三岔双向旋扩桩施工工法.docx
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三岔双向旋扩桩施工工法
甘肃第四建设集团有限责任公司企业工法
2016-GSSJ工字01号
三岔双向旋扩灌注桩施工工法
2016年9月15日发布2017年5月1日实施
甘肃第四建设集团有限责任公司发布
三岔双向旋扩灌注桩施工工法
甘肃第四建设集团有限责任公司
王彦荣代红军
1.前言
在桩基工程中，目前使用最多的还是直孔灌注桩，但它的使用也存在一些局限性，例如：
采用桩基数量较多，单桩承载力有限，尤其在城市有限的空间里施工难度大，同时工程造价也较高。
所以如何在有限的空间里利用较少数量的特殊桩基来替换大量的直孔灌注桩，同时又影响基础承载力的要求，成为桩基施工的突破点。
2.工法特点
2.1、21世纪我们倡导绿色节能环保的施工技术，三岔双向旋扩灌注桩通过旋扩臂对周围土体进行旋扩挤压，按承载能力要求，在桩身不同部位旋扩形成均称的圆锥盘形扩大空腔，使周围土体与桩身混凝土成为一个整体，形成由桩身、承力盘和桩根共同承载的桩型，充分发挥桩与土的整合作用，提高了建筑结构的稳定性。
由于桩的竖向抗压承载力、抗水平力及抗拔力都有较大提高，从而起到了节约材料与工程成本的作用，所以特别适合于城市建设的基础施工。
2.2、三岔双向旋扩灌注桩成桩质量可靠，单桩承载力高，节约成本、缩短工期，设计灵活、适应性强，施工过程可控制。
3.适用范围
直孔桩可以成孔的土层就适用于三岔双向旋扩灌注桩，另外三岔双向旋扩灌注桩需要将承力盘置于较好的土层中，可塑～硬塑状态的黏性土、稍密～密实状态的粉土和砂土、中密～密实状态的卵砾石层和残积土层、全风化岩、强风化岩层宜作为抗压三岔双向旋扩灌注桩的承力盘持力土层。
4.工艺原理
4.1、三岔双向旋扩灌注桩是使用三岔双向旋扩设备进行旋扩从而形成的一种变截面桩。
它是在传统的钻孔灌注桩（直孔桩）工艺中增加一道旋扩工序，通过液压系统控制旋扩壁的扩张和伸缩，按承载能力要求，根据地层的力学指标及土质条件，选择有利地层作为承力盘的持力层，在桩身不同部位旋扩形成均称的圆锥盘形扩大空腔，然后放入钢筋笼，灌注混凝土，形成由桩身、承力盘和桩根共同承载的桩型，从而提高单桩承载力高，减少桩的使用数量，缩短了工期，同时也节约工程成本。
4.2、三岔双向旋扩装置采用双缸双向液压结构，使旋扩臂呈水平运动方向旋扩挤压孔侧土体,保证空腔完整并且采用仪表实时监测系统，准确的监控承力盘周围压力变化情况，随时了解土层软硬性。
当发现与试桩旋扩压力存在明显差异时，可采取调整承力盘高度或增加承力盘数量的措施，来确保单桩承载力，所以成桩质量可靠。
4.3、因增加承力盘，桩端承载面积增大，每个三岔双向旋扩灌注桩承力盘的端承（截面）面积是直桩的5倍之多，所以具备良好的竖向抗压能力和抗拔能力。
5.施工工艺流程、操作要点
5.1三岔双向旋扩灌注桩主要工艺流程
桩孔测量定位→护筒埋设→钻机就位（复验桩位）→成孔、清孔、提钻→扩盘成型→安钢筋笼→吊放导管→二次清孔→浇筑混凝土→检查桩顶标高→成桩。
流程图如图1所示。
图1三岔双向旋扩灌注桩工艺流程图
5.2主要施工工艺
5.2.1泥浆制备
成孔护壁泥浆可采用原土造浆，当施工现场土质不能满足正常施工要求，可以掺加膨润土作为补充，以便提高泥浆护壁功能，必要时采用人工制浆。
