旋挖钻孔灌注桩施工要点\\适用范围及技术控制措施
摘要：旋挖钻机在国际上的发展已经有几十年的历史，在中国也是在最近四五年才被逐渐认识和应用，成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法，其特点是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少。旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩桩孔的成孔设备，可以通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。吊放钢筋笼、灌注砼、后压浆等同其他水下钻孔灌注桩工艺。此方法自动化程度和钻进效率高，钻头可快速穿过各种复杂地层，在城市地铁桩基施工及民用建筑桩基施工中具有非常广阔的前景。
1 旋挖钻孔桩的施工特点
1.1可在水位较高、卵石较大等用正、反循环及长螺旋钻无法施工的地层中施工。
1.2自动化程度高、成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。其工效是循环钻机的20倍，最重要的是，工程的质量和进度得到了充分的保证。目前在我国的公路、铁路、桥梁和大型的建筑物的基础桩施工中均有采用。
1.3伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。
1.4环保特点突出，施工现场干净。这是由于旋挖钻机使用泥浆仅仅用来护壁，而不用于排碴，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用，可提高文明施工的水平。
1.5履带底盘承载，接地压力小，适合于各种工况，在施工场地内行走移位方便，机机动灵活，对桩孔的定位非常准确、方便。
1.6旋挖钻机的地层适应能力强，旋挖钻机可以适用于淤泥质土、粘土、砂土、卵石层等地层。
1.7在孔壁上形成较明显的螺旋线，有助于提高桩的的摩阻力。
1.8吊放钢筋笼、灌注砼等施工场地较其他工艺容易布置。
1.9自带柴油动力，缓解施工现场电力不足的矛盾，并排除了动力电缆造成的安全隐患。
2 适用范围旋挖钻机一般适用粘土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层，借钻具自重和钻机加压力，耙齿切入土层，在回转
力矩的作用下钻斗同时回转配合不同钻具，适应于干式（短螺旋）、湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业。根据不同的地质条件选用不同的钻杆、钻头及合理的斗齿刃角。对于具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩层的施工。目前，旋挖钻机的最大钻孔直径为3m，最大钻孔深度达120m，（主要集中在40m以内），最大钻孔扭矩620kNm。
3 工艺原理主要是其成孔工艺与其它桩基不同，旋挖钻机的钻进工艺旋挖钻机采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺（当然也有干土直接取土工艺，视工地现场地层条件而定），是一种无冲洗介质循环的钻进方法，但钻进时为保护孔壁稳定，孔内要注满优质泥浆。旋挖钻机行走机动、灵活，终孔后能快速的移位或至下一桩位施工。钢筋笼加工制作、吊放，后压浆工艺同其它桩基施工。
4.1施工要点
4.1.1泥浆的配比与制备
4.1.1.1泥浆的配比泥浆配比中所用材料作用：水：稳定液的主要成份；粘土、膨润土：稳定液的主要材料；工业用碱：调节泥浆PH值；重晶石：增加相对密度；CMC：增加粘性，增加泥皮强度；渗水防止剂：防止渗水。
4.1.1.2泥浆制备现场设泥浆池（含回浆用沉淀池及泥浆储备池）一般为钻孔容积的1. 5～2. 0倍，要有较好的防渗能力。在沉淀池的旁边设置渣土区，沉渣采用反铲清理后放在渣土区，保证泥浆的巡回空间和存储空间。制务泥浆的的设备有两种，一是用泥浆搅拌机，一是有用水力搅拌器。使用粘土粉造浆时最好用水力搅拌器；使用膨润土造浆时用泥浆搅拌机。护壁泥浆再生处理：施工中采用重力沉降除渣法，即利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣产生沉淀以排除土渣的方法。现场设置回收泥浆池用作回收护壁泥浆使用，泥浆经沉淀净化后，输送到储浆池中，在储浆池中进一步处理（加入适量纯碱和CMC改善泥浆性能）经测试合格后重复使用。
