长螺旋钻孔灌注桩施工技术简介 (2010-08-09 14:51:43)
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杂谈
1 前言
长螺旋钻孔泵送超流态砼后置钢筋笼技术是由日本的CIP工法演变而来的，它与普通钻孔桩不同，它采用专用长螺旋钻孔机钻至预定深度，通过钻头活门向孔内连续泵注超流态混凝土，至桩顶为止，然后插入钢筋笼而形成的桩体，是一种新型的桩基础施工手段。超流态混凝土灌注桩应用广泛，不受地下水位限制，所用混凝土摩擦系数低，流动性强，骨料分散性好，所用螺旋钻机即可钻孔又可压灌混凝土，操作简便，混凝土灌注速度快，成桩质量好，降低造价。是2005年建设部推广的十大技术之一。
2 工法特点
2.1超流态混凝土流动性好，石子能在混凝土中悬浮而不下沉，不会产生离
析，放入钢筋笼容易；
2.2桩尖无虚土，防止了断桩、缩径、塌孔等施工通病，施工质量容易得到保证；
2.3穿硬土层能力强，单桩承载力高、施工效率高，操作简便；
2.4低噪音、不扰民、不需要泥浆护壁不排污、不降水、不挤土、施工现场文明；
2.5综合效益高，工程成本与其他桩型相比比较低廉。
3 适用范围
本工法适用于建（构）筑物基础桩和基坑、深井支护的支护桩，适用于填土
层、淤泥土层、沙土层及卵石层，亦适用于有地下水的各类土层情况，可在软土
层、流沙层等不良地质条件下成桩。桩径一般采用400mm～1200mm。
4 工艺原理
超流态混凝土灌注桩是利用长螺旋钻机钻孔至设计标高，停钻后在提钻的同
时通过设在内管钻头上的混凝土孔，压灌超流态混凝土，压灌至设计桩顶标高
后，移开钻杆将钢筋笼压入桩体。在压灌混凝土到桩顶时，灌入的混凝土要超出
桩顶50cm，以保证桩顶混凝土强度。
5 施工工艺
5.1工艺流程
平整场地→桩位放样→组装设备→安放钢护筒→钻孔机就位→钻至设计深度停止钻进→边提升钻杆边用混凝土泵经由内腔向孔内泵注超流态混凝土→提出钻杆放入钢筋笼→成桩→桩头处理→桩顶保护措施。
5.2施工方法
5.2.1准备工作
5.2.1.1岩土工程勘察报告；
5.2.1.2桩基工程施工图纸及图纸会审记录；
5.2.1.3建筑场地和邻近区域内地下管线、地下构筑物、相邻危房等必须调查清楚，以便采取相应的加固和保护措施，进而保证桩基顺利施工；
5.2.1.4超流态混凝土灌注桩施工采用螺旋钻孔机，根据不同的桩型选择相应的钻机型号及钻进参数；
5.2.1.5桩基工程中所用的原材料必须进行复验，只有经过复验且复验合格的原材料才允许使用。
5.2.2场地抄平、放线，组装设备。
5.2.3安放钢护筒，钻机就位钻机就位对准桩位点后必须调平，确保成孔的垂直度，结合场地实际情况铺设枕木或钢板，使钻机支撑稳定。
5.2.4检测桩口标高、确定钻孔深度。
5.2.5制作钢筋笼，搅拌混凝土钢筋笼主筋与加劲箍筋必须焊接，用Ⅱ级钢做主筋时可不设弯钩，用Ⅰ级钢筋做主筋时桩顶应设弯钩，弯钩长度不小于钢筋直径的6.25倍，钢筋笼下端500mm处主筋宜向内侧弯曲15～30º；桩身混凝土必须留有试块每个浇注台班不得小于1组，每组3件。
5.2.6成孔灌注
5.2.6.1开钻时，钻头对准桩位点后，启动钻机下钻，下钻速度要平稳，严防钻进中钻机倾斜错位；
5.2.6.2钻进中，当发现不良地质情况或地下障碍物，应立即停钻，并通知建设单位与设计单位确定处理方法、修改工艺参数或重改桩位、桩长等；
5.2.6.3钻机钻至设计孔底标高后混凝土泵开始压注混凝土，然后边压注边提
钻，始终保持泵入孔中混凝土量大于钻杆上提体积量。
5.2.7安放钢筋笼
利用钻机自备吊钩、塔吊或吊车将钢筋笼竖直吊起，垂直于孔口上方，然后
扶稳旋转依靠自重和人工下入孔中，如下沉阻力大则用代自重的振动器压入，固
定在设计标高。
5.2.8成桩后对混凝土强度等级进行检验
5.3操作要点
5.3.1引点就位钻机就位前对桩位进行复测，施工时钻头对准桩位点，稳固钻机，通过水平尺及垂球双向控制螺旋钻头中心与钻杆垂直度，确保钻机在施工中平正，钻杆下端距地面10～20cm，对准桩位，压入土中，使桩中心偏差不大于规范和设计要求的10mm;
5.3.2钻机成孔施工过程中要求边旋转钻杆边清除孔边渣土，以防止提升钻杆时土块掉入，钻孔过程要用经纬仪校正垂直度（≤1%）；
5.3.3超流态混凝土拌制超流态混凝土的原材料必须经过2次复验合格后方可投入使用，水泥宜选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，强度等级不得低于32.5Mpa、最小水泥用量350Kg/立方米、水灰比宜为0.5～0.6、外加剂的选用应保证塌落度达到22cm～25cm，拌制投料时其填加顺序宜滞后于水和水泥、石子粒径宜采用5～20cm，施工要加大水泥用量，提高水泥和易性，使石子在混凝土中悬浮，以避免混凝土离析，减少钢筋笼下沉时的粘阻力；
5.3.4提钻压混凝土泵送施工时，要严格控制钻杆提升速度，确保提钻速度与混凝土浇注速度相协调。提钻杆前，要求钻杆内的混凝土高度高出地面。同时，要计算每盘泵入混凝土方量（每盘0.44立方米），施工时，通过混凝土泵送对钻杆产生的上顶力，调整提钻速度，保证钻杆及叶片对混凝土有一定的挤压作用。
5.3.5吊放钢筋笼钢筋笼一般较长，为防止起吊时笼体变形，笼体下部应绑附钢管（沿主筋通长布置，间距为1.5米）。下放钢筋笼之前，要做到调直、对中；起吊时，要合理布置吊点，吊起钢筋笼头部的同时人工抬起钢筋笼底部，吊直扶稳过程中，至少由2名技术人员远距离垂直双方向控制指挥，严禁撞孔壁，确保钢筋笼保护层为70～100mm；钢筋笼依靠自重沉入混凝土中应连续，如遇下沉阻力过大，要及时拔出钢筋笼，重新成孔插入，钢筋下沉直至露出地面小于1m时，方可在端头以带配重的振动器振动压入，并用水平仪监控桩顶标高；
5.3.6桩顶保护措施冬季施工时，桩完成后，应立即覆盖保温，防止混凝土裸露在负温中散失热量，并在7d后，方可开槽，并剔除桩头超灌混凝土至设计标高。
6 主要材料
水泥 石子 砂子 钢筋 粉煤灰 水
普通硅酸盐水泥强度等级32.5Mpa 石子粒径5-20cm，含泥量≤3%。 中砂，含泥量≤3% 配筋按设计要求， Ι级工业磨细粉煤灰 自来水
7 机具设备
7.1长螺旋钻机
施工钻机型号为IZD800，钻机功率为90KW，钻杆直径有
