灌注桩扩孔率控制技术施工工法

尚向阳 炊林源

（郑州黄河工程有限公司 郑州 450008）

1 前言

灌注桩扩孔率控制技术由郑州黄河工程有限公司研究开发。此项技术成果于2009年11月通过黄河水利委员会国际合作与科技局专家鉴定，鉴定意见认为此项技术为国内水利行业一项最新成果。郑州黄河工程有限公司根据施工经验编制本工法。

2 工法特点

灌注桩扩孔率控制技术施工工法是在原有灌注桩施工工艺、施工技术的基础上通过步跟控制法加强施工过程监控与管理，扩孔率控制技术通过计算负摩擦阻力在单桩及群桩环境下力的作用效果，得到最佳钻速，进而有效控制扩孔率，最终达到有效控制灌注桩质量的目的。

3 适用范围

本工法适用于灌注桩构筑物基础处理、拦河坝基堤等建筑，工艺上适合正、反循环钻机不同地层的成桩要求。

4 工艺原理

原理分析包括两方面：一是扩孔的成因分析，着重说明负摩擦阻力带来的危害；二是全面介绍“步跟控制法”，从开始到成桩直至完成整个施工质量控制。

4.1 负摩擦阻力

若桩周土的沉降大于桩体的沉降，桩—土的相对位移（或者相对位移趋势）便形成摩擦力。桩基础中，如果土给桩体提供向上的摩擦力就称为正摩擦阻力；反之，则为负摩擦阻力。桩周负摩擦阻力非但不能为承担上部荷载做出贡献，反而要产生作用于桩侧的下拽力，造成桩端地基的屈服或破坏、桩身破坏、结构物不均匀沉降等。其中，进钻过程中地基的屈服或破坏是扩孔的重要成因。

产生负摩擦阻力将使原来稳定的地基变得不稳定，实际荷载可能超过原来建议的地基承载力。一般可能由以下原因或组合造成：

a.未固结的新近回填土地基。

b.地面超载。

c.打桩后孔隙水压力消散引起的固结沉降。

d.地下水位降低。

e.非饱和填土因浸水而湿陷。

f.可压缩性土经受持续荷载，引起地基土沉降。

g.地震液化。

负摩擦阻力的计算方法如下：

确定负摩擦力关键在于确定中性面，这个定了，计算便与模型假设和常规侧阻力计算一样。计算方法包括ⓐ总应力法（α法）；ⓑ有效应力法（β法）；ⓒ原位测试结果法（标贯SPT、静探CPT）；ⓓ高应变动力桩检测（物探）。

群桩效应负摩擦阻力的计算方法如下：

由于以上研究的是单桩，群桩有“邻桩支撑效应”，群桩的内部桩一般产生的负摩擦阻力小，而外围桩则产生的相对较大的单桩负摩擦擦阻力。一般角点桩承受的压力要比周边、中心桩要大，位移也要大。因此，不同的桩，负摩擦阻力大小不一样，产生时间并不一定同步。

在工程实践中，通过有限的计算方法可以有效减少负摩擦阻力，使得桩各受力方向通过施工方法达到最大限度的均衡。

4.2 步跟控制法

所谓步跟控制法就是，通过步步紧跟、环环紧扣、严格要求，达到质量控制的效果。其操作步骤为：计算负摩擦阻力→地层、地质条件处理→合理打桩顺序选择→钻机精度控制→孔内造浆及钻进连续控制→清孔指标控制→下笼精度控制→混凝土连续灌注控制→成桩控制。

5 灌注桩扩孔率控制技术工艺流程和操作要点

5.1 工艺流程

工艺流程见下图。

灌注桩扩孔率控制技术施工工艺流程图

5.2 技术要求

所谓灌注桩扩孔率控制技术施工工法就是，步步紧跟、环环紧扣、严格要求，达到质量控制效果。在原有灌注桩施工工艺、施工技术的基础上通过步跟控制法加强施工过程监控与管理，通过计算单桩及群桩环境下的负摩擦阻力，得到最佳钻速，进而有效控制扩孔率，最终达到有效控制灌注桩质量的目的。

采用这种控制方法是由扩孔率产生特性决定的。从地质、地层到施工中的各环节，如定位、整平、钻进等都是造成扩空率增大的因素，因此灌注桩扩孔率控制技术施工工法就是根据以上原因总结出来的。

灌注桩扩孔率控制技术施工工法的提出，丰富了灌注桩理论，有效地控制了扩孔范围，减少了混凝土用量，降低了成本，提高了效益，缩短了施工时间，减少了施工对居民的影响等社会现象。

6 技术水平和技术难度（与国内外同类技术水平比较）

a.本工法率先在水利行业内部根据灌注桩实际施工特点提出了灌注桩扩孔率控制技术，创造性地提出了负摩擦阻力变速钻进技术与步跟控制法，总结出了具有较高适用性的灌注桩扩孔率控制技术。在国内同领域尚未发现类似文献报道。

b.本工法利用灌注桩的普遍施工特点，结合自行总结的负摩擦阻力变速钻进技术完成了灌注桩关键点质量控制。在检出文献中尚未发现相同报道。

c.本工法通过步跟控制法，有效解决了由于钻机自身等因素造成的负摩擦阻力变速钻进技术应用受限制的难题。在国内尚未发现类似文献报道。

灌注桩扩孔率控制技术施工工法技术具有新颖性，是国内水利行业一项最新成果。

7 本工法应用情况及应用前景

灌注桩扩孔率控制技术施工工法应用于河南郑州韦滩控导工程（16～27号坝、43～52号坝）、河南郑州韦滩控导工程（1～16号坝），南水北调中线一期穿黄工程Ⅳ标孤柏嘴控导工程中，取得了很好的效果，其中河南郑州韦滩控导工程（16～27号坝、43～52号坝）工地被评为 2007年度黄河防洪工程文明建设工地，该项目部被评为2007年度河南黄河施工企业优秀项目部。该项成果的应用既减少了混凝土的使用费用，又减少了购买钻机自身磨损的维护费用。已在我公司广泛推广。

8 经济效益和社会效益（包括节能和环保效益）

灌注桩扩孔率控制技术施工工法的提出，丰富了灌注桩理论，有效地控制了扩孔范围，减少了混凝土用量，降低了成本，提高了效益，缩短了施工时间，减少了施工对居民的影响等社会现象。

该项成果既减少了混凝土的使用费用，又减少了购买钻机自身磨损的维护费用。以混凝土为例，直接费用为325元/m3，而一般施工技术为353元/m3，某工程灌注混凝土工程量为11688m3，共计节约费327264元。

9 结语

采用本工法施工，有效减少了地层扰动，控制了地表沉降，施工中通过采取可行性处理措施防止地下水流失、减少对周边环境的污染，保证了施工安全与工程质量，达到了一定的环保效果。