CN115233658A

CN115233658A - 一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法

Info

Publication number: CN115233658A
Application number: CN202210510061.7A
Authority: CN
Inventors: 邵良荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-05-11
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2042-05-11
Also published as: CN115233658B

Abstract

本申请公开了一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其包括以下步骤：S1.地质勘察；S2.平整场地；S3.桩位放样；S4.旋挖取土，钻孔至进岩深度符合三倍桩径，形成桩孔，测量桩孔孔深；S5.填料夯击，向桩孔内投入填料体，再起吊夯锤并连续落锤以对填料体和沉渣进行夯实，连续夯击至夯锤无明显下沉时，测量夯锤每次夯击后的一击夯沉量，直至连续多次夯击过程中测得的任意相邻两个一击夯沉量不递增，停止夯击；S6.下钢筋笼，提升夯锤，并向桩孔内下钢筋笼；S7.灌注混凝土，向桩孔内灌注混凝土。本申请具有能大幅缩减桩基持力层进岩深度、有效降低施工成本、提高施工效率的效果。

Description

一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法

技术领域

本申请涉及灌注桩施工领域，尤其是涉及一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法。

背景技术

灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。

而灌注桩在施工中存在一个重大缺陷，即在成孔施工及下笼施工过程中会在桩底形成一定厚度的沉渣，这些桩底沉渣虚土会造成基桩承载力降低且沉降量过大等技术问题，并会使灌注桩出现较多的工程质量问题。目前在灌注桩成孔中主要采用泥浆护壁的湿作业法、干作业法和人工挖孔法来解决上述问题。而采用湿作业法中的泥浆护壁虽然能够对沉渣进行清理，但需要在施工现场修建泥浆池，施工成本高、效率低；人工挖孔法不适用于对单桩承载力有较大要求的灌注桩施工；干作业法施工效率虽然较高，但是桩底沉渣需要单独清理，现有的清孔设备普遍存在清理效率低、清理质量不佳的弊病。

并且随着高层、超高层建筑的不断兴起，对于建筑地基承载的设计承载力要求也不断提高，从而在采用灌注桩来加固地基时，对于灌注桩的单桩承载力要求也在提高，比如在长江中下游平原及以东地域，岩层埋深浅，一般在地表下20米左右，因而在进行这类地质地基的钻孔灌注桩施工时，灌注桩的持力层基本都要深入至岩石层中。

鉴于此，申请人发现：在进行灌注桩单桩承载力设计计算时，依据现有的施工规范，需要考虑桩底沉渣难以彻底清空的因素，以及桩底残留的沉渣虚土会对灌注桩桩端承载力造成较大的削弱影响，因此在现行规范中灌注桩主要通过其桩身与土层和岩层的摩擦力来实现承载；从而在设计桩径下，灌注桩设计单桩承载力要求提高时，需要延长桩身长度以满足设计单桩承载力要求，对应的也会增加钻孔时桩孔深入至岩石层中的进岩深度，且最基本的进岩深度需要满足三倍桩径；这样急剧增加了钻孔掘进难度，不仅施工成本高、施工效率低，此类灌注桩的单桩造价也居高不下，对现有能源的消耗较大，施工过程中也会产生极大的噪音污染和环境污染。

发明内容

为了改善钻孔灌注桩受沉渣制约需要钻孔进岩深度大而影响施工成本及施工效率的问题，本申请提供一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法。

本申请提供的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法采用如下技术方案：

一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，包括以下步骤：

S1.地质勘察，勘察施工场地地质情况，尤其是岩层埋深；

S2.平整场地，清理待施工场地，并进行平整、压实；

S3.桩位放样，放线测量并准确设置桩孔标记；

S4.旋挖取土，在所述桩孔标记处钻孔至进岩深度符合三倍桩径，形成桩孔，测量所述桩孔孔深；

S5.填料夯击，向所述桩孔内投入填料体，再起吊夯锤并连续落锤以对所述填料体和沉渣进行夯实，连续夯击至所述夯锤无明显下沉时，测量所述夯锤每次夯击后的一击夯沉量，直至连续多次夯击过程中测得的任意相邻两个所述一击夯沉量不递增，停止夯击；

S6.下钢筋笼，提升所述夯锤，并向所述桩孔内下钢筋笼；

S7.灌注混凝土，向所述桩孔内灌注混凝土。

通过采用上述技术方案，由于灌注桩的持力层已钻入岩层中且符合进岩深度满足三倍桩径，采用先填料再夯击填料体和桩底沉渣的方式，并在连续夯击过程中对每次的一击夯沉量进行测算，直至达停夯时机时，可使桩孔中的沉渣及填料体被夯实形成嵌在岩层中且无法再被进一步挤密的夯实层，不仅能消除桩底的沉渣浮土对桩端阻力计算时的削弱影响，并且还能显著提高灌注桩的桩端承载性能，增大了桩端承载力在灌注桩单桩承载力中的贡献比值，对应的下调了桩侧阻力贡献比值，在钻孔埋深需进入岩层三倍桩径的前提下，无疑大幅缩减了钻孔灌注桩的进岩深度，极大降低了钻孔灌注桩的施工难度和施工成本，也降低了噪音污染和对施工现场的环境污染。