400mm、600mm、800mm三种规格，每台钻机需要1台30t以上履带吊配套使用。
7.2混凝土搅拌设备和运输设备
根据单桩混凝土灌注量和单桩连续灌注的时间，确定混凝土搅拌设备和运输
设备的型号、规格及数量。
7.3混凝土输送泵
混凝土输送泵规格由泵送混凝土高度和泵送距离来确定，要注意保证泵送混
凝土时有足够的压力。
7.4钢筋笼吊放机械
利用15t履带吊吊放和压入钢筋笼，也可利用长螺旋钻机配套履带吊或搭式钻机上的副钩吊放和压入钢筋笼。
7.5其他机具
主要有钢筋制作机具、钢护筒、余土外运机具等。
8 劳力组织
序号 工种 人数 工作内容
1 指挥 1 指挥协调各工序操作，控制质量
2 操作员 3 按设计要求操作桩机，维修机械
3 上料工 6 按配比上料、灌注，保证施工连续性
4 发电工 1 负责电器设备的安装使用和维修
5 记录员 2 兼质量检查员，负责施工记录，操纵仪表
6 安全员 1 安全检查
9 安全措施
9.1建立健全安全管理机构，设专职安全员。上岗人员坚守岗位，各司其职。
夜间作业有充分的照明，高空作业要系安全带；
9.2清除防碍施工的高空和地下障碍物，平整打桩范围内的场地，桩机行走的道路要压实；
9.3对施工场地附近的建筑和地下管线要认真查清，采取有效措施，以避免震坏原有建筑而发生伤亡事故；
9.4专人操作和保养施工机具，并定期检查。
10 质量标准
10.1质量标准
10.1.1钢筋笼允许偏差
直径 ±10mm
长度 ±100mm
主筋间距 ±10mm
箍筋间距 ±20mm
10.1.2桩距允许偏差≤5cm
10.1.3有效桩长允许偏差≤10cm
10.1.4桩顶标高允许偏差≤±5cm
10.1.5桩垂直度允许偏差≤桩长的1/100
10.1.6桩位偏移允许偏差≤桩径的1/2
10.2检测
10.2.1成桩质量检查
10.2.1.1超流态混凝土搅拌应对原材料质量、计量、混凝土配合比、外加剂、塌落度、混凝土强度等进行检查； 10.2.1.2钢筋笼制作应对钢筋规格，焊条规格、品种，焊缝长度，焊缝外观质量、主筋与箍筋制作偏差等进行检查；
10.2.1.3施工过程中要求对成孔中心位置、孔深、孔径、垂直度、钢筋笼安放实际位置进行检查，并填写相应质量检查记录；
10.2.1.4成桩后对混凝土强度等级进行检验；
10.2.1.5桩头开挖时应及时检查桩数、桩位及桩头外观质量。
10.2.2单桩承载力检测
10.2.2.1单桩静载荷实验应在工程桩施工前进行，在同一施工条件下的试桩数量不小于总桩数的1%，且不小于3根；
10.2.2.2工程桩总数在50根以内时不应少于2根；
10.2.2.3为确保桩身质量，宜选用低应变检测桩完整性，抽检数量不少于总桩数的10%，且不少于5根； 10.2.2.4试桩桩头应在桩顶部分配制加密钢筋网2～3层；
10.2.2.5试桩前应进行同条件强度等级试验，在桩身强度达到设计强度的100%时准许试桩。从成桩到开始试验的时间间隔为：砂类土≥10天，粉土和粘性土≥15天，淤泥质土≥25天。
10.3质量控制措施
10.3.1工前进行技术交底，明确质量控制标准；
10.3.2随时检查施工记录，对每根桩进行质量评定，如发现不合格的桩根据实际情况采取补救措施； 10.3.3抽样开挖桩体周围土层，检查桩的外观质量和整体性；
10.3.4所用的原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定。
11效益分析
11.1超流态混凝土桩施工工艺，机械化程度高，施工进度快，综合经济效益
好；
11.2与冲孔灌注桩相比，虽然混凝土费用略高，但在同一地质条件下，每立方米混凝土承载力可提高0.55倍，施工工期可缩短20%以上；
11.3在地下水位以下施工时，可省去泥浆护壁，综合费用可节省15%～20%。
后植入钢筋笼灌入桩施工关键技术后植入钢筋笼灌入桩施工技术《后植入钢筋笼灌注桩成桩法》属于建筑基础工程领域的施工技术，具体说是一种长螺旋钻孔中心压灌混凝土后植入钢筋笼灌注桩的成桩技术。我公司对此项技术进行了长期深入细致的调查、研究、试验、考核和应用，经不断积累、不断进步、不断创新使该技术达到了工程应用的较高水平。
1 概述
在建筑、交通、矿山、码头等基础工程中经常采用桩基础，基桩施工方法和
配套施工机具得到了广泛开发与应用，由于城市建设对噪声、振动控制愈加重
视，柴油锤击打预制桩和振动沉管灌注桩受到限制。正反循环灌注桩施工工艺造
价低，须采用泥浆护壁方法，泥浆对环境污染的问题至今未能根本解决。长螺旋
钻孔灌注桩施工噪声小、效率高，经济性好，多年来得到不断推广、应用与发
展。在桩径ф400、ф600、ф800mm，桩长约28m范围内其特点能得到充分发挥，施
工工艺也得到迅速发展。
1.1 工程过程
长螺旋钻孔中心泵压混凝土后植入钢筋笼灌注桩成桩工艺施工工艺过程：长
螺旋钻孔－提钻时通过钻杆中心泵压混凝土－向桩体混凝土中植入钢筋笼－成
桩。我公司对长螺旋钻孔中心泵压混凝土后植笼灌注桩成桩技术及专用设备的研
究与应用已有近十年历史。在长螺旋钻孔现浇混凝土桩的施工中常采用一种长螺
旋钻孔到预定深度，在提钻同时用混凝土泵通过钻杆中心将混凝土压到已钻成的
桩孔中形成桩体的方法，该方法具有桩体材料自行护壁的功能，无须附加任何其
它护壁措施，根本免除了泥浆污染、泥浆处理、泥浆外运的工作，对环境影响
小；在形成的素混凝土桩体中植入钢筋笼能提高桩的承重、抗拔能力；施工程序
简化，提高效率，降低造价。
1.2 施工设备与配套机具
后植笼灌注桩成桩施工设备与配套机具主要有桩架、长螺旋钻孔动力装置、
钻杆、钻头、滑动护筒、固定护筒；混凝土拖式泵、混凝土输送钢管和软管；起
重机、振动电机或振动锤以及现场制作钢筋笼设备等。
1.3 植入钢筋笼方法的探求
解决该项技术的首要难题是保证在素混凝土桩体中植入钢筋笼的“到位率”，即
满足将灌注桩的钢筋笼100％植入到设计深度要求，这一难题直到本世纪初才基本得到解决。国外后植入钢筋笼灌注桩施工通常采用静压的方法。必要时利用液压振动锤与钢筋笼顶部固定连接振入。国内早期植笼也有采用静压的方法，曾试验过将振动电机与钢筋笼顶部固定连接的振动植笼方法。钢筋笼在桩孔混凝土内振动植入的过程中整体产生振动，易使混凝土粗骨料振动下沉，振动电机产生圆周方向振动，不但有竖直方向振动还有水平方向振动，更易使混凝土的振捣离析，