4.1.2埋设护筒桩基定位后，根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩，以四个控制桩为基准埋设钢护筒，为了保护孔口防止坍塌，形成孔内水头和定位导向，护筒的埋设是旋挖作业中的关键。护筒选用10mm厚钢板卷制而成，护筒内径为设计桩径+20cm，高度2.0m，上部开设2个溢浆孔，护筒埋设时，由人工、机械配合完成，主要利用钻机旋挖斗将其静力压入土中，其顶端应高出地面20cm，并保持水平，埋设深度1.8 m，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒埋设要保持垂直，倾斜率应小于1.5％。
4.1.3钻孔定位在桩位复核正确，护筒埋设符合要求，护筒、地坪标高已测定的基础上，钻机才能就位；桩机定位要准确、水平、垂直、稳固,钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线应保持在同一直线。旋挖钻机就位后，利用自动控制系统调整其垂直度，钻机安放定位时，要机座平整，机塔垂直，转盘（钻头）中心与护筒十字线中心对正，注入稳定液后，进行钻孔。
4.1.4钻进成孔成孔前必须检查钻头保径装置，钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换；根据土层情况正确选择钻斗底部切削齿的形状、规格和角度；根据护筒标高、桩顶设计标高及桩长，计算出桩底标高，以便钻孔时加以控制。钻机就位时，必须保持平整、稳固，不发生倾斜。钻进过程中必须控制钻头在孔内的升降速度，防止因浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁塌方。钻进成孔过程中，根据地层、孔深变化，合理选择钻进参数，及时调制泥浆，保证成孔质量。钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度，在进入沙层和卵石层时，应适当减慢进尺速度，提高泥浆的稠度，减小每个钻进回次的进尺量，保证孔壁稳定。钻进达到要求孔深停钻后，注意保持孔内泥浆的浆面高程，确保孔壁的稳定。孔底沉渣要控制好，并且要加强稳定液的管理，提高泥浆粘度，防止快速沉淀，还要控制终孔前两钻斗的旋挖量，但干作业成孔时孔底沉渣较多，要注重清孔质量控制，孔深度达到设计要求后，应尽快进行钻机移位、终孔验收工作；从清孔停止至混凝土开始浇灌，应控制在1.5-3h，一般不得超过4h，否则应重新清孔。
4.1.5钢筋笼制作、吊放旋挖钻机的一个显著优点就是成孔快，且成孔后孔底沉渣很少。所以只要在钢筋笼制作、安装上采取合理措施，避免安装时钢筋笼刮伤孔壁，就可以大大地降低沉渣厚度，有效防止塌孔的发生。
4.1.5.1钢材规格、材质、焊条型号符合设计和规范要求，进料要有材质单、合格证。
4.1.5.2钢筋笼制作允许偏差：主筋间距±10mm，箍筋间距±20mm，直径±10mm，长度±100mm。
4.1.5.3主筋保护层50mm，用钢筋耳控制，允许偏差±20mm，要确保钢筋笼居于钻孔中间；沿钢筋笼每隔2m放置一组，每组设置4个，按90°均匀安放，既可避免笼体碰撞孔壁，又可保证混凝土保护层均匀及钢筋笼在桩体内的位置正确。
4.1.5.4钢筋笼存放、运输、吊装时，要谨防变形。
4.1.5.5钢筋笼采用井口搭接焊或一次吊放，钢筋笼用吊车吊放，入孔时应轻放慢放，人孔不得强行左右旋转，严禁高起猛落、碰撞和强压下放。钢筋笼安装完毕以后，必须立即固定；笼子到位（孔底）时要复核笼顶标高。
4.1. 6 安装导管安放前认真检查导管，保证它有良好的密封性。试验水压为 1Mpa，不漏水的导管方可使用。导管要定期进行水密性试验，下导管前要检查是否漏气、漏水和变形，是否安放了“O”形密封圈并涂抹润滑油等。利用吊车将导管放入，导管直径、长度应与孔深配套（距孔底0.5m左右）；全部下入孔内后，应放到孔底，以便核对导管长度及孔深，然后提起30～50cm，进行二次清孔。初灌量应保证混凝土扩散后，导管埋入深度不小于0.8m，为防止混凝土与稳定液混合，在灌注混凝土前，用充气球胆浮于管内。
