旋挖桩机钻孔灌注桩垂直度控制研究

旋挖桩机钻孔灌注桩垂直度控制研究

【摘要】国内外各类旋挖钻机在桩基施工领域被大量使用，但在旋挖桩机施工钻孔灌注桩的过程中，经常出现桩身垂直度偏差较大，不能满足设计要求。因此对于桩身垂直度的控制在该工艺中有重要的意义。本文分析了旋挖机钻孔灌注桩出现垂直度偏差的原因，并据此提出了相应的控制措施。

【关键词】旋挖桩机；垂直度；钻孔灌注桩；控制；

1、工程概况

1.1、工程概况

以佛陈路快速化改造隧道工程为例，该工程采用明挖施工，基坑深度大于3米小于5米的，支护结构采用φ*********水泥土搅拌桩重力式挡土墙支护；基坑深度大于5米小于11米的，采用φ

*********钻孔灌注桩+单排φ*********水泥土搅拌桩支护。基坑深度大于11米的，采用φ*********钻孔灌注桩+单排φ*********水泥土搅拌桩支护。

1.2、工程水文地质情况

根据钻孔揭露的岩性，各岩土分层如下：（1）人工填土层，平均层厚4.55m；（2）河流相冲击粘性土层，平均厚度1.60m；（3）海陆交互相沉积层，平均厚度6.57m；（4）冲积层，层厚5.40m；（5）残积土层，平均厚9.68m；（6）基岩。

所测水位为第四季孔隙水和基岩裂隙水的混合水位，水位埋深为1.79～5.50m。

1.3试桩情况

根据设计要求，对旋挖桩机施工钻孔灌注桩进行试桩，试桩采用不带气孔的旋挖单门底斗钻斗。规定桩的垂直度偏差为1%[1]，试桩共完成6根桩，共有3根桩的垂直度偏差大于1%，不合格率达到50%。

2、垂直度控制的重要性

桩的垂直度控制对基坑的后续施工有重要的意义，若基坑周边的钻孔灌注桩的垂直度偏差较大，将导致基坑四周的围护结构受力不均，给基坑的安全带来较大的隐患。同时若钻孔灌注桩的垂直度偏差较大，对后期主体结构的施工和使用带来较大的影响，由于主体结构周边的钻孔灌注桩垂直度偏差较大，导致主体结构周边的受力不均匀，进而导致主体结构出现裂缝，对主体结构的后续使用带来隐患。

3、垂直度出现偏差的原因

试桩垂直度偏差较大，经过对实际工程项目的分析，从机械选择到最后成孔，总结出下列原因：

1、钻头的选择，旋挖桩机钻进过程中地质软硬不均匀，钻头的选择不能满足不同地质情况的需求，导致钻头发生偏位，进而出现桩的垂直的偏差不符合规范要求。

2、护筒埋设出现偏位。

3、钻孔过程中钻杆出现位移。

4、钢筋笼定位出现偏位，原因有控制钢筋笼的垫块设置不当导

致偏位、钢筋笼就位后没有进行对中复核造成偏位、混凝土灌注过快或导管挂住钢筋笼导致钢筋笼偏移产生偏位。

4、垂直度偏差控制措施

4.1、钻头的选择

根据地层情况选用钻头：

1、粘土：选用单层底的旋挖钻斗，如果直径偏小可采用两瓣斗或带卸土板的钻斗。

2、淤泥、粘性不强土层、砂土、胶结较差粒径较小的卵石层：选用双层底的钻挖钻斗。

3、硬胶泥：选用单进土口的（单双底皆可）旋挖钻斗，或斗齿直螺。

4、胶结好的卵砾石和强风化岩石：需要配备锥形螺旋钻头和双层底的旋挖钻斗（粒径较大的用单口，粒径小的用双口）

5、中风基岩：配备截齿筒式取心钻头--锥形螺旋钻头--双层底的旋挖钻斗，或者截齿直形螺旋钻头--双层底的旋挖钻斗。

6、微风化基岩：配备牙轮筒式取心钻头--锥形螺旋钻头--双层底的旋挖钻斗如果直径偏大还要采取分级钻进工艺。

试桩采用没有气孔的单层底钻斗，由于其只适用于粘性较强的土层，本工程中地质软硬不均，在较深部位有微风化和中风化基岩，导致旋挖桩机施工过程中钻头出现偏位，进而导致桩身垂直度出现偏差。

4.2、护筒埋设

钢护筒埋设前，应准确测量放样，保证钢护筒顶面位置偏差不大于5cm，埋设中保证钢护筒斜度不大于1%；钻机就位，钻头精确对准桩位点，埋设钢护筒前，采用较大口径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后，使用钻机副卷扬机吊起护筒入孔口。提出钻斗且用钻斗将钢护筒压入到预定位置。

埋护筒时为保持护筒垂直度，应通过以不同的引桩到桩心距离进行交汇控制，直至护筒顶到指定标高。护筒埋好之后以此间距离和之前定好的方向恢复桩中心位置，并检测护筒中心是否与桩中心重合，并控制在±5cm 范围之内，同时对护筒周围进行夯实，使其稳固不会在钻孔过程中偏移、垮塌。

4.3、钻孔过程

钻孔桩开孔后应缓慢钻进，旨在形成良好稳固的护壁，保证孔位正确。在钻孔过程中定期用距离交汇校核钻杆位置，发现偏位立即调整，直到孔位定型时，方可停止校核。

在钻孔作业之前需要对桅杆进行定位设置，作业的过程中也需要对桅杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在桅杆相对零位±5°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而桅杆超出相对零位±5°范围时，只能通过显示器上的点动按钮或左操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，可通过显示器的桅杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使桅杆最终达到作业成孔的设定位置[2]。

4.4、钢筋笼定位

桩垂直度偏位检测是通过钢筋笼的中心与设计桩中心的偏差来

确定，所以钢筋笼的定位是桩位偏位控制中的重要的一项。

（1）钢筋笼下放时采用两条吊筋，保证钢筋笼起吊后的垂直度。（2）按照规范要求加保护垫块，尤其在桩顶位置应多加设一些保护垫块。

（3）钢筋笼下放至孔中后，在钢筋笼骨架钢筋上拉十字线确定中心点，然后通过引桩和定好的方向进行距离交汇恢复桩位的中心，通过吊垂线与钢筋笼的中心进行比较，通过吊机微移钢筋笼进行调整，保证两个中心重合，然后焊接定位筋，使定位筋抵在护筒壁上，以达到稳固钢筋笼的目的。如果桩顶位置离护筒顶位置距离较大时，需焊接假笼至护筒顶，同时用上述的方法进行定位，需要注意的是要保证假笼具有一定的刚度。

（4）在灌注的混凝土接近钢筋笼时，放慢混凝土灌注速度，待导管底提高至钢筋笼内2 m以上方可恢复正常的灌注速度，确保钢筋笼不会因为混凝土的反冲力造成钢筋笼上浮偏移，同时导管位置居于孔中心，避免偏向一侧，以免灌注过程中混凝土反力不均而造成骨架移位。

5、结语

由于旋挖钻的诸多优点，使得它在桩基施工领域的应用越来越广泛，不断的在施工过程中总结控制桩位垂直度的措施，对旋挖机钻孔灌注桩的施工工艺有着很重要的意义。

参考文献