引孔、植桩工艺在桩基础工程中的应用

 引孔、植桩工艺在桩基础工程中的应用

  孙建军

  深圳市达濠市政建工有限公司      

摘要预应力管桩作为桩基础的一种代表桩型，在建筑工程中有着重要作用，但因自身特点，其适用范围有着一定的局限性，如果将其与旋挖工艺结合使用，其适用范围将会得到很大的扩展，对其发展有很大的促进作用，引孔、植桩工艺就是将静压管桩工艺和旋挖成孔工艺进行有机结合，提高了静压管桩的施工效率，拓展了应用空间。

关键词：引孔、植桩、填料、管桩、锚索、深基坑

引言

1.0.1引孔、植桩施工技术可有效解决传统管桩无法通过直接静压或直接锤击的形式打入岩石。通过引孔至设计标高，以岩石层作为管桩桩端持力层，将管桩锤击入岩的方式达到设计有效桩长的同时又能达到设计单桩竖向承载力特征值。

本文根据惠州市某住宅项目采用的引孔、植桩桩施工方法所获得的现场经验以及实测数据对该工艺的应用进行剖析。

1、工程概况：

项目为住宅项目，建筑占地面积5098.50m2，总建筑面积76562.30m2。包括四栋住宅和一所幼儿园。1层地下室，结构形式采用钢筋混凝土剪力墙结构，基础型式为管桩，管桩采用PHC管桩，φ500，AB型，十字桩尖。内填混凝土采用C20细石混凝土（掺缓凝剂），该项目位于河道边，基础底部为细沙层，桩底持力层为强风化泥质砂岩，桩长大于12m，桩数约1264根。

2、新技术应用情况

2.1结构形式：结构形式为砼剪力墙结构，基础采用PHC 500（125）AB-C80基坑深度约4m，承台底部埋深约5.5m。桩端进入强风化泥质砂岩持力层不小于9m，

2.2施工情况

本工程采用引孔工艺，先在桩位钻600mm的土孔取土，钻孔深为地下室地面下不小于12m，且入强风化不小于9m，成桩1264根，通过检测验收，各项参数均能满足设计要求，进度和质量能满足设计要求，取得了显著的成效，得到了业主、监理及有关领导的肯定和好评。

3、工艺原理

基坑开挖后，利用旋挖机（功率180KW~220KW）配合长螺旋钻头（直径600mm）干法成孔，灌入C20细石混凝土或M25水泥砂浆，再将PHC500（125）AB-C80管桩植入。该施工工艺为取土桩，避免挤土效应，可穿透强风化泥质砂岩及中风化泥质砂岩夹层，确保桩端位于稳定强风化或中风化持力层，且植桩过程中的挤扩作用将细石混凝土或水泥砂浆挤入周边土层，可提高桩侧摩阻力，单桩承载力得到极大提高，管桩桩身承载力得到充分发挥。

4、工艺特点

4.1 引孔、植桩施工技术是解决传统管桩无法通过锤击或静压进入岩层的施工方法。持力层为强风化岩石层或中风化岩石层时桩基础通常采用灌注桩的形式，成本高昂且工期较长。本技术的总造价仅为传统钻（旋挖）孔灌注桩的1/2。

4.2 采用旋挖钻机引孔后，管桩周围采用细石混凝土回填，将引孔后产生的缝隙填满。然后锤击桩机锤击管桩。以标准贯入度作为主要终桩条件，以入岩有效桩长为辅助条件作为桩基础的质量控制的主要标准。

