旋挖成孔灌注桩施工特征分析及要点控制

龚清磊

摘要：旋挖成孔灌注桩简称旋挖桩，自动化、机械化作业程度高，作业范围广，成孔速度快会大大节约工期、成本，易于控制施工质量、安全。同时旋挖成孔灌注桩誉为“绿色施工”，更能保障安全生产，促进文明施工。但由于旋挖桩是先进工艺代替传统工艺，存在诸多短板。为进一步控制桩基质量及施工安全，通过旋挖桩施工工艺、优缺点总体分析，对易于造成质量缺陷、安全隐患重难点进行剖析。

Abstract： Rotating excavated hole cast-in-place pile is referred to as rotary excavation piles. The degree of automation and mechanization is high， the working range is wide， and the speed of forming holes is rapid， so it greatly saves the construction period and cost， and it is easy to control the construction quality and safety. At the same time， the rotating excavated hole cast-in-place pile is known as "green construction"， which can ensure safe production and promote civilized construction. However， due to the advanced technology instead of the traditional process， there are many short plates. In order to further control the quality of pile foundation and construction safety， through the overall analysis of the construction technology， advantages and disadvantages of the rotary excavation pile， the key and difficult points of quality defects and safety hazards are analyzed.

关键词：旋挖成孔灌注桩;施工控制;难点分析

Key words： rotating excavated hole cast-in-place pile; construction control; difficult analysis

中图分类号：TU473.1+4                                文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2019）20-0157-04

0  引言

建筑的基础施工都是一项最基本的工作，占有工期、费用等比重较大。高层房屋建筑普遍设计为桩基础，长久以来，我国大部分房屋建筑采用人工成孔，但人工挖（钻）孔桩对人员集中密集作业程度要求高、劳动强度大、作业效率低、人员伤亡率高，且最主要的弊端为无法对复杂地质情况进行有效把控，不良地质导致坍塌及中毒事故频发。本世纪以来，随着我国科学技术不断发展和进步，以及始终贯彻“以人为本”的生产建设理念，逐步为了保证建设工程生产安全及提高施工质量，危险分部以机械代替人员施工等多重因素促使下，除了在市政、公路、桥梁以外，旋挖成孔灌注桩逐步成为高层房屋建筑桩基础最主要的成孔方式。

1  旋挖成孔灌注桩施工工艺

旋挖成孔灌注桩施工质量的好坏直接影响桩体整体结构的稳定性。因此，要想加固旋挖成孔灌注桩，必须全面了解工艺流程和旋挖的深度、钻孔的大小，并结合施工经验总结施工工艺步骤，具体流程如图1所示，要求施工人员依照规范化的流程，准备好施工中所需的混凝土、钢筋、施工工具、旋挖钻机，将所需的材料和施工设备准确齐全，在指定的地方开始测量，结合测量结果，明确应钻的深度，确定桩体的钻孔大小以后，启动旋挖钻机钻孔，并在钻孔的地方，安装护筒，安装过程中利用旋挖钻机的自动化功能，可以将护筒深埋在钻孔内，不仅快速完成钻孔、深埋护筒工作，同时也能够缩短钻孔时间，可见，施工作业自动化水平较高，且施工步骤繁琐、复杂，所以，应严格要求施工人员，以避免出现操作不当和不规范的施工行为，能够依照施工要求，规范化进行施工工作，从而做到水取芯送样以后，清理孔地的碎渣，以免碎渣，影响钢筋的稳固性。因此，先清理后吊放钢筋笼和材料，完成吊装工作后，吊放导管，将导管放置平稳，才能进行浇筑，进而加固旋挖成孔灌注桩体，有效提高施工质量。

旋挖成孔灌注桩工艺流程如图1所示：施工准备→测量定位放样→设备就位→安装孔口（钻机下压钢护筒）→钻进成孔（边钻边下压钢护筒）→取芯送样→孔底清渣→移机→吊放钢筋笼→吊放导管→自密实混凝土浇筑（边浇筑边取出钢护筒）→取孔口→清理浮浆→桩基检测。