损失坍落度。在沉笼过程中恰恰不希望混凝土坍落度过早损失，另外振动电机压
在钢筋笼顶部使钢筋笼受压，易使其失稳产生弯曲，这些均对沉笼产生非常不利
的影响，使沉笼施工达不到预想的效果。还有一种常用的方法是用一个上部封口
的钢筒套在钢筋笼顶端，钢筒上部与振动电机固定连接，因钢筒内侧与钢筋笼有
很大间隙，其水平方向的振动作用消减，对钢筋笼影响小。其垂直方向的振动不
断冲击钢筋笼的顶端，钢筋笼不产生竖向往复强迫振动，对混凝土影响小，使沉
笼效果有些改善，但因振动电机能量小，钢筋笼“到位率”亦往往达不到设计要
求。 2000年以后国内在施工方法上有些进展，比如用振动电机与钢筋笼导入钢管上端松动连接方式，植笼效果较好，但其使用范围较窄，只适用于小型桩。采用普通振动锤植笼作业，在起吊钢筋笼时会对钢筋笼产生附加弯矩，易使钢筋笼产生塑性变形；CFG桩复合地基等工程常采用长螺旋钻孔机成孔，钻杆下部采用混凝土出料活门式钻头。为方便关闭活门的操作常采用固定护筒，由于固定护筒无排土功能，因此钻出的钻渣堆满场地，掩埋了桩位标记增加了就位桩孔的难度。
2 后植入钢筋笼灌注桩成桩法施工技术的发展与创新
我们经长期试验和施工经验的积累和不断探索，该项研究有了明显进步，
对植入钢筋笼的作用原理逐渐理解，由振动植笼到振动冲击植笼的应用有一个认
识与实践的过程。我们认识到混凝土的和易性是钢筋笼植入到位的充分条件；植
笼设备的构造形式、功能特性以及合理的技术参数是钢筋笼植入到位的必要条
件，应符合钢筋笼植入的内在机理。除此之外，满足钢筋笼植入径向误差即满足
混凝土保护层厚度的要求以及研究混凝土未凝固之前在桩孔内植入钢筋笼的内在规律，不但使振动植笼参数有利沉入效率的提高，并且避免对桩体混凝土品质产生不良影响，保证桩身质量是实际工程应用的重要保证。
2.1研究思路
我们的研究思路是：①对成桩施工过程作用机理进行探索研究；②由以上研
究指导钻孔机械、专用植笼机具的开发试制；③按规律优化工艺、提高效率，确
保工程质量。从这一角度观测、试验、记录、检测、研究土层、混凝土对作业机械的反应，研究方法和路线更加合理，不但能得到感性认识还能获得第一手量化信息，对优化工艺、保证产品质量、提高生产效率有积极推动作用。基础施工机械、桩工机械工作装置的作用对象是岩土，必须研究对土层的作用机理振动植笼设备的作用对象是钢筋笼和桩孔内的混凝土，应该研究桩孔内混凝土对植笼过程的影响。其中长螺旋钻孔机具和振动植笼设备作用机理的研究并由此对其结构性能参数的改进是技术方案优化的重要因素。
2.2 施工设备的开发与改造
2.2.1 机型选择
ZKL型长螺旋钻孔机动力装置第三代长螺旋钻孔机，采用三环传动技术，其性能价格比适合市场的需求，在国内得到广泛推广和应用，替代了大量国外同类产品的进口，此设备适应多种工艺的施工，可靠耐用。用于中心压灌混凝土施工工艺主参数应该有特殊要求，钻机动力装置参数如下：功率 ： 90kW 110kW
110kW 转速： 31.5 min-1 21.8 min-1 21.8 min-1 扭矩 ： 26knm 33kNm 42kNm 试验参数：54min-1、、46min-1/23 min-1、37 min-1、42min-1/21 min-1 、31.5min-1、
21.8min-1 较低的转速和较大的扭矩可使钻杆叶片上存留较多的钻渣，当钻头以上一段钻杆充满钻渣时是最理想的状态。钻孔动力技术参数优化原则：①动力输出参数能满足钻机负载正常运转；②提高钻机工作效率；③保证压灌混凝土的桩孔内被动压力的形成，不使混凝土在压灌时沿钻叶爬升，避免混凝土的浪费及桩身混凝土夹泥。实践证明该钻机主参数可满足施工要求。
2.2.2 钻孔配套机具的改造与应用
1）除了对钻孔机动力装置的研究以外还对钻孔设备结构进行改进，包括：压砼用回转接头、压砼弯头角度、放气阀和传动方式的改进。
2）钻杆连接方式和钻头单向活门以及护筒、出土器的改进等，比如将下部固定护圈改为竖向滑动式出土器，既满足施工作业对钻头活门操作的要求，又使孔口钻渣及时得到清理，节省大量劳动力，提高工作效率，做到文明施工。
3）桩架行走机构、起升卷扬机构及立柱受力分析等方面的研究和改进。
4）设备加工制造工艺的改进。
2.2.3 专用钢筋笼植入设备
2.2.3.1专用植笼设备振动锤的技术参数
电机型号 Y-160L Y-180L 电机功率 11kW 15 kW 静偏心力矩 120Nm 120Nm
偏心轴转速 750min-1 900min-1 激振力 74kN 106 kN 空载振幅 12mm 隔振装置刚度 229N/mm 弹簧最大压缩长度 315mm 隔振装置最大提拔力 72kN 整机质量 1100kg
2.2.3.2专用振动植笼设备的特点
以往技术都是借用振动电机或通用振动锤，其结构特点和技术参数不完全适
用于植笼作业。专用振动锤植笼设备与通用设备相比其新颖之处在于下述。
1）采用中低频率500～900mim。在此频率下桩孔内混凝土在短时间内不易被振动密实，有利于钢筋笼的沉入。
2）专用振动设备的减振器采用双级减振，减振效果好、弹簧刚度小、受荷变形
大，适于不完全卸荷振动沉笼作业，容易控制沉笼的垂直度。普通振动锤都采用
一级减振，振动电机根本没有减振装置。
3）减振装置可绕振动器重心位置转动，起吊钢筋笼时能减小对钢筋笼的附加弯矩，避免变形。
4）设计了专用拔笼器，能与沉笼钢管互换，快速连接于专用振动设备。
5）专用植笼振动锤具有振动和振动冲击植入钢筋笼两种方式。采用振动冲击植入钢筋笼方式时刚性杆件与钢筋笼都不产生竖向往复强迫振动。
2.3 后植入钢筋笼的方法和原理
2.3.1 后植笼规律
通过对近十年来国内后植笼施工曾经采用不同方法的观察、记录、分析和研究，
定性地得到如下规律。
1）一般做法是在静压达不到要求时采用振动方法。
2）采用振动锤夹笼垂直振动植笼，在混凝土粒径较小、坍落度较大、振动频率较低、振动能量较大且钢筋笼刚性较大的前提下植笼试验效果较好。
3）采用振动电机圆周振动夹笼植笼效果最差。
4）采用振动电机圆周振动冲击笼顶方法效果稍有进步。
5）采用振动电机圆周振动冲击钢管作用笼底效果较好，适用于较小直径的灌注桩施工。近年来研究出振动锤附加刚性导入杆件植入钢筋笼的施工分为振动植笼和振动冲击植笼两种方式，是较理想的施工方法。
2.3.2 振动植笼原理
1）由振动锤、刚性杆件组成一个单自由度的振动系统。