4.3该技术在质量满足现行《建筑地基基础工程施工质量验收标准》的条件下，拥有降低工期、减少造价、技术经济效益显著的特点，具有广阔的应用前景。

5、施工工艺：

5.1 工艺流程

图5.1 引孔、植桩工艺流程图

5.2施工准备

1） 编制《桩基础施工方案》后报监理单位审批并实施；

2） 所需材料和设备已经进场，并经监理验收审批，同意使用。

3） 桩机进场资料和特种作业人员证件齐全，报监理单位审批。

4） 进行安全技术交底和施工交底，资料齐全后方可进行施工。

5） 编制桩编号图和桩机行走路线图，报监理单位审批。

6）场地需进行平整，以便锤击桩机进行施工。

7） 建立测量控制网，设立施工坐标点及水准点，并做好相应标记和保护措施。

8） 提前计算好所需混凝土工程量，并做好材料需求计划。

9） 管桩桩尖根据管桩破岩能力，选择十字桩尖或一体化铅笔尖头，本项目选用十字桩尖，其余项目可按需选择。

5.3引孔

1）本工程的强风化岩石根据饱和单轴抗压强度划分为极软岩，参照《岩土工程勘察规范》岩石坚硬程度分类和岩土工程勘察报告，选择相应合适的旋挖钻机型号。

2）桩位测设并做好相应标记后，旋挖钻机就位并进行旋挖成孔作业。采用的旋挖机钻头应保证旋挖孔径比管桩直径≥10cm。（即500mm直径管桩，成孔应≥600mm）

3）旋挖作业应遵循相关的机械安全操作规程，若岩石层以上土层及表层土存在塌孔现象，可在旋挖作业前采用旋挖钻机插入钢护筒的形式，护住塌孔土层以便顺利进行钻进作业。常用管桩直径为500-600mm，选用1m直径的护筒即可。

4）旋挖钻进结束后，监理单位进行验孔工作，孔深达到设计深度后旋挖作业结束。

5）旋挖成孔后可不对孔内虚土进行清理作业。

5.4 孔内填混凝土

锤击桩机就位，混凝土车到达桩孔处等待，采用自卸的形式向孔内填充细石混凝土。混凝土强度以设计图纸为准。混凝土数量以保证截桩后不小于桩顶标高为宜。对于需要做静载试验的试验桩，混凝土应浇筑至截桩前桩顶标高以下至少

1m为宜。

5.5 锤击管桩

1）锤击管桩工作应在内填混凝土后进行，且必须在混凝土初凝前完成。必要时细石混凝土可掺适量缓凝剂。

2）内填混凝土后，锤击桩机起吊管桩。管桩入孔前采用全站仪再次校正孔位。

3）孔位校正后进行插桩，钢丝绳缓缓下放，管桩缓缓插入初凝前的混凝土中，直至第一节插入后桩顶标高≥地表1m或≥护筒面50cm。此时管桩应保证钢丝绳在松弛状态下管桩不会发生沉降，否则应拔起管桩，继续浇筑细石混凝土，直至管桩立于细石混凝土之上。

4）若锤击及送桩后第一节管桩长度≥设计桩长的要求，则可无需接长，直接进行锤击作业。

5）需要进行接桩作业时，应保证第一节管桩插桩到位后，松开钢丝绳，第一节管桩浮在混凝土之上，起吊第二节管桩，接头焊接后进行第二节管桩插桩工作。接头焊接应在护筒上方完成，不应在护筒内进行。

6）本技术不宜设置2个及以上的管桩接头。第二节管桩插桩后应保证桩头露出护筒≥50cm，以便钢丝绳松脱，否则应灌注混凝土直至上浮。

7）拔除护筒：当管桩插桩作业完成后，此时钢丝绳松脱，桩顶露出地表≥1m，此时钢丝绳连接护筒并拔除护筒。

8）继续插桩：用锤头将露出地表的管桩继续插入，压出岩石层底部的细石混凝土，直至桩尖到达桩孔底部，但此时桩孔处管桩标高应高于混凝土液面。

9）锤击沉桩：在桩头处扣好桩帽后，用锤头将管桩锤入岩石中。应保证管桩至少穿透旋挖钻机钻进后产生的虚土；并以后10锤贯入度不大于设计要求作为主要质量控制手段，以有效桩长和入岩深度作为辅助质量控制手段。该管桩实际桩顶标高应≥设计图纸中该管桩桩顶标高。

5.6 桩尖封堵

1）为避免地表水流入管桩空心后从十字桩尖渗出，降低桩尖处岩石层强度，对于遇水易导致强度下降的岩石层，宜在锤击完成后灌入细石混凝土，具体灌注高度以设计图纸为准。

5.7检查桩顶标高

1）锤击后是否入岩，最重要的是检查桩顶标高。运用水准仪和全站仪测量桩顶标高。若管桩长度＞引孔长度+虚土厚度-桩顶标高以上土层厚度时，则可判定管桩已经入岩，管桩底部不存在混凝土空桩的情况。

