旋轉擠壓灌注樁

旋轉擠壓灌注樁是一種〝上部為圓柱型，下部為螺絲型〞的組合式新型樁。在套用時可根據實際需要調整〝螺〞與〝桿〞的比例，這種樁型主要用於承受豎向壓力為主的基樁或複合地基增強體。該方法較傳統樁工技術有關鍵性變革，其技術特性包括：成孔成樁一次性完成，杜絕因孔壁塌方造成的安全事故；樁身帶有螺紋型構造，顯著提高土體承載力；施工高效，用材節約，可大幅降低工程造價、節約工期。

基本介紹

• 中文名：旋轉擠壓灌注樁
• 外文名：Rotary extrusion pouring pile
• 學科：土木工程
• 設備：螺桿樁機
• 原理：上部為圓柱型，下部為螺絲型
• 特點：簡單、機械化、智慧型化

成樁原理

1、旋轉擠壓灌注樁是一種現澆混凝土灌注樁；

2、採用專用成樁設備旋轉擠壓土體成孔；

3、採用鑽具管內連續泵送混凝土技術成樁；

4、採用後插筋工藝對樁體配筋。

樁及成樁工法特點

特點

1、鑽具護壁，不塌孔，不取土，施工非常安全，充分開發和提高了土體側摩阻力，改善了應力分攤比，樁側與樁端形成完整的大應力泡；

2、工法簡單，成孔成樁一次性完成，鑽孔過程中不產生臨空面，不會塌孔；

3、機械化、智慧型化、1小時一根樁；

4、承載力高、沉降小，樁土結合形成膠結狀共同體，像岩石一樣牢不可破，可提供極高側阻力在卵礫石、裂隙岩層中尤為明顯；

5、無泥漿、無噪音、無震動。成樁過程不使用泥漿，樁側沒有泥皮，樁端沒有沉渣，樁土結合度良好，樁身垂直度和樁位偏差良好。

三大正效應

1、擠密效應

下鑽和提鑽過程中，鑽具對土體產生合理擠密。

2、護壁效應

鑽具對樁周土體有良好護壁作用，不塌孔，也無需泥漿，不產生泥皮和沉渣。

3、膠結效應

樁端持力層為卵石或岩層時，樁與土體在泵壓作用下膠結為整體。

解決傳統樁型的三大負效應

1、鬆弛效應

取土成孔，孔壁土體應力釋放，從而產生鬆弛效應，甚至塌孔。

2、泥皮效應

採用泥漿護壁時，孔壁產生泥皮，隔斷樁側與土體的良好接觸。

3、沉渣效應

取土成孔和泥漿護壁產生的渣土落到樁底，形成難以清除的虛土和沉渣。

作用與效果

1、有效提高和充分發揮樁側阻力的作用；

2、有效保證樁端阻力的發揮；

3、調整了樁的側阻力與端承阻力的應力分攤比；

效果：同等條件下縮短了樁長、減小了樁徑。

施工流程

第一步、做好施工前的準備工作

1、施放樁位並在打樁前覆核；

2、試打1泵混凝土後回泵；

3、設定用於觀測樁位偏差的基準點；

4、檢查鑽桿的雙向垂直度。

第二步、鑽桿下鑽

1、檢查閥門後，關門下鑽，操作人員應蹲在樁機擋板下以保障人身安全；

2、正向旋轉擠壓土體下鑽，直至設計標高。

第三步、鑽桿上提，同時泵送混凝土

1、應先開泵，後開機提鑽，防止提鑽瞬間土體回涌

2、連續泵送混凝土成樁

3、泵送完成後，觀察提出地面的鑽桿頭部是否被混凝土包裹

4、每台班隨機做至少一組試塊

第四步、後置法放置鋼筋籠

1、相關規範對後插筋工藝的說明

建築樁基技術規範》JGJ94-2008第310頁強調：灌注樁後插鋼筋籠工藝近年有較大發展，插籠深度提高到目前20～30m，較好地解決了地下水位以下壓灌樁的配筋問題。

