干成孔旋挖桩施工技术浅析

余政兵，徐建华，李小成

（重庆建工第四建设有限责任公司，重庆 400020）

1 工程概况

重庆市江北区某超高层建筑工程属剪力墙结构，地面以上49层，建筑总高度170m。基础全部为桩基础，桩的直径分别为1000mm、1200mm、1500mm,共计134根。整个场地呈矩形，基础平面尺寸为38.2m×31.4m，桩与桩之间的净距离最小为500mm。根据地勘资料可知，拟建场地属于嘉陵江河谷岸边丘陵斜坡地貌。场地内分布地层主要有厚约500～2000mm的人工杂填土，及泥岩、砂岩等。单根桩基开挖深度约20m左右。设计要求基础采用清底干净的旋挖干成孔，基础持力层为中风化砂岩，桩间净距≤2m时应跳桩施工。

2 旋挖桩施工准备

2.1 主要技术准备

2.1.1 确定跳桩开挖方案

由于桩与桩之间的净距较小，为了避免在开挖过程中旋挖机械不会对相邻桩身产生扰动破坏，在实施过程中将整个基础场分A、B区，每隔一个区配置一台钻机，从左至右顺序施工。桩与桩之间净距小于2m的全部采用跳挖的方式，即桩身混凝土浇筑完成后7d开始相邻桩的开挖(见图1)。

图1 旋挖机开挖顺序图

2.1.2 开挖深度推断

根据地勘探孔布置点的岩层情况、桩与桩之间的刚性角关系、基础的边坡关系，推算出每根桩预计的开挖深度，制定开挖深度预判表，由设计地勘审核，避免施工过程盲目开挖。

2.1.3 桩端持力层的判断方法

旋挖桩施工实地检查桩端的持力层状况非常困难，在具体实施过程中可采用2种方案。第一种是采用“超前钻”的方式，即旋挖桩施工前用小型钻孔设备在桩的位置进行预探；第二种是采用 “地勘探孔布置点+岩芯取样送检布置点+岩芯取样（不送检）三方见证点”的方式进行综合判定。具体实施过程中可根据基础持力层岩石的变化复杂程度来选取，岩层变化较复杂的可采用第一种；当采用第二种方案时，取样点及探孔点布置成间距不大于6m的方格网。

2.1.4 混凝土配合比设计及试验

按混凝土设计强度要求，分别做水下混凝土配合比及普通混凝土配合比的试验室配合比、施工配合比，满足钻孔桩灌注混凝土的要求。

2.1.5 测量准备

沿路线方向300～500m距离埋设水准点2个、导线点1个。

2.2 机具准备

（1）钻孔设备:200型、250型全液压旋挖钻机等；

（2）配套设备:挖掘机、装载机、吊车、钻渣运输车各1台,钢护筒每台钻机配2个；

（3）安全设备:防水照明灯、安全帽、安全带、防护网等；

（4）混凝土灌注设备:混凝土拌和站、混凝土运输车、导管、下料斗等；

（5）钢筋加工安装设备:钢筋笼成套加工设备、电焊机等；

（6）试验检测设备：抗压强度试模3组、坍落度筒1套、温度计2支（量程0~100℃）等。

2.3 材料准备

原材料：水泥、石子、砂、钢筋等由分指试验人员按规定进行检验，并报驻地办监理工程师检验，确保原材料质量符合相应标准。

3 作业条件

开钻前场地应完成三通一平，即路通、水通、电通、场地平整。场地平整采用装载机平整，人工配合。旋挖钻机作业场地平整尺寸为10m×10m，平整后用装载机轮胎进行碾压，地基不好处对作业面应进行换填处理，压路机碾压，以满足钻孔设备的稳定性要求。

施工前，根据主要施工过程存在的不安全因素特点，进行危险源辨识。

施工现场用电采用三相五线制系统和三级配电二级保护方式，工作接地电阻值不得大于4Ω；供电线路始端和末端必须做重复接地。用电设备实行“一机一闸一漏一箱”制；不得用一个开关直接控制2台以上的用电设备。

用装载机及时清理钻渣，保证施工现场道路畅通。

4 钻进成孔施工工艺

4.1 工艺流程

现场调查→测量放线及埋设桩位→开挖地面表层土埋设钢护筒→检查桩中心轴线→钻机就位及钻进→成孔检查→清孔→吊放钢筋笼→安装混凝土导管→灌筑混凝土→桩成品检测→验收。

4.2 施工工艺

4.2.1 测量定位

首先根据施工图及场区控制点，采用全站仪定位桩芯坐标，打入钢筋头，以“十字交叉法”引向桩的外边沿做好标记。钻机就位后与桩的圆心坐标对齐进行试钻，将引出的标记用来校对钻筒，试钻深度1m，试钻时钻杆的转速控制在15圈/分钟，试钻完成后在钻孔面架设十字点对钻孔进行再次复核。

4.2.2 埋设钢护筒

钢护筒壁厚宜采用8mm,直径采用比设计桩径大200～300mm，护筒的长度为3m，高出地面0.3～0.5m。钢护筒可采用旋挖机静压力法进行安装，埋设时根据引出的十字点进行校对，钢护筒周边用粘土填筑夯实，避免护筒底口处渗漏塌方。

4.2.3 钻进成孔

钻进时应先轻压、慢钻进，注意放斗要稳，提斗要慢，钻进时机手时刻关注仪表盘来监测钻杆的垂直度、进尺深度。由土层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬质砂岩时，要减速慢进以提高钻进效率。

