建 筑 技 术
Architecture Technology
第50卷第2期 2019年2月
V ol.50 No.2 Feb. 2019
·142·
收稿日期：2018–11–26
基金项目：螺旋锥体挤土压灌桩设计方法与施工工法研究（延大科合2018-41）
作者简介：方光秀（1967—），男，吉林延吉人，教授，工学博士，e-mail ：gxfang@ybu.edu.
螺旋锥体挤土压灌桩技术标准研究与工程应用
方光秀1， 赵 越2， 赵世范3， 刘守进4， 张喜才3
（1.延边大学工学院结构工程学科，133002，吉林延吉；2.上海天华建筑设计有限公司，200235，上海；3.延吉市大星基础工程公司，
133000，吉林延吉；4.沈阳钻探机械研制中心，110122，沈阳）
摘 要：通过对相关地方技术规程进行优化组合，提出螺旋锥体挤土桩施工方法及螺旋锥体挤土压灌桩技术理论。螺旋锥体挤土压灌桩的单桩承载力高，在同等条件下可减小桩长，缩小桩径，可节约材料，降低造价。
关键词：螺旋锥体挤土压灌桩；单桩承载力；技术标准
中图分类号：TU 745.3 文献标志码：B 文章编号：1000–4726(2019)02–0142–04
tEChniCal Standard rESEarCh and EnginEEring appliCation of Spiral ConE
CompaCtion grouting pilE
FANG Guang-xiu 1
, ZHAO Yue 2
, ZHAO Shi-fan 3
, LIU Shou-jin 4
, ZHANG Xi-cai
3
(1.Structure Engineering, College of Engineering, Yanbian University, 133002, Yanji, Jilin, China; 2.Shanghai Tianhua Architectural Design Co., Ltd., 200235, Shanghai, China; 3.Daxing Foundation Engineering Company, 133000, Yanji, Jilin, China; 4.Shenyang Drilling Machinery
Development Center, 110122, Shenyang, China)
abstract: Through the optimization and combination of relevant local technical regulations, the construction method of spiral cone compaction pile and the technical theory of spiral cone compaction and compaction pile are propod. The single-pile bearing capacity of the spiral cone compaction pile is high, and under the same conditions, the pile length can be reduced and the pile diameter can be reduced, which can save materials and reduce the cost.
keywords: spiral cone compaction pile; single pile bearing capacity; technical standard
桩基础具有承载能力高，施工可操作性强，成本低等优点。在现浇灌注桩中，旋转挤压灌注桩、双向螺旋挤扩灌注桩等虽已被广泛应用，但还有挤土不充分，适应地层范围小，施工效率低等缺点。本文
