旋挖钻机钻孔灌注桩施工探讨

陈翔

摘 要：介绍旋挖钻钻孔灌注桩施工方法，对适用范围、施工工艺特点和质量注意事项进行探讨。

关键词：旋挖钻孔桩；施工；工艺

1 工程概况及地质状况

武汉二环线水东段（和平大道—中北路延长线）工程第三标段：起讫里程为： K15+116～K15+918，全长802m。范围内主线桥工程（不含Z037#、Z062#墩）、X2匝道桥工程、桩号K15+116～K15+918范围内主线桥下两侧地面铺道（不含路面沥清铺装）及排水工程、含沿线公交站点工程。主要工程量桩基础约为112根，其中桩径类型有φ120，φ130，φ150，桩长约为40m∽64m左右。

本施工段经过地区主要在地质构造上属汉口-左岭复式向斜核部，场区底层上覆盖第第四系冲、洪积物，下覆基岩为第三系泥质粉砂岩。场区范围内地形平坦，属长江冲积平原地貌 。场区主要处于平坦状平原区，地势平坦开阔，高程约20～22m。

根据钻探结果，在勘探深度范围内场区地层共分6大层：（1）-1杂填土；（1）-2素填土（Qml）；（3）粘土（Q4al+l）（4）粘土（Q4al+pl）；（5）粉质粘土夹粉土、粉砂（Q4al+pl）；（6）粉砂、粉土夾粉质粘土（Q4al+pl）；（7）粉细砂（Q4al+pl）；（8）粉细砂（Q4al+pl）；（8）-1粘土夹细砂；（Q4al+pl）（9）中细砂（Q4al+pl）；（10）-1中细砂夹卵砾石（Q4al+pl）；（10）-2中粗砂夹卵砾石（Q4al+pl）；（13A）断层角砾岩（破碎带）（E）；（13）-1泥质粉砂岩全风化（E）；（13）-2泥质粉砂岩强风化（E）；（13）-3泥质粉砂岩中风化（E）。

2 旋挖钻施工工艺特点

1、环境污染小。旋挖钻机可以循环使用泥浆，也可适用于干成孔作业。同时其噪音明显小于传统循环钻机。

2、成孔速度快、钻孔直径范围广。旋挖钻机可成孔直径范围为0.6～3.2m；在一般性土层中完成一根长50米直径1.2米灌注桩只需4个小时，是普通钻机4倍以上。

3、行走移位方便快捷。旋挖钻机可通过履带机构迅速快捷地移动到所要到达的位置，

4、桩孔对位准确。利用先进的电子设备就可以精确地实现对位，使钻机达到最佳钻进状态，同时可通过主机井架控制系统随时调整机架的垂直度，保证钻孔质量。

3 旋挖钻施工适用范围

本工法适用于粘性土、粉质土、砂土等多种地质情况的钻孔灌注桩施工，也可适用于深基坑支护桩作业。

4 旋挖钻施工原理

旋挖钻机通过自身行走装置移动到位后，以自带动力提供钻孔所需钻压和扭矩，结合使用不同类型钻头钻具切削不同地层，利用可伸缩钻杆和钻头的特殊结构快速出渣，实现较高速钻进。成孔后现场分节段制作钢筋笼及井口吊装焊接，并控制好标高。成孔后进行一次清孔，灌注前进行二次清孔除沉渣，最终浇灌注水下混凝土成桩。

5 施工工艺

5.1 工艺流程

见图一所示。

5.2 施工准备

施工前先对桥址处的场地进行平整，并根据地表、地质情况进行处理，防止钻孔过程中钻机失稳，发生安全事故，影响工程质量。钻孔前必须对各桩坐标认真核对，确认无误后方可施钻。

由于本工程地下水位高且地层中大多存在淤泥层、粉砂、细砂层，在旋挖钻机施工时，需采用静态泥浆护壁，保证孔壁的稳定。在连续梁每个墩身位置根据泥浆用量设一个泥浆拌合池和泥浆存放池。对于循环钻机，沿线均匀设置泥浆池，循环使用。废弃的泥浆，存于场内的泥浆池内，用泥浆罐车倒运到指定的弃渣场。钻孔出来的钻渣及时通过专用运输车运到业主指定的弃土场堆放。

