旋挖灌注桩施工详解

截齿底
斗齿底
冲抓锥
冲抓锥碎 石、取石
排气孔
单层 底钻 头
卵石取 芯桶钻
两瓣斗
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筒式环状钻头
• 用于较硬的基岩地层、大的漂石层及硬质永冻土 层； • 当旋挖钻斗或螺旋钻头钻进比较困难时采用筒式 钻头配合螺旋钻头及捞渣钻斗钻捞结合钻进； • 根据用途分为取芯环状筒式钻头和不取芯环状筒 式钻头两类； • 根据所钻地层不同分为可用于风化基岩及永冻层 钻进的截齿式环状钻头及用于较硬基岩钻进的牙 轮环状筒式钻头；
■ 造壁钻孔
■ 负摩阻力
桩周土由于自重固结、湿陷、地面荷载 作用等原因而产生大于基桩的沉降所引起的对桩侧表面 的向下摩擦力。 相邻桩的底标高之差应小于桩净距，一般刚性角设计取 45°。）
■ 刚性角 刚性基础中压力分布角。（桩基础中应注意
■ 桩的中性点 当桩穿越厚度为L0的高压缩土层，桩
端设臵于较坚硬的持力层时，在桩的某一深度Ln以上， 土的沉降大于桩的沉降，在该段桩长内，桩侧产生负摩 阻力；Ln深度以下的可压缩层内，土的沉降小于桩的沉 降，土对桩产生正摩阻力，在Ln深度处，桩土相对位移 为零，既没有负摩阻力，又没有正摩阻力，称该点为桩 的中性点。
砂土
人工填土
粉土
淤泥质粘土、 粘土
粉质粘土
中密~密实碎石土、 卵石、孤石
全、强风化岩层
泥岩（泥质、钙质胶结）
砂岩层
Leabharlann Baidu
石灰岩、灰岩层
凝灰岩层
花岗岩层
六、旋挖设备组成、选型及成孔工艺类型
（一）旋挖钻机组成
■旋挖钻机组成 由液压履带式伸缩底盘、主机、自行起 落可折叠桅杆、伸缩式钻杆、钻具、及滑轮架、 油缸、动力头等部件组成。
因目前桩底扩底工艺尚不成熟（未配备施工可视可控影 像管理装臵），桩端承载力未能充分发挥作用，桩设计 尺寸需增大。 因旋挖机械设备自身无吊装能力，需要吊车、起重机等 起重设备配合浇筑混凝土或安装钢筋笼；需要装载车、 挖掘机、渣车配合出土，设备占用量大，场地需宽。
控制难点及重点
对项目地勘资料的及时性、准确性、完整性要求特高；
施工准备要求高；
旋挖成桩速度快，对项目原材料及半成品供应要求高；
对项目施工组织协调能力要求高； 对项目质量技术管理能力、预判能力要求高； 对钻机操作人员技能要求高； 桩端沉渣厚度检测可视技术尚待进一步提高；
施工质量过程管理、旁站监督、收方签证的及时性显得 尤为重要。
（三）旋挖钻机适用土层范围
扩底钻头 与旋挖钻机配套的扩底钻头本身不带装渣
机构。完成一次扩孔一般需要3～4次提出钻头或靠钻头 底部将部分岩渣带出或下入捞渣斗将钻渣捞出。这种扩 底钻头不能很好清孔，即使下捞渣钻头捞渣，扩孔部分 也无法捞取，对桩的承载力影响还是存在的。要与旋挖 工法配套，研究可视可控扩底钻头清渣迫在眉捷。

行业标准
《建筑桩基技术规范》 JGJ94-2008 《建筑变形测量规范》JGJ8-2007 《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2010 《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-2012 《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003

