浅议旋挖钻桩基施工工艺

张占哲，齐新华

（华北水利水电学院 机械学院 河南 郑州 450011）

旋挖钻机作为基础工程机械中的新型机种，经过几年的推广应用，目前已被大量应用于公路及铁路、桥梁、水利工程、城市建筑工程等桩基工程之中。由于其高效、节能、低噪声、低污染、地层适应性较广等优点、受到越来越多的施工单位的青睐。

1 施工资料准备

（1）开工前应有工程部提供的该工程的地质勘察报告、水文地质资料、桩基工程施工图及图纸会审资料。

（2）施工现场环境和邻近区域内的地下管线、地下构筑物、危险建筑物、精密仪器车间等的调查资料。

（3）主要施工机械及其配套设备的技术性能资料，所需材料的检验和配合比试验，对所需的材料必需作材料的物理性能试验，并委托有资质的试验室根据所用的原材料作好混凝土的配合比试验。

（4）有效的桩基工程的施工组织设计或施工方案，有关载荷、施工工艺的试验参考资料。

2 施工机械与设备

旋挖钻机、起重机 、电焊机、泥浆泵、测量仪器（如全站仪、水准仪）等机械设备须有出厂合格证。

3 场地布置、桩孔位置的确定

根据设计要求合理布置施工场地，必须落实四通一平，即路、水、电和通信通；先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员，将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案；规划行车路线时，使便道与钻孔位置保持一定的距离；以免影响孔壁稳定；施工场地为旱地而且在施工期间地下水位在原地面以下时，将场地平整夯实，清除杂物；场地位于浅水时，采用筑岛后在顶面安置钻机，筑岛顶面高出施工水位1.0m左右；钻机底盘不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷；钻机的安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。

（1）桩位放样。按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，进行钻孔的标高放样时，应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。

（2）钻机就位。钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。保证桩位附近平整，把钻机开到桩位旁，螺旋钻头的尖端正对桩位标注点。钻机停位回转中心距孔位在3～4.5m之间。在允许的情况下，变幅油缸尽可能将桅杆缩回，这样可以减小钻机自重和提升下降脉动压力对孔的影响。检查在回转半径是否有障碍物影响回转。

（3）埋设护筒。在准确放样的前提下埋设护筒，应符合埋设护筒的方法和要求，如果钻孔是在陆地上进行的，则一般采用挖坑法，比较简单易行。钢护筒埋设工作是旋挖钻机施工的开端，钢护筒平面位置与垂直度应准确，钢护筒周围和护筒底脚应紧密，不透水。

埋设钢护筒时应通过定位的控制桩放样，把钻机钻孔的位置标于孔底。再把钢护筒吊放进孔内，找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒垂直。此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土，要分层夯实，达到最佳密实度。以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落，如果护筒底土层不是粘性土，应挖深或换土，在孔底回填夯实300~500mm厚度的粘土后，再安放护筒，以免护筒底口处渗漏塌方，夯填时要防止钢护筒偏斜。护筒上口应绑扎木方对称吊紧，防止下窜。

在易缩径的淤泥质粘土和易垮孔的松散杂填土地层和沙层以及严重透水地层必须使用长护筒或全护筒护壁。

4 泥浆制备

在钻孔灌注桩的施工过程中,为了防止坍孔,稳定孔内水位及便于挟带钻碴,通常采用澎润土制备成泥浆进行护壁。泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力,以确保孔壁的稳定,所以泥浆的比重在起到保持这种压力差方面具有关键作用。如果钻孔中的泥浆比重过小,泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用;如果泥浆的比重过大,则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难,使成桩质量难以得到保证。要充分发挥泥浆的作用,其指标的选取是非常重要的。就要求在实际工程的施工中,根据工程地质具体情况,合理地控制不同土层中泥浆的指标。

（1）稳定液的原材料。稳定液应具有良好的物理性能、流变性能和稳定性能。主要指标为密度、粘度、PH值、含砂量等。泥浆用粘土应选择粘粒含量大于50%，塑性指标大于20，含砂量小于5%，二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3～4倍的粘土为宜。稳定液的主要材料，如表1所示。

表1 稳定液的主要材料表

（2）稳定液的配合比。应按地基土的性状、钻机和工程条件来定。一般100L的水需加8kg的膨润土，对于粘性土层，膨润土可降低到3～4kg。由于情况各异，稳定液的性能指标和配合比，必须根据地层特性、造孔方法、泥浆用途而有所变化,如表2所示。

表2 稳定液的主要性能指标

（3）稳定液粘度的选取。钻斗钻成孔法为了防止孔壁坍塌，所用稳定液的必要粘度参考值，如表3所示。

表3 钻斗钻成孔法稳定液的必要粘度参考值

5 钻杆、钻具的选择

选用钻杆时，首先要考虑的因素是地质情况（地层硬度），一般进行松软地层钻进时，依靠钻杆和钻具的自重即可满足进尺加压力的要求，此时选用摩擦式钻杆即可。对于入岩钻进则应考虑具有强行加压功能的机锁式钻杆。地层硬度由软到硬排列如下：淤泥层→泥土、（泥）砂层→卵（漂）石层→强风化岩层→中风化岩层→弱风化岩层→微风化岩层→基岩层，各类型钻杆通常适用的地层打桩情况见下表4：

表4 钻杆类型与适用的地层

钻杆在不同地层打桩时选用的钻具见表5：

表5 钻杆与适用地层情况

从整个旋挖钻机工作过程来看，钻机的动力能多少转变为施工所需的压力和扭矩的输出效率问题，对每台钻机来说，出厂时就已经确定下来，而钻机工作过程中的压力和扭矩的输出效率则取决与钻杆和钻头，钻斗的关键参数是斗齿刃前角。

对于相同的地层使用同一钻进扭矩，不同的斗齿刃前角度，钻进效率不同。因此，只有选择合适的刃前角，才能提高进尺效率。经过大量的试验：对于硬度较小的第四地层、强风化层和少冰冻土层，比钻较松软的地层时斗齿刃前角应稍大些，选取45°～65°为宜；钻比较硬的地层时斗齿刃前角应稍小些，选取 25°～45°为宜。

6 钻孔完成后成桩施工工艺

（1）整形清孔。为了保证成桩后桩的承载能力的连续性，成桩前要进行整形清孔。

（2）下钢筋笼。孔深超过12m时，如果要求下全笼一般要进行孔口搭接焊。焊接要求：①同一截面搭接不得超过50%；②搭接焊搭接长度大于 10d（单面焊）或5d(双面焊)，d为钢筋直径。

（3）下导管。水下砼灌注必须使用导管，防止砼离析。下导管时要注意丝扣间的密封圈是否完好，如有破损马上更换。

（4）二次清孔。清孔(清除孔底沉渣)；端承桩孔底沉渣不得大于10cm；摩擦桩孔底沉渣不得大于30cm；小口径孔一般采用正循环清孔(一般小于1000mm)；大口径桩清孔多采用泵吸反循环或气举反循环。

（5）灌注砼混凝土至桩顶标高，灌注砼混凝土施工工艺如下：①埋管2~6cm；②达到桩顶标高前要持续灌注；③导管严禁提离砼面；④每车时间间隔不超过30分min。

混凝土的要求：级配要好，坍落度在16~22cm之间。

7 桩的养护和检测

为了保证桩的质量，要注意科学的养护方法。桩的检测分动载和静载检测，动载检测分大应变和小应变，主要是利用击打桩身产生的波形分析检测桩身的完整性。静载检测是利用压沙袋等方式检测桩的承载能力。桩身完整性和承载力经检测达到设计要求即为合格。