并且使得在进行钻孔灌注桩施工时，无需采用专用设备清理沉渣，只需简单起吊夯锤夯击即可，同时钻机和夯锤还能在多个灌注桩桩孔中轮流作业，实现了在施工场地多桩位的灵活流水线式作业，促进了多桩位灌注桩施工的施工效能提升。且相较于传统的采用泥浆护壁的湿作业法和需单独清理沉渣的干作业法，本方法简化了钻孔灌注桩的施工工艺，也极大地提高了钻孔灌注桩的施工效率，缩短了施工工期，降低了钻孔灌注桩施工过程中对能源的消耗，也更加符合当前节能、环保的施工理念，对于目前钻孔灌注桩的施工具有重大的促进意义。

可选的，所述步骤S4中所述桩孔孔底应处于饱和单轴抗压强度标准值f_rk≤20Mpa的岩层中。

通过采用上述技术方案，饱和单轴抗压强度标准值f_rk≤20Mpa的岩层一般为泥岩、砂岩或者硅质岩等，这类岩层虽然相较于土层来说密实度有所提高，但是在夯锤的大能量冲击下，桩孔孔底周围的岩层中依然存有被填料体挤密紧实的空隙存在，以至于在将填料体置于桩底后，且在夯锤夯击至连续夯击中的相邻两次一击夯沉量不递增，代表填料体及沉渣已经在桩底形成了挤密的扩大头，且扩大头的周侧为经挤密后且无法更进一步挤密的挤密岩体。

如此便存在两方面的提升，一方面，此类灌注桩成桩后的桩端承载面积大于实际桩截面积；二方面，此类灌注桩成桩后的桩端周侧并不是原状岩层，而是经大能量夯击后无法被更进一步挤密的挤密岩体。从这两方面可以明显得出，使用本方法制作的灌注桩成桩后的桩端承载性能得到了大幅提升。因此将进岩深度控制在仅满足最基本的三倍桩径，再以夯击填料的方式来形成扩大头，其最终制作出的灌注桩是完全可以满足设计要求的单桩承载力的。

可选的，所述步骤S5中计算所述填料体的填料量时，以所述填料体最终形成的扩大头的最大横截面作为桩端承载面来进行桩端承载力的计算。

通过采用上述技术方案，桩孔孔底的填料被夯锤夯击形成扩大头后，成型的灌注桩在轴向受力时，其桩端承载力主要由扩大头来提供，而由于形成的扩大头大体上呈球体状，以至于扩大头在承载受力时其最大球截面处能形成较大的承载力扩散角，对该桩端承载性能有较大的促进作用，因此选用扩大头的最大横截面作为桩端承载面来计算桩端承载力能更加贴近于成型后灌注桩的实际单桩承载力，有利于促进桩基的高精准度施工以及自动化施工。

可选的，所述填料体的填料量计算公式如下：

式中：V为填料量以体积记；π为圆周率；k为体积修正系数，取值0.4～1；R_a为设计要求的灌注桩单桩承载力；U_p为桩身周长；q_sia为桩侧阻力特征值；l_i为第i层岩、土层的厚度；q_pa为桩端阻力特征值。

通过采用上述技术方案，扩大头成型于桩孔孔底周侧的岩层中时，其挤密岩层时受到的来自于岩层的阻力可使扩大头挤密完全后能形成接近于圆球的球体，基于进岩深度这一先决条件，简化了灌注桩桩端承载面的计算方式，进而也简化了填料体的填料量的计算方式；使得施工方能在获取不同的设计要求的灌注桩单桩承载力后，能快速地计算出满足该单桩承载力要求下的填料量，便于进行高精准度以及高自动化的灌注桩施工。

而其中设置的体积修正系数可以根据桩孔持力层处于不同的岩层中来进行实际填料量的修正，比如当扩大头位于饱和单轴抗压强度更高的中风化泥岩层中时，扩大头周侧的中风化泥岩体也被挤密成致密的挤密岩体，在桩端承载性能上也能起到更多的贡献，此时将k值取较小值以进行修正。