2、後插筋工藝的質量控制要點

後插筋工藝在灌注樁的推廣過程中取得了比較多的經驗和數據，“樁基規範”對後插筋工藝持肯定態度，但同時也提出了三個核心控制指標：鋼筋籠導向、垂直度、保護層厚度。

3、後插筋工藝注意事項

（1）鋼筋籠採用全節點焊接製作；

（2）主筋上加焊耳筋以保證保護層厚度；

（3）一人指揮、三人插筋；

（4）卷揚或吊車應慢下、點動；

（5）藉助平板振動器插筋；

（6）鋼筋籠較長時用內導管輔助插筋。

第五步、樁的檢測

包括檢測樁徑、檢測樁位偏差、動測法檢測樁的完整性、靜載試驗檢測單樁承載力。

第六步、基礎開挖

1、破除樁頭時套用風炮鑿樁頭，不得橫向錘擊或用挖機撞擊；

2、如不慎破除至樁頂標高以下，應以高標號早強混凝土接樁至樁頂標高以上。

專用成樁設備

選擇專用成樁設備——螺桿樁機，其結構簡介如下：

1、行走機構

該機構由驅動機構、行走機構機架、履帶部分及旋轉機構組成。履帶行走傳動通過電機-減速機帶動履帶實現整個設備的前進、後退和轉向動作；旋轉傳動通過電機-減速機-小齒輪驅動迴轉支撐大齒輪實現樁機的繞中心旋轉，從而方便地實現同一作業場地的工位轉化。

2、樁架部分

樁架是設備承載的主體部分，其結構主要由樁架主體、前後支撐腿部分、配重及駕駛室組成。樁架主體是設備的主體承載部件，樁架主體上連線立柱部分、鏈輪機構、卷揚機構、控制櫃；前後支撐腿部分的支腿油缸在設備工作時起支撐整個設備和調平設備的作用；配重調整設備的重心處於迴轉中心上；駕駛室是設備的操作室，操作人員在駕駛室操作各控制按鈕完成設備的整個打樁工作。

3、鏈輪機構

鏈輪機構由電機、減速機、二級齒輪傳動、鏈輪載入系統組成，安裝在樁架上。鏈輪機構實現動力頭的提升、下降載入動作，完成螺桿樁的成型。

4、立柱總成

螺桿樁機的立柱為可折混合式（板焊箱+桁架）結構，由四節立柱、頂部滑輪架、斜支撐、頂升油缸組成。立柱上的導軌與動力頭形成滑接；鏈輪機構通過第三節立柱上的鏈輪實現動力頭的提升、下降載入動作；卷揚機構通過頂部滑輪架上的滑輪（兩套）實現鑽桿和鋼筋籠（或震動頭）的升降；斜支撐上、下分別與立柱和樁架鉸接，起支撐立柱的作用。

5、鑽桿總成

鑽桿由灌漿器、花鍵桿、螺紋鑽桿、鑽頭組成。灌漿器上的動滑輪與卷揚機連線，實現鑽桿部分的提升、下降；花鍵桿與動力頭連線，實現鑽桿扭矩及載入力的傳遞，鑽桿通過動力頭完成螺桿樁的成型。

6、動力頭部分

動力頭由減速機（含電機）、載入機構、動力頭外架組成。旋轉扭矩由電機-減速器-內花鍵軸-輸出旋轉扭矩，軸向載入由電動推桿-載入機構-實現軸向載入。動力頭與立柱上的導軌形成滑接，實現動力頭扭矩的承載和上下滑動功能。

