风动潜孔锤振动旋喷桩插钢管复合地基及桩基的施工方法

摘要

一种风动潜孔锤振动旋喷桩插钢管复合地基或钢管桩基的施工方法，包括步骤：钻孔；形成旋喷桩：钻孔到设计深度后，将钻机的水泵切换为高压泵泵送水泥浆，高压浆高压风旋喷振动上提，形成旋喷桩；在桩中心位置插入钢管，形成劲芯水泥土钢管桩；重复上述步骤，按照设计间隔施工出多根所述的劲芯水泥土钢管桩，形成复合地基或钢管桩基。本发明的优点是：适用范围广，施工速度快，能保证承载力及沉降变形要求，综合成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种风动潜孔锤振动旋喷桩插钢管复合地基及（钢管）桩基的施工方法，主要用于在坚硬、破碎、不均匀、有溶洞以及有块石、漂石、抛石等复杂地层或施工空间高度受限的场合进行地基施工。

背景技术

目前人们遇到中间夹破碎带的硬岩地层或有溶洞的地层或有块石、漂石、抛石的厚薄不均的填土层等，往往先想到采用桩基设计来穿透这些地层坐落在完整坚硬地层上，这样就会导致一系列的麻烦。例如北京石景山区某项目，地层为坚硬岩，地勘单位按照规范要求常规方法进行勘察，在实际施工中发现实际地层跟勘察报告相差甚远，不仅有破碎带夹层，还有很多溶洞，而且有的溶洞高度达到十几米，有的有稀泥浆充填，有的大量淌水。导致原设计桩基均为直径800mm，深度3～15m无法实施。例如1#孔，按照原设计10m深，当人工挖至10m时，进行孔底清理发现西北部有约三分之一是断层泥，并不是坚硬完整岩石，不能作为桩基持力层，然后在桩中心埋直径200mm钢管，周围填土，再在钢管内进行钻孔勘探，钻了10m，认为到了完整岩石。修改为桩长15m。拔管，开挖填土后继续挖桩，挖到15m深时，清理，验收，发现在北部又有约三分之一断层泥，西侧侧壁上出现了一个高度1.5m的溶洞，溶洞内有稀泥浆充填。判断这个标高还不能作为桩端持力层，还需继续下挖。于是在桩中心再次埋钢管，周围填土，再次下钻5m勘探，判断到了完整岩石。桩长进一步修订为20m，再次拔管，挖除填土后进行下挖，直至挖到20m验收通过，完成了一根桩的成孔工作。后来不得不进行设计修改，由原来的一种桩径改为了七种桩径，桩长按实际验孔底决定，需要时再次埋管勘察。最后不得不改为特大型号旋挖钻机成孔，遇到溶洞，钻穿后填低标号混凝土，凝固后，二次透孔，甚至一孔遇到多个溶洞，就需多次回填低标号混凝土，多次透孔处理。遇到极坚硬岩，大功率旋挖钻机也无能为力，不得不采用了风动潜孔锤钻机事先在桩周长范围内打成“马蜂窝”，然后再用旋挖成孔。费时、费事、费钱。工期延滞，效益低下。

再比如重庆某隧道洞桩项目，因为隧道要通过一条深沟有填土地段，该深沟内填有各种块石、漂石、抛石，深度3～20m不等。为了保证沉降均匀，在3～4.8m高的洞内设计了满堂红布桩，桩数2188根，桩径600mm，间距1.7m*1.7m，桩长4～22m，要求入下部完整岩石1～2m，水位在隧道底下0.5m。这给施工单位提出了极大的挑战。首先设备高度限制，不能超过3m，其次要能打穿块石漂石抛石的填土层，下入钢筋笼，灌注混凝土成桩。后来考虑到超低旋挖及反循环钻机施工限制，改为直径1m的桩998根，但遇到大的块石漂石抛石还是无能为力。

再例如广州某石灰岩地层桩基施工，选择了冲击钻方法，遇到斜孔或溶洞，回填片石，再次冲击透孔进行处理，有的一根直径800mm，长度45m桩，5个月还未能打成，建设方着急，施工方也抱怨难干、赔钱，设计院也表示只能如此。三方都陷入矛盾旋涡，大家都为进展缓慢发愁，而又拿不出好的解决方案。

发明内容

本发明提供一种风动潜孔锤振动旋喷桩插钢管复合地基及其施工方法，以解决现有技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种风动潜孔锤振动旋喷桩插钢管复合地基或钢管桩基的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）钻孔：采用改进的风动潜孔锤水井钻机，在设计桩位进行钻进，开始时小风压小水压，钻到下部加大风压和水压以提高进尺速度；

（2）形成旋喷桩：钻孔到设计深度后，将水井钻机的水泵切换为高压泵泵送水泥浆，高压浆高压风旋喷振动上提，形成旋喷桩。

（3）在桩中心位置插入钢管，形成劲芯水泥土钢管桩；该钢管的顶端不伸入其上面的底板或钢筋混凝土梁的劲芯水泥土钢管桩用于构成复合地基；该钢管的顶端伸入其上面的底板或钢筋混凝土梁的劲芯水泥土钢管桩用于构成钢管桩基。