4.2.4 清孔检查验收

采用双底板捞砂钻斗清渣，当终孔后应立即进行第一次清孔，并经监理工程师检查沉渣厚度、孔径垂直度等，合格后立即制作钢筋笼，钢筋笼安装前应进行第二次清孔。

4.2.5 钢筋笼制作及声测管安装

钢筋笼采用分段吊装的方式进行，每段钢筋笼之间采用单面搭接焊，搭接接头相互错开35d。声测管采用成品声测管，随着每一段钢筋笼的安装绑扎固定在钢筋笼的内侧。声测管安装完成后应立即注满清水检测是否有渗漏。声测管及钢筋笼距离桩底约50mm,避免因钢筋笼的自重导致钢筋笼底部变形。

4.2.6 混凝土浇筑

采用垂直导管法浇筑混凝土，导管采用φ300钢管，每节2～3m,配1～2节和1～1.5m的短管。导管使用前应全部预拼装和编号，并进行水密承压和接头抗拉试验。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.5倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力p的1.3倍。导管底标高按实际孔底悬空250～400mm控制。终孔后应在4h内必须进行混凝土浇筑，浇筑中途不得停顿，浇筑过程中随时测量混凝土面的高度，正确计算导管埋入混凝土的深度，导管埋深保持在2～6m范围内。首批混凝土浇筑时导管下口至孔底的距离应控制在300mm。桩顶标高应较设计高0.5～1m左右。

5 主要工序质量检查及控制措施

5.1 持力层判定

持力层判定首先根据已经推断的预判深度表，结合钻机在操作过程中的实际情况来判断是否进入了持力层。旋挖钻机在相同条件进入不同的岩层时，钻机的钻进深度和钻杆的抖动程度均有不同，当岩层的强度较高时，旋挖钻机的钻进深度明显降低，钻杆有明显的抖动，此时可结合渣筒内的破碎岩石判断钻头进入了什么岩层。当达到预判的深度后可取出整块岩芯判断（见表1）。

表1 不同岩层钻进深度表

5.2 成孔质量检查

主要检查孔径、成孔的垂直度及深度。主要采用自制的笼式检孔器，检孔器用Φ20的钢筋加工制作，其外径等于桩径，长度3m。检测时将检孔器吊起，把测绳的起点系于检孔器的中心，使检孔器的中心与起吊钢丝绳的中心处于同一铅垂线上，慢慢放入孔内，如上下畅通无阻至孔底，标明钻孔质量合格，否则需重新下钻头处理。检孔器如图2。

图2 检孔器大样图

5.3 桩底沉渣检查与控制

桩底部沉渣厚度的多少对端承桩受力影响较大。对孔内无水的情况可以用摄像设备查看，桩内有水的情况可以用测绳进行检测。第一次清孔完成后测量一次，第二次清孔完成后再测量一次，相邻两次测得的深度若无变化，则可以安放钢筋笼，测绳每次检测至少应检测5个点以上。孔底清理紧接终孔检查后进行。钻到预定孔深后，必须在原深处进行空转清土（10转/分钟），然后停止转动，提起钻杆。注意在空转清土时不得加深钻进,提钻时不得回转钻杆。干成孔清孔难度较大，因为孔底部干沉渣厚，可加注3m深的清水用旋挖机专业清孔器进行多次清理，直到清孔器内无沉渣为止。

5.4 钢筋笼保护层控制

桩钢筋笼保护层在施工过程中经常容易被忽视，该工程桩钢筋保护层为50mm，在实施过程中钢筋骨架的保护层厚度可用焊接钢筋“耳朵”的方式。按照竖向2m间距设一道，在圆周对称布置4个（见图3）。

图3 钢筋耳朵大样图

5.5 大直径桩水下混凝土的浇筑

大于等于1.5m直径的桩在进行水下混凝土浇筑时应引起高度重视，较容易出现混凝土不密实的情况，所以必须保证如下几点：（1）水下混凝土浇筑应该在最短时间完成；（2）开灌前储料斗内必须有足以将导管底端一次性埋入水下0.8m以上深度的储存量；（3）混凝土导管上升的速度不得小于2m/h；（4）混凝土的塌落度控制在15～20cm左右，流动性保持力以不小于1.0h为宜；（5）有条件的情况下可以采用振捣棒配合；（6）灌注开始后应连续地进行，准备好导管拆卸机具，缩短拆除导管的时间间隔，防止塌孔；（7）开始灌注时，混凝土面高度将至钢筋笼底部时要放慢灌注速度；当孔内混凝土顶面距钢筋笼底部1m时，混凝土灌注速度应控制在0.2m/min左右，并仔细量测混凝土表面高度，以防钢筋笼上浮；当混凝土拌和物上升到钢筋笼底口4m以上时，提升拆除导管，使混凝土灌注导管底口高于钢筋笼底部2m以上，恢复0.5m/min左右的正常灌注速度；（8）钻孔灌注桩施工全过程中，现场技术员应真实可靠地做好记录，记录结果应经监理工程师认可。

6 成果及效益

该工程通过前期的精细策划及关键工艺的质量严格控制，顺利地完成了基础施工。在桩身混凝土强度达到70%后全部桩进行了声波透射法检测，结果90%达到了I类桩，10%为II类桩，桩身质量全部合格。混凝土28d标准抗压强度均达到了设计要求。通过实践表明旋挖桩施工不仅适用于软弱层，也适合较硬岩层。因旋挖桩施工极大的缩短了基础施工时间，同时解决了人工开挖深基坑的安全问题。旋挖桩施工作为高效率、高安全、低污染、低成本的一种施工工艺，将在我国工业与民用建筑领域得到广泛的应用。

[1]黎中银，焦生杰，吴方晓.旋挖钻机与施工技术[M].北京:人民交通出版社，2010.

[2]GB/T21682-2008旋挖钻机[S].北京：中国标准出版社，2008.

[3]JGJ106-2003建筑工程桩基检测技术规范[S].住房和城乡建设部，2003.

[4]JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].住房和城乡建设部，2008.