可选的，所述公式一中，

式中：D为桩径。

通过采用上述技术方案，在完成施工区域的地质勘察报告后，即可通过获得的在不同土层或岩层中的桩侧阻力特征值快捷得出成型后灌注桩的侧阻，以便设置较为合理且高效的灌注桩施工方式。

可选的，所述步骤S5中判定停止夯击时机时，需对连续的不少于五次的夯击的所述一击夯沉量进行对比。

通过采用上述技术方案，在夯击填料体的过程中，填料体不断挤密桩孔孔底周侧和底部的岩层，但岩层形成复杂，或有存在岩层空鼓或断层的可能，因此对连续的不小于五次的一击夯沉量进行对比时，可以有效避免因岩层被挤密不均匀时一击夯沉量骤增而导致的填料体并未夯击密实的现象发生，尽可能确保了达夯击时的填料体已被夯击密实。

可选的，所述步骤S4完成后，测量桩底沉渣层厚度；

当所述沉渣层厚度大于等于300mm时，先将所述沉渣层夯实再进行所述步骤S5；

当所述沉渣层厚度小于300mm时，直接进行所述步骤S5。

通过采用上述技术方案，沉渣层厚度过大时，说明沉渣层中浮土含量占比较大，此时若直接填料夯击，较难快速将沉渣层夯实，甚至难以夯实，此时可以先将沉渣层进行夯实，以免影响后续填料体的挤密度；而当沉渣层厚度较小时，填入填料体后，填料体与浮土和碎石混合，更有利于提高沉渣层被夯实的效率和效果。

可选的，所述填料体为素水泥砂拌和物及干硬性混凝土中的任意一种或几种的混合物。

通过采用上述技术方案，素水泥砂拌和物和/或干硬性混凝土在与沉渣混合后被夯击紧密，在地下水的作用下能进一步发生固化反应，一来可进一步填充沉渣层中以及被挤密岩层中的缝隙，使得沉渣层、填料体和被挤密岩层被夯实地更加紧密；二来能极大提高填料体及沉渣层夯实后的强度，也即对钻孔灌注桩桩端阻力还有较大的促进作用，可以进一步提高成型后灌注桩的桩端承载性能。

可选的，若所述步骤S4中取土过程中存在塌孔问题时下钢护筒护壁；待成孔完成后，再进行所述步骤S5。

通过采用上述技术方案，钢护筒护壁能有效避免在软质土体中进行钻孔时的塌孔现象，有利于降低钻孔施工时的安全隐患。

可选的，所述步骤S6中检测所述夯锤的所述一击夯沉量时，通过测算所述吊绳的初始点位的实际行走量来标定所述夯锤的累计夯沉量，将一次夯击后测得的所述累计夯沉量与上一次夯击后测得的所述累计夯沉量作差即为该次夯击后的所述一击夯沉量；

标定所述吊绳的初始点位的方法为：设置固定的归零标记，通过所述吊绳将所述夯锤下放至所述桩孔底部，并收拢所述吊绳，将所述吊绳上与所述归零标记对准的点位标定为所述吊绳的初始点位。

通过采用上述技术方案，在不同的桩孔中通过吊绳起吊夯锤以进行夯击时，根据孔深的不同以及沉渣层厚度的不同，吊绳的初始点位均能快速自动标定，无需反复手动调整，在多桩位的夯击作业中具有明显的施工效率优势。随后在夯锤的连续夯击过程中，吊绳上初始点位越过归零标记的行走量可以表征为夯锤的累计夯沉量，再将相邻两次的累计夯沉量作差得出一击夯沉量，此法操作简单，且操作效率和测算精度都能得到显著提高，并且还能借助计算机实现自动化检测，有利于钻孔灌注桩的施工工艺朝标准化、自动化发展，具有较大的社会经济促进作用。

可选的，所述步骤S7中，若所述桩孔的孔深大于15m，则先下导管，再通过所述导管灌注混凝土。

通过采用上述技术方案，当桩孔孔深较大时，混凝土在浇灌过程中容易发生离析现象，影响最终灌注桩成型品质，设置导管后可采用逐步提管逐步灌注混凝土的方式进行桩身浇灌，能有效确保灌注桩桩身的成型质量。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.对桩孔孔底采用先填料再夯击填料体和桩底沉渣的方式，当夯击至达停夯时机时，桩孔中的沉渣及填料体被夯实形成嵌在岩层中且无法再被进一步挤密的夯实层，不仅无需单独进行沉渣处理作业，还能消除桩底的沉渣浮土对桩端阻力计算时的削弱影响，并且还能显著提高灌注桩的桩端承载性能，增大了桩端承载力在灌注桩单桩承载力中的贡献比值；在灌注桩设计单桩承载力一定的情况下，降低了桩侧阻力贡献比值，仅需钻孔埋深进入岩层三倍桩径即可，无疑大幅缩减了钻孔灌注桩的进岩深度，极大降低了钻孔灌注桩的施工难度和施工成本，也降低了噪音污染和对施工现场的环境污染；