（4）重复步骤（1）～（3），按照设计间隔施工出多根该劲芯水泥土钢管桩，形成复合地基或钢管桩基。

本发明的优点是：

①适用范围广：能适用于多种地层，尤其回填的块石、漂石、抛石地层；能适用于溶洞地层，无需专门处理溶洞；能适用于限高的洞桩施工。给施工复杂地层、多种苛刻条件的施工工况提供了解决方案。

②施工速度快：利用风动潜孔锤破碎岩石的特点，可以快速施工，顺利达到设计标高，下去后就可直接喷射水泥浆，之后插入钢管或再插入钢筋形成复合地基或钢管桩基。比传统的冲击桩或旋挖桩效率成倍甚至几倍的提高。

③能保证承载力及沉降变形要求：无论是劲芯水泥土复合地基或钢管桩基其桩长均能顺利达到完整持力层，能确保承载力和沉降变形满足设计要求。

附图说明

图1是本发明的施工方法的工艺流程图；

图2是采用本发明施工方法形成的加强劲芯水泥土钢管桩的截面图；

图3是本发明所采用钢管的外侧结构示意图；

图4是图3的左（右）视图。

附图标记说明：1、扩散体；2、（风动潜孔锤振动）旋喷桩；3、钻孔，4、钢管，5、钢筋束，6、居中支架。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明一种风动潜孔锤振动旋喷桩插钢管复合地基或钢管桩基的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）钻孔：采用改进的风动潜孔锤水井钻机（专利号 CN201610287488.X，发明名称“超长风动潜孔锤振动旋喷桩施工工艺”中采用的“水井钻机”），在设计桩位进行钻进钻出钻孔3，开始时小风压小水压，钻到下部加大风压和大水压以提高进尺速度。一般情况下：小风压0.1～1.0MPa，小水压1.0～15.0MPa；大风压1.0～2.17MPa，大水压25.0～40MPa。

（2）形成旋喷桩：钻孔到设计深度后，将水井钻机的水泵切换为高压泵泵送水泥浆，高压浆高压风旋喷振动上提，形成旋喷桩2。

（3）在旋喷桩2的中心位置插入钢管4，形成劲芯水泥土钢管桩；该钢管4的顶端不伸入其上面的底板或钢筋混凝土梁的劲芯水泥土钢管桩用于构成复合地基；该钢管4的顶端伸入其上面的底板或钢筋混凝土梁的劲芯水泥土钢管桩用于构成（钢管）桩基。在设计需要在钢管内加入钢筋达到设计的配筋率情况下，可以在插入的钢管4内插入钢筋束5，形成加强劲芯水泥土钢管桩。只有跟基础相连才称为桩基础，底板或梁均为钢筋混凝土制作，即为基础。

（4）重复步骤（1）～（3），按照设计间隔施工出多根该劲芯水泥土钢管桩，凝固后形成复合地基或钢管桩基。

具体的施工过程说明如下：

首先依据现场情况进行钢筋混凝土桩取代方案设计，之后采用风动潜孔锤振动旋喷桩钻机，在设计桩位进行钻进，开始时小风压小水压，钻到下部可加大风压水压以提高进尺速度；钻到设计深度后，将水泵切换为高压泵泵送水泥浆，高压浆高压风旋喷振动上提，形成旋喷桩，需要时，可在桩中心位置插入钢管，形成劲芯水泥土钢管桩复合地基或钢管桩基，必要时，尚可在钢管内插入设计的钢筋束形成水泥土劲芯复合钢管桩基。

依据现场情况进行钢筋混凝土桩取代方案设计，就包括桩径、桩长、桩间距、持力层选择及承载力、沉降变形控制值等，同时选择设备高度、每节钻杆长度等，以保证方案可实施。

钻机用风动潜孔锤水井钻机改装，采用超长风动潜孔锤振动旋喷桩施工工艺中的钻机。常用风动潜孔锤钎头直径219mm，成井深度可达200m或更深。钻机高度可定制，可实现2.8m～5.8m高度，满足限高要求，每节钻杆长度可设计为1.0～3.0m，在空间许可情况下也可采用较长钻杆，减少接钻杆次数，提高效率。配套空压机压力最大达2.17MPa，高压泵泵压达40MPa，泵流量216升/分钟。

旋喷桩直径可按600mm设计，中心插钢管，常用钢管直径110mm、75mm，最大可用168mm。如有必要，可按设计内插钢筋，例如6根φ20或φ22钢筋，可以通长配筋，也可不通长配筋。

桩的长度完全可以不等长，例如前述重庆某隧道洞桩项目，因为隧道要通过一条深沟有填土地段，该深沟内填有各种块石、漂石、抛石，深度3～20m不等，为了保证沉降均匀，在3～4.8m高的洞内设计了满堂红布桩，桩数2188根，桩径600mm，间距1.7m*1.7m，桩长4～22m，要求入下部完整岩石1～2m。这样处理后可保证承载力及沉降变形满足设计要求。再例如广州某石灰岩地层桩基施工，经常遇到溶洞，桩的长度依据地勘报告设计综合控制，桩端进入完整坚硬岩1～2m，确定桩长为20～45m。可保证承载力及沉降变形满足设计要求。

