机械旋挖钻孔灌注桩施工技术

伍勇

（四川绵竹东方工程咨询设计有限责任公司　四川　德阳　618000）

机械旋挖钻孔灌注桩施工技术

伍勇

（四川绵竹东方工程咨询设计有限责任公司四川德阳618000）

本文主要针对机械旋挖钻孔灌注桩施工技术，首先重点探讨了施工工艺流程及操作要点以及各种施工注意事项，希望给相关的人员带来参考与借鉴作用。

基础桩；机械旋挖；沉渣处理

1　引言

伴随着时代的进步和科技日新月异的发展，建筑工程基础桩采用机械旋挖钻孔灌注工艺施工在近几年逐渐被广泛的应用，属于一种新型施工工艺，具有优质、高效、安全的特点，可通过低应变、声波及钻芯等方法进行桩身完整性及桩端沉渣厚度检测是否达到设计及规范要求；经过近几年的实践总结，其施工工艺操作方法已基本成熟，在政府相关机构的组织下逐渐进行推广使用，并且通过工程中的实践应用，获得了较好的技术经济效果和社会效益。

2　施工工艺流程及操作要点

2.1施工准备

2.1.1技术准备

施工前应按施工方案和技术规程对操作者进行技术交底并下达作业指导书，并进一步确认是否有障碍物，必须待甲方或监理验收合格后方可进行成孔施工，做好基础工程桩机械旋挖钻孔施工的技术资料和施工过程中的检验记录。

2.1.2劳动组织

每台钻机的人员配备：操作6人（机长1人、钻机操作及辅助4人、记录1人）、灌注混凝土5人、钢筋笼制作3人、管理人员及后勤2人。

2.2施工要点

（1）桩位测量：

钻孔前测放桩位点，并在桩位点四周设置四个控制桩以利于在成孔过程中能随时复测桩位，误差控制在5mm以内。

（2）泥浆制备：

根据地勘报告及现场实际的地质情况来确定是否需配置泥浆。若需要首选用优质粘土粉人工造浆。根据施工经验在护筒中及护筒脚下3m以内，泥浆密度1.1～1.3t/m，土层不好时加入小片石和粘土块；粘土层中采用清水或稀泥浆；砂砾层中泥浆密度采用1.3～1.5t/m；风化岩中采用1.2～1.4t/m；出现塌孔时，回填粘土块或片石，泥浆密度1.3～1.5t/m，反复冲击。

（3）钻机就位应当维持稳定，不出现歪斜、位置移动，钻头对准孔位开启电机进行开孔。

（4）钻机就位：

旋挖类型的钻机地面部分是能够伸缩的智能整平装备，且在操作间中有相应的设备准确显现电子读数，当钻头准确地瞄准桩位核心的时候，各个数值均能够锁定，不需要进行改变。钻机就位以后钻头核心与桩核心呈一条直线，误差管控在2cm内。

（5）设置护筒：

依据桩所在的位置设置护筒，护筒的内侧直径应当比钻头的直径多于100mm，护筒地点应当装设准确、稳固，护筒中心与桩位中心误差必须在50mm以下，偏斜度的偏差应当在1％以下，护筒和坑壁两者间应当用粘土填充。作业过程中，护筒的装设运用旋挖类型的钻机采用静压的方式来完成。①准确就位钻机，让其机体垂直度、钻杆垂直度与桩位钢筋条3条线合为一体；②在钻杆的上面部分装好筒式钻头；③用吊车吊起护筒且准确就位，以旋挖式钻杆把其压到土体中。护筒装设以后把桩位中心利用4个控制护桩引回来，让护筒核心和桩位的核心合一，且在护筒表面以红油漆标注护桩的方向线地点。护筒的装设要求：在粘性土中应当≥1m，在砂土中应当≥1.5m。护筒应当比地面高出二三十厘米，马上添加稳定液，且应当确保孔中稳定液的高度比地下水的高度高出1m以上，保护孔壁不坍塌，确保成孔质量。

