浅谈旋挖钻机灌注桩施工工艺在回填土层中的应用

浅谈旋挖钻机灌注桩施工工艺在回填土层中的应用
摘要：旋挖钻机灌注桩施工工艺在我国是近几年才推广使用的一种较先进的桩基施工工艺。

最近几年重庆地区很多桩基础工程，也陆续采用旋挖钻机施工工艺，重庆地区属于山地、丘陵地带，地势高低不平，很多建筑物和构筑物是建立在回填土层上的，在回填土层的过程中，没有严格按照规范进行分层填筑和分层碾压，施工中，为了赶进度，很多平基工程采取的是抛填施工，导致回填层不密实，直接在回填层上开挖桩基础，对在回填层上采用旋挖钻孔灌注桩技术的应用进行总结。

关键词：旋挖钻机；灌注桩；工艺；回填层；应用
Abstract: The construction technique of the rotary excavating drill perfusion pile in China is only in recent years promotes a more advanced pile foundation construction technology use. A lot of pile foundation engineering in recent years in Chongqing area will also adopt the rotary drilling rig construction technology. Chongqing area is mountainous, hilly, rugged terrain, many of the buildings and structures are established in the backfill soil. In the process of backfill soil, not in strict accordance with the norms of layered filling and compacted by layers, construction, to catch up, many flat base project is taken to throw fill construction, resulting in backfill layer is not dense, directly in the backfill layer excavation of pile foundation, application of drilling in the backfill layer using rotary grouting pile are summarized.
Keywords: rotary drilling rig; bored pile; technology; backfill; application
1、工程概况
南泉立交工程宗申大道上跨桥，由白居寺长江大桥至南泉方向，桥梁起点桩号K1+673.817米，终点桩号K1+833.314米，全桥长159.50m。

上部构造为40m+70+40的现浇连续箱梁，混凝土标号为C55，全宽21.00m，左、右幅桥分别宽9.00m。

该桥桩基设计直径为1.50m的钻孔灌注桩，共计48根，长920米，所有的桩基础均采用嵌岩桩基础，采用旋挖钻孔桩。

桩基础应嵌入完整的中风化岩面不少于4倍桩径。

桩端岩石天然单轴抗压强度标准值设计不小于6.5MPa，桩基础进行了地质勘测钻孔，桩基础上部为素填土和粉质粘土（主要为回填土层），其土层深度为12.30m，高程为194.54m；下部为砂岩和泥岩，强风化砂岩深度为16.40m，高程190.44m，以下为中风化砂泥岩。

岩土界面较为平缓。

按照设计桩顶标高，需要在原地面下挖4-8米左右，才是桩顶标高位置。

根据现场施工环境，地下水较丰富，附近管网较多，有宗申动力城小区的自
来水水管，有10千伏的高压电杆和地下电缆线。

电杆、电缆、水管搬迁后，进行场平工作，桩基础进行旋挖钻机施工。

桩基础桩径为φ150，共计48根。

该位置的桩基础基本位于原回填土层上，施工难度大，影响因素多。

2、主要施工设备
进场旋挖钻机型号为中联ZR250B，输出扭矩250kN.m的设备（施工孔径2500mm内、孔深机锁式钻杆56m/摩擦式钻杆84m内），卡特320挖掘机、25吨吊车等施工设备按施工需要进场。

钻杆：主要配备机锁式钻杆。

钻具：主要配备双头双螺锥钻、900mm钻头、双开双底岩石钻、双开双底清孔器，根据该段岩土地质情况灵活使用。

护筒：每台钻机配备最大孔深等倍护筒，护筒的深度根据现场地质情况和浮土层的厚度进行准备，施工现场准备了6米、4.5米、1.5米长的护筒。

料斗：施工现场准备了两个料斗，装第一盘料的大料斗，开口直径为2米，上口高度为0.5m，下口直径为0.33m，高度为0.9m，斗容量为2.5m3。

为了满足现场第一盘料的要求，在现有料斗内加高 1.0m，增加第一盘料的混凝土量，这样，第一盘混凝土量能够达到4.5m3左右，能够满足要求。

还准备了一个的梯形小料斗，上口为1m，下口为0.33m，高度为0.6m。

导管：每台钻机配备最大孔深2倍导管。

导管的直径为0.33m，导管的埋底第一节长度为4m，其余为3m一节，采用密封垫，车丝连接，防止接头漏气。

3、施工作业流程
3.1旋挖钻机成孔工艺
该桩基础位于回填土层上，护壁处回填土质松散，极不稳定，为了确保工程质量和安全，对所有桩基础采用钻孔灌注桩。

旋挖钻机成孔是通过底部带有活门的桶式钻头的回转，直接将土旋入钻头内，然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，如此循环往复，直至成孔的过程。