2）由钢筋笼和其周围的混凝土组成一个承受刚性杆件垂直作用力的系统，随
着钢筋笼的不断下沉，承受刚性杆件振动系统的固有频率不断变化、刚度不断增
加，刚性杆件与钢筋笼下端逐渐产生冲击。冲击幅度在强迫冲击频率与系统自振
频率为倍数关系时明显增加，冲击频率低于振动锤频率且无规律变化，振动沉桩
遇到硬土层也会产生这种现象。
3）系统的振动加速度是影响钢筋笼下沉动态侧摩阻力的主要因素，系统的动
量是影响钢筋笼动态端阻力的主要因素。
4）钢筋笼的静态侧摩阻力与桩孔内混凝土的骨料粒径、和易性特别是坍落度的大小有关。
5）孔内混凝土坍落度的变化和土层、振动参数、搁置时间有关。随着钢筋笼的下沉，侧摩擦面积逐渐增大，桩孔内混凝土的坍落度发生变化，系统的自振频率也发生变化（一般是由低向高增加），端阻力不断增加，端阻力与桩孔内混凝土坍落度在振动过程中的降低有关。当端阻力上升较大、系统自振频率（钢筋笼混凝土系统的反弹频率）与振动锤的强迫频率成倍数关系时，振动刚性杆件发生明显冲击振动，跳动非常不规律，此时虽然冲击能量增大，有利于沉笼作业。但是由于振动幅度成倍增加混凝土容易离析，特别是刚性杆件采用钢管时钢管内的混凝土更容易离析，造成粗骨料下沉，堆积在钢管下端，对植笼作业产生不利影响，称之为套筒摩擦泵压现象。套筒摩擦泵压现象是指在桩孔直径较小、土层吸水性较强的条件下，振动钢管内混凝土的粗骨料在重量和管内壁
的摩阻力作用下逐渐下沉，混凝土中的水泥浆因钢管上下位移产生泵压效应，水泥浆上浮，有时甚至超过桩孔上口的高度。当钢筋笼与孔内混凝土系统的自振频率与强迫振动频率为倍数关系时钢管振幅增加，更加剧了套筒摩擦泵压效应，这一效应对于沉笼作业十分不利，骨料易在钢管下口堆积，增加钢筋笼沉入的阻力，水泥浆上浮， 混凝土离析，影响混凝土强度，有时会造成桩身顶部出现缺陷。
2. 3.3 振动冲击植笼原理
1）由振动锤及冲击体组成一个单自由度的振动系统。
2）由刚性杆件、钢筋笼和其周围的混凝土组成一个承受振动锤不断冲击的系
统，刚性杆件与钢筋笼下端不脱离。随着钢筋笼的不断下沉，承受刚性杆件冲击
系统的固有频率不断变化，刚度不断增加，冲击幅度在强迫冲击频率与系统自振
频率为倍数关系时明显增加。
3）系统的振动冲击加速度是影响钢筋笼下沉动态侧摩阻力的主要因素，系统
的动量是影响钢筋笼动态端阻力的主要因素。
4）钢筋笼的静态侧摩阻力与桩孔内混凝土的粗骨料粒径、和易性特别是坍落
度的大小有关。
5）孔内坍落度的变化和土层、振动参数、搁置时间有关，随着钢筋笼的下沉
侧摩擦面积逐渐增大，桩孔内混凝土的坍落度密实度也发生变化，系统的自振频
率也发生变化（一般是由低向高增加），端阻力也不断增加，端阻力与桩孔内坍
落度在振动过程中的降低及粗骨料的下沉有关。由于本系统钢筋笼不产生竖直方
向往复强迫振动，刚性杆件（钢管）也不产生竖直方向往复强烈振动，桩孔内特
别是钢管内混凝土不产生摩擦泵压效应，混凝土坍落度损失小，粗骨料不易下
沉，有利于植笼作业。
2.3.4 钢筋笼振动植入条件与以下参数有关：
1）振动加速度η在10个g以内对降低钢筋笼侧摩阻力起明显作用，一般在3～5g之间。
2）振动冲击动量I的大小对动态端阻力的减低起作用。
3）与钢筋笼下端有效阻挡面积A有关。
4）与入泵坍落度的大小和在桩孔中的损失率有关，桩孔中混凝土坍落度的损
失率与振动频率和振动时间有较大关系。
5）与整个植笼设备的重力Q大小有关，Q大有利于下沉，Q过大会影响振动加
速度。
2.3.5 振动冲击植笼条件与振动植笼条件的区别
1）振动锤参数相同条件下其振动冲击加速度大于振动加速度，可以通过增加
冲击体质量的办法减小振动加速度。
2）振动锤参数相同条件下振动冲击方式的动量大于振动方式，为了减弱对构
件的冲击振动锤和振动冲击体的质量至少大于刚性杆件的2倍。
3）由于刚性杆件（钢管）不产生竖直方向往复强迫振动，削弱了套管摩擦泵
压效应，因此对桩孔内混凝土坍落度的损失影响小。
2.3.6 植笼参数优化原则
1）采用振动植笼方式时增加植笼设备的重力，如增加隔振装置横梁的质量或
适当加大刚性杆件的截面尺寸；尽量减小钢筋笼端阻面积，在中低频率前提下适
度增加振动贯入能量是设备参数优化考虑的首要因素。控制入泵坍落度的最低值
不小于200mm，做到一次泵入，立即植笼，减少坍落度的损失是改善振动沉入效果
的有效工艺措施。
2）当遇到施工现场地质条件较恶劣、工程量较大、对混凝土坍落度的控制有
一定难度时宜采用振动冲击植笼方式。
2.4 适用范围
1）水位较高、易坍孔、长螺旋钻孔机能够钻进的土层，如回填土、粘土、粉
质粘土、粘质粉土、粉细砂、中粗砂和卵石交互层等。
2）易成孔的土层或水位较深、坍孔位置较低、能根据现场情况选用其它更经
济简易方法施工的。
3）成孔直径φ400、φ600、φ800，桩长一般不超过24～28m。
2.5 工艺优化后的施工特点
1）在施工工艺中采用不完全卸荷沉笼作业法，保证钢筋笼垂直对中。
2）采用振动冲击方式植笼，植笼刚性杆件（钢管）将振动冲击力传递到钢筋
笼下端，此时钢筋和刚性杆件均不产生垂直方向强烈的往复振动，刚性杆件（钢
管）对砼的影响作用小，有利于钢筋笼的植入。
3）在钢筋笼下沉不到位时迅速将钢筋笼拔出，待桩体内砼初凝后重复成桩作业，完成该桩位灌注桩的施工。
4）大幅度提高施工效率和施工质量。
3 工程应用
后植入钢筋笼灌注桩成桩法的实验和生产实践证明该技术产生了较好的社会效益和经济效益，我公司用后植笼工艺完成的灌注桩工程综合经济效益提高8～10％。该施工方法钻孔过程噪声低、振动小，在成孔过程采用护壁和中心泵压灌注桩桩体材料一次完成的方法，排除了大量泥浆处理和运输的工作，根本避免了由此对施工现场和周边环境的污染。在植笼过程中由于振动设备能量小，又是在流塑性混凝土中施加作用力，因此不会产生较强烈的振动和冲击反响，其振动和噪声完全控制在施工允许的范围之内，可以确认该工法对环境影响小，是一种环境保护型的绿色施工方法。建筑工程的基础施工耗资占总结构工程费用的比例相当可观，一般在10％～20％，在基础施工中采用新技术、新工艺，用较少的能源、材料消耗使基础获得较高的承载力和允许的沉降量，是降低成本、产生经济效益的有效途径。本基础施工综合技术与传统的成桩技术相比可明显提高单桩承载力、减少桩数桩径，既满足设计和使用要求又达到降效的结果，在施工中效率高、工期短也是提高经济效益的原因之一。