（6）钻进：

桩机安装就位后，调平垫稳底座，保持钻进时不发生位移和沉陷。桩机顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和桩孔中心三者应在同一前垂线上，偏差不大于2cm。旋挖钻孔作业分两班连续进行，对旋挖钻孔不符合要求的应及时调整，经常注意土层的变化，每2m或在土层变化处取钻渣探明土层，记入记录本中（记录本中要有该桩孔的地质剖面图），随时与地勘报告中的剖面图进行核对。开始挖进时，先启动卷扬机慢速钻进，并注意钻机的稳固情况，钻头导向部分全部进入土层后才正常钻进。在上部土层中钻进时，要控制进尺，低档慢速，大泵量，泥浆比重控制在1.2～1.3之间。在淤泥层中钻时，可用中速，大泵量，泥浆比重控制在1.3～1.4之间。旋挖钻机挖至强风化时需进行第一次取强风化岩样保留，在挖进5m时，在进行第二次取岩样，经相关单位确认后验孔，提出挖斗，安装相应扩大头尺寸的钻头进行钻孔扩底，扩大头全部伸开，在扩20min，第一根桩先在地面作试验并由卷扬机钢丝绳定准，由机长及管理人员检查，扩底扩好后提出扩头。如遇流砂层中钻进，必须慢速，增大泥浆比重在1.3～1.4，并调整稠度的胶体率以保证该孔段护壁有一定的厚度。在粗砂层和卵石的砾砂层中钻进，用低档慢速，优质泥浆、大泵量，泥浆比重控制在1.3～ 1.4之间，防止孔内塌方。当钻机就位正确，泥浆制作完成达到要求以后马上开始钻进，钻进的时候每一次回次进尺管控在60cm上下，最初的时候应以较慢的速度旋挖，且注重放斗一定要稳定，提斗一定要缓慢，尤其是在孔口5～8m段旋挖时应注重利用控制盘来监察垂直程度，如果有不准确的地方应当第一时间加以改进，并且一定要确保挖斗的时候随即向孔中注入泥浆，让孔中水头维持在科学高度，来让压力增大，确保护壁的品质。

（7）清孔：当旋挖钻机挖至设计深度并进行了扩底完成后，需进行桩孔内第一次清渣，用平开挖斗（不带牙）的挖斗把大部分余渣清除。在吊放钢筋笼及放好混凝土导管后应进行第二次清渣，第二次清孔的方法是更换孔内泥浆，清除钻渣和沉积层，减少孔底沉淀厚度，提高桩底承载力，为灌注混凝土创造良好条件，用泥浆泵3PN22kW的正循环泵，用泥浆清除剩余余渣，一般清孔时间为20～30cm即可，并参照泥浆比重，泥浆控制在1.15～ 1.2之间为宜，清好后经现场质检工程师和建设单位代表验收确认终孔后停泵，停泵时间不易超过5min，待混凝土罐车来后停泵即时灌注混凝土，并抓紧灌注第一斗，并连续进行混凝土灌注，不易间歇，以防粉细砂沉淀。

