全液压可视可控扩底灌注桩施工工法

第4章 工艺原理

全液压可视可控扩底灌注桩又称为AM桩，是由全液压扩底钻机魔力铲斗进行全液压切削挖掘，扩底时使桩底端保持水平扩大，如图2所示。这一过程完全采用电脑管理映像追踪监控系统进行控制，首先用钻机将直径桩（成孔）钻到设计深度后，再更换全液压扩底快换魔力铲斗下降到桩的底端，打开扩大翼进行扩大挖掘作业，此时操作人员只需要按设计要求预先输入扩底数据和形状进行操作即可，桩底端的深度及扩底部位的形状、尺寸等数据和图像通过检测装置显示在操作室内的监控器上。
 
图2  魔力铲斗

第5章 施工工艺流程及操作要点

全液压可视可控扩孔灌注桩施工工艺流程见图3

 
图3 全液压可视可控扩孔灌注桩施工工艺流图

一、测量放样

1、根据甲方提供的桩位坐标数据放出桩位中心，做好保护及复核，并请监理单位进行现场复核、签证。

2、 桩位中心点处用红漆做出三角标志。

3、桩位放好后应及时处理保护，打好十字控制桩并做好保护措施。

二、 钻进成孔
                                 
1、钻机定位
 
1）桩位定位后拉引桩十字线，将钻杆中心与桩位十字线中心对齐，偏差不大于20mm。
2）在埋设护筒前，根据钻机自身的垂直仪调整钻杆的垂直度后，再用经纬仪复测钻杆垂直度，保证垂直度在1/100范围内。

3）钻机在完成定位、水平度和垂直度调整后，由驾驶员在操作室内对本机的水平度、垂直度、中心位置进行锁定，使桩机达到最佳状态，从而有效地保证成孔质量。

2、钢护筒埋设

护筒埋设应准确、牢固，四周用粘土夯实，并采用十字法定位，即桩位中心四周设四根定位钢筋，拉十字线，中心即桩位，护筒中心与桩位中心偏差不得大于50mm，护筒长度为2.0~3.0m。

3、稳定液制备

1）全液压可视可控扩孔灌注桩护壁采用人造稳定液，稳定液比重应控制在1.2以内，并有以下性能：

A由膨润土、水、CMC为主要材料，可使其碎屑的沉降缓慢，清孔容易。

B使孔壁表面在钻孔开始、钻孔完成、钢筋笼下放到混凝土灌注完成时能够保持长时间稳定。

C具有与混凝土相混合的特性，利用亲液胶体性质，能够被混凝土代替而排出。

D人造稳定液灌入孔中，在成孔过程中渗入土层中，能够增加地基的强度，防止地下水流入孔内。

E由于全液压可视可控扩孔灌注桩钻机是原始土挖掘钻进，然后灌入稳定液，属静态泥浆，通过浇注混凝土将孔内的稳定液排出，经过稳定液旋流净化除砂装置，使稳定液中分离沙砾后能重复使用。

二、稳定液的配制

1、稳定液配制采用膨润土、CMC（纤维素）、烧碱、水按一定比例配制而成，一般配合比为：

水：膨润土：CMC（纤维素）=1000：110：1

烧碱根据调配后的稳定液酸碱性掺入，一般PH值控制在7～9之间。

增加稳定液比重时可在稳定液中加入适量的粘土或重晶石。

2、稳定液主要技术指标

稳定液配制的主要技术指标见表1

表1  配制稳定液的主要技术指标

3、钻机等径部成孔

护筒埋设完毕后，用泥浆泵向孔内注入稳定液，钻机由随机柴油机驱动液压马达来转动钻杆，以钻杆、钻斗自重并利用液压加压旋转筒式钻头作为钻进压力进行原始土挖掘，当钻斗内装满土后，将钻斗提升，旋转钻机打开钻头斗门卸土到翻斗车上或卸土区内，关闭门将钻头旋转至钻进位置，并将机体旋转体的上部锁定住，再下降钻头，反复循环钻至设计深度，边钻进边加注稳定液。