2  旋挖成孔灌注桩特点分析

2.1 节约工期，降低时间成本及经济成本

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大多有采用旋挖桩。最主要的原因是旋挖成孔灌注桩工程的质量和进度得到充分的保证。例如普通人工挖孔桩15m举例，桩径1.5m，勘岩深度约4.5m，实际施工时间约20-25t，且相邻桩间距不能满足开挖安全必须跳桩开挖。采用旋挖成孔普通地质单根耗时约2h左右，钢筋笼安装、混凝土浇筑也可形成流水作业。同时旋挖成孔工期短、操作人员少、采用燃油驱动不消耗水电，通过同类型桩基人工成孔和旋挖成孔费用比对，旋挖成孔更节约成本。旋挖钻机自动化程度高、成孔速度快会大大节约工期、成本，对房屋建筑合理优化工期提供保障，对高层房屋建筑基础节点控制有较大跨越。

2.2 机械化作业程度高，作业范围广，易于控制施工质量、安全

旋挖钻机采用可拓展履带底盘承载，可伸缩钻杆、自动起落折叠桅杆。履带接地压力小，在施工场地内行走移位方便，机动灵活，对孔定位准确、方便，国产旋挖钻机主要技术参数如表1所示。近年来通过适用改良，旋挖机为液压驱动，驾驶操控台多数采用集成式LCD液晶显示和监控系统，直接监控钻机工作状态，能较准确的反应钻孔深度、自动校正钻孔垂直度、实时显示钻岩抗压强度，以及配备各种传感器用于钻机平整度、成孔垂直度、钻机移位、卷扬拉力等超限报警。智能化故障检测系统能动态显示钻机执行元件工作状态，逻辑互锁控制可防止驾驶员误操作。旋挖钻机作业范围广适应高层房屋建筑需求，采用不同钻具可进行粘土层、砂层、冻土层、卵石层和中风化层的钻进作业，常规作业孔600-2800mm，普通国产钻机可钻进深度约70m。设备自身设计将质量控制作为重要因素，施工人员主要用于辅助校核，对质量控制有利。

2.3 绿色施工，保障安全生产，促进文明施工

国内大部分区域将人工挖孔桩工艺纳入落后淘汰工艺限制使用，超过16m或地质情况复杂的场地需要专家论证方可实施。人工挖孔桩属于井下作业，安全隐患突出，多年来人工成孔高坠、物体打击、坍塌、触电、中毒等伤亡事故频发，施工过程管理难度大。大量用工，受到自然条件、地质状况、工人素质、管理力度、作业工器具状况等制约，暴露的危险源较多，工艺本身需要砼场内拌和、降排水等对环境及周边建构筑物影响较大。建筑行业本着“以人为本”理念，人工成孔从限制到淘汰是大势所趋。

旋挖桩需要操作及辅助工人较少，机械化作业程度高，对地质条件依赖较小，旋转挖机采用动力头形式，其工作原理是用短螺旋钻头，利用液压扭矩直接将土或沙砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外，在不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支护作用，这使污染源大大减少，改善了施工环境，尤其在城市施工中，优势明显。机械大多经过降噪处理，且区域性施工扬尘可控。旋挖桩达到“绿色施工”要求，工艺逐步改进，在高层建筑将得到进一步推广。

3  旋挖成孔灌注桩目前存在问题

3.1 施工技术标准欠缺

由于旋挖桩从本世纪逐步运用发展运用，从市政、桥梁逐步推广至房屋建筑。属于基础分部工程，涉及如钢筋、砼、成孔等分项工程。设计规范、技术规范、操作规程、验收標准、检测标准等相对都是很完善，如国家标准、行业标准暂无专门针对旋挖成孔灌注桩出台相应规范标准。检测标准均参考人工成孔灌注桩，直至《重庆市质监总站关于加强对旋挖桩成桩质量检测的通知》渝建质监【2011】53号及《旋挖成孔灌注桩工程技术规程》DBJ50-156-2012出台，旋挖桩的施工工艺、施工过程、成桩检测、验收评定才有地方标准出台，有据可循。但由于旋挖桩推广速度更快、行业更广，建筑行业还应进一步完善技术标准。