2.桩孔孔底位于低密实度的岩层中时，被大能量夯锤冲击的填料体能在这类岩层中形成挤密的扩大头，且扩大头的周侧为经挤密后且无法更进一步挤密的挤密岩体；使得此类灌注桩成桩后的桩端承载面积大于实际桩截面积，且此类灌注桩成桩后的桩端周侧并不是原状岩层，而是经大能量夯击后无法被更进一步挤密的挤密岩体；从这两方面可以明显得出，使用本方法制作的灌注桩成桩后的桩端承载性能得到了大幅提升，仅将进岩深度控制在仅满足最基本的三倍桩径，再以夯击填料的方式来形成扩大头，其最终制作出的灌注桩完全可以满足设计要求的单桩承载力；

3.通过公式一可使施工方能在获取不同的设计要求的灌注桩单桩承载力后，能快速地计算出满足该单桩承载力要求下的填料量，便于进行高精准度以及高自动化的灌注桩施工；同时还可以通过体积修正系数进行修正，以满足不同的进岩情况下的便捷验算；

4.通过设置归零标记及吊绳的初始点位，能够实现夯锤一击夯沉量的自动夯击验算，提高了在桩孔中进行夯击填料时的施工效率以及测算精度，再匹配填料体的填料量的便捷计算公式，能够实现在单桩桩孔中的全自动化定量填料、自动夯击填料、自动判定停夯时机并停机，有利于钻孔灌注桩的施工工艺朝标准化、自动化发展，具有较大的社会经济促进作用。

附图说明

图1是本申请实施例的工艺流程图。

图2是本申请实施例施工过程的地层结构图。

图3是本申请实施例施工后掘进至持力层且用于展示扩大头的地貌图。

附图标记：1、桩孔；2、土层；3、强风化泥岩层；4、中风化泥岩层；5、进岩深度；6、沉渣层；7、扩大头。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

钻孔灌注桩由于施工工艺成熟、承载力高、适用范围广已被广泛应用于公路、铁路桥梁、高层建筑等结构工程基础中。并且其施工方法可根据地质勘察数据选定适宜的如泥浆护壁施工工法或全套管施工工法，但不论采用哪种施工方法，在桩孔底部势必会存在由浮土和/或碎石组成的沉渣，即使对桩孔进行清孔、也难以完全去除沉渣，由于沉渣的存在，使得钻孔灌注桩的桩端一直难以起到较为满意的承载性能。

基于此，本领域中在一些对单桩承载力要求较高的地基基础处理施工中，会采用“后压浆”施工工艺，即在对桩孔底部进行清孔操作后，先在桩孔内安装压浆管，随后再往桩孔内灌注混凝土，待混凝土固化完全后，通过压浆管向成型桩底部高压灌注水泥浆，将水泥浆压入成型桩底残留的沉渣中、并渗透至成型桩下端桩身侧面，以提高成型桩底部的承载性能。并且根据实际的施工情况，还可以采用循环压浆作业。显然，采用了后压浆施工工艺后，钻孔灌注桩的单桩承载性能能达到大幅提升，但随之，施工周期和施工成本也相应增加。

实施例1：

本申请实施例公开一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法。参照图1和图2，干作业扩底钻孔灌注桩施工方法包括以下步骤：

S1.地质勘察，勘察施工场地地质情况，尤其是岩层埋深，绘制出土层2、岩层埋深图。

S2.平整场地，清理待施工场地，主要清理待施工场地的垃圾、浮土，再进行平整、压实。

S3.桩位放样，放线测量并准确设置桩孔1标记，根据地质勘察情况及设计要求计算灌注桩设计桩径。

S4.旋挖取土，通过钻机在桩孔1标记处钻孔至进岩深度5满足设计桩径的三倍，以形成桩孔1，且在取土过程中若存在塌孔问题时应及时下钢护筒护壁。其中钻孔方式可选用冲击钻孔、冲抓钻孔或者旋挖钻孔，但由于灌注桩持力层已入岩层，此处采用旋挖钻机进行钻孔；实际施工时，应至少间隔两个以上桩孔1标记进行连续两个桩孔1的钻孔作业。随后测量桩孔1孔深，而采用旋挖钻机进行钻孔时，桩孔1孔深可由旋挖钻机施工数据直接取得。

S5.填料夯击，向桩孔1内投入填料体，再起吊夯锤并连续落锤以对填料体和沉渣进行夯实，连续夯击至夯锤无明显下沉时，测量夯锤每次夯击后的一击夯沉量，直至连续多次夯击过程中测得的任意相邻两个一击夯沉量不递增，停止夯击。