泥浆比重是成孔质量的保证，制备泥浆的性能指标应符合规范要求。
泥浆护壁应符合以下规定：
施工时护筒内的泥浆面不得低于地下水位1.5m以下。
在清孔时，应及时补充泥浆，以确保水头压力。
混凝土浇注前孔底50cm内的泥浆比重要≤1.25，含砂率不大于8%，粘稠度不大于28s，胶体率宜为90%。
在容易产生泥浆渗漏的土层应采取维持稳定的措施，添加CMC纤维素，提高胶体率，工业用碱提高粘度，铁酸盐等。
施工初期，认真分析每桩原土造浆中添加后的泥浆指标，尽快掌握膨润土配量规律，使其满足技术要求，提高工效，加快施工进度。
5.2.2成孔
1）桩位测量：
根据桩位布置图、控制桩和工程地质报告，采用全站仪测定桩位，从基准点引出桩位控制点，建立二级控制网，控制桩周围采用混凝土浇注加固，用钢筋加工安全防护栏保护，经监理验收后再进行施工。
2）护筒安放：
先利用十字交叉法引出定位点，然后进行护筒开挖及护筒埋设，护筒安放后，再用十字交叉法将桩位引至护筒内，以保护桩位的准确性；护筒中心与桩位中心的偏差不得大于20㎜，并保证垂直。
3）护筒直径根据桩径而定，高度不小于1.5m，用6mm钢板制作，护筒的埋设深度一般不小于1.5m，以确保护壁作用。
护筒口略微高出孔口地面，防止孔口漏水、坍塌。
护筒周围须用粘土从下往上填满捣实。
4）钻孔：
成孔均采用旋挖钻机成孔。
钻机移动就位后，钻头准确对准桩位中心，同时再次核对钻机平台、钻杆的水平及垂直度无误，此时可以开机钻进。
开孔时，采用慢进尺，保证开孔的钻孔垂直度，待钻过3～5m后，可恢复正常进尺速度。
孔深、孔径必须达到设计要求，垂直度允许偏差不大于1%。
一般钻至距离设计孔底约2米停止钻孔，然后转入下一道扩孔工序。
等扩孔工序完成后再进行回钻清孔至设计孔深，钻孔预留约2米原状土的目的是使清孔更方便及彻底。
5）施工允许偏差
表1挤扩灌注桩施工允许偏差
序号
成孔
方法
桩径偏差（mm）
垂直度
允许偏差（%）
桩位允许偏差（mm）
单桩、条形桩基沿垂直轴线方向和群桩基础中的边桩
条形桩基沿轴线方向和群桩基础中间桩
1
挤扩灌注桩
-0.1d且
≤-50
1
d/6且不大于100
d/4且不大于150
6）成孔质量检验：
成孔质量检测包括孔深检测与垂直度检测两项：
孔深检验结合成孔施工记录表，利用测绳检测孔深及孔底沉渣厚度。
垂直度检测：
利用铅垂仪检测或直接利用旋挖装置深入孔底检测。
5.2.3扩孔
扩孔的主要操作要点是旋扩及盘径监测，在旋扩时采用机载显示屏智能监控系统，实时监测旋扩臂周围土体压力，随时调整盘位高度及旋扩速度。
如果压力显示偏低（表示土层较软），可将盘位往下调整，压力偏高（表示土层太硬），盘位则往上调整。
旋扩前首先检测机载显示屏智能监控系统与液压旋扩传输传输运行状况。
旋扩时，根据机载显示屏所反映得周围土体压力状态，随时调整旋扩速度及深度。
机载显示屏智能监控系统，全过程记录旋扩时周围土压力状况，保证了旋扩质量，实现了旋扩过程的可视化。
机载显示屏智能监控系统与传统机械式盘径检测器相比较，其检测结果更为准确及可靠。
5.2.4清孔
清孔时必须采用清水稀释泥浆或者换浆的方法，降低孔底泥浆的含砂率以及泥浆的稠度，但在注入清水或新鲜泥浆时，要注意孔内水位，避免坍孔。
5.2.5钢筋笼的制作与安装
钢筋笼的制作与安装应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）及图纸设计要求。