三、扩底施工

全液压可视可控扩孔灌注桩钻机更换扩底魔力铲斗进行扩底成孔作业，如图4所示。在扩底施工时，操作人员先在电脑上设定扩底参数，在电脑自动管理中心的指挥下进行扩底施工作业，通过映像监视系统及时监测扩孔情况，确保扩底成孔质量；回转扩底铲斗在进行旋转中，铲斗的倒排镶嵌钛合金，被平均分成二份或四份进行砂砾的切削挖掘，实施水平扩孔作业，扩孔作业产生的砂砾被铲斗所容纳，收回铲斗将沙砾带出地面。

图4 全液压可视可控旋挖钻机

四、利用扩底钻头进行一次清孔

清孔时将扩底魔力铲斗（桶式，带档板）放至孔底，通过铲斗旋转钻进渣土达到清孔目的。

五、钢筋笼制作及吊装

1、钢筋笼的制作

钢筋笼整体制作，长度约25m左右，主筋与主筋连接采用直螺纹机械接头，箍筋与主筋均采用点焊连接，并应符合《钢筋焊接及试验规程》（JGJ18－2003）和《钢筋焊接接头试验方法标准》（JGJ/T27－2001）要求。钢筋笼制作允许偏差应符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-202）要求，对焊接或机械接头应先进行试焊送验，合格后方可使用。

2、钢筋笼的吊装

在吊放钢筋笼时整体吊装，要严防碰撞，不得变形。考虑钢筋笼自重约11t，起重高度在30m以上，吊车选择150吨履带吊及成孔机械配合吊装，在吊放钢筋笼时，共分3个吊点，主吊点位置距上端在2.5m处，副钩吊钢筋笼中部及底部。

3、安装导管、二次清孔

1）安装导管

A本工程采用Φ250mm导管，导管使用前须经过压水试验，试水压力为0.6～1.0 MPa，导管接头用螺纹连接方式并加O型密封圈 ，各接头必须扭紧严防漏气漏水，用完后要清洗干净，丝扣要上油。

B吊放导管应位置居中，稳步沉放，防止卡挂钢筋笼，导管底距孔底300mm～500mm。

2）气举反循环清孔

气举反循环清孔适用于第二次清孔；气举反循环清孔的主要设备机具包括空气压缩机、出水管、送气管、混合喷射器（专利号ZL2007 2 0152047.5）等。设备机具规格一般应根据孔深、孔径等合理选择。出水管可利用灌注混凝土导管。

4、混凝土的灌注

清孔结束后必须在30分钟内灌注混凝土，否则必须重新清孔，在混凝土灌注导管安装就位后，对其安装质量、导管长度、清孔质量等检查无误，方可进行混凝土浇筑，混凝土灌注量应按计算确定，随时用测绳对混凝土面进行测试，灌注要连续进行，严格按照建筑桩基技术规范施工，灌注过程中密切注意返浆情况，严格按照2～6m要求拆除导管，为保证桩顶质量，混凝土超灌高度不得小于0.5m。

第6章 材料与设备

本工程施工机械设备见表2

表2 施工机械及配套设备

第7章 质量控制

全液压可视可控扩底灌注桩的施工质量严格按照《建筑桩基验收规范》及设计要求执行，特别要注意：

一、钻孔中心与设计桩位中心偏差不得大于20mm，钻孔倾斜度<H/300（H为孔深），孔深比设计孔深超深300mm，孔径不下于设计直径。

二、桩端扩底施工完成后，要派专人进行扩底直径的验收。

三、扩底直径钢筋笼搬运和吊装时，应防止变形，安放时要对准孔位，避免碰撞孔壁，就位后立即固定，钢筋笼上浮和下沉应不大于设计规定10cm。

四、钢筋笼吊装完毕，应进行隐蔽工程验收，合格后应立即浇注混凝土，混凝土灌注过程应保证连续施工，向上翻浆正常，无堵管，导管拔出混凝土面无异常情况，对灌注过程的一切故障均应记录备案。

