取值； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）； ： 桩侧土受高压浆扩渗后的增强系数，取1.151.25,淤泥、细砂为1.151.20，中砂、砂砾、砂卵石层为1.201.25；： 桩端土受高压浆扩渗后的增强系数，取1.21.50，粘性土取1.201.30，细中粗砂、砾砂、卵石层取1.251.50。单桩竖向承载力特征值 RauP liqsia + qpa AP 式中 Ra ： 单桩竖向承载力特征值（KN）； qpa： 桩端土的端阻力特征值（KPa）； up： 桩身周边长（m）； qsia： 第i层桩侧土侧阻力特征值（KPa）； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）； ： 桩侧土受高压浆扩渗后的增强系数，取1.151.25，淤泥、细砂为1.151.20，中砂、砂砾、砂卵石层为1.201.25；： 桩端土受高压浆扩渗后的增强系数，取1.21.50，粘性土取1.201.30，细中粗砂、砾砂、卵石层取1.251.50。4.2.1.3 以长螺旋干作业钻孔压浆桩桩土的物理指标与承载力经验关系确定单桩竖向承载力代表值时，可按下式计算：单桩竖向极限承载力标准值 Quk upliqsik + qpkAP 式中 Quk： 单桩竖向极限承载力标准值（KN）； qpk： 桩端土的极限端阻力标准值（KPa）,可按表三取值； up： 桩身周边长（m）； qsik： 第i层桩侧土极限侧阻力标准值（KPa），可按表二取值； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）；单桩竖向承载力特征值 Ra upliqsia +qpaAP 式中 Ra ： 单桩竖向承载力特征值（KN）； qpa： 桩端土的端阻力特征值（KPa）； up： 桩身周边长（m）； qsia： 第i层桩侧土侧阻力特征值（KPa）； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）；4.2.2 长螺旋干作业钻孔压灌钢筋砼桩4.2.2.1 以干作业钻孔桩桩土的物理指标与承载力经验关系确定单桩竖向承载力代表值时，可按下式计算：单桩竖向极限承载力标准值 Quk upliqsia + qpaAP 式中 Quk： 单桩竖向极限承载力标准值（KN）； qpk： 桩端土的极限端阻力标准值（KPa）,可按表三取值； up： 桩身周边长（m）； qsik： 第i层桩侧土极限侧阻力标准值（KPa），可按表二取值； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）； ： 桩侧土压灌增强系数，取1.051.15，淤泥、细砂为1.051.10，中砂、砂砾、砂卵石为1.101.15；： 桩端土压灌及无孔底虚土增强系数，取1.101.20，粘性土取1.101.15，细中粗砂、砾砂、卵石层取1.151.20。单桩竖向承载力特征值 Raupliqsia + qpaAP 式中：Ra ： 单桩竖向承载力特征值（KN）； qpa： 桩端土的端阻力特征值（KPa）； up： 桩身周边长（m）； qpia： 第i层桩侧土侧阻力特征值（KPa）； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）； ： 桩侧土压灌增强系数，取1.051.15，淤泥、细砂为1.051.10，中砂、砂砾、砂卵石为1.101.15；： 桩端土压灌及无孔底虚土增强系数，取1.101.20，粘性土取1.101.15，细中粗砂、砾砂、卵石层取1.151.20。4.2.2.2 以水下钻（冲）孔桩桩土的物理指标与承载力经验关系确定单桩竖向承载力代表值时，宜按下式计算：单桩竖向极限承载力标准值 Raupliqsia + qpaAP 式中：Quk： 单桩竖向极限承载力标准值（KN）； qpk： 桩端土的极限端阻力标准值（KPa）,可按表三取值； up： 桩身周边长（m）； qsik： 第i层桩侧土极限侧阻力标准值（KPa），可按表二取值； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）； ： 桩侧土压灌及无孔底虚土增强系数，取1.101.20，淤泥、细砂为1.101.15，中砂、砂砾、砂卵石为1.151.20； ： 桩端土压灌及无孔底虚土增强系数，取1.151.25，粘性土取1.151.20，细中粗砂、砾砂、卵石层取1.201.25。单桩竖向承载力特征值 Raupliqsia + qpaAP 式中：Ra ： 单桩竖向承载力特征值（KN）； qpa： 桩端土的端阻力特征值（KPa）； up： 桩身周边长（m）； qsia： 第i层桩侧土侧阻力特征值（KPa）； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）； ： 桩侧土压灌及无孔底虚土增加系数，取1.101.20，淤泥、细砂为1.101.15，中砂、砂砾、砂卵石为1.151.20； ： 桩端土压灌及无孔底虚土增加系数，取1.151.25，粘性土取1.151.20，细中粗砂、砾砂、卵石层取1.201.25。