大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法效益分析

1.《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》在任何岩层或不易成孔的地层，都可以进行成孔，比起常规的岩石成孔工艺，成孔速度快，潜孔锤同步跟管成孔时间40分钟左右，而旋挖成孔工艺耗时14小时左右，该施工技术与传统施工相比提高施工功效20倍，节省了施工工期及人工费，经济效益显著。

2.常规施工工艺在使用原土造浆、膨润土造浆进行护壁时，需开挖泥浆池，造成安全隐患的同时，也加大了其储存空间，对环境造成不利影响。该施工工法采用钢套管同步跟进，解决了桩孔塌孔、卡钻或埋钻的问题，其持续跟进套管及时嵌入岩层，对地下水外泄到孔内起到防护作用，不需使用膨润土等化学物质进行造浆护壁，可保护环境，符合国家现阶段绿色施工政策，环保效益显著。

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》的环保措施有以下4点：

1.在建设施工的全过程中，根据客观存在的粉尘、污水、噪声和固体废物等环境因素，实施全过程污染预防控制，尽可能的减少或防止不利的环境影响，达到环保要求。采取预防为主，加强宣传，全面规划，合理布局，改进工艺，节约资源，为企业争取最佳经济效益和环境效益。严格遵守国家和地方政府部门颁发的环境管理条例、法规和有关规定。

2.排水设施的建设应当遵守国家和地方规定的技术标准，区域内实行雨水、污水分流制的，雨水和污水管道不得混接。

3.空压机需设置隔声棚，隔声棚外噪声测量小于＜55分贝。

4.成孔排岀渣土需单独存放，集中用封闭货车倒运出场地，防止撒漏。

采用《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1.针对《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》的特点，制定各项施工技术安全措施，并组织全体施工人员进行专项交底会议，并做书面交底。坚持做好工人入场三级安全教育并考试取证，做到安全上岗证持证率100%。

2.施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005的有关规定执行。

3.电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，还必须将其布置在专用电杆上。

4.各种机械设备进场时必须经过验收，合格后方可使用。机械设备严格按操作规程进行操作，严禁非定岗司机动用机械设备。各种机械有专人负责维修、保养，并经常对机械的关键部位进行检査，预防机械故障及机械伤害的发生。

• 控制标准

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》执行《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002，《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工检验的主控项目应符合下列规定：

1. 成孔深度大于设计要求，允许大于设计深度300毫米。

2. 桩位允许偏差值应符合下表的要求。

大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工检验的一般项目应符合下列规定：

1. 成孔垂直度偏差不得大于1.0%。

2. 成孔直径不得小于设计直径，成桩后局部直径允许偏差值为-20毫米。

3. 孔底沉渣厚度端承桩不得大于50毫米，摩擦桩沉渣厚度不得大于100毫米。

• 保证措施

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》的质量保证措施有以下3点：

1.严格控制桩位和桩身垂直度，打桩前需复核建筑物轴线、水准基点、场地标高；在桩位复核正确、地坪标高已测定的基础上，桩机才能就位；桩机定位要准确、水平、垂直、稳固。桩机就位后，利用自动控制系统调整其垂直度，桩位对中偏差不超过20毫米。

2.成孔前必须检査钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对磨损超标的钻头及时更换；根据地坪标高、桩顶设计标高及桩长，计算出桩底标高，以便钻孔时加以控制。成孔深度必须大于根据地面标高和设计桩底标高在套管上做好的标记，至设计深度时用水准仪进行复测。

3.成孔至设计深度后，多次提升钻杆动力头清除沉渣，根据内螺旋钻杆和外套管之间的差值验测沉渣厚度。

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》采用的机具设备见下表。

大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法适用范围

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》适用于松散砾砂层，较厚回填土层，有漂石、块石、卵石等的巨粒土地层，硬质岩石等地层，直径≥800毫米大直径嵌岩灌注桩桩成孔。

大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法工艺原理

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》工艺原理如下所述：

大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工技术，利用双动力头分别驱动钻杆加底部潜孔锤、外部钢套管。钻杆动力头带动长螺旋钻杆及下部潜孔锤顺时针转动，潜孔锤在高压空气的作用下破碎岩

大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法层，同时套管动力头驱动钢套管逆时针旋转，钢套管下部环状合金钻头切割岩层与潜孔锤同步跟进成孔。穿管过程中形成的渣土利用驱动潜孔锤的高风压空气从套管与内螺旋杆之间向上吹起，通过螺旋钻杆的转动将其导至套管外，实现成孔与清孔同步施工。

