钢筋砼预应力管桩以轻质、高强、节能环保、单桩载力高，施工速度快、工厂化、标准化等显著优点，在建筑工程中得以最广泛的应用。但打桩过程中经常遇较厚的砂隔层需要穿透，桩在高频锤击下，极难贯入；贯入度有时可近似认为是零，桩身疲劳发生破坏。当桩打不到设计标高，工程上常采取截桩或补桩的方法予以补救，这种问题是困绕管桩施工的顽症。

 

　　解决此问题的方法通常都是采用循环钻孔，并配泥浆护壁。这种引孔工艺虽然成熟，但引孔速度慢（一天一孔）经济造价高，现场的泥浆不利于打桩机械的开展。而本文介绍用长螺旋钻机引孔，引孔速度快，造价低，现场清洁文明，是解决锤击管桩施工中穿透砂层最有效的措施。但这一工艺，适合地下水较低（中西部黄土高原等）土壤内摩擦角较大粘土层，沿海区域地下水位较高情况下特别是砂层中应用成功实例甚少，如何将长螺旋引孔打桩工艺，推广应用到高地下水位区域，是本文所要研究的问题，下面作者就以连云港市国贸双厦桩基础施工中，应用长螺旋工艺引打桩并获得成功的实例和经验，来阐述所要研究的问题。

 

　　工程概况及地质描述

 

　　工程概况

 

　　连云港市国贸双厦建址于市中心地区，在通灌路与连海路交界左侧，主楼29层，地下室一层，属该市体量较大的高层建筑，该项目由连云港市建筑设计院设计，桩基础工程由连云港市天豪基础工程有限公司承包。桩基采用高强预应力砼离心管桩，规格为PHC-600（直径600MM）有效桩长23M，以自然地面以下送桩6.6米，工程桩总数量为398根，桩位布置为满堂布置，包括3根静载荷试桩，单桩设计承载力为2700KN。

 

　　地质描述

 

　　根据工程地质勘探报告，地表下9.3~20米之间有较厚的砂隔层。钢筋混凝土管桩要穿透这些砂隔层，桩尖达到第⑩层强风化片麻岩，如图1-1描述：

 

　　1-1地质及工程桩剖面描

 

　　二、施工中桩打不下去，出现难题

 

　　根据设计要求，桩要穿透⑤-⑧层细砂层叠加厚11.5M（标贯值26〈N〈39），难度较大，为了慎重起见，事先要做三根试打桩，根据试打情况再做载荷试验，由静载得出的结果最后确定选用桩基方案。2007年10月18日我们按设计要求打三根试桩，选用能量较大的D83柴油打桩锤。穿透第⑧层细砂层，用了1072锤，锤击数偏高。但桩穿过砂层后又恢复正常，最后三阵贯入度6MM/击，试S2穿越第⑧层细砂1740击，其它情况基本与试S3相同。试S1穿越第⑧层细砂1162击，其它情况也基本相同。

 

　　因试S2位于中间，由地质报告提供的情况该区域⑧层砂层标贯值较高，所以中间较坚硬，从试桩打桩情况看，虽然桩穿越砂层有困难，但仍能将桩打到标高，桩身完好，试打取得成功，接着进行了静载试验，均能满足设计给定的单桩承载力需要，试桩合格，工程桩方案就可以全面实施。然而又碰上新的问题，即打第一根桩比较正常、连续打近邻桩就非常难打，打桩总锤击数成倍番番。按此顺序接打下去就更为困难，如2#桩总锤击数为1602锤，而毗邻的7#桩就用了11726锤（桩与锤受到疲劳伤害）。开始认为有可能是地质上遇到漂石，或其它什么障碍物，将桩机移开几条轴线施打情况又是如此，又移开几条轴线仍然出现上述情况，难题终于出现了。针对主一棘手的问题，笔者与施工单位进行了认真分析研究，终于从理论上找出了原因，并得出如下结论：打第一根桩时，锤击数较高，高频锤击振动波使邻桩区的砂层构造发生液化，砂层自由水排出，由原来的中密升高到高密，所以打第二根邻桩就非常困难。如图所示：

 

　　

 

　　打出原因后，根据锤击振动波随距离增加而摔减的规律制定了跳打方案。跳打距离多少为宜，这又是需要探索的问题，通过反复实践终于科学地取定，跳打距R>4.5米。按照这一跳打距跳打，每根桩均在总锤击均在3400左右，均能将桩打到设计标高。

 

　　以这一方案进行跳打，只能完成1/3工程量，2/3的桩属于跳打间隔桩，显然这些桩不能强行再打，经研究只能用引孔打桩工艺来解决。

 

　　三、长螺旋钻机引孔打桩工艺的应用：1、引孔机械选择：

 

　　引孔机械的桩架系统采用JJS80型走管式桩架，螺旋钻杆部分选用ZKL450型长螺旋钻杆，动力增大两级选用90KW的行星变速机构。

 

　　主要参数

 

　　如图所示：

 

　　2、工作原理：电动机动转，通过行星变速机构将动力转输给长螺旋钻杆，带动长螺旋钻杆转动，螺旋叶片沿钻杆连连续嵌固成长螺旋状：叶片转动时，给土壤一个切向力土壤沿着螺旋叶片向上运动，从而达到取土钻孔的目的。

 

　　3、试钻孔情况：

 