离职单模板针对上述不足，在遵循国家有关技术标准前提下，借鉴山东、河南、重庆等省市的螺旋挤土灌注桩技术规程、双向旋转挤土灌注桩技术规程、旋转挤压灌注桩技术规程等，在2014年提出发明专利《螺旋锥体挤土桩施工方法》，通过调研、总结、试验、实践，于2015年提出了螺旋锥体挤土压灌桩技术理论，并用于工程实践。在此基础上总结螺旋锥体挤土压灌桩的试验数据和工程经验，并在征求吉林、辽宁等省的勘察、设计、施工及建设管理部门意见的基础上，参考国内外相关标准，结合吉林省实际情况，在2018年提出了吉林省工程建设地方标准DB22/T 5008—2018《螺旋锥体挤土压灌桩技术标准》。在执行该标准过程中尚需积累工程资料，供修订时参考。
1 现有的现浇桩施工工艺特点
根据施工工艺的不同，混凝土现浇桩分为泥浆护壁钻（冲）孔现浇桩和干作业钻（冲）孔现浇桩。前者如旋挖钻孔桩、正反循环钻（冲）成孔桩等，通常为大孔径（一般大于1 000 mm ）、长桩身（一般大于30 m ）、承载能力大的基桩。施工中采用泥浆护壁，需要及时处理，以防污染环境和影响后序工作进程；后者如长螺旋钻孔压灌注混凝土桩等。这类桩通常都是小孔径（一般小于1 000 mm ）、桩身较短（一般小于30 m ）、中等及以下承载能力的基桩。长螺旋钻孔过程中会产生大量虚土需外运且污染环境，桩底虚土还会影响基桩的承载能力。
2 螺旋锥体挤土压灌桩技术
2.1 技术路线
螺旋锥体挤土压灌桩的研究技术路线如图1所示。2.2 技术创新点
（1）螺旋锥体结构上端最大直径与螺旋柱体结构外径相同，挤压岩土体成桩孔时先挤成小孔，再逐渐挤扩成所需桩孔，主要承担挤压岩土体成桩孔的功能。螺旋柱体结构承担辅助挤土功能，保持螺旋锥体结构已挤扩成形的桩孔径，同时传送被挤压剥离的岩土。
2019年2月·143·方光秀，等：螺旋锥体挤土压灌桩技术标准研究与工程应用
在软岩中施工选用带缺口的钻头、在硬岩中施工选用不带缺口的钻头。
（2）二次挤土保径钻杆既有传送岩土的功能，又有辅助径向挤压岩土体于孔壁并密实孔侧壁岩土的功能，边传边挤有助于改善孔深范围内软土层的物理参数。针对不同地质条件的成桩孔，建议选择不同缺口尺寸的二次挤土保径钻杆（通常密度大的岩土层选择缺口小的保径钻杆）。
（3）采用螺旋锥体挤土压灌桩技术具有三大效应。1）挤密效应：在下钻和提钻过程中，钻具对土体合理挤密，可改善桩侧岩土层的物理参数，有效提高和充分发挥桩侧阻力的作用，消除沉渣，保证桩端阻力的发挥，调整桩的侧阻力与端承阻力的应力分摊比，在同等条件下缩短桩长、减小桩径。2）护壁效应：钻具可对桩周土体起护壁作用，不塌孔，无需泥浆，不产生泥皮和沉渣。3）胶结效应：
桩端持力层为卵石或岩层时，桩与土体可在泵压作用下胶结为整体。
2.3 适用范围芝麻卷
（1）螺旋锥体挤土压灌桩不受地下水的限制，适用于回填土、粘性土、粉土、砂土、砂砾、角砾、圆砾、碎石、粒径小于500 mm的颗粒且含量小于或等于80%的卵石、全风化岩、强风化岩、中风化软质岩等岩土层。当需穿越老粘土、水位以下的新近沉积土及高塑性粘土时，应通过试验确定其适用性。
（2）螺旋锥体挤土压灌桩适用于桩基础的基桩、复合桩基的基桩和复合地基的增强体等各种基础工程。
2.4 成桩设备
（1）螺旋锥体挤土压灌桩机整机重约110 t，桩架高约36 m，钻具长30 m，动力头额定输出扭矩大于350 kN·m（图2）。因此施工时及桩机的拆卸和安装必须由专人操作。
（2）施工时主要配置螺旋锥体挤土压灌桩机（含螺旋锥体挤土钻具）、混凝土输送泵、电焊机、气割设备、全站仪、水准仪、起重机等。
2.5 设计要点
（1）设计桩径为400~800 mm；桩身混凝土强度等级不应小于C35；主筋保护层厚度应不小于50 mm。
（2）应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层的深度，对粘性土、粉土不宜小于2 d，砂土不宜小于1.5 d，碎石类土不宜小于1 d。当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3 d（d 为桩径）。
