旋挖钻孔桩施工工艺及控制要点

何勇 蒋斐

摘要：随着社会的发展，高层建筑越来越多，桩基工程显得尤为重要。本文对某超高层公寓楼的旋挖钻孔桩施工工艺及控制要点进行分析，明确控制要点，确保工程质量。

关键词：旋挖钻孔桩；工艺；控制

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

引言

一、旋挖钻机又称回转斗钻机，主要用于高层建筑、桥梁基础等大直径钻孔灌注桩施工。旋挖桩机90年代在国外已开始使用，近年来，随着国内钻孔桩的大量需求，小型回转斗机悄然兴起，把回转斗配在多功能步履式桩架上，在软弱地基土钻孔中应用普遍，它使用特制的斗式回转钻头，在钻头旋转时切土进入土斗，满装后，停止旋转提出孔外，打开土斗弃土，并再次进入孔中旋转切土，重复进行直至成孔。旋挖桩机成孔，以它施工工艺简单、钻孔速度快、无噪声干扰、施工能耗低等优点，已开始普遍使用在软弱地基土钻孔中。本工程设计为进入中风化凝灰岩的端承桩，因此，首次使用了经改进的取芯钻、截齿钻等凿岩钻头配备，对回转斗工法嵌岩施工，起到一定的推动作用。

二、施工实例

2.1工程概况

某超高层公寓楼，最大单桩轴力约为6000KN，钢管混凝土框筒结构，核心筒部分嵌岩钻孔桩直径分别为1200mm、1400mm、1500mm等，共140根。单桩极限承载力要求达到14300KN、19600KN、22500KN。桩端持力层选择⑨-3层中风化凝灰岩。根据设计规定，桩端嵌岩深度不小于1.0m。据岩土工程勘察报告分析，此岩层的分布范围在自然地坪下62~67m范围内，进入此层达到嵌岩要求后，单桩竖向承载力特征值平均可达到25719KN，满足设计承载力要求。

2.2工艺流程

合格

2.3质量控制

2.3.1导向护筒埋设

旋挖桩机对定位桩中心对中的正确率要求较高，误差的允许值仅为2cm。因此为确保天车、主动钻杆中心、桩位三点一线，需首先将定位桩中心用十字线外引，并打入引桩。引桩十字线的交叉点，即为护筒埋设的中心；亦有根据旋挖机斗底面做相同的园铁架，此铁架的中心，即为桩中心。在旋挖机就位后，根据斗架吻合的原则，抽出定位铁架，先用旋转钻斗进行开孔，然后卷起钻斗，开始灌水，卸去挖出的头钻土，关闭钻头，开始埋设导向护筒。旋挖机成孔的导向护筒比普通钻机的护筒要长，一般约3.5m左右。导向护筒的主要作用是控制旋挖桩机斗入土始钻时，能正确沿定位护筒垂直向下旋挖，对控制桩的垂直度，起到良好的约束作用。护筒定位完毕，周边用粘性土回填和分层夯实，测量筒顶水平面标高，并详细填写开工通知书上报监理部。

2.3.2成孔嵌岩

本工程选用的是国产东明TRM220系列旋挖机，该钻机动力头扭矩为220KN•M，旋挖速度6~20转/分，加压力为180KN•M，在转速和扭矩的自适应控制、立柱垂直度自动检测、平台回转自动对准、钻孔深度的自动控制方面均采用了国内先进技术。根据该机的特点，钻杆共有五个伸缩节，最大旋挖深度达70m。监理认真查看了该机的产品合格证，使用说明书，检查了机械的运行记录，并查看了近期其他工程的施工记录，确认该机能胜任本工程土层的旋挖需要，并能进入中风化凝灰岩层。

钻孔过程中，监理应根据地质情况观察进尺速度，在软土地层时，可适当加快钻进速度；当进入硬土层时，要慢速钻进；在易缩径的粘土层，应适当增加扫孔次数；对中砂层，则采用慢钻速慢钻进，并适当增加稳定液的密度和粘度。进入强风化层，监理就要求施工方及时取出岩样，与地质勘察图的钻孔柱状图进行比对，并测量孔深。一旦进入中风化岩，监理就在钻斗卸土中现场取样，与地质勘察队放置在现场的钻孔岩样进行比较，然后测量钻机的进岩深度，确保每一成孔嵌岩均能达到设计要求。

钻头在垂直旋转向下掘进时，靠头部底板的两扇活门，使被挖掘的泥土进入后，充填钻头上部的孔隙，满斗后，底盘斗门就应处于关闭状态，以防止回钻斗内的粘土或沙土落入稳定液中，破坏稳定液的配比，此时应严格控制回转斗的提升速度。回转斗的提升速度：桩径1200mm，以0.75m/s；1300mm，以0.63m/s；1500mm，以0.58m/s为最佳。提升速度过快，稳定液在回转斗和孔壁之间高速流动，冲刷孔壁，对孔壁的稳定不利，容易引起坍孔。