在具体判定夯锤无明显下沉时，可在初始时就对夯锤的一击夯沉量进行检测，当检测到夯锤的一击夯沉量小于5cm时，则认定此时夯锤无明显下沉，可以开始进行停夯时机的判定。

S6.下钢筋笼，提升夯锤，并向桩孔1下钢筋笼，钢筋笼下放过程中及下放后还应调整钢筋笼竖直度。

S7.灌注混凝土，向桩孔1内灌注混凝土，遇桩孔1孔深大于15m时，则先下导管，再逐步提管逐步灌注混凝土。

并且在上述步骤S4中，桩孔1的孔底也即灌注桩持力层应处于饱和单轴抗压强度标准值f_rk≤20Mpa的岩层中，这类岩层一般为泥岩、砂岩或者硅质岩等，具有比土层2更高的密实度，但是岩层中依然具有可被进一步压缩挤密的空间。

从而通过上述施工方法进行灌注桩的施工时，参照图2和图3，由于灌注桩的持力层已钻入岩层中且符合进岩深度5满足三倍桩径，采用先填料再夯击填料体和桩底沉渣的方式，并在连续夯击过程中对每次的一击夯沉量进行测算，直至夯锤夯击至无明显下沉后再在后续的连续夯击中的相邻两次一击夯沉量不递增，代表填料体及沉渣已经在桩底形成了挤密的扩大头7，且扩大头7的周侧为经挤密后且无法更进一步挤密的挤密岩体。

由此在第一方面，采用此施工方法不仅无需采用专用设备清理沉渣或者设置后压浆工艺来进行灌注桩施工，还能消除桩底的沉渣浮土对桩端阻力计算时的削弱影响，既缩减了施工工期、降低了施工成本，又提高了成型后灌注桩的实际桩端承载性能。在第二方面，此类灌注桩成桩后的桩端实际承载面积大于桩截面积；在第三方面，此类灌注桩成桩后的桩端周侧并不是原状岩层，而是经大能量夯击后无法被更进一步挤密的挤密岩体。由以上三方面可知灌注桩的桩端承载性能得到了显著提高，增大了桩端承载力在灌注桩单桩承载力中的贡献比值，仅需钻孔埋深进入岩层三倍桩径即可使得成型后的灌注桩满足设计单桩承载力，无疑大幅缩减了钻孔灌注桩的进岩深度5，极大降低了钻孔灌注桩的施工难度和施工成本，也降低了噪音污染和对施工现场的环境污染。

并且使得在进行钻孔灌注桩施工时，无需采用专用设备清理沉渣，只需简单起吊夯锤夯击即可，同时钻机和夯锤还能在多个灌注桩桩孔1中轮流作业，实现了在施工场地多桩位的灵活流水线式作业，促进了多桩位灌注桩施工的施工效能提升。且相较于传统的采用泥浆护壁的湿作业法和需单独清理沉渣的干作业法，本方法简化了钻孔灌注桩的施工工艺，也极大地提高了钻孔灌注桩的施工效率，缩短了施工工期，降低了钻孔灌注桩施工过程中对能源的消耗，也更加符合当前节能、环保的施工理念，对于目前钻孔灌注桩的施工具有重大的促进意义。

而对于上述步骤S5，在向桩孔1内填料时，在不同的桩径或者不同的单桩承载力要求下，填入多少量的填料体并夯实至上述要求以形成扩大头7，才能实现在进岩深度5仅三倍桩径的情况下就可以使得成型后的灌注桩满足设计单桩承载力，这是一个关键因素。对此，步骤S5中计算填料体的填料量时，以填料体最终形成的扩大头7的最大横截面作为桩端承载面来进行桩端承载力的计算；更具体的，填料体的填料量计算公式如下：

式中：V为填料体的填料量以体积记；π为圆周率；k为体积修正系数，取值0.4～1；R_a为设计要求的灌注桩单桩承载力；U_p为桩身周长；q_sia为桩侧阻力特征值；l_i为第i层岩、土层2的厚度；q_pa为桩端阻力特征值。

更具体的，公式一中，

式中：D为桩径。

实际经数次施工后的土性试验发现，参照图2和图3，桩孔1孔底的填料被夯锤夯击形成扩大头7后，成型的灌注桩在轴向受力时，其桩端承载力主要由扩大头7来提供，而由于形成的扩大头7大体上呈球体状，以至于扩大头7在承载受力时其最大球截面处能形成较大的承载力扩散角，对该桩端承载性能有较大的促进作用，因此选用扩大头7的最大横截面作为桩端承载面来计算桩端承载力能更加贴近于成型后灌注桩的实际单桩承载力，有利于促进桩基的高精准度施工以及自动化施工。