（3）当桩端嵌岩时，嵌岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径、桩长诸因素而确定；嵌入倾斜的完整和较完整岩断面的深度不宜小于0.4 d且不小于0.5 m，倾斜度大于30%的中风化岩宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；嵌入平整、完整的坚硬岩和较硬岩深度不宜小于0.2 d，且不应小于0.2 m。
（4）单桩竖向极限承载力的确定应符合下列规定：1）工程桩施工前，应先进行试桩的成孔及成桩，依据试桩静载荷检测值来确定设计值；2）螺旋锥体挤土压灌桩单桩竖向极限承载力标准值的估算公式为：
Q uk=Q sk+Q pk=u∑αi q s i k l i+q pk A p（1）式中：Q sk为单桩总极限侧阻力标准值（kN）；Q pk为单桩总极限端阻力标准值（kN）；q s i k为桩侧第i层土桩极限侧阻力标准值（kPa）；q pk为极限端阻力标准值（kPa）；u为桩身周长；A p为桩端面积；l i为桩周第i层土的厚度（m）；αi为第i层土的
桩侧极限
开始螺旋锥体挤土压灌桩设计方法与
施工工法——目标分解
研究国内外参
考文献
研究国内外技
术规范、标准
研究类似成功
工程案例
研究螺旋锥体挤土压
灌桩方案存在问题弹奏钢琴
研究螺旋锥体挤土压
灌桩现状与存在问题
研究螺旋锥体挤土压
灌桩检测技术
研究螺旋锥体挤土压灌桩钻头与钻杆设计
研究螺旋锥体挤土压
灌桩设计方法
研究螺旋锥体挤土压灌
桩施工技术与施工工法图1 螺旋锥体挤土压灌桩的研究技术路线
编制螺旋锥体挤土压灌桩设计图集和施工工法全生命周
期费用
价值工程灰色模型
研究螺旋锥体挤土压灌桩
检测鉴定
标准设计图技术规
程标准
研究螺旋锥体挤土
压灌桩费用分析
施工
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桩侧极限侧阻力标
准值增大修正系数
桩端极限侧阻力标
准值增大修正系数
施工技术
施工工艺
施工工法
验收标准
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侧阻力标准值的增大修正系数，填土、粘性土、粉土、黄土，αi=1.0~1.2；砂土、砾砂、角砾、圆砾、卵石、全风化岩、强风化岩，αi=1.2~1.5；αi值根据现场单桩静载试验结果或当地已有试桩资料进行验证和调整。
2.6 施工要点
（1）选择桩型与成桩工艺时应综合考虑地质条件、建筑场地周边的环境因素和单桩承载力要求，并应考虑成桩设备与技术的既有条件，还应重视地方经验，力求技术先进可行、工程质量可控可靠。
（2）确定桩的施工顺序时应考虑施工特点和周围建筑物的情况。对较密集的满堂布桩可采取成排推进并从中间向四周进行；若一侧靠近既有建筑物，宜从毗邻建筑物的一侧由近及远进行；根据桩的规格宜先长后短进行施工。当桩距小于1.2 m且地下有深厚淤泥层及松散砂层时，应采取跳跃式施工或采用控制凝固时间间隔施工，以防桩孔间窜浆。
（3）螺旋锥体挤土压灌桩的成孔与成桩是施工关键。下钻前应复核桩位，桩位偏差应满足设计要求：桩机就位后采用桩机塔身前后和左右的垂直标示针检查塔身导杆，校正位置，使钻具垂直对准桩
位中心，确保垂直度偏差小于1.0%桩长；采用螺旋锥体挤土钻具挤压土体钻孔时应先慢后快，以减少钻具摇晃，控制钻孔偏差，方便及时纠正。下钻过程中应注意是否挤桩，在下钻约2 m时应检测桩位偏差，如偏差过大需采取提钻、回填、复钻的方式来控制桩位偏差。
（4）下钻过程中钻头应始终保持同向旋转，开始下钻时速度应缓慢，确认孔位无误后在施加扭矩的同时施加竖向压力，使钻头达到设计桩端标高且满足柱体桩长设计要求。在不同土层，可根据输出的电流值进行调整，以控制下钻速度。一般情况下，软岩土层采用高速旋转钻进（5~7 r/min），大径桩采用低速，小径桩采用高速，下钻进尺速度应不大于2 m/min。硬岩土层采用低速旋转钻进（3~5 r/min）。