4.2.2.3 以长螺旋干作业钻孔压灌桩桩土的物理指标与承载力经验关系确定单桩竖向承载力代表值时，宜按下式计算：单桩竖向极限承载力标准值 Quk upliqsik + qpkAP 式中：Quk： 单桩竖向极限承载力标准值（KN）； qpk： 桩端土的极限端阻力标准值（KPa）,可按表三取值； up： 桩身周边长（m）； qsik： 第i层桩侧土极限侧阻力标准值（KPa），可按表二取值； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）；单桩竖向承载力特征值 Ra upliqsia + qpaAP 式中：Ra ： 单桩竖向承载力特征值（KN）； qpa： 桩端土的端阻力特征值（KPa）； up： 桩身周边长（m）； qpa： 第i层桩侧土侧阻力特征值（KPa）； li： 按土层划分的各段长（m）； AP： 桩端投影面积（m2）；4.3 长螺旋干作业钻孔压浆钢筋砼桩、长螺旋干作业钻孔压灌钢筋砼桩桩身砼强度应符合下式要求：轴心受压时 Q AP*fc*c 式中 fc： 砼轴心抗压强度设计值；按混凝土结构设计规范（GB500102002）取值； Q： 相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值； Ap： 桩身横截面积； c： 工作条件系数，取0.60.7（长桩时取低值）。4.4 长螺旋干作业钻孔CFG桩单桩承载力4.4.1 长螺旋干作业钻孔CFG桩单桩承载力计算与长螺旋干作业钻孔压灌钢筋砼桩相同。4.4.2 长螺旋干作业钻孔CFG桩复合地基承载力标准（特征）值可按下式估算： fspk m + (1m)fsk 式中 fspk： 复合地基承载力标准（特征）值（KPa）； m： 面积置换率； Ra： 单桩竖向承载力标准（特征）值（KN）； AP： 桩的截面积（m2）； ： 桩间土承载力折减系数，宜按地区经验值，如无经验值时可取0.750.95，天然地基承载力较高时取大值； fsk： 处理后桩间土承载力标准（特征值）（KPa），宜按当地经验取值或fsk=fk，其中fk为天然地基承载力标准（特征值）（KPa）；为加固后桩间土承载力代表值与天然地基承载力同类代表值之比，可参照中国建筑科学院企业标准Q/JY0061997水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基技术规定,一般粘性土和粉土=1.01.2，孔隙比大、塑性指数小时取高值，孔隙小、塑性指数大时取低值。4.4.2 桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求：fcu3(Ra/Ap) 式中fcu： 桩体混合料试块（边长150mm立方体）标准养护28d立方体抗压强度平均值（kPa）。 桩的极限侧阻力标准值q sik (KPa)土 的名 称土 的 状 态混 凝 土预 制 桩水下钻（冲）孔桩干作业钻孔桩长螺旋干作业压灌桩长螺旋干作业压浆桩填 土20281826182618302035淤 泥11171016101611181220淤泥质土20281826182619302032粘 性 土I L 10.7 5 I L 10.5 I L 0.750.25 I L 0.50 I L 0.25I L 0213636505066668282919110120343448486464787888889820343448486262767686869022373752526868808093931072340405454707085859585113红 粘 土0.7w10.5w0.71332327412303070123030701334347514363676粉 土e0.90.75e0.9e0.75224444646485224040606080204040606080224242636382244545656584粉 细 砂稍 密中 密密 实224242636385224040606080204040606080224444636385244646666688中 砂中 密密 实5474749550727290507070905575759558787897粗 砂中 密密 实749595116749595116709090110759696117789797118砾 砂中密、密实116138116135110130116138118138角砾、圆砾中密、密实138155138152135153135155138157碎石、卵石155168155165152162155165157166注： 对于尚未完成固结的填土和以生活垃圾为主的杂填土，不计侧阻力； w为含水量，w =/L； 对于预制桩，根据土层埋深h，将qsk乘以下表修正系数。土层埋深h(m)5102030修正系数0.81.01.11.2 表中如“155165” 字符样式系建议经验值。 