3.2 技术更替，经验储备不够

旋挖成孔灌注桩代替人工成孔、打桩等方式是新工艺代替传统工艺，但是各类型建筑工程中的一个分部，受到的普及程度及重视程度不够，外加上述施工技术规范标准模糊，以至技术力量及经验储备不足。复杂地质条件下施工经验不足，成孔工艺选择不当以及缺乏应急处理办法等是旋挖桩现目前存在的一个短板。操作人员、项目管理人员、辅助工种水平的参差不齐，严重影响桩基成孔质量及施工安全，如因测量定位、机械故障、钢筋的绑扎吊装质量、混凝土供应、混凝土浇筑及塌孔应急处理造成孔桩倾斜、移位、断桩、沉渣厚度超标等不合格孔桩屡见不鲜。同时旋挖成孔对施工技术准备、施工组织协调能力要求高，对原材料供应要求高。

目前旋挖成孔基本采用干成孔方式，无护壁，遇地下水丰富、高回填土、粉土层、流沙层、砂卵石层等复杂地质条件时，成孔较难，容易造成卡钻、埋钻、钻杆断裂，缩径、塌孔、夹砂等而形成Ⅲ、Ⅳ类桩。

因旋挖机械设备自身吊装能力受限，需要吊车等其中设备配合安装钢筋笼和配合浇筑混凝土;需要挖掘机、装载车、渣车配合出土，辅助设备占用量大，对场地要求较高。且旋挖机械本身自重较重、高度高，行走对场地及施工便道要求高，不易在边坡、坡地等地质地貌场地作业，因场地狭窄、高差大导致旋挖机械倾覆事故屡有发生。

4  旋挖成孔灌注桩质量控制重难点及防治措施

4.1 孔桩钢筋笼定位、桩成型质量控制

高层建筑结构形式要求桩基设计桩型号多，间距不一，机械作业施工难度较大。以下质量通病旋挖桩作业多发易发：因为测量定位放线不准确，过程监测纠偏不力导致桩位偏移;钢筋笼吊装未校核固定，造成桩倾斜，桩移位，缩径;旋挖成孔机械化、自动化程度高，桩基精度要求高，施工技术准备尤为重要。对地勘报告、施工图纸、设计交底会审资料、场地与环境条件有关的其他资料、机械性能资料、技术规范标准文件熟悉掌握。旋挖成孔允许偏差如表2所示。编制有针对性的专项施工方案、测量方案。针对所有的桩基编定自编号、编定桩基施工分区图、平面布置图、流水作业方向图。

根据规划部门给定的基准点引入场区平面控制网，桩位放样后必须进行复测，且不能一次性多个桩孔放样，桩位用涂有红色油漆的短钢筋或木桩等定位，每一根桩必须有标注详细、醒目的桩基本信息表悬挂在桩1m范围内提示。防止施工前人为对放样进行移除、破坏。定位后以桩心为圆心画圆约引出桩外侧500-1000mm区域（视地质情况定）打检测引桩。桩机成孔完成1m左右以后进行引桩到筒钻量尺复测，二次定位校核后安装约大于钻头直径200mm的孔口护筒，孔口护筒主要用于固定桩孔位置、控制桩顶标高，防止塌孔、防止沉渣回流和地面杂物落入孔内。安装后进一步施钻，约钻进每3m通过引桩十字交叉线找确定桩心复测成孔垂直度，并进行纠偏。此项工作在无法一次成孔，需要通过先钻桩内孔后按设计要求扩孔的大桩径成孔尤为重要。如未过程多次复测，成孔会发生倾斜、错位，且后期处理困难。同时机械钻进过程中要求机身保持水平，如斜度过大，必须在履带下垫砂石进行调整，尤其是地质情况较差或基坑水源丰富施工时，位置确定后履带锁紧，钻进过程中尽量避免钻机行走换位。

旋挖机精细化控制只确保成孔质量，完整合格旋挖桩确保钢筋笼吊装、制安质量。钢筋笼发生变形、错位、缩径往往容易被管理者及施工人员忽视。这是旋挖桩施工质量管理的重要一环，监控不严势必出现结构质量问题。钢筋笼制作与安装允许偏差如表3所示。如重庆市内旋挖桩设计一般约桩长16-30左右，桩原材9m，必须进行接长处理，接长处理常规有加工区一次性接长和孔内悬吊接长逐步下放两种方式，两种方式都要求对连接质量进行监控，并实施焊接、机械连接送样检测。旋挖桩工艺要求钢筋笼螺旋箍绑扎牢实，防止吊装过程脱落而造成钢筋笼本身质量缺陷和钢筋笼无法顺利下放安装。且成品钢筋笼必须设置专门用于吊装的环、扣等，禁止直接对加劲箍、主筋进行吊装，并采取有效措施防止钢筋笼变形，采取撑铁、固定垫块等方式确保桩笼不偏移，保护层均匀。安放应对准孔位中心，避免碰撞孔壁，自由下放。