　　2007年十二月二十七日笔者与施工单位进行了长螺旋引钻试验，为防止因钻孔失败在而产生大面积坍方而对已跳打完成的桩产生侧向推移，选择了在桩位区以外较远的地方进行试验，按照机械说明书，给定的电流负荷值及钻进转速引钻。开始在②、③、④粘土层及淤泥中进钻较为正常，出土与成孔也较正常，当钻头进入⑤、⑥~⑦层的细砂层时，出现了抽砂现象，并造成直径约10米地面区域下陷，下沉深度约0.8米左右，按照￠450螺旋直径15米深计算理论孔体积为2.3m3左右，而出砂量在20m3左右，出于安全起见和对已施工管桩的保护终止钻孔，按常规做法宣告失败，如：

 

　　长螺旋钻孔属无附壁措施的干取土工艺，为什么在地下水位较低的地区非常适用，而在地下水位较高（-0.9米）的地区就不能适用呢？关键就是地水的作用，当土层被松动后，在孔区周围形成了动水压力，砂层就是在动水压力的作用下产生向孔内流动，此时长螺旋的旋转正好起向上抽动的作用，不断抽，砂层不断坍方，这就是产生上述现象的真正原因。

 

　　总结经验再试并获得成功

 

　　失败是成功之母，经分析研究，找出了主要矛盾，就是进尺速度太慢，能否突破常规进尺速度？采用什么样的进尺速度为适宜？若进尺速度过快扭断钻杆，烧坏电机。过慢又形成抽砂与坍孔。探索适合高地下水位情况下适宜的进尺速度是需攻关的课题，经过反复试验，在计算电机的负荷量，钻杆的抗扭强度基础上，将原来正常的钻进速度V1=0.8~1.00m/min提高到V2=1.5m/min，并采取了以下几条配合措施。

 

　　做好准备工作，不允许中途停钻，钻孔就应该连续进行。

 

　　钻进速度应采用V2=1.5m/min

 

　　钻头穿透砂层后向下⑧层粘土深入0.8米在钻头处形成孔塞.

 

　　在拔钻过程中不用反钻、停旋静拔，用钻头处的孔塞在向上运动过程中沿孔壁光孔。

 

　　按照拟订的几条措施，施工单位对54#与53#桩又进行的试钻，非常令人满意，其引孔深度为20米。从准备、就位、开钻、拔杆、退位等全过程只用了25分钟。引孔取土量为1.5m3左右，没有发生抽砂坍孔现象。用另一台打桩机在引孔上进行打桩，没有出现异常现象，桩穿砂层较为顺利，贯入度均在3cm/击左右，这与未引孔桩在同样深度粘土层质中情况吻合，53#桩总锤击数为1162击，54#桩总锤击数为1615击（未引孔跳打桩均在3500击左右）。

 

　　工程中普遍应用：

 

　　第二次引孔打桩取得成功后施工单位又做了第三组，换位做了第四组结果都很成功。然后，施工单位根据科学试验得出的数据，修改了原打桩施工方案，将原打桩方案更改为1/3打桩，2/3引孔松砂打桩，引孔用长螺旋钻机。如图所示：

 

　　根据图纸布桩规律，施工单位分为五个施工段，便于采取一台引孔机引孔一台打桩机作业的工艺流程需要。

 

　　整个场区分五个施工段，每天能引打12根桩，效率提高400%。

 

　　值得一提的是：采取此工艺必须引一孔就打一孔，随引随打，多引连打方案是不成功的，基主要原因为1、动水压力作用，回缩时间较短；2、打桩振动对引好孔又产生回密现象，使钻好孔坍落密实，起不到引孔松砂的作用。

 

　　四、桩身质量与单桩承载力

 

　　打桩结束后，由连云港市桩基检测中心对工程桩进行了高应变检测，凡引孔打桩的桩身质量全部完好，高应变测得结果，引孔打桩承载力不但不降低，反而略高一些，其原因有3条：

 

　　（1）引孔只是半引孔，（有效桩长的60%是引孔，40%是未引孔）未引孔的粘土层、摩擦力与桩端阻力应该是一致的。

 

　　（2）引孔部分出砂量只占空体积1/2左右，所谓引孔一定含义可认为是松动砂层，留在孔内的松散砂层，在桩沿孔贯入时，沿桩周围挤密分布，这样就可以增加桩的侧阻力。

 

　　（3）打桩时振动使已打好的桩侧面砂层更加密实，防止了在不引孔打桩情况下，由于土壤隆起而使桩上浮而降低桩侧摩阻力的现象。

 

　　五、经济分析与比较

 

　　用长螺旋引孔与循环钻孔相比如下；

 

　　（1）引孔速度快，一桩一孔0.5小时/24小时=1(长螺旋钻机)/48(循环钻机)

 

　　（2）场地清洁文明，引孔后便于打桩机就位

 

　　（3）长螺旋引孔市场价20元/米，循环钻市场价160元/米左右。

 

　　六、结论

 

　　笔者与施工单位在连云港市国贸双厦桩施工过程中应用长螺旋引孔打桩的实践，为高地下水位情况下打桩穿透较厚的砂层（N63.5>30击），闯出了一条新路子，拓展了长螺旋引孔工艺的使用范围和适应条件，解决了一直困扰施工打桩中穿砂层的难题，我们相信由于这一工艺在应用方面取得了突破，为提高桩基工程质量、减少因补桩截桩而产生的浪费都起到积极的作用，意义非常重大。