桩的极限端阻力标准值q pk (KPa) 土 名 称土的状态预制桩入土深度（m）水下钻（冲）孔桩入土浓度（m）h99 h1616h30h305101530粘性土0.7 5 I L1210840630130011001700130019001001501502502503003004500.5 I L 0.7584017001500210019002500230032002003003504504505505507500.25 I L0.51500230023003000270036003600440040050070080080090090010000 I L 0.2525003800380051005100590059006800750850100012001200140014001600粉 土0.75e0.98401700130021001900270025003400250350300500450650650850e0.751500230021003000270036003600440055080065090075010008501000粉 砂稍密8001600150021001900250021003000200400350500450600600700中密、密实140022002100300030003800380046004005007008008009009001100细 砂中密、密实2500380036004800440057005300650055065090010001000120012001500中 砂36005100510063006300720070008000850950130014001600170017001900粗 砂57007400740084008400950095001030014001500200022002300240023002500砾 砂中密、密实63001050015002500角砾、圆砾74001160018002800碎石、卵石84001270020003000续表土名称土的状态干作业钻孔桩入土深度（m）长螺旋干作业钻孔压灌桩长螺旋干作业钻孔压浆桩510155101551015粘性土0.7 5 I L12004004007007009502204204507207209802304404607407409800.50 I L0.754206307409509501200440430730960960130045045075098098013500.25 I L0.58501100150017001700190086012001600175017501950860125016501800180020000 I L 0.25160018002200240026002800165018502250245026502900170019002300250027002980粉, 土0.75e0.960010001000140014001600630105010601450145016506501080, 1080150014501650e0.75120017001400190016002100125017501450195016602200125018001500195017002250粉 砂稍 密5009001000140015001700530930108, 01500155017505509501100150015801750中密、密实85010001500170017001900880105015501750175019509001050160018018001950细 砂中密、密实120014001900210022002400125014501950220022502450130015001950225022502550中 砂180020002800300033003500183021002850305019003600185021002900305034003600粗 砂2900320042004600490052002900320042004600510054500295033004300480049505350砾 砂中密、密实320053003500550038005900角砾、圆砾350055003700570044006800碎石、卵石380058003900590050007700注： 砂土和碎石类土中桩的极限端阻力取值，要综合考虑土的密实度，桩端进入持力层的深度比hd/d，土愈密实，hd/d愈大，取值愈高。 表中如“220420” 字符样式系建议经验值5 工程实例5.1 南宁高新区5#区（高新苑）地基处理工程（长螺旋干作业CFG桩）5.1.1 工程概况5.1.1.1 建设单位：南宁高新技术产业开发区房地产开发公司5.1.1.2 设计单位：广西综合建筑设计研究院（结构设计） 中南勘察基础工程总公司（地基处理设计）5.1.1.3 勘察单位：广西地质学校勘察室（一期） 广西工程地质勘察院（二期）5.1.1.4 检测单位：广西一建公司中心试验室5.1.2 设计概况：14#、16#、17#、18#、19#、22#、23#、24#、26#、27#楼共10栋。基础采用复合地基，处理后复合地基承载力标准值210-220KPa。地基处理采用长螺旋干作业CFG桩。设计单桩极限承载力标准值400KN。该工程总桩数1904根，桩径400mm，有效桩长6.5m15.0m。桩身砼强度C20。5.1.3 场区地质条件：场区岩土层自上而下依次为： 1.素填土：以松散为主，局部稍密状，主要成分为粘性土，含少量砂砾、碎石、植物根系、有机质等。 2.粘土：主要分布在B区，A区缺失，土质均匀、致密，fk210KPa，Es12.48MPa。 3.粉质粘土：主要分布在B区，A区公在少数钻孔中呈透镜体出现，硬塑状态为主，土质均匀。 4.粉土：稍密状态为主，主要分布在B区，fk170KPa，Eo9.50MPa。 5.细砂：在