并且扩大头7成型于桩孔1孔底周侧的岩层中时，其挤密岩层时受到的来自于岩层的阻力可使扩大头7挤密完全后能形成接近于圆球的球体，基于进岩深度5这一先决条件，简化了灌注桩桩端承载面的计算方式，进而也简化了填料体的填料量的计算方式；使得施工方能在获取不同的设计要求的灌注桩单桩承载力后，能快速地计算出满足该单桩承载力要求下的填料量，便于进行高精准度以及高自动化的灌注桩施工。

而其中设置的体积修正系数k可以根据桩孔持力层处于不同的岩层中来进行实际填料量的修正，比如当扩大头位于饱和单轴抗压强度更高的中风化泥岩层中时，扩大头周侧的中风化泥岩体也被挤密成致密的挤密岩体，在桩端承载性能上也能起到更多的贡献，此时可使k值取较小值以进行修正，以降实际所需的填料量，避免过度施工。修正系数k在取值时的遵循原则为：岩层饱和单轴抗压强度越高，k在其取值范围内的取值越小；土层土体密实度越低，k在其取值范围内的取值越大。

基于上述填料体的填料量计算公式，在某地基加工施工场地中，经地质勘察后，得出以下地质参数，下称表1：

层号	地层名称	埋深/m	层厚/m	侧阻特征值q<sub>sia</sub>/kPa	端阻特征值q<sub>pa</sub>/kPa
						1	淤泥质黏土	0	2	10	/
2	粉质黏土	2	4	36	/
						3	粉质黏土	6	2	44	/
4	强风化泥岩	8	1.5	80	/
						5	中风化泥岩	9.5	＞10	140	2000

其中，q_sia及q_pa取自《建筑地基基础技术规范》(DB42/242-2014)附表F。

在设计时确定桩位数量120根，设计单桩承载力特征值R_a为4500kN，设计桩径800mm，则经上述地质参数可知，若需要满足进岩深度5达三倍桩径也即2.4m。桩孔1在贯穿强风化泥岩层3后，还需延伸至中风化泥岩层4中达0.9m，并且由于桩基持力层刚好穿入中风化泥岩层4，其扩大头7基本成型于中风化泥岩层4中，此处k值取0.5作修正。据此，通过公式一和公式二计算填料体的总填料量为：

其中扩大头7的最大截面圆半径为：

由此可知，经填料体夯击后，破坏了原中风化泥岩层4的岩层结构，中风化泥岩层4中颗粒重新排列，扩大头7的最大半径接近于成型灌注桩桩径的两倍，并且扩大头7周边的地基也发生了较大变化，比如周边地基密实度提高、孔隙比降低。

施工完成后，选取一根成型灌注桩作为试验桩并在其周侧做土性试验，具体试验方式为：自扩大头7深度处开始取样也即延伸至贯穿强风化泥岩层3再往下0.9m处取样，沿该深度方向每隔0.3m取一组样品，深度方向(以下称轴向)的取样原点为埋深10.4m处；并且沿桩孔1径向每隔0.1m取一组样品，桩孔1径向(以下称径向)的取样原点为距桩孔1孔壁0m，将上述样品取出后测量样品孔隙比可得以下数据：

根据上述数据，再以扩大头7模拟为球体时分析可知，填料体夯实后的扩大头7在水平面上超出桩侧的最大距离在0.3m～0.4m之间，也即扩大头7球体的半径在0.7m～0.8m之间，上述计算结果符合实际勘验结果。

同样再依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)对成型后的灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验测得，该试验桩的单桩竖向抗压极限承载力为9960KN，符合极限承载力大于设计单桩承载力特征值2倍以上的施工要求。

而在现行的有关施工规范中，未采用后压浆工艺且忽略桩底沉渣影响时的灌注桩的单桩竖向承载力特征值的估算公式为：

R_a＝U_p∑q_sia l_i+q_paA_p，公式三；

继续拆解公式可得：

将表1数值代入公式五中计算可得出，在采取该种施工方法时，若要满足成桩后的灌注桩符合设计单桩承载力特征值4500KN的要求，需要桩基持力层在中风化泥岩层4中进岩7.275m，也即整体进岩深度5达8.775m；远超本申请所需的进岩深度5三倍桩径，也即2.4m。据此也可知，通过本申请的施工方法，能有效缩减进岩深度5，极大地降低施工成本，避免了过度施工造成的能源浪费和对环境的污染问题。