4.2 严格控制沉渣厚度，有效防治塌孔

为了使混凝土与基岩结合完好，提高桩底承载力，《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008要求孔底沉渣必须满足端承桩≤50mm，摩擦型桩≤100mm。重庆某开发小区因桩基沉渣清理不到位基础不均匀沉降，房屋结构部分倾斜、构件开裂，最终直接经济损失超过亿元。当时在整个建筑行业、社会造成及其不良的后果。同时给从业者敲响警钟，提出更好的要求。控制沉渣厚度最重要的工作是清孔工作，清孔工作和操作人员、管理人员经验息息相关，且至今为止无有技术标准可循的沉渣检测工具，大多都是工程上自行制作的测绳进行沉渣检测，具有一定偏差。针对个别干孔，少量浮土、坠落物无法顺利二次清孔，可以采用高压送风、高压水等措施产生冲力溅除孔底沉渣成悬浮体，达到清除沉渣目的。

4.3 按工艺进行混凝土浇筑

无论干孔还是湿作业，个别企业要求都必须采用水下砼进行浇筑，防止水量大导致水灰比变化，影响混凝土强度。旋挖桩常规采用自密实砼导管进行浇筑，通过导管的上下提升、插入达到振捣效果，对浇筑工人和起重机械操作人员技术要求高。并对自密实混凝土拌合物塌落度进行试验，分析混凝土在水下抗分散性和流动度。浇筑导管使用前应进行试水试压及接头抗拉实验，保证连接处密封到位。单桩旋挖桩混凝土浇筑必须具有连续性，要求对混凝土浇筑量进行提前预估计算，待单桩混凝土必备充裕到位后方可浇筑混凝土。灌注桩身混凝土应采用导管，导管下口距孔底不宜大于2m，且必须对砼初灌量进行计算。因为初灌混凝土必须达到一定压力，对孔底沉渣达到一定冲力，并保证沉渣悬浮于混凝土表面。灌注至桩顶以下5m左右时，应采用插入式振捣泵振捣，每次灌注高度控制在1.5m以下，且浇筑完成面宜超过桩顶标高0.5m以上。

实际施工过程中，随意浇筑混凝土会导致导管被卡挂;或因为钢筋笼吊装变形成折线或曲线，因此，在进行混凝土浇筑时，应严格要求浇筑人员，认真执行，对于不认真的工作人员依照规定予以处罚，以此达到警示的目的，能够促使浇筑人员，自觉按照浇筑导管的要点和规定，在导管接头处浇筑，从而增厚导管的内壁，起到加厚的作用，不仅提高其导管质量，同时加固旋挖成孔灌注桩体，避免出现变形现象，确保灌注的导管稳固，且管壁厚度和大小符合要求，进而顺利通过验收，可见，对混凝土浇筑提出规定和要求，才能约束工作人员，进而规范、认真完成浇筑工作，保证导管与旋挖成孔灌注桩体的接头处连接完好，有效提高密封性和严密性。除此之外，为防止此类事故发生，应在导管拼装完成后，对轴线是否顺直进行检查，吊装时导管应位于孔桩中央并在灌注前进行升降进行试验;钢筋笼分段入孔前，应在下端主筋端部加焊一道加劲箍，加固筋焊在主筋内测;发生导管卡挂不能盲目生拉死拔，应转动导管，使其脱开钢筋笼后将导管移至孔中央继续提升。

旋挖桩基施工过程中除了关注施工进度以外，还应考虑到施工工作需要完成的任务较多，而且，施工步骤比较繁琐，任何一个环节出错，都会影响施工质量。因此，要注重按照施工要點和规范化的工艺步骤进行旋挖桩基施工作业，才能确保施工质量、保证施工安全，方能到达促进工期、降低费用的效果。

参考文献：

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