（8）钢筋笼制作及安装

钢筋骨架除加强箍在钢筋制作场制作外，其余在桩位附近分节制作，绑扎成型，除顶节及底节钢筋笼的长度根据桩长适当调整外，其余各节12m左右，成孔后用吊机放入孔内，主筋搭接焊10d。钢筋笼的钢筋下料、成型加工严格按设计图纸和规程进行，分节制作。钢筋笼按设计图纸要求设置加强箍筋，并均匀设备定位筋和耳筋。钢筋笼主筋的搭接采用焊接，焊接质量要求：单面焊的长度≥10d，双面焊的长度≥5d，接头间距相互错开距离大于1.3倍搭接长度，且大于50cm。吊放钢筋笼入孔时应缓慢、平稳，防止钢筋倾斜和碰撞孔壁导致塌孔，当发现入孔有困难时，应查找原因进行处理。为保证骨架起吊时不变形，用两吊点，第一吊点设于下部1/4处，第二吊点设与上部1/5处，起吊时两点同时起吊，待钢筋骨架离开地面以后，第二吊点继续起吊，第一吊占保持骨架下部离开地面，直到钢筋骨架吊放到孔内后，用钢管横穿钢筋笼，临时支撑钢筋笼的重量于地面上。为防止钢筋骨架在灌注桩过程中上浮，用2根1.5"钢管套于骨架主筋上，再利用于护筒上的横梁将钢管压住，使钢筋骨架受混凝土顶托不会上浮。

（9）导管安装

①导管的选用和检查

导管采用直径φ300mm、壁厚6mm的无缝钢管，每节2.62m，底节4m，配2节1m，2节1.5m的短管，用以调节导管的长度及漏斗的高度。导管的连接采用丝扣式。并在二法兰盘之间垫有4～ 5mm厚的橡胶止水垫圈。在下导管前，首先检查其是否损坏，密封圈、卡口是否完好，内壁是否光滑圆顺，接头是否严密。再进行闭水试验（用以检查导管的密封性能、接头抗拉能力）。具体实验方法如下：

平整好场地，每隔1m铺设方木一根并找平。在方木上安装放置导管，每五根连成一体，上好前、后封盖。向拼装好的导管内灌入70％的水，然后接好输风管，输入计算好的风压力，经计算为6大气压（即607.8kPa）。具体计算过程如下：

式中：γ1——混凝土的重度，取γ1=24kN/m3；

hc——导管内混凝土最大高度，取hc=27m（桩长的2/3）；

γ2——井孔内泥浆的重度，取γ2=1.08kN/m3；

hw——井孔内泥浆的深度，取hw=40m；

p—导管可能受到的最大压力（kPa）。

则：p=24×27-1.08×40m=605kPa

化为大气压：p=605×103/1.01×105≈6个大气压。

将导管在恒压下前后滚动，并持压15min，观察其接口处是否漏水、周身是否有变形，以此来验证导管的密封性、承压和抗拉性能。

②导管长度的计算和吊放

以实际孔底标高和孔口架之间的距离来配置需要导管长度，并欲留30～50cm的悬空高度。拼装时要严格检查导管内壁和法兰盘表面，确保干净无杂物，变形和磨损严重的导管严禁使用，导管的吊放用吊机，要确保其居于孔的中心位置，下放速度要慢，防止卡挂钢筋笼骨架。

（10）二次清孔：将头部带有1m长管子的气管插入导管内，气管底部与导管底部最小距离2m，压缩空气从气管底部喷出，如能使导管底部在桩孔底部不停的移动，就能全部排出沉渣，对深度不足10m的桩孔，须用空吸泵清渣。灌注混凝土前的孔底沉渣厚度应满足要求。

（11）灌注水下混凝土

灌注水下混凝土是旋挖钻孔灌注桩的关键工序，用直升导管法灌注水下混凝土时，混凝土拌合物是通过导管下口，进入初期灌注的混凝土下面，托着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆上升，最终将孔中的泥浆和水挤出。在灌注时，用汽车吊的主勾吊起储料斗，与导管相连接，将隔水栓安放在下面部分，往斗中添加一定数量的混凝土以后，用吊机副勾钢丝绳将其迅速拉出，让混凝土在最短的时间内落回孔的底部，做完封底工序，然后，应当持续、密集的实施灌注，中间不可停止。在浇灌混凝土时，每灌注1盘以后，马上用测绳检查混凝土面的升高水平，核算出导管在混凝土中的深度，通常状况下导管的深度管控在2～6m，也就是拆除导管以前深度应当在6cm以下，拆除导管以后深度应当在2cm以下。应当遵照“勤拔少拔”的准则，不可采用增大导管填埋深度来每一次拔2根或者2根以上的方式来降低拔管的频率。当混凝土浇灌到距离桩顶设计标高4.5cm上下的时候，现场作业者第一时间核算出还缺少的混凝土的用量，且告知搅拌站依照所需数量搅拌来避免浪费。为保证桩顶混凝土质量，在施工中我们要求比桩顶设计标高超灌80cm，同时用“掏筒”探测混凝土质量，确认合格后方可提出导管，结束混凝土的灌注工作。