钢筋笼下放过程，采用中间和端部同时起吊，防止在下放过程中产生变形以及碰撞孔壁。
5.2.6混凝土浇筑
1）导管壁厚不宜小于3mm，直径为200mm，丝扣连接,直径制作偏差不应超过2mm。
导管安放时导管距孔底0.5m左右，并且在开始浇筑时，混凝土扩散后的导管埋入深度不应小于0.8m；在混凝土浇筑过程中要控制混凝土量，保证一次性灌满盘腔，以保证盘腔的充盈质量。
导管提升时，不得挂住钢筋笼，为此可设置防护板或护罩。
2）导管连接必须密封性好，不得漏水。
使用前需作水压试验，试水压力为0.6～1.0MPa，检查导管的密封性能和耐压能力，达到标准后方能使用。
3）导管可在钻孔旁预先拼接，在安装时再逐段拼装，分段拼装时，应仔细检查，变形和磨损严重的不得使用。
4）导管安装，应使其位于孔中心位置，稳步沉放，防止卡挂钢筋笼。
5）混凝土浇筑时，为提高浇筑质量，应严格按照规程进行操作，遵循以下技术要求：
只有在成孔和清孔质量检验合格后，才可开始灌注工作。
浇注前，应对护筒标高进行复测，以决定钢筋笼吊筋的长度，使浇注时钢筋笼稍离孔底，保持垂直状态，防止钢筋笼倾斜而导致保护块嵌入孔壁，影响钢筋笼保护层。
首批混凝土灌注正常后，应连续不断地进行灌注，严禁中途停工，并及时测量孔内混凝土面高度，并适时提升，逐级拆卸导管，保持导管埋深为2-6m。
做好水下混凝土灌注记录。
在灌注混凝土时，按照规范要求及时制作混凝土试件,用油漆写上部位孔号、日期。
试件拆模后，送相关检测单位进行28天抗压强度检测。
灌注混凝土前，孔底500mm以内的泥浆比重应＜1.25；含砂率≤8%；粘度≤28s。
灌注混凝土时，应及时测量混凝土面高度，以控制导管埋深和桩顶标高。
具体做法是采用绳系重锤吊入孔内，使其通过泥浆沉淀层而停留在混凝土表面上，根据测绳的进入深度计算混凝土面高度。
测深锤应以平底为宜，且底面积不宜太小，测量时须仔细认真，并与已灌注的混凝土数量核对，以防误测。
6.人员与机械设备
6.1劳动力组织
序号
工种
主要工作内容
1
技术人员
认真执行规范、进行质量检查、技术交底、做好施工记录。
2
质检员
施工质量监控
3
安全员
现场安全检查
4
测量人员
钻孔桩高程、桩位测量、检测承力盘
5
试验人员
混凝土试验
6
钢筋工
钢筋搬运、下料、加工、绑扎成型
7
电焊工
钢筋焊接
8
混凝土工
混凝土浇筑、桩头清理
9
旋扩钻机司机
旋扩钻机操作
10
普工
以上工作内容以外的其他工作
11
电工
施工用电、电器控制
6.2施工机械配置表
序号
机械名称
台数
型号
备注
1
旋扩钻机
4
GZ200
性能良好
2
吊车
1
QY25
性能良好
3
装载机
2
ZL50C
性能良好
7.质量控制
1）原材料品质
2）泥浆比重
3）孔深、孔径
4）首扩压力值
5）旋扩盘径、盘位
6）浇注前清孔及孔底虚土厚度
7）钢筋笼连接质量
8）钢筋笼标高、定位
9）混凝土浇筑的连续性
10）除上述技术要求、关键工序严格操作和控制外，应严格遵守执行以下措施：
应重视一次清孔的重要性。
一次清孔前须停泵磨孔10分钟，将泥浆块打碎后，开泵排出地表。
一次清孔彻底，有利于降低下道工序的孔底沉渣，实际也缩短了二次清孔的时间，有利于提高工效。
用于浇筑旋扩灌注桩的水下混凝土，其坍落度应为160～220mm，若掺入缓凝剂，应事先做好试验，满足强度与和易性等要求方可使用。
