全套管灌注桩承载性状及施工工艺的研究
摘要：本文通过理论探讨、现场试验和数值分析相结合的方法，全面深入地探讨全套管灌注桩的承载机理，并对全套管灌注桩的施工工艺进行了研究。
关键词：全套管灌注桩，作用机理，有限元法，施工工艺
前言
我国幅员辽阔，工程地质和水文地质条件复杂多变，东部与中西部地区经济发展不平衡，各类工程要求又不相同。大量施工实践表明，我国常用的各种桩型从总体上看，具有以下特点：大直径桩与普通直径桩并存；预制桩与灌注桩并存；非挤土桩、部分挤土桩与挤土桩并存；在非挤土灌注桩中钻孔、冲抓成孔与人工挖孔法并存；在挤土桩中锤击法、振动法与静压法并存；在部分挤土灌注桩的压浆工艺工法中前注浆桩和后注浆桩并存；先进的、现代化的工艺设备与传统的、较陈旧的工艺设备并存等等。由此可见，各种桩型在我国都有合适的地层土质、环境与需求，也有发展、完善和创新的条件[1,2]。
全套管灌注桩又叫贝诺特灌注桩，是采用特殊的施工工法完成的一种新型灌注桩。由于全套管灌注桩的施工工艺具有众多优点，所以近些年被广泛地应用到桩基施工当中。因此，开展全套管灌注桩承载性能及其施工工艺的研究是桩基理论自身发展的需要，更是工程界的迫切要求。
1全套管灌注桩概述
桩基础是应用比较广泛的一种基础类型，也是最古老的基础之一。国内已经建成的最高建筑为88层，高420.5米的上海浦东金茂大厦，采用了长八十多米的钢桩，2003年10月建成的新的世界第一高楼(608米的台北101大厦)，也采用桩基础。随着人们对桩的承载性能、设计方法、检测技术等不断探索研究，新的桩型和设计施工方法不断呈现，施工技术和机械设备也不断得到了改进与发展，互相促进，使桩基础技术蓬勃发展。由于桩基础的工作性能涉及到极其复杂的桩土相互作用，而且其地位和作用十分重要，因此桩基成为工程界的重要课题，不论在我国或在国际上桩基础均成为岩土工程领域令人关注的热点。
2研究现状
全套管冲抓成孔施工工艺是将全孔套管护壁和冲抓成孔2种工艺的优点，在钻进施工中有机地结合在一起，其成孔过程不使用泥浆等循环液，借助机械自动化程度较高的全液压搓管机和吊机，以及冲抓斗，冲击钻头等凿岩机具实现千式钻掘成孔。其工作原理是利用搓管机将带有套管钻头的套管，逐节小角度往复搓动并压入地层的同时，利用冲击钻头和冲抓斗等凿岩器具，将套管内的岩土冲凿抓取出地面，搓管和冲抓交替进行，直至套管下到桩端持力层为止，挖掘完毕后测定孔深，并确认桩端持力层，然后清除孔底虚土，成孔后放入钢筋笼，放置灌浆导管，边灌注混凝土边起拔套管，最后成桩。
到目前为止，国内外许多学者对多种桩型的灌注桩的承载机理都开展了大量的研究，并取得了一些研究成果[3,4]，为灌注桩在工程中的应用提供了理论基础。但是，由于受到全套管灌注桩的施工机械昂贵，施工工艺要求高、以及国内人工费用低廉等众多原因影响，全套管灌注桩这种先进的施工工艺并没有得到普及，人们对全套管灌注桩的优越性也没有得到充分的认识，因而对全套管灌注桩承载机理的研究仍然停留在沿用一般性灌注桩已有的承载机理的基础上，并没有哪一个学者专门对这种特殊成桩工艺下完成的灌注桩的承载性能方面进行过深入的探讨。众所周知，不同的成桩工艺，势必会导致所成桩在承载机理上与其它桩型灌注桩有较大差异，这些差异能够给工程在安全和经济上带来一些问题或隐患，因此对全套管灌注桩的承载机理进行研究是非常有必要的。
此外，由于全套管灌注桩是一种全新的施工工艺下完成的灌注桩，施工工艺的好坏直接影响到成桩的质量及其承载性能，因此同样有必要对全套管灌注桩的施工工艺进行进一步的探讨。
3全套管灌注桩施工工艺的研究
某工程设计采用桩基础，但是由于工期较短，施工难度大，施工方提出采用全套管施工工艺进行灌注桩施工的方案。由于该桩型具有施工速度快，施工安全，施工质量易保证以及环保效果好等特点，在工程中得到很好的应用。
3.1导墙的施工
对于全套管咬合桩的施工，在进行钻孔成桩之前有一个非常关键的步骤就是导墙的施工，导墙可以正确控制钻孔咬合桩的平面位置，支持机具重量，防止孔口坍塌，确保咬合桩护筒的竖直，并确保全套管钻机平整作业，因此顺利地完成导墙的施工是确保后续工作顺利进行的关键。导墙一般均采用混凝土或钢筋混凝土材料，其施工步骤如下：