（5）钻至设计标高后，钻头应原地旋转2~3 min。先将混凝土泵入钻具内的空心管道，再提升钻具，提升速度应与混凝土泵送量匹配，必须保证钻具内的混凝土高于桩机作业面不小于1 m。施工中桩顶标高应高出设计桩顶标高，留出保护桩长。
（6）螺旋锥体挤土压灌桩对混凝土的质量要求较高，混凝土坍落度宜为180~220 mm，粗骨料的粒径宜为5~20 mm。
（7）钢筋笼采用后置式安装，钢筋笼使用桩机上的副卷扬吊装，人工和强力振捣器配合。3 工程实例
3.1 工程概况
延吉市T3-3地块改造项目东新二期包括10栋高层建筑，2栋多层建筑（2~15层），建筑面积约70 000 m2（图3）。
图2 螺旋锥体挤土压灌桩
桩机外形图
图3 螺旋锥体挤土
压灌桩施工
桩端持力层为圆砾和强风化泥质粉砂岩层，分别选用桩径为400 mm和500 mm的螺旋锥体挤土压灌桩，其设计桩长分别为10,13,15（m），先进行各种持力层的单桩竖向极限抗压承载力静载试验。其中，桩径500 mm，桩长10 m的试验桩取平均值（3 342 kN）为该组试验桩单桩竖向抗压极限承载力，其特征值为1 671 kN。通过基桩竖向抗压静载检测报告中的检测结论，再参照DBJ 50T—207—2014《旋转挤压灌注桩技术》单桩竖向极限承载力的估算公式计算结果，并进行比较，验证螺旋锥体挤土灌注桩的承载能力。
3.2 岩土工程勘察报告
根据延吉市规划勘测设计院出具的勘察报告，试验桩处的勘察点（12-5）地质资料见表1。
表1 试验桩处地基土的参数
层
号
土层名称土层埋深/m
极限侧阻力
值q s i k/kPa
极限端阻力
值q pk/kPa
①杂填土 1.60
②粉质粘土 3.7040
②1细砂 4.6040
②粉质粘土7.540
③圆砾11.501607 000
④强风化泥质粉砂岩14.50160 6 000
⑤中风化泥质粉砂岩2408 000
3.3 试验桩单桩竖向抗压静载检测
3.3.1 桩身质量检测
（1）桩身质量除对预留混凝土试件进行强度等级检测外，还应进行现场检测，检测方法可采用低应变法。
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方光秀，等：螺旋锥体挤土压灌桩技术标准研究与工程应用
（2）采用低应变法检测桩身完整性时，抽检数量
不应少于总桩数的30%，且不得少于20根。
3.3.2 静载检测试验
在工程勘察点（12-5）附近共布置36根试验桩，
分别是以3、4、5层为桩端持力层；形成6种桩型（桩
径为400 mm, 500 mm；桩长为10 m, 13 m, 15 m），每
种桩型施工6根试验桩，分2组检测。采用螺旋锥体
王首道简历挤土压灌桩技术施工，C35混凝土灌注。
迅雷狗狗3.3.3 检测结果
（1）SJ-010：桩径400 mm，桩长10 m，桩端持力层为圆砾。结论为单桩竖向抗压极限承载力2 613 kN，特征值为1306 kN。
（2）SJ-011：桩径500 mm，桩长10 m，桩端持力层为圆砾。结论为单桩竖向抗压力极限承载力3 342 kN；特征值为1671 kN。
（3）SJ-012：桩径400 mm，桩长13 m，桩端持力层为强风化泥质粉砂岩。结论为单桩竖向抗压极限承载力3362 kN，特征值1681 kN。
（4）SJ-013：桩径400 mm，桩长15 m，桩端持力层为中风化泥质粉砂岩。结论为单桩竖向抗压极限承载力4 190 kN，特征值2 095 kN。
（5）SJ-014：桩径500 mm，桩长13 m，桩端持力层为强风化泥质粉砂岩。结论为单桩竖向抗压极限承载力4 200 kN，特征值2 100 kN。