浇筑后桩顶混凝土面（不计浮浆）至少应高于设计标高0.8m。
旋扩装置入孔下放受阻时不得强行冲放，导致塌孔埋没设备。
此时，应将旋扩装置及时提出孔外，并向钻孔施工人员反映，共同分析原因，找出处理方案，必要时进行二次回钻。
每次旋扩后应立即补足泥浆，以维持孔口水头压力。
若桩距布置较密，在布置施工顺序时应隔桩跳打施工。
旋扩盘腔工序完毕，应及时移交进行下放钢筋笼及清孔等下一道工序。
连续作业不得中途停工，以保证施工质量和工期。
旋扩灌注桩的混凝土浇注量充盈系数应大于1。
定期组织质量管理人员检查规程、规范及技术要求的执行落实情况，进行施工质量控制的评定与施工总结，以利于提高施工质量管理水平。
桩孔施工质量检查项目与控制标准如表2示。
表2桩孔施工质量检查项目与控制标准
项次
项目
质量标准
1
孔位偏差
±d/6-±d/4（d桩径）mm，且不大于100mm
2
孔径偏差
±50mm
3
孔深偏差
+300mm
4
盘径偏差
-4%
5
孔斜偏差
＜1%
6
泥浆比重
＜1.25g/cm3（孔底500mm以内）
7
泥浆粘度
漏斗粘度≤28s（孔底500mm以内），马氏漏斗30-45s
8
泥浆含砂量
≤8%（孔底500mm以内）
9
沉渣厚度
≤100mm
8.安全措施
8.1各种机械应有安全操作规程牌，操作者要严格按规程规定作业。
作业前检查机械状态，确认安全，经试运转后使用，好安全技术交底工作。
8.2机械作业时有专门的机械管理员在现场，防止非施工人员进入机械作业半径。
8.3起吊钢筋笼时不得在车辆驾驶室上通过，钢筋笼吊起后，起重臂回转半径范围内不准站人。
8.4丝绳、夹具、滑轮等按有关规定选用和匹配。
使用中要经常检查，超过报废标准时立即更换。
9.环保措施
施工过程过程中严格控制与管理，最大限度地节约资源和减少对环境的负面影响，通过控制扬尘、降低噪音、防止光污染、水污染、土壤保护及垃圾分类等方面进行控制，使施工环境负荷降到最低程度。
10．效益分析
三岔双向旋扩灌注桩由于单桩承载力比传统直孔灌注桩高，所以采用桩基数量少，节约原材料30%以上，节省桩基总造价25～35%，同时，因桩的数量减少，承台尺寸也相应减小，承台混凝土及钢筋用量减少，且因承台减小，施工工期也相应缩短，并且三岔双向旋扩灌注桩在成桩过程中，不考虑地下水位的影响，可以根据地基承载力要求设置承力盘个数来确保单桩承载力。
三岔双向旋扩桩与直孔桩技术经济对比如表3示，三岔双向旋扩桩承载力试验结果统计如表4示，三岔旋扩桩与直孔嵌岩桩主要数据比较如表5示。
试验桩
编号
桩型
桩长
（m）
桩径
（mm）
试验
日期
最大
加荷
（kN）
最大
沉降
（mm）
单桩竖向抗压极限承载力
（kN）
单桩竖向抗压极限承载力统计值
（kN）
单桩竖向抗压承载力特征值
（kN）
备注
33
三岔双向旋扩灌注桩
28.1
800
2016.3.24
9800
23.0
≥9800
≥9800
≥4900
达到最大荷载时，试桩均未破坏
47
29.1
800
2016.3.28
9800
21.24
≥9800
62
30.0
800
2016.3.3
9800
24.54
≥9800
表3三岔双向旋扩桩与直孔桩技术经济对比表
对比项目
直孔桩
三岔双向旋扩桩
备注
桩径
1000mm
800mm
承力盘径
