旋挖桩施工技术在深基坑中的应用

钟俊彦

摘要：随着科技的进步和经济的发展，岩土钻掘工程在国民经济中发挥着越来越大的作用。在深基坑工程施工过程中，由于传统钻机的自重有限，不可能给钻头施加更大的进给压力，而旋挖钻机由于采用动力头装置和加压装置等机构，动力头的给进力加上钻杆钻斗的自重，钻进能力显著增强。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统钻机的5～l0倍。本文从施工工艺的角度出发，详尽的论述了旋挖桩施工技术在深基坑中的应用。

关键词：旋挖桩、施工技术、工艺、深基坑

1、中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

2、概述

目前，国内深基坑施工中通常采用的是传统钻机施工法，其使用接长钻杆形式和掏渣桶掏渣形式，在钻进过程中多采用泥浆循环方式，泥浆起润滑、孔壁支护、置换和携带钻渣的作用，此时每单位体积的土变成5倍以上体积的泥浆方可完成钻掘循环，同时有2倍以上的渣土外运量，这样不仅消耗大量的能源，而且使泥浆的污染面积扩大、泥浆的后处理难度增加。而旋挖桩（即旋挖钻孔灌注桩）施工法采用动力头装置及加压机构，其施工原理是用短螺旋钻头或旋挖斗，利用设备强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外，在不需要泥浆支护的情况下，可实现干法施工，即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆也只起孔壁支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，据统计，泥浆用量仅为土体积的1/10～1/2，外运渣土的泥浆含量则更低，这样污染源便大大减少，改善了施工环境，同时降低了施工成本。是一项在深基坑施工过程中值得广泛推广的工艺方法。

2、项目应用

广州新客站地区市政道路及相关附属工程施工总承包工程位于广州市番禺区钟村镇石壁村，规划范围东起105国道，南至屏山涌，西以幸福涌为界，本工程项目道路均位于广州铁路新客站地区核心区域，以广州铁路新客站建筑主体为中心。本工程总造价为8.47亿元。

广州铁路新客站地区位于广州市番禺区钟村镇石壁村，在广州市中心区的南部，处于广佛都市圈的地理中心。广州新客站地区，规划范围东起105国道，南至屏山涌，西以幸福涌为界，规划面积为11.40平方公里。本区域内规划道路系统由两纵两横的高快速路骨架路网和三横三纵的主干道以及一条新客站高架专用路组成的主要组成，路网基本格局为方格网＋放射状。E隧道位于广州铁路新客站地区核心区域，设计道路等级为城市支路。其中E隧道为石壁南一路左转钟三路单向双车道隧道。

E隧道隧道设计车速30km/h。E隧道起止点里程K0+000～K0+422.183，全长422.183m，其中暗埋段起止点里程K0+155～K0+272.183，暗埋段长度117.183m，敞开段长度305m。

E隧道暗埋段结构型式为单室箱型结构，隧道结构净宽10.55m。E隧道基坑深度为0—10.8m，泵房位置基坑深度为13.2m，基坑宽度为12.3m—16.9m。支撑体系采用φ1000@1200mm支护桩+φ600mm水泥搅拌桩止水帷幕，内支撑第一道为500×700mm@5000mm钢筋混凝土支撑，第二、第三道为φ600mm@3600mm钢管撑。泵房位置三道都为600×800mm@3600mm钢筋混凝土支撑。施工过程中，完成隧道侧墙后需要进行换撑φ600mm钢管撑。

本工程采用混凝土灌注桩作为E隧道的支护桩，灌注桩数量一共有594根，桩径为1.0m，桩间距为1.2m，平均桩长为14.5m，桩身强度为C25，所有支护桩均采用旋挖桩成孔工艺完成。