钻孔前，先埋置导向护筒，灌入护壁泥浆。护筒采用8～14mm厚的钢板卷制，长度≥2m，其直径要比桩径大20cm。

泥浆采用优质膨润土造浆，造浆配合比见表3.1-1。

膨润土造浆配比中掺加剂的用量，先试配，检验配合液的各项性能指标是否符合要求。各种掺加剂宜先制成小剂量溶剂，按循环周期加入，并经常测定泥浆指标，防止掺加剂过量，搅拌好的新鲜泥浆其性能必须适合于地质条件和施工条件。为满足环保要求，采用泥浆分离器分离从桩内循环出来的泥浆，并通过调整膨润土、分散剂的掺量，使循环泥浆能再次利用。制备及循环分离系统由泥浆搅拌机（ZL800）、泥浆池（45m3两个）、泥浆分离器（ZX-250型两个）、泥浆沉淀处理器等组成。泥浆循环系统平面布置见图3.1-2。

5.3 钻孔施工

1、钻机就位后，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点并及时清运。

2、主动钻杆入孔前，应保证钻杆匀速慢速钻进，直到主动钻杆全部入孔后，方可逐渐加大钻速和钻压。钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层侧采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。

3、钻进过程中，回转斗的底盘斗门必须保证处于关闭状态，以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中，破坏泥浆的配比（比重1.3）。泥浆面定要保持不得低于护筒顶40cm。在提钻时，须及时向孔内补浆，以保证泥浆高度。

4、严格控制每次的钻进尺度，避免埋钻事故；同时应控制回转斗的提升速度（以Ф1200mm的桩径为例，应保持在0.5m/s左右），提升速度过快，泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，冲刷孔壁泥皮，破坏孔壁的稳定，容易引起坍塌。同时，提升钻斗过快时，其下部产生较大负压力作用，致使产生“吸钻”现象，从而造成孔壁颈缩。故在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数并对孔壁进行有意挤压，防止缩径。

5、按以上反复循环直至到设计高程成孔。

5.4 清孔

桩孔终孔后，将钻斗提高20-50m，泵入性能指标符合要求的新泥浆，并维持正循环30min以上，直至流出孔口的泥浆基本无块渣，泥浆比重为1.2左右，同时孔底沉渣在+15㎝以内，方可停止第一次清孔。

第一次清孔后要尽快完成钢筋笼吊放及节段的井口焊接工作。待安装完混凝土导管后进行第二次清孔，二次清孔的终结条件为：沉渣厚度小于10cm，泥浆比重小于1.15。

5.5 钢筋笼制作安装

由于旋挖钻机成孔快，故应提前在桩位附近分节段加工好钢筋笼。为减少井口焊接的工程量，根据现场起重能力，节段的长度一般为16～25m。各节段的加工焊接必须满足规范要求，并应经质检人员检查批准方能起吊。

钢筋笼的吊装应3点起吊，保持笼轴线重合。入孔时，始终需保持垂直状态，对准孔位徐徐轻放，保持稳定，避免碰撞孔壁，一旦遇阻立即查明原因，禁止晃动和强行冲击下放。

吊放到入孔内的节段固定好后，再起吊和焊接下一节段。

5.6 水下混凝土灌注

水下混凝土浇筑是同一般钻孔桩施工工艺，但在施工中必须注意以下几点：

1、导管必须严密，长度适中，保证底端距孔底30～50cm。

2、混凝土拌和必须均匀，坍落度控制在18～22cm，首批混凝土必须保证封底且超過导管1m以上。

3、混凝土浇筑必须连续作业，严禁中断浇筑；导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m—4m，不宜大于5m。

4、浇筑过程中应有质检人员旁站指导，以防导管提升过猛或导管埋入过深，造成断桩；

5、灌注桩的顶面标高应比设计值高1m，以确保桩顶混凝土的质量。

6 结束语

通过本次施工，旋挖钻机施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保的优点。由于旋挖钻机所形成的孔壁较粗糙，增加了桩侧摩阻力，克服了回旋钻机桩侧摩阻力低，以及孔底沉渣多，泥浆管理差的缺点。尽管旋挖钻机一次性投资较高，但适应性强，最终的经济效益综合指标还是远大于回旋钻机，可见旋挖钻机是一种理想的施工方法。

参考文献

[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）

[2]武汉二环线水东段3标段施工组织设计

[3]《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）