长螺旋钻孔灌注桩施工技术简介 (2010-08-09 14:51:43)
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杂谈
1 前言
长螺旋钻孔泵送超流态砼后置钢筋笼技术是由日本的CIP工法演变而来的，它与普通钻孔桩不同，它采用专用长螺旋钻孔机钻至预定深度，通过钻头活门向孔内连续泵注超流态混凝土，至桩顶为止，然后插入钢筋笼而形成的桩体，是一种新型的桩基础施工手段。超流态混凝土灌注桩应用广泛，不受地下水位限制，所用混凝土摩擦系数低，流动性强，骨料分散性好，所用螺旋钻机即可钻孔又可压灌混凝土，操作简便，混凝土灌注速度快，成桩质量好，降低造价。是2005年建设部推广的十大技术之一。
2 工法特点
2.1超流态混凝土流动性好，石子能在混凝土中悬浮而不下沉，不会产生离
析，放入钢筋笼容易；
2.2桩尖无虚土，防止了断桩、缩径、塌孔等施工通病，施工质量容易得到保证；
2.3穿硬土层能力强，单桩承载力高、施工效率高，操作简便；
2.4低噪音、不扰民、不需要泥浆护壁不排污、不降水、不挤土、施工现场文明；
2.5综合效益高，工程成本与其他桩型相比比较低廉。
3 适用范围
本工法适用于建（构）筑物基础桩和基坑、深井支护的支护桩，适用于填土
层、淤泥土层、沙土层及卵石层，亦适用于有地下水的各类土层情况，可在软土
层、流沙层等不良地质条件下成桩。桩径一般采用400mm～1200mm。
4 工艺原理
超流态混凝土灌注桩是利用长螺旋钻机钻孔至设计标高，停钻后在提钻的同
时通过设在内管钻头上的混凝土孔，压灌超流态混凝土，压灌至设计桩顶标高
后，移开钻杆将钢筋笼压入桩体。在压灌混凝土到桩顶时，灌入的混凝土要超出
桩顶50cm，以保证桩顶混凝土强度。
5 施工工艺
5.1工艺流程
平整场地→桩位放样→组装设备→安放钢护筒→钻孔机就位→钻至设计深度停止钻进→边提升钻杆边用混凝土泵经由内腔向孔内泵注超流态混凝土→提出钻杆放入钢筋笼→成桩→桩头处理→桩顶保护措施。
5.2施工方法
5.2.1准备工作
5.2.1.1岩土工程勘察报告；
5.2.1.2桩基工程施工图纸及图纸会审记录；
5.2.1.3建筑场地和邻近区域内地下管线、地下构筑物、相邻危房等必须调查清楚，以便采取相应的加固和保护措施，进而保证桩基顺利施工；
5.2.1.4超流态混凝土灌注桩施工采用螺旋钻孔机，根据不同的桩型选择相应的钻机型号及钻进参数；
5.2.1.5桩基工程中所用的原材料必须进行复验，只有经过复验且复验合格的原材料才允许使用。
5.2.2场地抄平、放线，组装设备。
5.2.3安放钢护筒，钻机就位钻机就位对准桩位点后必须调平，确保成孔的垂直度，结合场地实际情况铺设枕木或钢板，使钻机支撑稳定。
5.2.4检测桩口标高、确定钻孔深度。
5.2.5制作钢筋笼，搅拌混凝土钢筋笼主筋与加劲箍筋必须焊接，用Ⅱ级钢做主筋时可不设弯钩，用Ⅰ级钢筋做主筋时桩顶应设弯钩，弯钩长度不小于钢筋直径的6.25倍，钢筋笼下端500mm处主筋宜向内侧弯曲15～30º；桩身混凝土必须留有试块每个浇注台班不得小于1组，每组3件。
5.2.6成孔灌注
5.2.6.1开钻时，钻头对准桩位点后，启动钻机下钻，下钻速度要平稳，严防钻进中钻机倾斜错位；
5.2.6.2钻进中，当发现不良地质情况或地下障碍物，应立即停钻，并通知建设单位与设计单位确定处理方法、修改工艺参数或重改桩位、桩长等；
5.2.6.3钻机钻至设计孔底标高后混凝土泵开始压注混凝土，然后边压注边提
钻，始终保持泵入孔中混凝土量大于钻杆上提体积量。
5.2.7安放钢筋笼
利用钻机自备吊钩、塔吊或吊车将钢筋笼竖直吊起，垂直于孔口上方，然后
扶稳旋转依靠自重和人工下入孔中，如下沉阻力大则用代自重的振动器压入，固
定在设计标高。
5.2.8成桩后对混凝土强度等级进行检验
5.3操作要点
5.3.1引点就位钻机就位前对桩位进行复测，施工时钻头对准桩位点，稳固钻机，通过水平尺及垂球双向控制螺旋钻头中心与钻杆垂直度，确保钻机在施工中平正，钻杆下端距地面10～20cm，对准桩位，压入土中，使桩中心偏差不大于规范和设计要求的10mm;
5.3.2钻机成孔施工过程中要求边旋转钻杆边清除孔边渣土，以防止提升钻杆时土块掉入，钻孔过程要用经纬仪校正垂直度（≤1%）；
5.3.3超流态混凝土拌制超流态混凝土的原材料必须经过2次复验合格后方可投入使用，水泥宜选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，强度等级不得低于32.5Mpa、最小水泥用量350Kg/立方米、水灰比宜为0.5～0.6、外加剂的选用应保证塌落度达到22cm～25cm，拌制投料时其填加顺序宜滞后于水和水泥、石子粒径宜采用5～20cm，施工要加大水泥用量，提高水泥和易性，使石子在混凝土中悬浮，以避免混凝土离析，减少钢筋笼下沉时的粘阻力；
5.3.4提钻压混凝土泵送施工时，要严格控制钻杆提升速度，确保提钻速度与混凝土浇注速度相协调。提钻杆前，要求钻杆内的混凝土高度高出地面。同时，要计算每盘泵入混凝土方量（每盘0.44立方米），施工时，通过混凝土泵送对钻杆产生的上顶力，调整提钻速度，保证钻杆及叶片对混凝土有一定的挤压作用。
5.3.5吊放钢筋笼钢筋笼一般较长，为防止起吊时笼体变形，笼体下部应绑附钢管（沿主筋通长布置，间距为1.5米）。下放钢筋笼之前，要做到调直、对中；起吊时，要合理布置吊点，吊起钢筋笼头部的同时人工抬起钢筋笼底部，吊直扶稳过程中，至少由2名技术人员远距离垂直双方向控制指挥，严禁撞孔壁，确保钢筋笼保护层为70～100mm；钢筋笼依靠自重沉入混凝土中应连续，如遇下沉阻力过大，要及时拔出钢筋笼，重新成孔插入，钢筋下沉直至露出地面小于1m时，方可在端头以带配重的振动器振动压入，并用水平仪监控桩顶标高；
5.3.6桩顶保护措施冬季施工时，桩完成后，应立即覆盖保温，防止混凝土裸露在负温中散失热量，并在7d后，方可开槽，并剔除桩头超灌混凝土至设计标高。
6 主要材料
水泥 石子 砂子 钢筋 粉煤灰 水
普通硅酸盐水泥强度等级32.5Mpa 石子粒径5-20cm，含泥量≤3%。 中砂，含泥量≤3% 配筋按设计要求， Ι级工业磨细粉煤灰 自来水
7 机具设备
7.1长螺旋钻机
施工钻机型号为IZD800，钻机功率为90KW，钻杆直径有