7、卷揚機構

卷揚機構由一個8噸主卷揚機和5噸副卷揚機組成，分別安裝在樁架上。8噸卷揚用來提升鑽桿，5噸卷揚用來提升鋼筋籠（或平板振動器），完成設備的相關輔助工作

8、電控作業系統

主要由控制櫃、操作台組成。控制櫃安裝在樁架上，是電控作業系統的核心部分；操作台安裝在駕駛室里，通過操作台面板上的按鈕及手柄完成樁機的操作和控制。

9、液壓系統

為二個頂升油缸和四個支腿油缸提供液壓動力和控制。頂升油缸完成立柱的升降；支腿油缸實現設備工作時支撐設備和調平設備的作用，所有油缸頂升可通過液壓系統和電控系統實現操作和控制。

技術措施

回填土

回填土中的技術難點與問題主要為以下幾點

（1）塌孔

旋轉擠壓灌注樁技術在整個成樁過程中均具有“護壁效應”，利用鑽具的剛度平衡主動土壓力，防止塌孔。

（2）固結產生負摩阻力

通過擠密使填土迅速固結：

①鬆散填土的負摩阻力，主要是由於欠固結土體的固結而產生的；

②旋轉擠壓灌注樁具備傳統樁型所不具備的“擠密效應”，可使土體在成樁過程中被擠密而迅速完成固結。

（3）大粒徑孤石、建築垃圾中難以成孔。

硬質岩層

孤石地層中，常規方法難以鑽進，硬質岩層中，常規方法成孔效率低。採取以下兩種“以硬制硬”的措施，成孔速率可達1米/小時：螺桿樁機配合多種鑽頭成孔、採用潛孔錘技術進行引孔。

1、各種破岩鑽頭

各種破岩鑽頭（如牙鑽、筒鑽等）在岩層中的高效鑽進能力已經得到充分驗證。螺桿樁機具有破岩所需的大扭矩輸出能力，因此可以將破岩鑽頭與螺桿樁機配合使用。

2、潛孔錘技術引孔

潛孔錘技術是另一種在硬質岩層中快速鑽進的技術，其原理是由錘身內部的活塞作高頻往復運動產生打夯力，錘頭分布有數十個合金破岩點，在打夯力作用下對岩層進行破碎，將破碎後的岩層碎屑帶出地面。根據帶出岩層碎屑方式的不同，分為氣動式和泥漿式兩大類。其特點是岩層越硬鑽進效率越高，最高可達6m/h；缺點是耗能高、污染重（氣動式產生揚塵污染，泥漿式產生泥漿污染）。

質量控制措施

1、下鑽階段

由於螺桿樁機動力輸出方式為扭矩輸出，因此對每個方向都有垂直度影響，僅僅控制一個方向是不足以保證成樁垂直度的，應分別對螺桿樁機的前後方向和左右方向的垂直度進行控制。

為保證樁位偏差滿足規範要求，應在下鑽約2m時停機檢查樁位偏差，檢查方法為測量各基準點與鑽具距離的差異值。淺部土體較軟時，容易出現樁位偏差較大的情形，應提鑽、回填並重新開鑽。

2、灌注階段

灌注階段質量監控要點：

（1）下鑽前閥門可否自由打開、有無破損；

（2）混凝土質量是否滿足泵送和成樁要求；

（3）準備提鑽時，是否先打2泵後提鑽；

（4）是否連續泵送（中斷泵送的深度）；

（5）是否先混凝土冒出地面，後鑽頭提出地面；

（6）實際泵數（單樁充盈係數）。

3、成樁後期

（1）施工後對每根樁進行低應變自檢

1）作用

①檢查樁身完整性，尤其是灌注階段曾中斷泵送的樁；

②混凝土試塊抽檢率有限，可通過低應變檢測的波速大致判斷樁身混凝土是否有異常；

③判斷擠土效應的一項依據。

2）注意事項

①對於需要做靜載試驗的樁，應在靜載試驗前先進行低應變自檢，確認樁身有無質量缺陷；

②靜載試驗後還應進行一次低應變自檢，作為判斷樁身破壞類型的依據。