钻孔灌注桩施工工艺流程图如下

3、旋挖桩施工工艺分析

1、施工前期准备工作

（1）、组织施工管理人员熟悉施工图纸及场区工程水文地质条件，熟悉施工验收规程及主要施工规程，并对施工管理和操作人员作详细技术交底。

（2）、测量放线。按图纸进行总体测量放线，把工程总体布局放出，对控制桩进行绑点记录，并进行认真复核，确保测量精度满足规范要求。

（3）、根据测量放线测出的工程总体布局，施工便道、钢筋加工场等生产、生活设施。这些临时设施要充分考虑钻孔桩的施工场地要求。

（4）、桩基础现场接通水电，为保证桩基施工连续作业，设置发电机组。

（5）、在平整好的场地上，根据已放出的控制桩将旋挖桩位置定出，并在四周绑点控制，以便核对。

（6）、根据设计要求的桩径，需选用合适的旋挖桩机及进行旋挖施工。施工前做好桩机的准备工作，并进行检修。

（7）、准备相应数量的粘性土及施工必须部分物资。

（8）、做砼级配试验资料，并对结构主材用料抽样送检。

2、护筒埋设

（1）、砼护筒的制作

本工程砼护筒的外径为1.1m，比桩直径大10cm，高度为0.8m。砼护筒加工标准为垂直度误差不超过0.5％，椭圆度在50mm以内，加工好的砼护筒在检验合格后，做好标识。

（2）、砼护筒的制作

①、场地平整及场地清理。场地平整时应充分考虑桩机的移位和施工要求，地基应压实，桩机摆放位置应满足承载要求。

②、施工前挖孔装好护筒模板，模板内径应保证设计桩径大小并适当外放10cm。安装完后应测量复核桩位中心点和模板位置。

③、模板安装完之后浇筑素混凝土，混凝土强度为C25，厚度为10—15cm。

3、桩基成孔施工

旋挖钻进成孔工艺：旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。对于本工程松散易坍塌的砂质土地层，有丰富地下水分布，孔壁不稳定，必须采用静态泥浆护壁旋挖工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。 其工艺流程图如下:

（1）、旋挖桩施工的前期准备工作

桩基正式施工前，组织机械管理工程师、地质工程师等检查桩机的技术性能及其配套设备的配备，安排泥浆循环的路径及机械进场的线路；同时，应组织管理人员进行图纸会审，熟悉施工作业区的工程地质、水文地质情况和施工作业范围内的施工条件，要向作业人员进行详细的技术交底、处理措施交底、安全交底，制定桩基施工的现场管理规章制度。现场施工准备应对测量网进行复合导线检查。在前期准备工作做好以后，再进行灌注桩的正式施工。

（2）、旋挖桩机就位

旋挖桩机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证旋挖桩机工作正常。

（3）、旋挖成孔施工

旋挖桩机成孔需制作护壁泥浆或稳定液进行护壁。由于本场地3.0～10.8m深度为结构非常松散的砂性土，故在此在砂层中采用泥浆护壁进行旋挖。旋挖法钻孔的基本施工操作方法如下：

先进行旋挖钻机的钻桅起立桅及调垂，即首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，检查旋挖钻机的操作台的显示器显示桅杆工作画面。从桅杆工作画面中可实时观察到桅杆的X轴、Y轴方向的偏移。在调垂过程中，操作人员通过显示器的桅杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使桅杆最终达到作业成孔的设定位置。现场还设置全站仪对钻杆垂直度进行监测。

钻孔时先将钻斗着地，通过操作平台显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置。开孔后，以钻头自重并加压作为钻进动力，钻头下沉。当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，装入土方车，同时观察监视并记录钻孔地质状况，并同时注入泥浆，对成孔护壁进行保护。

（4）、泥浆处理设备及循环处理工艺

泥浆是桩基施工的重要材料，只有合适的泥浆才能保证泥浆护壁成孔和悬浮钻渣。在施工过程中，应经常检查泥浆的各项技术指标。

①、 泥浆制作及处理设备

泥浆制作采用膨润土用造浆机进行造浆，现场设置两个约50 m3泥浆池作为储存、沉淀、及净化泥浆用，造浆时可加纤维素以利软土层及砂层护壁。泥浆循环采用3PN泥浆泵，泥浆在循环使用时应经过沉淀池、净化池最后才能回到成孔使用，使孔内泥浆始终稳定地护壁和悬渣。废渣废浆运到指定地点排放。

②、泥浆调制技术要求

现场应备齐泥浆比重计、含砂率测定仪、粘度计等指标测试工具。泥浆性能指标请参阅下表：

净泥浆性能指标表

③、泥浆处理相关工艺

泥浆在循环过程中通过管道经过沉淀池、净化池，中间应有隔栅进行钻渣隔离。成孔过程应设计泥浆使用的泵量，采用各种措施来加大泵压以保证清渣悬浮，可以采用双泵量进行清孔循环处理。亦可使用分散剂来沉淀钻渣。