施工前应根据不同的地质情况选用不同类型的钻头，在施工过程中配合岩土地质情况，灵活使用。

3.2施工准备工作
3.2.1由测量人员测量放线定桩位，设备材料进场，设备安装就位。

3.2.2清除杂物、换除软土、平整压实，
3.2.3准备好足够的材料堆放场地。

3.2.4按照设计要求，制作完成钢筋笼，埋设好声测管，严格按照设计进行布设。

3.2.5根据孔深，备足混凝土导管，事先预拼并做试压试验，按自下而上顺序编号并标示尺度。

3.2.6钻孔前应设置坚固、不漏水的孔口护筒。

护筒采用8mm厚钢板制作，应考虑钢护筒不变形和起吊方便的加强设备，钢护筒长度6m、
4.5m、1.5m等规格，护筒直径比桩径大0.2m，根据地质情况选用适当的护筒长度，每次使用完毕后，进行校核和清洗干净，确保护筒不变形。

3.3钻进
3.3.1根据地勘资料提供的数据分析，采用护筒的长度，护筒的长度确定后，在护筒顶面、原地面标高已测定，钻机的性能状态检查良好的基础上，钻机就位。

钻机就位前，底架应垫平，保持稳定，不得产生位移和沉陷。

钻杆中心与护筒中心偏差不得大于5cm。

3.3.2钻机定位要点：准确、水平、垂直、稳固，钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线保持在同一直线。

用测量仪器将护桩点引到孔口的护筒壁外，形成十字交叉来进行钻机的定位，钻头中心位置的偏差不大于2cm。

3.3.3开孔时，保证钻头对准桩位，预防孔斜和桩位偏差，使初成孔壁竖直、圆顺、坚实。

起初，钻机轻压慢转渐渐进入，待钻头全部进入地层后方加速钻进。

保证文明施工，在钻进过程中取渣和停钻后，观察钻孔的情况，有无塌孔。

3.3.4套管跟随钻进时，套管底口应与钻头旋挖深度相适应，确保不超挖。

3.3.5控制钻头的提升速度，避免因钻头在孔内提升过程中，升降速度过大，造成成孔的水位在孔壁和钻头之间流动，加大对孔壁的冲刷，形成孔壁坍塌。

同时钻孔过程中还要考虑地质情况，当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；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；到砂层后，钻机操作要轻提，轻放，不要强行加压。

3.3.6旋挖钻机配备的电子控制系统，可以显示并调整钻杆的垂直度，同时在钻杆的两个侧面均设有垂直度仪。

在钻进过程中有专人观察两个垂直度仪，记录仪表上的数据，随时指挥机手调整钻杆垂直度。

通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证成孔的垂直度。

同时，设定好钻孔的设计深度，由专人记录钻孔的深度，形成原始记录资料，进入施工日志。

分析渣样，根据渣样分析判断是否进入中风化层，确定桩的嵌岩深度。

3.3.7钻孔过程中，按试施工确定的参数进行施工，设专职记录员配备测具及记录单记录成孔过程的各种参数，如钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况，记录必须认真、及时、准确、清晰并及时交与现场技术负责人查看，该记录资料进入施工日志。

施工过程对钻头磨损超标的要及时更换，以确保钻孔孔径。

3.3.8钻孔作业应连续进行，因故停钻时，将钻头提离孔底5m以上，最好提出孔外以防埋钻，孔口加护盖。

3.3.9钻孔过程中当地质发生变化时及时捞取渣样，检查并记录土层变化情况，并与地质剖面图核对，分析地质吻合情况，以便控制钻进速度，密切观察有无异常情况，有异常情况应立即停钻，分析原因，及时处理。

钻孔桩钻到预挖深度时应通知监理工程师，根据《建筑桩基检测规范》和地勘、监理、业主结合地勘资料的情况，要求取样频率组数，旋挖钻机用直径为900mm筒钻取芯后，再用小型空心钻头钻孔取出满足规范要求的试块，到指定的检测站进行试块轴心抗压实验，试验合格后，方可进行下到工序的正常施工。