1900mm
承力盘数
2个
有效桩长
30m
30m
Quk（kn）
5861
9000
特征值Rn（kn）
2931
4980
单个承台的桩数
6个
3个
单桩混凝土用量
23.55m³
17.09m³
节约27.43%
承台混凝土用量
141.3m³
51.27m³
节约63.72%
泥浆排放总量
23.55m³
17.09m³
节约27.43%
钢筋总用量
6.2t
2.9t
节约53.23%
总造价节约277.92万元
表4三岔双向旋扩桩承载力试验结果统计
表5三岔旋扩桩与直孔嵌岩桩主要数据比较
桩类型
数据类型
桩数
总造价
承载力
施工时间
1000mm直孔灌注桩
356根
697.76万元
5861KN
35.6天
800mmDX桩
164根
419.84万元
9862KN
27.3天
备注
减少192根
节约277.92万元
提高68.26%
节约8.27天
11.应用实例
11.1中国电信兰州新区通信枢纽中心一期工程所采用的三岔双向旋扩灌注桩是甘肃省的首例，通过中国电信通信枢纽中心一期工程配套用房采用的直径为800mm的三岔双向旋扩灌注桩与普通桩比较，承载力提高117%,总桩数减少43%,整体基础工程费用显著降低,比采用普通灌注桩节约造价27%,而且桩基低应变试验检测表明三岔双向旋扩灌注桩的桩身完整性要优于普通灌注桩。
该项技术目前全国只有少数技术手续完备，工艺成熟的施工企业采用，2016年3月11日该项技术第一次在陇原大地上采用，由甘肃本土企业甘肃建投麾下的甘肃四建集团承担施工，并在中国电信兰州新区通信枢纽中心一期工程中成功应用，效果良好，为今后甘肃建筑领域使用三岔双向旋扩灌注桩施工积累了宝贵经验，同时也标志着我们甘肃建投麾下的建筑企业对新工艺、新技术推广应用的高度重视和先进理念.
11.2根据甘肃省建筑科学研究院2014年5月提供的《岩土工程勘察报告》（详见勘察阶段）（报告编号GJKY-2014勘察038-08）由甘肃省建筑设计研究院进行设计，本工程各地层岩性，天然状态下的承载力如表6所示。
表6各地层岩性，天然状态下的承载力表
层号
岩性
厚度
qsik（kpa）
qpk（kpa）
①
素填土
1.3～4.0
②
黄土状粉质粘土
8.0～12.8
40（—15）
②1
细中砂（局部）
0.7～3.2
③
圆砾
4.3～10.2
135
2500
③1
粉质粘土（局部）
1.1～4.4
35
④
粉质粘土
2.6～7.4
40
④1
细中砂
1.0～4.3
40
④2
圆砾（局部）
1.4～2.3
135
⑤
强风化泥岩
未穿透
130
2300
勘察深度内均出现地下水，地下水属潜水类型，水位埋深27.2～28.7m。
在场地地层结构勘察深度内未发现其他不良工程地质现象，地层沉积韵律简单，均匀，稳定，所以适宜采用三岔双向旋扩灌注桩。
11.3工程桩基施工前，进行了试桩作业，并且在试桩完成后进行了静载测试，结果表明单桩竖向极限承载力标准值达到了设计要求。
通过对试桩做低应变桩身完整性测试，结果显示桩体连续性完好，该桩可在本工程使用。
11.4中国电信兰州新区通信枢纽中心一期工程所采用的三岔双向旋扩灌注桩，应用效果良好，成果显著。
同时也获得2016年甘肃省科技示范立项工程。
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