并且，在具体施工时，为进一步有效消除沉渣对桩端承载性能的影响，步骤S4完成后，还应测量桩底沉渣层6厚度；具体测算时可直接下放铅锤，测量铅锤落于桩孔1底部时铅锤吊线的长度，再与桩孔1孔深作差即可得出沉渣层6厚度；为使沉渣层6厚度测量更为精准，还可以提起铅锤摆动至桩孔1底部其他位置测量，再取平均值。

当沉渣层6厚度大于等于300mm时，先将沉渣层6夯实再进行步骤S5；

当沉渣层6厚度小于300mm时，直接进行步骤S5。

同时，步骤S5中判定停止夯击时机时，需对连续的不少于五次的夯击的一击夯沉量进行对比，实际施工时，还可以根据实际的土性提高判定要求，比如对连续的八次、十次一击夯沉量进行对比，以消除被对比的一击夯沉量中极值的影响。采取该措施主要是考虑到岩层形成复杂，或有存在岩层空鼓或断层的可能，因此对连续的不小于五次的一击夯沉量进行对比时，可以有效避免因岩层被挤密不均匀时一击夯沉量骤增而导致的填料体并未夯击密实的现象发生，消除了客观因素的干扰，尽可能确保了达夯击时的填料体已被夯击密实。

并且，其中填料体为素水泥砂拌和物及干硬性混凝土中的任意一种或几种的混合物，且在桩孔1中投放填料体时应当分批投入，并采用前期投料量大、后期投料量少的方式，直至计算出的定量的填料体被完全投放至桩孔1中。

从而在夯击时，干硬性混凝土在与沉渣混合后被夯击紧密，能进一步发生固化反应，一来可进一步填充沉渣层6中的缝隙，使得沉渣层6被夯实地更加紧密；二来能极大提高硬质填料及沉渣层6夯实后的强度，也即对钻孔灌注桩桩端阻力还有较大的促进作用，可以进一步缩减钻孔灌注桩的进岩深度5。

而为了提高通过本申请施工时的自动化程度，同时也是为了提高施工参数的精度，在一个可行的实施例中，步骤S6中检测夯锤的一击夯沉量时，通过测算吊绳的初始点位的实际行走量来标定夯锤的累计夯沉量，将一次夯击后测得的累计夯沉量与上一次夯击后测得的累计夯沉量作差即为该次夯击后的一击夯沉量；

标定吊绳的初始点位的方法为：设置固定的归零标记，通过吊绳将夯锤下放至桩孔1底部，并收拢吊绳，将吊绳上与归零标记对准的点位标定为吊绳的初始点位。

从而在不同的桩孔1中通过吊绳起吊夯锤以进行夯击时，根据孔深的不同以及沉渣层6厚度的不同，吊绳的初始点位均能快速自动标定，无需反复手动调整，在多桩位的夯击作业中具有明显的施工效率优势。随后在夯锤的连续夯击过程中，吊绳上初始点位越过归零标记的行走量可以表征为夯锤的累计夯沉量，再将相邻两次的累计夯沉量作差得出一击夯沉量，此法操作简单，且操作效率和测算精度都能得到显著提高，并且还能借助计算机实现自动化检测，有利于钻孔灌注桩的施工工艺朝标准化、自动化发展，具有较大的社会经济促进作用。

在另一可行的实施例中，测量夯锤的一击夯沉量时，还可以在绕卷吊绳的卷扬机卷筒上加装角度传感器，夯锤下锤且吊绳收拢绷紧后，角度传感器归零，夯锤再次下锤时角度传感器检测的卷扬机放卷角度即可用于表征夯锤夯击的一击夯沉量，再通过存储模块对每次计算出的一击夯沉量进行存储，夯锤夯击达设定次数后，PLC控制器调取存储模块里的一击夯沉量数据进行比对，并输出继续夯击或者停夯填料指令。

如此设置后，夯锤在被吊绳起吊或下放的过程中，吊绳远离夯锤的一端在卷扬机卷筒上绕卷或放卷，对应的卷扬机卷筒发生正向、反向旋转，尤其在进行一击夯沉量检测时，绕卷在卷扬机上的吊绳的多余行走段基本上绕卷在卷筒上同一层，也即设置在卷扬机上的角度传感器测算出卷筒的多余转动角度后，可以直接依据卷筒直径及吊绳直径计算出夯锤每一次夯击后吊绳的多余行走量，也即一击夯沉量，同样也才能实现一击夯沉量的简单、精准、可自动化测算，能有效提高钻孔灌注桩的施工效率和施工质量。