400mm、600mm、800mm三种规格，每台钻机需要1台30t以上履带吊配套使用。
7.2混凝土搅拌设备和运输设备
根据单桩混凝土灌注量和单桩连续灌注的时间，确定混凝土搅拌设备和运输
设备的型号、规格及数量。
7.3混凝土输送泵
混凝土输送泵规格由泵送混凝土高度和泵送距离来确定，要注意保证泵送混
凝土时有足够的压力。
7.4钢筋笼吊放机械
利用15t履带吊吊放和压入钢筋笼，也可利用长螺旋钻机配套履带吊或搭式钻机上的副钩吊放和压入钢筋笼。
7.5其他机具
主要有钢筋制作机具、钢护筒、余土外运机具等。
8 劳力组织
序号 工种 人数 工作内容
1 指挥 1 指挥协调各工序操作，控制质量
2 操作员 3 按设计要求操作桩机，维修机械
3 上料工 6 按配比上料、灌注，保证施工连续性
4 发电工 1 负责电器设备的安装使用和维修
5 记录员 2 兼质量检查员，负责施工记录，操纵仪表
6 安全员 1 安全检查
9 安全措施
9.1建立健全安全管理机构，设专职安全员。上岗人员坚守岗位，各司其职。
夜间作业有充分的照明，高空作业要系安全带；
9.2清除防碍施工的高空和地下障碍物，平整打桩范围内的场地，桩机行走的道路要压实；
9.3对施工场地附近的建筑和地下管线要认真查清，采取有效措施，以避免震坏原有建筑而发生伤亡事故；
9.4专人操作和保养施工机具，并定期检查。
10 质量标准
10.1质量标准
10.1.1钢筋笼允许偏差
直径 ±10mm
长度 ±100mm
主筋间距 ±10mm
箍筋间距 ±20mm
10.1.2桩距允许偏差≤5cm
10.1.3有效桩长允许偏差≤10cm
10.1.4桩顶标高允许偏差≤±5cm
10.1.5桩垂直度允许偏差≤桩长的1/100
10.1.6桩位偏移允许偏差≤桩径的1/2
10.2检测
10.2.1成桩质量检查
10.2.1.1超流态混凝土搅拌应对原材料质量、计量、混凝土配合比、外加剂、塌落度、混凝土强度等进行检查； 10.2.1.2钢筋笼制作应对钢筋规格，焊条规格、品种，焊缝长度，焊缝外观质量、主筋与箍筋制作偏差等进行检查；
10.2.1.3施工过程中要求对成孔中心位置、孔深、孔径、垂直度、钢筋笼安放实际位置进行检查，并填写相应质量检查记录；
10.2.1.4成桩后对混凝土强度等级进行检验；
10.2.1.5桩头开挖时应及时检查桩数、桩位及桩头外观质量。
10.2.2单桩承载力检测
10.2.2.1单桩静载荷实验应在工程桩施工前进行，在同一施工条件下的试桩数量不小于总桩数的1%，且不小于3根；
10.2.2.2工程桩总数在50根以内时不应少于2根；
10.2.2.3为确保桩身质量，宜选用低应变检测桩完整性，抽检数量不少于总桩数的10%，且不少于5根； 10.2.2.4试桩桩头应在桩顶部分配制加密钢筋网2～3层；
10.2.2.5试桩前应进行同条件强度等级试验，在桩身强度达到设计强度的100%时准许试桩。从成桩到开始试验的时间间隔为：砂类土≥10天，粉土和粘性土≥15天，淤泥质土≥25天。
10.3质量控制措施
10.3.1工前进行技术交底，明确质量控制标准；
10.3.2随时检查施工记录，对每根桩进行质量评定，如发现不合格的桩根据实际情况采取补救措施； 10.3.3抽样开挖桩体周围土层，检查桩的外观质量和整体性；
10.3.4所用的原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定。
11效益分析
11.1超流态混凝土桩施工工艺，机械化程度高，施工进度快，综合经济效益
好；
11.2与冲孔灌注桩相比，虽然混凝土费用略高，但在同一地质条件下，每立方米混凝土承载力可提高0.55倍，施工工期可缩短20%以上；
11.3在地下水位以下施工时，可省去泥浆护壁，综合费用可节省15%～20%。
后植入钢筋笼灌入桩施工关键技术后植入钢筋笼灌入桩施工技术《后植入钢筋笼灌注桩成桩法》属于建筑基础工程领域的施工技术，具体说是一种长螺旋钻孔中心压灌混凝土后植入钢筋笼灌注桩的成桩技术。我公司对此项技术进行了长期深入细致的调查、研究、试验、考核和应用，经不断积累、不断进步、不断创新使该技术达到了工程应用的较高水平。
1 概述
在建筑、交通、矿山、码头等基础工程中经常采用桩基础，基桩施工方法和
配套施工机具得到了广泛开发与应用，由于城市建设对噪声、振动控制愈加重
视，柴油锤击打预制桩和振动沉管灌注桩受到限制。正反循环灌注桩施工工艺造
价低，须采用泥浆护壁方法，泥浆对环境污染的问题至今未能根本解决。长螺旋
钻孔灌注桩施工噪声小、效率高，经济性好，多年来得到不断推广、应用与发
展。在桩径ф400、ф600、ф800mm，桩长约28m范围内其特点能得到充分发挥，施
工工艺也得到迅速发展。
1.1 工程过程
长螺旋钻孔中心泵压混凝土后植入钢筋笼灌注桩成桩工艺施工工艺过程：长
螺旋钻孔－提钻时通过钻杆中心泵压混凝土－向桩体混凝土中植入钢筋笼－成
桩。我公司对长螺旋钻孔中心泵压混凝土后植笼灌注桩成桩技术及专用设备的研
究与应用已有近十年历史。在长螺旋钻孔现浇混凝土桩的施工中常采用一种长螺
旋钻孔到预定深度，在提钻同时用混凝土泵通过钻杆中心将混凝土压到已钻成的
桩孔中形成桩体的方法，该方法具有桩体材料自行护壁的功能，无须附加任何其
它护壁措施，根本免除了泥浆污染、泥浆处理、泥浆外运的工作，对环境影响
小；在形成的素混凝土桩体中植入钢筋笼能提高桩的承重、抗拔能力；施工程序
简化，提高效率，降低造价。
1.2 施工设备与配套机具
后植笼灌注桩成桩施工设备与配套机具主要有桩架、长螺旋钻孔动力装置、
钻杆、钻头、滑动护筒、固定护筒；混凝土拖式泵、混凝土输送钢管和软管；起
重机、振动电机或振动锤以及现场制作钢筋笼设备等。
1.3 植入钢筋笼方法的探求
解决该项技术的首要难题是保证在素混凝土桩体中植入钢筋笼的“到位率”，即
满足将灌注桩的钢筋笼100％植入到设计深度要求，这一难题直到本世纪初才基本得到解决。国外后植入钢筋笼灌注桩施工通常采用静压的方法。必要时利用液压振动锤与钢筋笼顶部固定连接振入。国内早期植笼也有采用静压的方法，曾试验过将振动电机与钢筋笼顶部固定连接的振动植笼方法。钢筋笼在桩孔混凝土内振动植入的过程中整体产生振动，易使混凝土粗骨料振动下沉，振动电机产生圆周方向振动，不但有竖直方向振动还有水平方向振动，更易使混凝土的振捣离析，