大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法工艺流程

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》工艺流程如下所述：

• 施工准备

1.了解施工场区土层分布及土层的物理力学性能，选择合适的设备机具。

2.对所用的机械设备提前进行维护、保养，确保在施工时正常运转。

3.根据现场实际情况进行科学合理的布置，提前做好“三通一平”工作。清理施工现场地下、地面及空中障碍物，确保顺利施工。

4.组织施工设备、机械进场，并组装调试，购置易损配件。

• 操作要点

桩位放样

根据设计的桩位图，按施工顺序将桩逐一编号，依桩号对应的轴线，利用全站仪进行桩位放样，放好桩点后用0.5米钢筋头打入地坪，距桩点1米设置护点，桩位放样允许误差＜10毫米，并在打桩前进行复核。

同步跟进钢套管安装

在套管动力头下端安装相应长度的钢套管。安装时将钢套管与套管动力头用钢丝绳连接，提升套管动力头，将钢套管吊起并立于地面，然后缓慢下放套管动力头使钢套管上端的卡块与套管动力头下端的套管插座接口对准并插入，逆时针旋转套管动力头使钢套管卡块进入套管插座的卡槽内，连接完成。

双驱动桩机定位

将桩机移至桩位，缓慢下放套管动力头，使套管中心与桩位对齐，利用自身垂直仪器调整钻机立柱的垂直度。

成孔与清孔

1.启动钻杆动力头，潜孔锤在钻杆动力头及钻杆的带动下按顺时针方向旋转，启动高压空气压缩机，使空气压缩机气压达到2.4兆帕，向潜孔锤供气，潜孔锤在高压空气的作用下开始成孔，然后启动套管动力头使之按逆时针方向旋转，缓慢下放装配钢套管，钢套管下部环状合金钻头切割岩层与潜孔锤同步跟进成孔。为防止偏孔，开孔时要采取慢速冲击；套管随潜孔锤进尺而跟进至基岩面后关闭套管动力头，跟管停止，钻杆动力头带动潜孔锤继续冲钻入岩至设计孔深。

2.冲钻过程中采用匀速慢进，遇阻力大时潜孔锤向上提升，提升距离约0.3~0.5米，再次旋转振动冲击进尺，在成孔作业过程中为输送出成孔产生的渣土，需2~3次反复提起和下放钻杆动力头。

3.成孔达到设计孔深后，通过气压清孔2~3分钟，通过螺旋钻杆提升排除沉渣，经检测沉渣厚度W50毫米时停止。凿除的渣土可利用压力风为介质由排渣通道排到长螺旋钻杆上，随长螺旋钻杆提升，钻出的渣就可直接排至孔外，完成钻孔的清孔。通过高压高速压力风的清理后，孔底被清理干净，不存在沉渣。当检测沉渣厚度＞50毫米时，应将潜孔锤再次下入孔内进行第二次清孔，直到满足实际要求。

桩机移位

成孔完毕后，桩机移至下一桩位继续施工。

同步跟进钢套管拔出

1. 拔管前大直径嵌岩灌注桩混凝土施工

1） 下钢筋笼钢筋笼采用现场加工，钢筋笼吊装时严禁弯折变形，钢筋笼四周设定位器以满足设计要求。

2） 浇筑桩身混凝土钢筋笼就位后，可将导管或者串筒吊入孔内，吊入时要有专人监护调正防止刮挂钢筋笼，超灌高度要根据钢管壁厚及土质估算混凝土充盈系数后确定，防止拔管后混凝土面低于设计桩顶高度。

2. 同步跟进钢套管拔出

当桩基混凝土浇筑完成，用100吨履带式起重机配合DZJ-180型振动锤将套管拔出。先开启振动锤振动I分钟后再起吊拔管，自浇筑完成后振动拔管时间控制在30分钟完成，最长不得超过60分钟。

劳动力组织

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》劳动力组织情况见下表。

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》的工法特点如下所述：

1.《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》对地层有漂石、块石、卵石等巨粒土地层能有效克服石块的塌落卡钻、垂直度偏斜的难题，施工速度快，费用低。

2.在复杂地质条件下，大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工艺能有效控制成孔质量；对松散回填土、砂层等地层，外套管同步跟进，能更有效地控制桩身塌孔现象的发生，有效降低混凝土的浪费。其他成孔方法在以上所述的地层中不能很好地、有效地控制塌孔现象的发生，塌孔导致桩身充盈系数加大，提高材料成本。