旋喷桩直接处理范围直径可达600mm，但其实际影响范围直径可达900mm，使得影响范围内地层被水泥浆胶结，内插钢管劲芯，形成劲芯水泥土钢管桩，使得承载力和沉降得到进一步控制。

钢管选择可根据用途不同选择，用作复合地基时，钢管可选用薄壁的，而用作桩基时可选用厚壁的；承载力要求大时可选用较大直径钢管，承载力要求小时可选用直径较小钢管。为确保钢管居中，在钢管4的外壁上沿轴向每隔1.5～2.0m焊一组居中支架6，居中支架6一般用直径6mm或8mm钢筋做成“弓”形。遇到软弱层例如夹层黏土层，可横向焊更大直径钢筋居中支架6，例如采用直径20mm钢筋制作居中支架6，以确保钢管4不会插入软土中，能居中。下入长钢管4时可用吊车吊入，如果是限高需要一节一节下入，可借助钻机用丝扣连接方法进行逐节连接下入，这样可保证钢管垂直度，并保证能下到设计深度。钢管内中钢筋束同样用这种方法下入到设计深度，保证上部留有设计的长度锚入底板或钢筋混凝土梁中。

实施例1：

石景山银河商务区K地块C2金融项目A座地基注浆加固设计

1、设计条件

A楼座±0.00=70.50m，自然地面标高暂取66.0m，核心筒部位基础顶标高为-22.50m，基础厚2.50m，其他部位基础顶标高为-22.50m，基础厚为0.80m。

根据《石景山银河商务区K地块C2金融项目岩土工程勘察报告补充说明》A座基地处为④破碎带层，承载力和沉降均不能满足设计要求，根据设计院要求，现对破碎带进行注浆加固，同时处理溶洞填充问题，以达到设计要求。

根据《泰禾集团石景山项目-地基处理事宜》（2015年3月26日）所提供的基底反力图，核心筒部位最大地基反力为770.0kPa，其他部位地基反力在基础四个角部最大为750kPa，其他区域平均值约为550kPa。

2、设计方案

先对破碎带区域进行注浆加固，基底为白云岩部位可采用岩石地基，非基岩部位可将基底下（3m范围内）粘性土清除，用高标号混凝土（C30）换填。

注浆加固设计参数如下：

成孔机械：风动潜孔锤振动旋喷桩钻机；

成孔直径：219mm；

钻孔布置情况：钻孔采用梅花型布置，核心筒部位和其他部位的角部：桩间距1400mm，排间距1400mm。其他部位：桩间距1500mm，排间距1500mm。

浆液采用水泥浆，水灰比为0.5∶1，注浆压力控制在25MPa～30MPa。

钢管直径108mm，壁厚3mm。

实施例2：

重庆某隧道洞桩项目，因为隧道要通过一条深沟有填土地段，该深沟内填有各种块石、漂石、抛石，深度3～20m不等，为了保证沉降均匀，在3～4.8m高的洞内设计了满堂红布桩，桩数2188根，桩径600mm，间距1.7m*1.7m，桩长4～22m，要求入下部完整岩石1～2m，水位在隧道底下0.5m。这给施工单位提出了极大的挑战。首先设备高度限制，不能超过3m，其次要能打穿块石漂石抛石的填土层，下入钢筋笼，灌注混凝土成桩。后来考虑到超低旋挖及反循环钻机施工限制，改为直径1m的桩998根，但遇到大的块石漂石抛石还是无能为力。

为此，我们提出了采用低矮的风动潜孔锤钻机进行洞内施工，而且用一桩抵一桩方案，桩数仍未2188根，间距1.7*1.7m，桩位不变，旋喷桩直径600mm，影响区直径达900mm，中心插入直径108mm钢管，内插6根φ22钢筋。桩截面如图2 所示。经过计算论证该方案可行，效率成倍提高，成本成倍下降。

实施例3：

广州某石灰岩地层桩基施工，地上9～11层小高层建筑。选择了冲击钻方法，遇到斜孔或溶洞，回填片石，再次冲击透孔进行处理，有的一根直径800mm，长度45m桩，5个月还未能打成，建设方着急，施工方也抱怨难干，赔钱，还要索赔。设计院也表示只能如此。三方都陷入矛盾旋涡，大家都为进展缓慢发愁，而又拿不出好的解决方案。

为此我们提出了采用风动潜孔锤振动旋喷桩钻机进行施工，而且用一桩抵一桩方案（必要时也可用多根抵一根），旋喷桩直径600mm，影响区直径达900mm，中心插入直径108mm钢管，内插6根φ22钢筋。经过计算论证该方案可行，能有效解决溶洞难题，效率成倍提高，成本成倍下降。桩截面如图2所示。