损失坍落度。在沉笼过程中恰恰不希望混凝土坍落度过早损失，另外振动电机压
在钢筋笼顶部使钢筋笼受压，易使其失稳产生弯曲，这些均对沉笼产生非常不利
的影响，使沉笼施工达不到预想的效果。还有一种常用的方法是用一个上部封口
的钢筒套在钢筋笼顶端，钢筒上部与振动电机固定连接，因钢筒内侧与钢筋笼有
很大间隙，其水平方向的振动作用消减，对钢筋笼影响小。其垂直方向的振动不
断冲击钢筋笼的顶端，钢筋笼不产生竖向往复强迫振动，对混凝土影响小，使沉
笼效果有些改善，但因振动电机能量小，钢筋笼“到位率”亦往往达不到设计要
求。 2000年以后国内在施工方法上有些进展，比如用振动电机与钢筋笼导入钢管上端松动连接方式，植笼效果较好，但其使用范围较窄，只适用于小型桩。采用普通振动锤植笼作业，在起吊钢筋笼时会对钢筋笼产生附加弯矩，易使钢筋笼产生塑性变形；CFG桩复合地基等工程常采用长螺旋钻孔机成孔，钻杆下部采用混凝土出料活门式钻头。为方便关闭活门的操作常采用固定护筒，由于固定护筒无排土功能，因此钻出的钻渣堆满场地，掩埋了桩位标记增加了就位桩孔的难度。
2 后植入钢筋笼灌注桩成桩法施工技术的发展与创新
我们经长期试验和施工经验的积累和不断探索，该项研究有了明显进步，
对植入钢筋笼的作用原理逐渐理解，由振动植笼到振动冲击植笼的应用有一个认
识与实践的过程。我们认识到混凝土的和易性是钢筋笼植入到位的充分条件；植
笼设备的构造形式、功能特性以及合理的技术参数是钢筋笼植入到位的必要条
件，应符合钢筋笼植入的内在机理。除此之外，满足钢筋笼植入径向误差即满足
混凝土保护层厚度的要求以及研究混凝土未凝固之前在桩孔内植入钢筋笼的内在规律，不但使振动植笼参数有利沉入效率的提高，并且避免对桩体混凝土品质产生不良影响，保证桩身质量是实际工程应用的重要保证。
2.1研究思路
我们的研究思路是：①对成桩施工过程作用机理进行探索研究；②由以上研
究指导钻孔机械、专用植笼机具的开发试制；③按规律优化工艺、提高效率，确
保工程质量。从这一角度观测、试验、记录、检测、研究土层、混凝土对作业机械的反应，研究方法和路线更加合理，不但能得到感性认识还能获得第一手量化信息，对优化工艺、保证产品质量、提高生产效率有积极推动作用。基础施工机械、桩工机械工作装置的作用对象是岩土，必须研究对土层的作用机理振动植笼设备的作用对象是钢筋笼和桩孔内的混凝土，应该研究桩孔内混凝土对植笼过程的影响。其中长螺旋钻孔机具和振动植笼设备作用机理的研究并由此对其结构性能参数的改进是技术方案优化的重要因素。
2.2 施工设备的开发与改造
2.2.1 机型选择
ZKL型长螺旋钻孔机动力装置第三代长螺旋钻孔机，采用三环传动技术，其性能价格比适合市场的需求，在国内得到广泛推广和应用，替代了大量国外同类产品的进口，此设备适应多种工艺的施工，可靠耐用。用于中心压灌混凝土施工工艺主参数应该有特殊要求，钻机动力装置参数如下：功率 ： 90kW 110kW
110kW 转速： 31.5 min-1 21.8 min-1 21.8 min-1 扭矩 ： 26knm 33kNm 42kNm 试验参数：54min-1、、46min-1/23 min-1、37 min-1、42min-1/21 min-1 、31.5min-1、
21.8min-1 较低的转速和较大的扭矩可使钻杆叶片上存留较多的钻渣，当钻头以上一段钻杆充满钻渣时是最理想的状态。钻孔动力技术参数优化原则：①动力输出参数能满足钻机负载正常运转；②提高钻机工作效率；③保证压灌混凝土的桩孔内被动压力的形成，不使混凝土在压灌时沿钻叶爬升，避免混凝土的浪费及桩身混凝土夹泥。实践证明该钻机主参数可满足施工要求。
2.2.2 钻孔配套机具的改造与应用
1）除了对钻孔机动力装置的研究以外还对钻孔设备结构进行改进，包括：压砼用回转接头、压砼弯头角度、放气阀和传动方式的改进。
2）钻杆连接方式和钻头单向活门以及护筒、出土器的改进等，比如将下部固定护圈改为竖向滑动式出土器，既满足施工作业对钻头活门操作的要求，又使孔口钻渣及时得到清理，节省大量劳动力，提高工作效率，做到文明施工。
3）桩架行走机构、起升卷扬机构及立柱受力分析等方面的研究和改进。
4）设备加工制造工艺的改进。
2.2.3 专用钢筋笼植入设备
2.2.3.1专用植笼设备振动锤的技术参数
电机型号 Y-160L Y-180L 电机功率 11kW 15 kW 静偏心力矩 120Nm 120Nm
偏心轴转速 750min-1 900min-1 激振力 74kN 106 kN 空载振幅 12mm 隔振装置刚度 229N/mm 弹簧最大压缩长度 315mm 隔振装置最大提拔力 72kN 整机质量 1100kg
2.2.3.2专用振动植笼设备的特点
以往技术都是借用振动电机或通用振动锤，其结构特点和技术参数不完全适
用于植笼作业。专用振动锤植笼设备与通用设备相比其新颖之处在于下述。
1）采用中低频率500～900mim。在此频率下桩孔内混凝土在短时间内不易被振动密实，有利于钢筋笼的沉入。
2）专用振动设备的减振器采用双级减振，减振效果好、弹簧刚度小、受荷变形
大，适于不完全卸荷振动沉笼作业，容易控制沉笼的垂直度。普通振动锤都采用
一级减振，振动电机根本没有减振装置。
3）减振装置可绕振动器重心位置转动，起吊钢筋笼时能减小对钢筋笼的附加弯矩，避免变形。
4）设计了专用拔笼器，能与沉笼钢管互换，快速连接于专用振动设备。
5）专用植笼振动锤具有振动和振动冲击植入钢筋笼两种方式。采用振动冲击植入钢筋笼方式时刚性杆件与钢筋笼都不产生竖向往复强迫振动。
2.3 后植入钢筋笼的方法和原理
2.3.1 后植笼规律
通过对近十年来国内后植笼施工曾经采用不同方法的观察、记录、分析和研究，
定性地得到如下规律。
1）一般做法是在静压达不到要求时采用振动方法。
2）采用振动锤夹笼垂直振动植笼，在混凝土粒径较小、坍落度较大、振动频率较低、振动能量较大且钢筋笼刚性较大的前提下植笼试验效果较好。
3）采用振动电机圆周振动夹笼植笼效果最差。
4）采用振动电机圆周振动冲击笼顶方法效果稍有进步。
5）采用振动电机圆周振动冲击钢管作用笼底效果较好，适用于较小直径的灌注桩施工。近年来研究出振动锤附加刚性导入杆件植入钢筋笼的施工分为振动植笼和振动冲击植笼两种方式，是较理想的施工方法。
2.3.2 振动植笼原理
1）由振动锤、刚性杆件组成一个单自由度的振动系统。