2.3.3稳定液备制

旋挖机钻孔所用的护壁液称为稳定液，又称为化学泥浆，它的作用就是使旋挖机在挖孔时，可在孔壁处形成一薄层泥皮，使孔壁外的地下水不至于渗入壁内，保持孔内外的平衡，同时使孔壁内由于稳定液的存在，确保孔壁稳定。因此按一定比例配制的化学泥浆不能太稀，亦不能太稠，比重控制在1.15~1.35范围内，太稀易使外侧的地下水渗入孔内，引起孔壁不稳，产生坍孔；太稠将使泥浆泵堵塞，不易使孔内的浆液正常流动，且阻碍了进入导管的砼在管外正常上升，使砼置换发生困难。

稳定液主要材料表

材料名称 成分 使用目的

膨润土 以蒙特土为主的粘土矿物 稳定性的主料

Cmc 羧甲基纤维素钠盐 增加粘度及泥皮强度

渗水防止剂 氢氧化钠 控制稳定液 ，防止渗水

水 H2O 稳定液的主体

钻进时应正确使用泥浆的性能指标，监理在成孔过程中，不少于两次用比重器在距孔口20~50cm处测量稳定液的比重，根据不同的土层，合理选择和调整比重指标。

稳定液的沉渣管理亦是监理的工作之一，因浆液是反复循环使用的，因此在成孔过程中，需建一大的泥浆池并在孔区附近设立泥浆置换池。大的泥浆池用作创造新鲜的稳定液，并使回抽的带沉渣的浆液进行沉淀。而置换池在钻孔时，用泵将优质浆液注入孔中，使孔中带沉渣的泥浆溢出，经过多次循环，再回送到泥浆池进行沉淀。

稳定液的管理控制，将是保证孔壁稳定和达到设计沉渣厚度的重要手段。

2.3.4清孔

旋挖机的清孔分为两个阶段，第一阶段为扫孔，即谓一清。它通过旋挖斗自上而下旋转，使稳定液能进一步均匀地加固孔壁，同时对孔壁有因土层变化或外应力增加，引起的壁间松动或凸出部位进行修正，最主要的是当旋转斗至孔底时，能将残渣清出地面，使孔底的沉渣量减少到最少的程度。扫孔完毕后，立即放钢筋笼，然后下导管。导管完成后，即将置换池中的浆液用泵打入导管，一般采用正循环法通过换浆，将含有沉渣的泥浆从孔口溢出，如此反复置换浆液，使孔底沉渣达到设计要求。监理在二清后，通过检查沉渣，复测孔深，合格后下达水下混凝土浇捣令。

2.3.5钢筋

本工程旋挖钻孔桩的钢筋笼为全长设置，监理对钢筋的检查，惯例是检查钢材的合格证，查看牌号，炉号及分割量。但在对每种规格的钢材做力学性能复试前，先应检查每批钢材的外观质量，即有否严重锈蚀的钢材，并应用游标卡尺测量钢材的外径，不合格的，坚决清退。

钢材检查合格后，还应检查钢筋之间的焊接质量，一般笼子连接处错位50%，焊接长度为10d（单面焊），试件为300个焊缝试验一组。还应在每一笼周围的各120°处设置圆形保护层垫块，确保两侧各5cm的保护层厚度，使钢筋笼不与孔壁擦碰。

钢筋笼在制作过程中，监理要按图纸严格对箍筋加密区、加强筋、主筋的通长与副筋的长度丈量检查，而这些往往是施工交底薄弱，工人制作时容易疏漏之处。

2.3.6水下混凝土

水下混凝土浇筑是成桩过程中最后关键工序，施工质量的优劣将直接影响旋挖钻孔桩的成桩质量，因此在监理中必须做到下述几点：

1、砼的配合比严格按设计要求进行，试验室配比应随时按天气变化，含水率多少，工场材料的实际情况进行调整，使送达现场的砼符合施工实际。

2、水下混凝土运至现场，应对每车砼实测二次坍落度，对坍落度少于设计要求易产生堵管的信息，及时反馈泵站，调整配比。

3、导管底部离孔底40~50cm，第一斗的铺底砼需精确计算，保证铺底完整，并上翻导管1m以上。

4、导管提升由专人负责，应始终保持导管埋入砼面1m以上，严禁提升过速，使泥浆夹入砼中，造成断桩。

5、为保证成桩桩顶砼质量，砼顶面应当高出设计标高1.2m以上。浇筑毕，应对桩顶与地面部分空间及时回填。

6、砼试块是反映成桩强度的有效依据，本工程桩应在25m以下段及25m以上段，制作两组水下砼试件，作为检验桩身砼强度的依据。

三、结束语

旋挖桩机施工以它高效、低噪、环保、机械化程度高、成桩质量好等优点，近期在我国迅速发展，但从施工实践看，它更适合于软土层地基。在粉土、粉砂、淤泥质粉质粘土、中细沙等土层中进行旋挖是游刃有余，最快的一天可成孔4个（深度在60m左右）。但在进入凝风化嵌岩层，它的钻孔能力就削弱了。因此要发挥它在坚硬岩层掘进、钻孔的能力，就要选择扭矩280KN•m以上的机型，并配备高硬、锋利、耐磨的截齿钻。机械和钻头的性能提高了，才能在各种岩层中将它的特长发挥得淋漓尽致。

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