五、检查预留试块的抗压强度应不低于设计强度，每根桩不得少于1组。单桩的垂直承载力检验，应按设计要求进行。

六、主要技术指标

表3  主要技术指标表

第8章 安全措施

全液压可视可控扩底灌注桩施工必须严格遵守《建筑安装工人安全技术操作规程》和机械施工技术安全规则的规定执行，特别应注意一下几点：

一、在施工现场，未经施工负责人批准，不准任意拆除架设设施及安全装置。高空检修时，禁止从高空向下抛掷任何物件，以免伤人。禁止非操作人员上机操作。

二、在钻机安装、移位过程中，注意上部有无高压线路，熟悉周围地下管线情况，避免机械沉陷并发生安全事故。

三、在施工过程，对机具的运转情况、机架有无松动和位移及高处支架设备定期检查维护，防止构件脱落伤人及桩孔发生移动或倾斜。钻机所有钢丝绳要检查保养，发现有断裂情况应及时停机调换。严禁在机械运转过程检修、保养。

四、接换钻杆或扩底钻头时应盖好孔口板，防止人员和工具掉入孔内，所用扳手等工具要用细绳捆扎固定在钻架桅杆上。钻孔桩的孔口必须妥当处理，成孔附近严禁堆放重物。

五、在施工用电过程中，不得使用不防水的电线或绝缘层有损坏的电缆，电闸箱和电动机要加盖防雨罩，电路接头要安全可靠，做到一机一闸并配备漏电保护装置及接地保护装置，严防漏电现象发生。电器系统派专职电工专人负责管理。

第9章 环保措施

工程上场后，要对环境保护工作做了全面规划，综合治理。须会同监理工程师及时与当地环保机构取得联系，遵守有关控制环境污染的法规，从组织管理、防止和减轻水、大气污染、施工噪声、振动控制、水土保持、生态环境保护、粉尘控制等多方面采取一切合理措施，将施工现场周围环境的污染降至最小程度，搞好污水处理，防止污染水质，做好水土保持。

第10章 效益分析

全液压可视可控扩底灌注桩其桩型设计科学，能有效提高单桩承载力和增加抗拔力，经过对中南路站试桩数据综合分析，在同样的设计技术参数时，使用AM工法扩底灌注桩在砂层中单桩承载力提高60%-90%，其他土层提高45%-60%。

在武汉轨道交通二号线中南路站工程中，主体结构桩基采用了全液压可视可控扩底灌注桩，共布置147根深度为23m，整个桩基费用为2940万元，经测算，采用同直径普通钻孔灌注桩方案，其桩长要增加17m，桩基费用为3675万元。

采用全液压可视可控扩底灌注桩方案有效的缩短了桩长，整个桩基工程节约投资约   735万元，创造了较高的经济效益，提高了桩基成桩质量，保证了桩基工程顺利施工，因此得到了专家及业主的一致好评。

第11章 应用实例

武汉地铁二号线中南路站位于武昌区，南与武珞路丁字相接，北直接中北路（洪山广场），是通往省委、省政府的主要交通城市干道，周边高层林立，省直机关众多，交通商业繁华。

中南路站是地铁二号线与地铁四号线合设车站，为地下二层车站，车站总长290m，标准段宽42.90m，盾构加宽段为47.1 m，车站总建筑面积为30804.56m2，主体建筑面积为27720.36m2。车站共设置6个出入口,3组风亭、风道。本工程中间桩为Φ1800mm全液压可视可控扩底灌注桩，分为3m扩大盘、3.6m扩大盘（单盘）、3.6m扩大盘（双盘），中间柱为Φ800钢管柱，共计147根桩、柱。

综上所述，AM工法：全液压可视可控扩孔灌注桩施工工艺种安全、可靠、节能、高效、经济、环保的施工新技术，是我国桩基工艺技术的一个新的突破，是当今适用于各种基础工程中最完美、最理想的施工工艺之一。在科学技术是第一生产力的今天，我们衷心希望这项新的施工工艺为建筑业作出更大的贡献！