4.1.7水下浇注混凝土水下混凝土浇筑是最后一道关键性的工序，施工质量将严重影响灌注桩的质量，所以在施工中必须注意。
4.1.7.1灌注前首先检查漏斗、测试仪器、量具、隔水塞等各项器械的完好情况。
4.1.7.2采用商品砼，强度等级按设计要求及砼质量证明书控制。
4.1.7.3导管埋深：要保持在2-6m，严禁导管提出砼面，设专职人员测量导管内外砼高差，确保灌注连续并填写水下砼灌注记录。
4.1.7.4在确认初存量备足后，即可开始灌注，借助砼重量排除导管内的泥浆，首次浇灌时，初灌量应将导管底端能一次埋入0.8～1.2m并且导管内存留的混凝土高度，足以抵制钻孔内的泥浆侵入导管。
4.1.7.5在实际浇灌混凝土过程中，经常检查导管埋置深度。要连续浇灌混凝土，不得中断，导管埋置深度最小不得小于2m，最大不得大于8m，超过8m容易造成钢筋笼上浮，堵管、埋管、挂钢筋笼等现象发生，造成质量事故；起拨导管时，应先测量混凝土面高度，根据导管埋深，确定拨管节数；要勤检查，均匀拨管，保持埋深在2～6m。混凝土灌注必须连续进行，中间不得间断，应始终保持导管位置居中，提升导管时应有专人指挥掌握，不使钢筋骨架倾斜、位移，如发现骨架上升时，应立即停止提升导管，使导管降落，并轻轻摇动使之与骨架脱开；混凝土灌注到桩孔上部6.0m以内时，可不再提升导管，直到灌注至设计标高后一次拔出。灌注至桩顶设计标高后必须多灌一倍桩径长度，以保证凿去浮浆后桩顶混凝土的强度。
4.1.7.6混凝土浇筑应做混凝土强度试块，每根桩留设一组标养试块，试块应养护好，达到一定强度后立即拆模送往养护室标准养护；混凝土施工完毕后，及时收集混凝土出厂合格证、混凝土强度报告。
4.1.7.7断桩的预防措施首先混凝土配比严格按照有关水下混凝土的规范要求配制，并经常测试坍落度，防治导管堵塞；钢筋笼主筋要焊平，以免提升导管时，挂住钢筋笼；提拔导管时要经过测算，防止导管脱离混凝土面；浇筑混凝土前应使用经过检漏和耐压试验的导管；浇筑混凝土要连续浇筑，供应混凝土不得中断时间过长。
4.1.8后压浆的施工后压浆是灌注桩的辅助施工方法。固化桩端沉渣和桩侧泥皮；对桩周土有渗入胶结作用；对桩端有扩底、扩径作用，能显著提高单桩承载力特征值。设计要求桩侧压浆管两根，桩端压浆管一根，正三角形设置，一根在桩端1/ 3 处，一根在桩端2/ 3 处，一根在桩端，三处钢管下端用塑料管绕钢筋一圈，管上按间距4cm 设置出浆口，为防止混凝土将其口堵死，下笼前应在塑料管外包裹一保护层。成桩后48h 开始压浆，先压深管，注浆完后6h 再将剩余浆压入浅管。压浆要求：压浆所用材料必须过筛，为保证浆液均匀，浆液搅拌时间不少于5min。第一次压浆如果压力达到1.2MPa 而压浆量达不到规定停止
压浆，停12h 后进行第二压浆；如果达到设计要求，则停止压浆；
5.1安全注意事项
5.1.1地面条件。由于旋挖机的自重大，应平整场地，清除杂物，换除软土或铺垫钢板，钻机履带不宜直接置于不坚实填土上，以防不均匀沉降。
5.1.2钻机施工现场的地上、地下管线，包括市政、自来水、天然气管道、电力、电讯等部门的各种地下管线应及时弄清并排除。
5.1.3钻机施工场地坡度不应大于2。，地耐力不小于100kPa，若是地面松软，要平整压实或垫枕木、垫板，确保场地坚实，场地内要有较好的排水条件。钻机5m风无高压线，泥浆池、桩孔等作业区要有明显标志及护栏，夜间施工要有足够的照明。
5.1.4如遇大雨、雪、雾和六级以上大风等恶劣气候，应停止作业。风力超过七级或有强台风警报时，应将钻机顺风向停置，并将立柱下降至地面，动力头降至最底点，雷电天气，人员要远离钻机。
5.1.5保持孔内水头压力，维持孔壁稳定，防止埋钻事故发生。
6 效益分析旋挖成孔灌注桩的施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应性强大大缩短了工期，废浆少、低噪音、污染小保护了环境，克服了机械成孔时孔底沉淤土多，桩侧摩阻力低，泥浆管理差的缺点，极大地提高了施工质量。尽管一次投入费用较大，但成孔费用消耗等经济技术指标比其他方法成孔费用低，是一种理想的施工工艺，同其它工艺相比综合考虑是降低了成本。从目前看该工艺有着相当可观的经济效益和社会效益。
江苏省建工设计研究院有限公司 助理工程师，从事建筑结构方向研究。