3.3.10成孔达到设计深度时，技术人员及时对孔位、孔径、孔深、孔形及竖直度进行检验，孔深控制以测绳测出的周边四点平均值为准，垂直度采用设备上的仪表数据为准，该数据以形式记录，并保存，及时报监理工程师检查验收，合格后进行下一道工序。

3.3.11钻孔桩达到设计深度并满足嵌岩要求后，根据图纸设计对桩底进行扩底，扩底钻的选择根据桩径尺寸大小及设计扩底尺寸大小合理选用.
3.3.12结合施工现场实际地质情况，地质条件较差的位置，为减少旋挖钻孔对相邻桩孔孔壁和已浇筑混凝土的扰动影响，应待邻孔混凝土抗压强度达到
2.5MPa后方可开钻或采取隔桩钻孔的方式进行作业。

3.4弃土堆方处理
严禁污染环境，在桩基施工时产生的大量弃土，干土部分由运输车辆转运、清除，以保障施工的顺利进行。

由于部分采用加水钻孔，产生的泥浆部分，在周边开挖一个沉砂池，沉淀后的清水，直接排入排水管网，沉淀物直接清运外出到指定弃土场地。

3.5清孔
3.5.1钻孔至设计高程，经对孔径、孔深、孔位、孔型、沉渣厚度、竖直度等进行检查确认钻孔合格后，进行清孔。

采用专用清孔器进行清孔，沉渣厚度直到满足规范要求为止。

3.5.2清孔应达到以下标准：浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度：群桩不大于
5cm。

严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。

3.5.3清孔是钻孔灌注桩保证成桩质量的重要一环，通过清孔确保桩孔的各项质量指标、孔底沉渣厚度、孔壁泥垢等符合桩孔质量要求。

若沉淀时间较长，在下钢筋笼之前，再次用测锤和平板测量沉淀厚度，确保沉渣厚度达到要求，再下放钢筋笼，安装好灌浆导管后，灌注水下混凝土。

3.5.3桩孔验收：清孔完成后，由监理主持，立即召集地勘、设计、业主、质监站组织成孔验收，验收完成后立即进行下放钢筋笼、混凝土浇筑。

3.6吊放钢筋笼
3.6.1制作完成的钢筋笼焊接吊装吊环。

吊放钢筋笼时采用25吨吊车将钢筋笼水平起吊，起吊时用吊车大勾分两点固定钢筋笼顶端吊环，小勾一点吊装钢筋笼1/2至1/3中间部位。

起吊时，先提起中间吊点，使骨架稍提起，再与端点同时起吊，待骨架离开地面后，中间点停吊，继续提升端吊点。

随着端吊点不断上升，慢慢放松中间吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。

放松中间吊点的钢丝绳，检查骨架是否顺直，如有弯曲应调直。

然后移至孔口，通过护筒用十字护桩进行对中后然后下放钢筋笼。

当钢筋笼骨架进入孔口后，应根据定位钢筋的布设将其扶正徐徐下降，严禁过大摆动，避免定位钢筋对孔壁的碰撞。

当骨架下降到第二吊点附近的加强箍筋的下方时，将钢筋骨架临时支撑于孔口，孔口临时支撑用两根方钢棒，方钢棒应满足强度要求。

将吊钩移至骨架上端取出临时支撑，将骨架徐徐下降，骨架降至设计标高为止。

起吊第二节骨架时，将骨架临时支撑于护筒口，使上下两节骨架位于同一直线上进行焊接，并在孔口牢固定位，以免在混凝土灌注过程中发生浮笼现象。

3.6.2吊放钢筋笼时，保持垂直，轻放，慢放入孔，不得左右旋转，若遇障碍应停止下放，查明原因进行处理。

严禁高提猛落和强制下入。

3.7吊放导管
3.7.1采取在料斗边缘加高的措施，确保第一盘料有3.5m3左右，第一次浇筑混凝土量大于1米的深度，用3000mm的导管连接吊入孔时，将橡胶圈安放周整严密，确保密封良好，导管在桩孔内的位置应保持居中，防止导管偏位、撞坏钢筋笼并损坏导管。

3.7.2导管的内径为300mm，长度一般为3m。

第一节导管长4米。

导管底部距孔底(孔底沉渣面)高度一般为0.3m～0.5m，导管全部入孔后，根据每节导管的固定尺寸计算出导管柱总长和导管底部位置，并再次测定孔底沉渣，若超过规定，应再次清孔。