（5）、成孔检查

成孔达到设计标高后，对孔深、垂直度进行检查，不合格时采取措施处理。成孔检查方法采用测绳对孔深进行检查，如果孔底虚土厚度超过规范要求或者有蹋孔现象，要用旋挖桩机重新进行清孔，直到满足规范要求。经质量检查合格的桩孔，及时灌注混凝土。导管安装完毕，灌注混凝土前，要再一次量测孔的深度，如果有蹋孔现象发生，要提出钢筋笼重新进行清孔处理。

（7）、验收及清孔

成孔验收

到达终孔标高时，应及时清孔排渣，填好施工记录，标好岩样，请监理工程师、业主代表、设计代表进行终孔验收，验收时应比照地质钻探资料和设计要求，经多方认为满足设计要求时可以终孔。

4、钢筋骨架的制作和安装

（1）、钢筋骨架的制作

①、钢筋的选材、试验

钢筋应在开工前将所用材料的型号、规格、总用量进行抽料，并将各种型号的钢筋按送试要求送试，材料到场后应分堆堆放，放在预制场的钢筋加工场，材料的试件选用应在监理见证下进行，进场钢筋必须具有出厂合格证，同时制作钢筋的焊接构件送检，全部钢筋的相关试验项目合格后才能制作钢筋笼。

②、钢筋骨架的制作

钢筋骨架的制作应先抽出加劲筋的规格、数量、流水生产，整个笼的制作要在工作面上严格按设计要求和施工规范进行，钢筋笼做好后应安排好场地堆放，耳筋的制作要按图进行，钢筋笼长度按照下表制作：

（2）、钢筋骨架的安装

①、安装前的运输工作

钢筋骨架的运输用自制小车运送，不能拖运，运输过程应确保不使钢筋笼变形和运输安全。

②、安装过程中的吊装

钢筋骨架吊装时应用两点起吊，吊放钢筋笼入桩孔时要居中慢放，严禁碰撞孔壁，钢筋驳接不能在同一截面，在有超声波检测管时，不能让泥浆漏入超声波检测管，吊放时，下节钢筋笼应用有足够刚度的钢筋架在护筒上，以防止钢笼跌入桩孔。钢笼驳接应注意同一截面的焊接不超过50％，同时，钢笼应焊牢在钢护筒上，防止浮笼。

5、 水下砼的灌注

（1）、灌注前的清孔

钢筋骨架安装好后下放导管进行清孔，清孔时泥浆比重调整到1.20～1.40之间，含砂率控制在4—8%之间，导管下放前应在每节间放止水胶圈。清孔时从泥浆池中压入优质泥浆，在泥浆循环过程及时捞取悬浮的钻渣。清孔工作应连续进行，不能间断，并加密测渣时间。

（2）、灌注施工

灌注时提起导管，拆除铁板封口，安装漏斗，漏斗与导管用螺丝接紧，并加止水胶圈，漏斗要清洗干净，用纤维袋装新鲜砼放在漏斗口用铁丝吊在漏斗上端，在漏斗口还应加可提出加固装置。在安装过程，由于时间较长，为防止孔底沉渣堆积过大，砼无法冲开，应放风管到孔底吹渣，使沉渣漂浮。装好后，提升几次。商品砼运输车到达后，提起导管离孔底30～40cm，将砼灌到漏斗中，在符合初灌要求时，提起风管，剪断铁丝。使砼突然下落，迅速落至孔底并把导管裹住。继续灌注砼，待灌注砼已包住导管2～3m时，提起约1m。此时应稍放慢浇筑速度。灌注过程中，应设专人记录灌注量及测量砼面高度，计算埋管深度和应拆除的导管长度，每次起管后的导管埋入砼以下一般保持在2～6m内，拆除导管时，应严防掉物落入孔内，同时清洗的水不能流入导管内，要及时观测泥浆的返浆情况。将灌注返流泥浆抽到泥浆船运到指定地点处理。灌注时必须做好砼试件的制作。

4、结束语

随着工业技术的进步，破岩磨料及钻探工具都在不断改进。为了优化我国深基坑工程的施工工艺，使其达到世界先进水平，在工程实践中不断加强对旋挖桩施工技术的探讨则显得尤为重要。

参考文献：

[1]黎中银，旋挖钻机与施工技术.人民交通出版社,2010.02.

[2]张惠，张晓西，马保松等编著.岩土钻凿设备.人民交通出版社,2009.04.

旋挖桩施工图片

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。