本申请实施例一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法的实施原理为：将桩底沉渣混合填料体并夯击形成扩大头7后，第一方面，采用此施工方法不仅无需采用专用设备清理沉渣或者设置后压浆工艺来进行灌注桩施工，还能消除桩底的沉渣浮土对桩端阻力计算时的削弱影响，既缩减了施工工期、降低了施工成本，又提高了成型后灌注桩的实际桩端承载性能。在第二方面，此类灌注桩成桩后的桩端实际承载面积大于桩截面积；在第三方面，此类灌注桩成桩后的桩端周侧并不是原状岩层，而是经大能量夯击后无法被更进一步挤密的挤密岩体。

由以上三方面可知灌注桩的桩端承载性能得到了显著提高，增大了桩端承载力在灌注桩单桩承载力中的贡献比值，仅需钻孔埋深进入岩层三倍桩径即可使得成型后的灌注桩满足设计单桩承载力，无疑大幅缩减了钻孔灌注桩的进岩深度5，极大降低了钻孔灌注桩的施工难度和施工成本，也降低了噪音污染和对施工现场的环境污染。

实施例2：

本申请实施例公开一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法。与实施例1的不同之处在于；在进行桩底沉渣厚度测量时，采用实施例1中测量一击贯入度的检测方式；也即，先通过卷扬机上的吊绳将夯锤下放至夯锤底壁与桩孔1孔口地面平齐，标定此时吊绳上与归零标记对准的点为初始点位；随后缓慢下放夯锤至桩孔1底部，测算吊绳初始点位越过归零标记的实际行走量再与桩孔1孔深作差即可得出沉渣厚度。

由于将夯锤下放至桩孔1底壁时，夯锤的自重可对沉渣层6进行一定程度的压实，能去除浮土对沉渣层6厚度测算精准度的影响，因此相较于采用铅锤测量，此法测算出的沉渣层6厚度更为精准，测算效率也更高。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.地质勘察，勘察施工场地地质情况，尤其是岩层埋深；

S2.平整场地，清理待施工场地，并进行平整、压实；

S3.桩位放样，放线测量并准确设置桩孔（1）标记；

S4.旋挖取土，在所述桩孔（1）标记处钻孔至进岩深度（5）符合三倍桩径，形成桩孔（1），测量所述桩孔（1）孔深；

S5.填料夯击，向所述桩孔（1）内投入填料体，再起吊夯锤并连续落锤以对所述填料体和沉渣进行夯实，连续夯击至所述夯锤无明显下沉时，测量所述夯锤每次夯击后的一击夯沉量，直至连续多次夯击过程中测得的任意相邻两个所述一击夯沉量不递增，停止夯击；

S6.下钢筋笼，提升所述夯锤，并向所述桩孔（1）内下钢筋笼；

S7.灌注混凝土，向所述桩孔（1）内灌注混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤S4中所述桩孔孔底应处于饱和单轴抗压强度标准值

的岩层中。

3.根据权利要求2所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤S5中计算所述填料体的填料量时，以所述填料体最终形成的扩大头（7）的最大横截面作为桩端承载面来进行桩端承载力的计算。

4.根据权利要求3所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述填料体的填料量计算公式如下：

，公式一；

式中：

为填料量以体积记；

为圆周率；

为体积修正系数，取值0.4～1；

为设计要求的灌注桩单桩承载力；

为桩身周长；

为桩侧阻力特征值；

为第i层岩层、土层（3）的厚度；

为桩端阻力特征值。

5.根据权利要求4所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述公式一中，

，公式二；

式中：

为桩径。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤S5中判定停止夯击时机时，需对连续的不少于五次的夯击的所述一击夯沉量进行对比。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤S4完成后，测量桩底沉渣层（6）厚度；

当所述沉渣层（6）厚度大于等于300mm时，先将所述沉渣层（6）夯实再进行所述步骤S5；

当所述沉渣层（6）厚度小于300mm时，直接进行所述步骤S5。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述填料体为素水泥砂拌和物及干硬性混凝土中的任意一种或几种的混合物。

9.根据权利要求1-5任一项所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：若所述步骤S4中取土过程中存在塌孔问题时下钢护筒护壁；待成孔完成后，再进行所述步骤S5。

10.根据权利要求1-5任一项所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤S6中检测所述夯锤的所述一击夯沉量时，通过测算所述吊绳的初始点位的实际行走量来标定所述夯锤的累计夯沉量，将一次夯击后测得的所述累计夯沉量与上一次夯击后测得的所述累计夯沉量作差即为该次夯击后的所述一击夯沉量；

标定所述吊绳的初始点位的方法为：设置固定的归零标记，通过所述吊绳将所述夯锤下放至所述桩孔（1）底部，并收拢所述吊绳，将所述吊绳上与所述归零标记对准的点位标定为所述吊绳的初始点位。

11.根据权利要求1-5任一项所述的一种干作业扩底钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤S7中，若所述桩孔（1）的孔深大于15m，则先下导管，再通过所述导管灌注混凝土。