2）经检查若管桩未入岩，则应继续锤打管桩，直至满足要求。

5.8单桩承载能力检验

1）单桩承载能力试验过程及结果应符合现行《建筑地基检测技术规范》的要求，其承载力特征值应符合设计要求。

2）采用本技术且为抗拔桩时需考虑本技术可能导致单桩抗拔承载力低于传统摩擦型管桩或摩擦端承型管桩的情况，设计单桩抗拔承载力需根据试验桩的试验结果进行选用。

5.9凿除桩头

1）实际桩顶标高高于设计标高时，采用静力切割工具切割桩顶及多余混凝土，并及时进行清运。

6、操作要点

6.1、引孔

引孔孔径要比设计桩径大100mm，引孔必须垂直，并达到持力层的设计深度。

6.2、填料

引孔后孔内填入水泥砂浆或砼，填料应有一定的缓凝效果，流动性和和易性必须满足要求，填量经过计算和试验确定。

6.3、锤击管桩

填料后将管桩插入填料内，插桩一定要垂直，插桩后马上打桩，尽量缩短各工序之间的间歇时间，打桩时中间不能停歇，一气呵成。

7、适用范围

7.1 引孔、植桩施工技术适用于有效桩长≤15m、持力层位于强风化岩石、中风化岩石，且按饱和单轴抗压强度划分时为极软岩、软岩、较软岩的管桩。在较硬岩和坚硬岩中使用时需充分论证旋挖桩机在此类岩石中的钻进能力。

7.2 本施工技术适用于在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力忽略不计的端承型桩，不适用于摩擦型桩或摩擦端承型桩；若桩顶标高距离岩石层顶面距离较小，采用本施工技术时需忽略岩体表面上方土层的桩侧阻力。

7.3管桩持力层处的岩体若有水稳性能较差、遇水强度下降快等不利条件，成桩后孔侧或孔底遇水软化等情况，施工前应充分论证该施工技术的可行性，必要时采取复打法、桩芯封堵、注浆加固等措施。

7.4 引孔后管桩持力层处若存在不同的岩石夹层，需进行现场技术试验并充分论证在有岩石夹层和无岩石夹层处单桩承载力可能产生的较大突变情况。

7.5  本施工技术若无特殊情况应尽量避免管桩接桩，如需接桩，接头个数不得超过1个，且应先试验在内填混凝土后管桩在锤击前入孔深度，应保证第一节管桩在钢丝绳松脱的情况下桩身露出地表≥50cm，以便于接桩，若无法满足则不得进行接桩工作。

7.6采用本施工技术施工时，总工期将长于传统锤击管桩和静压管桩，短于灌注桩工艺，若总桩数较多时需考虑可能增加的时间成本。

8、经济和社会效益

8.1经济效益

采用本技术进行施工，其总造价低于传统灌注桩，总工期低于传统灌注桩，经济效益极其显著。

8.2社会效益

1）采用本技术时可减少采用筏板基础时需大面积开挖土方、对地基承载力要求较高、不利于基坑支护安全的问题。

2）相较于传统灌注桩工艺，可减少土方开挖量，减少混凝土用量。采用预制管桩可做到工厂预制化，避免现场材料加工可能导致的环境污染问题。

8.3技术效益

1）引孔、植桩施工技术解决了项目在仅有地下一层，桩顶标高与岩层之间存在一定距离，采用筏板基础时需大面积土方开挖，基坑支护施工周期延长、采用灌注桩时工期长、造价高的问题；

2）管桩采用岩石层作为桩端持力层时，本工艺相较于传统管桩采用粘性土、淤泥、砂土提供侧阻力时，能有效降低管桩的总沉降量，避免了水土流失或地下水位升降对传统摩擦型管桩可能造成的不利影响。

3）相较于传统灌注桩工艺，本技术可有效避免缩径、塌孔、虚土厚度太厚、断桩等质量问题对桩基础承载力的不利影响。

4）相较于传统管桩，本技术虽然是管桩做桩基础，但是属于非挤土桩，桩基础施工作业中不易发生危害周围桩基础和周边环境的情况。

9、推广应用前景分析

采用灌注桩时成本高昂，工期较长，不利于项目的总投资控制。此技术经本行业多位专家论证，借鉴了其他采用引孔、植入管桩施工技术的项目方法，配合项目特点优化得到，拥有广泛的技术应用前景。