（6）SJ-015：桩径500 mm，桩长15 m，桩端持力层为中风化泥质粉砂岩。结论为单桩竖向抗压极限承载力5 400 kN，特征值2 700 kN。
3.4 单桩竖向极限承载能力的验算
根据DBJ 50/T—207—2014《旋转挤压灌注桩技术规程》、DBJ 14—091—2012《螺旋挤土灌注桩技术规程》中单桩竖向极限承载力的估算公式：
Q uk=Q sk+Q pk=u∑αi q s i k l i+q pk A p（2）式中：q s i k, q pk采用DBJ 50/T—207—2014《旋转挤压灌注桩技术规程》中单桩竖向极限承载力估算公式中q s i k, q pk，即JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》中混凝土预制桩的极限侧阻力标准值q s i k和混凝土预制桩的极限端阻力标准值q pk，桩侧极限侧阻力标准值增大修正系数αi均取旋转挤压灌注桩桩侧不同岩土层的最大值：粉质粘土及细砂为1.2；圆砾及强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩为1.5。
针对上述6个检测结论进行验算，并记录结果。
3.5 竖向试验桩检测值与理论计算值对比分析
归纳总结试桩检测值、理论计算值，单桩竖向极限承载力值得对比见表2。
从表2可看出，采用DBJ 50/T—207—2014《旋转挤压灌注桩技术规程》中单桩竖向极限承载力估算公式，且增大修正系数α采用最大值算得的承载力极限值也小于实际检测值。由此可知，螺旋锥体挤土压灌桩的极限承载力比旋转挤压灌注桩高，即其挤土更充分，桩周岩土层更密实。
4 结论
（1）螺旋锥体挤土压灌桩的单桩竖向极限承载力实测值明显大于DBJ 50/T—207—2014《旋转挤压灌注桩技术规程》中单桩竖向极限承载力估算公式、并且采用最大增大修正系数α算得的承载力极限值。当试验桩直径400 mm，桩深15 m，持力层为中风化泥质粉砂岩时，极限承载力大于13.3%；桩深13 m，持力层为强风化泥质粉砂岩时，极限承载力大于21.5%；桩深10 m，持力层为圆砾时，极限承载力大于31.4%。当试验桩直径500 mm，桩深15 m，持力层为中风化泥质粉砂岩时，极限承载力大于9.4%；桩深13 m，持力层为强风化泥质粉砂岩时，极限承载力大于13.7%；桩深10 m，持力层为圆砾时，极限承载力大于21%。螺旋锥体挤土压灌桩的增大修正系数α，在持力层为圆砾、全风化岩、强风化岩、中风化岩时，可取为1.2~1.5。
（2）螺旋锥体挤土压灌桩技术是集螺旋挤土灌注桩技术和旋转挤压灌注桩技术的优势组合，其单桩承载力高，与传统桩相比，可减小桩长，缩小桩径，节约材料，降低造价。螺旋锥体挤土压灌桩属部分挤土桩，施工工艺简便，成孔成桩一次性完成，具有成桩质量好，沉降小，工期短，适应地层广，安全环保等优势，值得推广应用。
参考文献
[1] 螺旋挤土桩技术规程:DBJ14—091—2012[S].
[2] 双向螺旋挤土灌注桩技术规程:DBJ41 T132—2014[S].
[3] 旋转挤压灌注桩技术规程:DBJ50/T—207—2014[S].
[4] 刘少进, 张喜才. 螺旋锥体挤土压灌桩的施工方法: 中国,婚礼誓言词
201310570537.1 [P].2015-08-12.
[5] 螺旋锥体挤土压灌桩技术标准:DB22/T 5008—2018[S].
表2 单桩竖向极限承载力对比分析
试验桩编号检测值/kN
理论计算值/
kN增加量/kN
增加百分比/
% SJ-010 2 613 1 988.50624.531.4
SJ-011 3 342 2 760.37581.6321
SJ-012 3 362 2 767.22594.7821.5
SJ-013 4 190 3 696.66493.3413.3
SJ-014 4 200 3 694.52505.4813.7
SJ-015 5 400 4 934.82465.189.4