3.《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》不需要进行造浆护壁，同步跟进套管不仅能有效防止塌孔，而且钢套管同步跟进能及时嵌入岩层，对地下水渗漏到桩孔内起防护作用，成孔后孔内无水。

4.《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》成孔时产生的沉渣利用高压空气通过螺旋钻杆排到孔外，能够彻底清除孔内沉渣，不需进行二次清孔，实现了成孔与清孔同步施工。

2009年前，中国桩基施工中成孔方法有沉管成孔、钻孔成孔两大类。沉管成孔受沉管设备、地质条件限制，桩长、直径满足不了大的设计承载力要求。钻孔成孔一般有冲击、长短螺旋、正反循环、旋挖、人工挖孔等方法，施工大直径桩基遇到地层有漂石、块石、卵石等巨粒土时，以上方法均不能有效克服。此外，松散砾砂层的稳定也以浪费混凝土增加充盈系数来解决，硬质岩层的成孔效率也造成造价大幅提高、工期延长，富含地下水的松散地层采用冲击、正反循环、旋挖方式施工往往产生大量泥浆且孔底沉渣减小单桩承载力。

《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》应用实例如下：

自2008年公司引进韩国设备应用于大直径桩基施工，先后在芬兰美卓造纸机械有限公司淄博服务中心项目、淄博客运中心、临沂市文化广场、临沂恒大城等桩基础工程中使用。

1.芬兰美卓造纸机械有限公司淄博服务中心项目设计552棵嵌岩桩，要求桩端进入中风化石灰岩1.5米，岩石单轴抗压强度在60~105兆帕，招标文件要求工期为105天，采用大直径套管同步跟管成孔自2008年3月10号至4月3号25天完成全部施工任务，节省了设备、人工费35万元，节省了排污费10万元。

2.淄博客运中心位于昌国路南侧，共布设钻孔灌注桩523棵，2009年9月11日开工，2009年11月6日竣工，要求桩端进入中风化砂岩1.8米，持力层以上为7米厚混砂卵石层，采用大直径套管同步跟管成孔，混凝土充盈系数约为1.1，较常规工艺节约了1000米，混凝土，综合节约造价30余万元。

3.临沂市文化广场工程共布设钻孔灌注桩728棵，2010年8月1日开工，2010年10月25日竣工，进入中风化砂岩1.5米，土层中局部存在块石，采用常规成孔工艺极易塌孔。采用大直径套管同步跟管成孔后顺利完成施工任务，综合节省施工费用58万元。

注：施工费用以2009—2010年施工材料价格计算

2010年，《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》通过山东省科学技术厅鉴定，并获得了淄博市科学技术进步三等奖。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009~2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《大直径嵌岩灌注桩潜孔锤同步跟管成孔施工工法》被评定为2009~2010年度国家二级工法。

嵌岩灌注桩的承载性状由于长径比、覆盖土层性质、嵌岩段岩性、施工工艺不同而有显著差异。我国现行的关于嵌岩灌注桩承载力的计算模式大体有两类, 一类是只计桩端阻力, 另一类是只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力。两者都不计覆盖土层的侧阻力, 所以两者用于计算长径比较大的建筑物嵌岩灌注桩存在与实际承载力性状不符合的缺点。考虑长径比较大的灌注桩竖向极限承载力, 其侧阻力先于端阻力发挥, 属于端承-摩擦型桩。

按《建筑结构设计统一标准》的规定, 恒载效应的变异系数为0. 07, 服从正态分布, 活载效应的变异系数取为0. 29。取土性参数和荷载效应作为基本随机变量, 几何尺寸视为定值 。

嵌岩灌注桩作为一种特殊类型的桩在地基工程中得到了大量的使用, 特别是山区钻孔灌注嵌岩桩应用更为广泛, 重庆垫江地区近10年来大约有85%以上的高层建筑采用嵌岩灌注桩基础。目前, 桩基础设计方法是将荷载、抗力等设计参数视为定值, 不考虑岩土的变异性, 即使为考虑种种不确定性而引入的安全系数也是确定的, 都属于定值设计方法的范畴。然而, 桩基设计中的每个环节都是在大量的不确定性下进行, 随着高层建筑的日益增多, 此不确定问题将会越来越突出 。

成孔主要是利用双腰带笼式钻头钻进至设计标高的过程。在成孔过程中，主要控制成孔的垂直度，护壁的完整性，持力层岩面的确定。成孔是扩孔的基础。