1)平整场地：清除地表杂物，填平碾压，地下管线迁移的沟槽。如遇到杂填土层，应采用置换素土的方法，导墙制作完成后，孔内土层应夯实，有利于钢套管正确就位；
2)测放桩位：根据设计图纸提供的坐标按外放100mm计算排桩中心坐标(为抵消咬合桩在基坑开挖时在外侧土压力作用下向内位移而造成的基坑结构净空减少变化)，采用全站仪根据地面导线控制点进行实地放样，并做好护桩，作为导墙施工的控制中线；
3)导墙沟槽开挖：在桩位放样符合要求后即进行沟槽开挖，采用人工开挖施工。开挖结束后，立即将中心线引入沟槽下，以控制底模及模板施工，确保导墙中心线的正确无误；
4)钢筋绑扎：沟槽开挖结束后绑扎导墙钢筋，导墙钢筋按设计要求布置，经检合格后方可进行下一道工序施工；
5)模板施工：模板采用自制整体木模，导墙预留定位孔模板直径为套管直径扩大30-50mm.模板加固采用钢管支撑，支撑间距不大于1mm，确保加固牢固，严防跑模，并保证轴线和净空的准确，混凝土浇筑前先检查模板的垂直度和中线以及净距是否符合要求;
6)混凝土浇筑施工:混凝土采用商用混凝土，混凝土浇筑时两边对称交替进行，严防走模。
7)当导墙有足够的强度后，拆除模板，重新定位放样排桩中心位置，将点位反到导墙顶面上，作为钻机定位控制点。地表土层较好时，导墙厚度一般取350mm，地表层土为软土，需回填后分层碾压，导墙一般应该≥450mm。
3.2钻机就位
待导墙有足够的强度后，移动套管钻机，使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心。定位后，在导墙孔与钢套管之间用木塞固定，防止钢套管端头在施压时位移。液压工作站放置在导墙外平整地基上。
3.3埋设第一、第二节套管的垂直度，是决定桩孔垂直度的关键
在套管压入过程中，用经纬仪或测锤不断校核垂直度。当套管垂直度相差不大时，固定下夹具，利用上夹具来调整垂直度；当套管垂直度相差较大时，一般应拔出来从新埋设，有时也可将钻机向前后左右移动一下使之对中。
3.4取土成孔
先压入第一节套管(每节套管长度约7~8m)，压入深度约2.5-3.0m，然后用抓斗从套管内取土，一边抓土，一边下压套管，要始终保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5m；第一节套管全部压入土中后(地面以下要留着1.2-1.5m，以便于接管)检测成孔垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第二节套管下压取土……直到设计孔底标高。
3.5吊放钢筋笼
如为钢筋混凝土桩，成孔至设计标高后，检查孔的深度、垂直度、清除孔底虚土，检查合格后吊放钢筋笼；
3.6灌注混凝土
孔内有水时，采用水下混凝土法灌注施工。孔内无水时，采用干孔灌注施工，此时需要振捣。开始灌注混凝土时，应先灌入2~3m3混凝土将套管搓动后提升20-30cm，以确定机械上拔力是否满足要求。不能满足时，则应采用吊车辅助起吊。灌注过程中应确保混凝土高于套管端口不小于2m，防止上拔过快造成断桩事故。
3.7拔管成桩
一边灌注混凝土一边拔管，应注意始终保持套管低于混凝土面2.5m以上。
结束语
对于全套管灌注桩的施工，正确的掌握每一个步骤的施工顺序是至关重要的。施工顺序和施工时间控制关系到施工成败的关键性问题；对于采用全套管灌注桩施工方案的工程，施工前要详细研究地层条件，估计可能出现的孔内事故，做好充分准备。出现的孔内事故时，按照制定的处理方法，对孔内事故进行处理。
参考文献
1. 捷程MZ系列全套管灌注桩和钻孔咬合桩成套技术研究与开发报告[M].北京，2005
2. 刘福华，沈保汉.MZ系列摇动式全套管钻机及其工程应用.桩基设计施工与检测[M].北京:中国建材工业出版社，2001
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4. RichwienW,WangZ.DisplacementofaPileunderAxialLoad[J].Geotechnique,1999,49(4):537-541