2.3预防旋挖钻孔过程中的故障

（1）塌孔的表征是孔内的水位突然下降，孔口冒细密的气孔，出渣量显著增加而不见进尺，钻头负荷增加。

孔内坍方主要原因是：没有控制不同地质的钻进速度，泥浆质量差，比重不够，未形成可靠护壁、由于各种原因造成孔内水头高度不够，降低静水压力差、卵石、砾砂层、钻进时，泥浆质量差等。

孔内塌孔处理方法：坍方不严重时可加大泥浆比重继续钻进，严重时则应提钻头回填粘土和砂重钻。若因塌孔而埋挖斗，应先将孔内泥砂清除，提出挖斗后再行处理，而严重者应将该孔用泥土或粘土填满，隔一段时间后再造孔。

（2）旋挖钻孔偏斜

旋挖钻孔偏斜的原因：钻机底座未安置水平或旋挖钻孔过程产生不均匀沉陷、挖斗不正、旋挖钻孔中遇有障碍物如石头或木桩、树头等、扩孔较大处，钻头摆动偏向一边、此处操作不当，松大绳钻进，也容易造成斜孔。

预防和处理：旋挖钻孔过程经常检查钻机底座、转盘的水平、起重滑轮缘、护筒中心应在垂直线上、导向杆是否有效，旋挖钻孔前钢丝绳、钻头要逐根逐个检查，及时调正，纠正不正确的操作方法，一般在开始钻进时在开机后、一小时内、校平、校正机座，往后每一台班均需调整。

发生斜孔时、一般查明偏斜的位置和情况后，可在倾斜处吊住钻头上下反复扫孔下正直。偏斜严重时回填粘性土，待沉积密实后再继续钻进。

（3）掉钻

掉钻原因：钢丝绳使用过久，螺牙滑丝、松脱等或进孔遇到障碍物不注意扭断钢丝绳管。

预防和处理：旋挖钻孔前检查钢丝绳接头的质量情况，不适宜的及时报废。处理方法：掉钻后要尽快打捞，以免埋钻。打捞工具有打捞钩、打捞活套等多种，打捞钩用钢板割成。

（4）糊粘

在软塑粘土层钻进时，因进尺快，出渣量大，泥浆泵泵压、泵量不足，粘土将钻头糊住。

预防和处理：用稀泥浆大浆量控制进尺钻进：若严重糊钻应将钻头或挖斗提出孔口，清除残渣再继续挖进。

（5）埋钻

由于塌孔或掉钻后未能及时打捞出来，钻头被砂土及沉渣埋住。

处理方法：可用钻机卷扬配合提出可用空气吸泥机将孔内砂土吸走，现场处理，要注意保持孔内泥浆水头，防止水头下降而塌孔。

3　结束语

建筑工程基础桩采用机械旋挖钻孔灌注工艺施工属于一种新型施工工艺，具有优质、高效、安全的特点，可通过低应变、声波及钻芯等方法进行桩身完整性及桩端沉渣厚度检测是否达到设计及规范要求，通过本文的施工技术方法，结果发现获得了良好的社会效益与安全效益。

[1]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）.

[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）.

[3]《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-2003、J253-2003）.

TU67

A

1673-0038（2015）29-0061-03

2015-6-14

伍勇（1975-），男，工程师，大学本科，主要从事工程管理工作。