3.8砼浇筑
3.8.1因为孔内地下水丰富，无法抽干，采用水下混凝土灌注，首批砼浇筑
采用2.5方料斗，采取措施加高料斗，确保第一盘料斗有3.5方左右，装满后一次性放入孔内封底。

砼浇筑，必须紧凑地、连续地进行，严禁中途停工。

提前计划3车混凝土在施工现场，才开始进行混凝土浇筑，必须保证商品砼的按时足量供应。

3.8.2浇筑过程中，经常用测锤探测砼面的上升高度并适时提升拆卸导管，保证导管的合理埋深。

开始是到底的，随后跟着砼的提升，导管也提升，但导管应该在砼中2米。

不得拔出砼1.5米。

随着孔内砼的上升，逐步进行导管拆除，并立即清洗导管，清洗过后的污水通过现场的临建水沟排入预挖好的沉沙井内。

灌注接近桩顶部位时为了严格控制桩顶标高，计算砼的需要量，控制最后一次的砼灌入量。

3.8.3当混凝土面升至钢筋骨架下端时，为防止钢筋骨架被混凝土顶托上升，可采取以下措施：a、当混凝土面接近或初进钢筋骨架时，应保持较深埋管，并徐徐灌入混凝土，以减少混凝土从导管底口出来后向上的冲击力；b、当孔内混凝土面进入钢筋骨架4～5米时以后，适当提升导管，减小导管埋置深度，以增加骨架在导管底口以下的埋置深度，从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。

3.9护筒的提升
混凝土浇筑完成后，在混凝土初凝前开始提升护筒，在提升护筒的时，要求有经验的专人负责提升，确保护筒在提升过程，混凝土不离散，桩径不索颈，确保砼浇筑质量。

旋挖钻机在回填土层中施工应注意的问题
4.1、首先要熟悉图纸和地勘资料，全面了解回填层和原土层的地质情况。

4.2、对操作人员要求能熟练操作旋挖钻机设备，掌握设备性能。

4.3、根据土层结构制作护筒的长度。

4.4、依据现场地质情况选择合适的旋挖钻机钻头。

4.5、在施工过程中，需要派专人观察周围地质情况有无变化，有新的情况，需要立即汇报，采取果断措施。

4.6、坑壁土质松散，容易坍孔，需要采取应急措施，确保施工安全。

5、旋挖钻机在回填土层应用的总结
5.1、适用回填土层的各种土质。

5.2、旋挖钻机由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆的重量，钻
进能力强，回填土层中地质情况复杂，需要钻进能力强的设备。

5.3、成孔速度快，旋挖钻机的成孔速度最快能达到1m/min，与传统的循环钻机相比优势明显，这样就有效地保证了工程的进度，节省了工期，减少了施工投入。

5.4、对环保污染影响小，旋挖钻机采用动力头形式，其工作原理是用短螺旋钻头或旋挖斗，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外，在不需要泥浆支护的情况下就可以实现干法施工，这使污染源大大减少，改善了施工环境，成孔效率大大提高。

5.5、能提高桩的承载力，由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，其钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙、不易产生缩径。

5.6、行走移位方便，旋挖钻机的履带机构可将钻机方便地移动到所要到达的位置，而不像传统循环钻机移位那么繁琐，从而加快了施工速度，对场地的适应能力极强。

5.7、桩孔对位方便准确，旋挖钻机仪表盘有深度、压力表和垂直度控制，在对位过程中操作手在驾驶室内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。

5.8、重庆地区属于丘陵地带，回填土层较多，很多建筑物、构筑物在回填土层上，施工难度大，安全隐患突出，采用旋挖钻机施工工艺，解决了安全、进度的难题。

5.9、随着城市建设规模的不断扩大,大型地下工程、市政基础设施工程必然越来越多,旋挖桩施工工艺必将具有非常广阔的前景。

参考文献1、《干成孔旋挖桩施工技术浅析》《重庆建筑》2012年第08期
2、《旋挖钻孔灌注桩施工技术》《技术与市场》2012年01期
3、《旋挖钻孔(扩底)灌注桩的应用》《施工技术》2007年第S1期
4、《旋挖桩施工技术在深基坑中的应用》《城市建设理论研究》2012年22期
联系人：蒲黎明男本科高级工程师出生年月：1973年9月
主要从事工作：公路工程施工管理
研究方向：公路工程新技术施工方法。