2）由钢筋笼和其周围的混凝土组成一个承受刚性杆件垂直作用力的系统，随
着钢筋笼的不断下沉，承受刚性杆件振动系统的固有频率不断变化、刚度不断增
加，刚性杆件与钢筋笼下端逐渐产生冲击。冲击幅度在强迫冲击频率与系统自振
频率为倍数关系时明显增加，冲击频率低于振动锤频率且无规律变化，振动沉桩
遇到硬土层也会产生这种现象。
3）系统的振动加速度是影响钢筋笼下沉动态侧摩阻力的主要因素，系统的动
量是影响钢筋笼动态端阻力的主要因素。
4）钢筋笼的静态侧摩阻力与桩孔内混凝土的骨料粒径、和易性特别是坍落度的大小有关。
5）孔内混凝土坍落度的变化和土层、振动参数、搁置时间有关。随着钢筋笼的下沉，侧摩擦面积逐渐增大，桩孔内混凝土的坍落度发生变化，系统的自振频率也发生变化（一般是由低向高增加），端阻力不断增加，端阻力与桩孔内混凝土坍落度在振动过程中的降低有关。当端阻力上升较大、系统自振频率（钢筋笼混凝土系统的反弹频率）与振动锤的强迫频率成倍数关系时，振动刚性杆件发生明显冲击振动，跳动非常不规律，此时虽然冲击能量增大，有利于沉笼作业。但是由于振动幅度成倍增加混凝土容易离析，特别是刚性杆件采用钢管时钢管内的混凝土更容易离析，造成粗骨料下沉，堆积在钢管下端，对植笼作业产生不利影响，称之为套筒摩擦泵压现象。套筒摩擦泵压现象是指在桩孔直径较小、土层吸水性较强的条件下，振动钢管内混凝土的粗骨料在重量和管内壁
的摩阻力作用下逐渐下沉，混凝土中的水泥浆因钢管上下位移产生泵压效应，水泥浆上浮，有时甚至超过桩孔上口的高度。当钢筋笼与孔内混凝土系统的自振频率与强迫振动频率为倍数关系时钢管振幅增加，更加剧了套筒摩擦泵压效应，这一效应对于沉笼作业十分不利，骨料易在钢管下口堆积，增加钢筋笼沉入的阻力，水泥浆上浮， 混凝土离析，影响混凝土强度，有时会造成桩身顶部出现缺陷。
2. 3.3 振动冲击植笼原理
1）由振动锤及冲击体组成一个单自由度的振动系统。
2）由刚性杆件、钢筋笼和其周围的混凝土组成一个承受振动锤不断冲击的系
统，刚性杆件与钢筋笼下端不脱离。随着钢筋笼的不断下沉，承受刚性杆件冲击
系统的固有频率不断变化，刚度不断增加，冲击幅度在强迫冲击频率与系统自振
频率为倍数关系时明显增加。
3）系统的振动冲击加速度是影响钢筋笼下沉动态侧摩阻力的主要因素，系统
的动量是影响钢筋笼动态端阻力的主要因素。
4）钢筋笼的静态侧摩阻力与桩孔内混凝土的粗骨料粒径、和易性特别是坍落
度的大小有关。
5）孔内坍落度的变化和土层、振动参数、搁置时间有关，随着钢筋笼的下沉
侧摩擦面积逐渐增大，桩孔内混凝土的坍落度密实度也发生变化，系统的自振频
率也发生变化（一般是由低向高增加），端阻力也不断增加，端阻力与桩孔内坍
落度在振动过程中的降低及粗骨料的下沉有关。由于本系统钢筋笼不产生竖直方
向往复强迫振动，刚性杆件（钢管）也不产生竖直方向往复强烈振动，桩孔内特
别是钢管内混凝土不产生摩擦泵压效应，混凝土坍落度损失小，粗骨料不易下
沉，有利于植笼作业。
2.3.4 钢筋笼振动植入条件与以下参数有关：
1）振动加速度η在10个g以内对降低钢筋笼侧摩阻力起明显作用，一般在3～5g之间。
2）振动冲击动量I的大小对动态端阻力的减低起作用。
3）与钢筋笼下端有效阻挡面积A有关。
4）与入泵坍落度的大小和在桩孔中的损失率有关，桩孔中混凝土坍落度的损
失率与振动频率和振动时间有较大关系。
5）与整个植笼设备的重力Q大小有关，Q大有利于下沉，Q过大会影响振动加
速度。
2.3.5 振动冲击植笼条件与振动植笼条件的区别
1）振动锤参数相同条件下其振动冲击加速度大于振动加速度，可以通过增加
冲击体质量的办法减小振动加速度。
2）振动锤参数相同条件下振动冲击方式的动量大于振动方式，为了减弱对构
件的冲击振动锤和振动冲击体的质量至少大于刚性杆件的2倍。
3）由于刚性杆件（钢管）不产生竖直方向往复强迫振动，削弱了套管摩擦泵
压效应，因此对桩孔内混凝土坍落度的损失影响小。
2.3.6 植笼参数优化原则
1）采用振动植笼方式时增加植笼设备的重力，如增加隔振装置横梁的质量或
适当加大刚性杆件的截面尺寸；尽量减小钢筋笼端阻面积，在中低频率前提下适
度增加振动贯入能量是设备参数优化考虑的首要因素。控制入泵坍落度的最低值
不小于200mm，做到一次泵入，立即植笼，减少坍落度的损失是改善振动沉入效果
的有效工艺措施。
2）当遇到施工现场地质条件较恶劣、工程量较大、对混凝土坍落度的控制有
一定难度时宜采用振动冲击植笼方式。
2.4 适用范围
1）水位较高、易坍孔、长螺旋钻孔机能够钻进的土层，如回填土、粘土、粉
质粘土、粘质粉土、粉细砂、中粗砂和卵石交互层等。
2）易成孔的土层或水位较深、坍孔位置较低、能根据现场情况选用其它更经
济简易方法施工的。
3）成孔直径φ400、φ600、φ800，桩长一般不超过24～28m。
2.5 工艺优化后的施工特点
1）在施工工艺中采用不完全卸荷沉笼作业法，保证钢筋笼垂直对中。
2）采用振动冲击方式植笼，植笼刚性杆件（钢管）将振动冲击力传递到钢筋
笼下端，此时钢筋和刚性杆件均不产生垂直方向强烈的往复振动，刚性杆件（钢
管）对砼的影响作用小，有利于钢筋笼的植入。
3）在钢筋笼下沉不到位时迅速将钢筋笼拔出，待桩体内砼初凝后重复成桩作业，完成该桩位灌注桩的施工。
4）大幅度提高施工效率和施工质量。
3 工程应用
后植入钢筋笼灌注桩成桩法的实验和生产实践证明该技术产生了较好的社会效益和经济效益，我公司用后植笼工艺完成的灌注桩工程综合经济效益提高8～10％。该施工方法钻孔过程噪声低、振动小，在成孔过程采用护壁和中心泵压灌注桩桩体材料一次完成的方法，排除了大量泥浆处理和运输的工作，根本避免了由此对施工现场和周边环境的污染。在植笼过程中由于振动设备能量小，又是在流塑性混凝土中施加作用力，因此不会产生较强烈的振动和冲击反响，其振动和噪声完全控制在施工允许的范围之内，可以确认该工法对环境影响小，是一种环境保护型的绿色施工方法。建筑工程的基础施工耗资占总结构工程费用的比例相当可观，一般在10％～20％，在基础施工中采用新技术、新工艺，用较少的能源、材料消耗使基础获得较高的承载力和允许的沉降量，是降低成本、产生经济效益的有效途径。本基础施工综合技术与传统的成桩技术相比可明显提高单桩承载力、减少桩数桩径，既满足设计和使用要求又达到降效的结果，在施工中效率高、工期短也是提高经济效益的原因之一。