地方标准
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》DBJ50 -125-2011 《重庆建筑地基基础设计规范》 DBJ50-047-2006 《工程地质勘察规范》DBJ50-043-2005 《旋挖成孔灌注桩工程技术规程》（征求意见稿）
五、旋挖钻进工作原理、特点、适用范围
（一）旋挖钻进工作原理 ■旋挖成孔 通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥
浆臵换护壁，反复循环而成孔。
■钻进原理 在伸缩式钻杆自重（含钻斗重）和固定于
桅架上的油缸液压压力作用下，利用钻杆和钻斗 的旋转，通过动力头旋转切削土体使土屑装满钻 斗后提升钻斗出土，并实现桅杆垂直度的自动调 节和钻孔深度的计量，经反复循环而成孔。
一种成孔工法。 不使用稳定液护壁，直接采用 旋挖钻具成孔的一种工法。 采用旋挖钻具、稳定液护壁的
■ 全护筒作业旋挖成孔
使用套管跟进对易坍塌、 易缩径地层进行护壁，采用旋挖钻具成孔的一种工法。 可分为护筒下到位后钻孔和护筒跟进钻孔。
通过预注浆工艺将钻孔位臵的松散地层 用水泥浆液胶结形成稳定的地层，然后采用旋挖钻具直 接取土成孔的一种工法。
不同钻杆特点 摩擦式钻杆
地质状况不复杂且容易钻进时； 地层承载力小于350kpa的土层、砂层、砂烁层、淤泥地 质层； 操作容易，可提高工作效率。
机锁式钻杆
地质状况较复杂且难以钻进时； 地层承载力大于400kpa的砾卵石、漂石层、硬质板砂、 硬岩层； 可适合于所有土层施工。
螺旋钻头
短螺旋
土层螺旋钻头
• 所用切削刃具为铲形耐磨合金斗齿或斗齿加截齿； • 主要用于地下水位以上的土层、砂土层、含少量粘土的 密实砂层以及粒径不大的砾石层； • 结构形式为直螺，有单头单螺、双头单螺、双头双螺三 种。
旋挖钻斗
极为重要，主要用于砂土、淤泥、粘土、淤泥质亚粘土 、砂砾层、卵石和风化软基岩地层； 针对不同的地质条件，底部有单层底板和双层底板，进 土口有单开口和双开口； 单开口开口大，适合钻进较大砾径的砾石层及大的卵石 层、漂石层等；双开口钻头适合钻进一般砂土层及小直 径砾石层； 针对不同土层分为单层底板旋挖钻斗、双层底板旋挖钻 斗、双层底板单开口全镶截齿、斗齿截齿混镶钻斗、带 辅助卸土机构的钻斗； 对于卸渣特别困难的地层（如粘泥含量很高的粘土层） 、直径小于1m的钻斗可将筒体设计成半合式或在筒体 内全高焊圆钢与母线成共4根均布；
旋挖成孔灌注桩
2012年9月
目
录
一、旋挖成桩工程应用现状 二、旋挖成桩工程相关规范、标准及文件 三、旋挖成桩工程常用术语解释 四、旋挖钻进工作原理、特点及适用土层范围 五、旋挖设备组成、选型及成孔工艺类型 六、旋挖成桩施工工艺及质量控制重、难点 七、旋挖成孔常见问题预防和处理
一、旋挖成桩工程应用现状
■ 摩擦桩 在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩
侧阻力承受，桩端阻力小到可忽略不计。
端承桩 在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端
阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计。
小直径桩 d≤250mm 中直径桩 250mm﹤d﹤800mm
大直径桩 d≥800mm
■ 砼初灌量 水下混凝土浇筑时为稀释、冲散桩底沉渣
• 常用钻头直径有Φ400mm～Φ3000mm。
筒式钻头
取芯筒钻结构特征及原理
• 钻斗斗体分为内、外管两层，外管上焊接主切削齿，内 管上焊接副切削齿，内管下端装有承托岩芯的活页片； • 钻进时岩芯将活页片顶开进入管内，提钻时活页片靠自 重处于水平位臵，将岩芯封堵在内管内，提升时将岩芯 带出孔外；
常见钻斗的结构特点与适应地层
（二）旋挖设备成孔工艺类型 成孔工艺类型
干孔钻进 造壁钻孔 全护筒钻进 静浆护壁钻进
七、旋挖成桩施工工艺及质量控制重难点 （一）施工准备
技术准备 具备资料 岩土工程勘察文件（地勘报告内容）
• 应反映场地各层岩土的类型、深度、分布、工程特性及 变化规律； • 当采用基岩作桩的持力层时，报告应反映基岩的岩性、 构造、岩面变化、风化程度、坚硬程度、完整程度和基 本质量等级，判定有无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱 岩层； • 应查明水文地质条件，地下水位埋深、类型和水位变化 幅度，评价地下水对桩基的影响；
组合杆
地基承载力≥600KPa且采用机锁钻杆无法转进的土层。
伸缩钻杆示意图（摩阻式）
机械锁定式钻杆（机锁式）
（四）钻具的选择
钻具的类型
、扩底钻头。
螺旋钻头、旋挖钻斗、筒式环状钻头
螺旋钻头 岩石螺旋钻头
• 钻头的切削刃具为头部镶焊有钨钴硬质合金的截齿； • 主要用于风化基岩、胶结较好的卵、砾石地层及硬质永 冻土层； • 结构形式有直螺和锥螺。
施工队伍组成：
1、专业地基基础施工企业
2、地勘单位专业技术人员 3、施工总承包企业 4、私人承包
存在问题
1、先进技术代替传统工艺，技术力量及经验储备不足。
2、复杂地质条件下施工经验不足，成孔工艺选择不当及缺
乏应急处理办法。
3、项目管理水平参差不齐，施工质量技术标准模糊。 4、施工技术标准欠缺。
二、旋挖成桩工程相关规范、标准及文件
（一）旋挖成桩工程相关规范、标准 国家标准：
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001 《岩土工程勘察规范》GB50021-2001 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 《建筑地基与基础工程施工质量验收规范》GB502022002 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002 《混凝土质量控制标准》GB50164-2011 《工程测量规范》GB50026-2007
D-桩孔直径（m）。
■钻孔偏斜 旋挖施工过程中，施工桩实际轴线与设计
桩孔轴线的偏离称钻孔弯曲，俗称孔斜。
■塌孔
孔壁土与原生土脱离掉入孔内的现象称为塌孔。
■卡钻 在旋挖钻进过程中，钻具被孔壁卡住，使提钻
或旋转无法正常进行的现象。
■稳定液 主要用于保持孔壁稳定的液体。 ■护筒
主要用于固定桩位、保护孔口、保持孔壁稳 定的筒状体，有钢质护筒和混凝土护筒。
（二）旋挖钻机特点
■优点
自动化程度高、移位灵活方便；
低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快，效率高；
采用柴油作为燃料，无需水电，安全性能高；
无泥浆循环，对环境污染小； 誉为“绿色施工工艺” 。
■缺点
因目前旋挖成孔基本采用干成孔方式，无护壁，遇到高 回填土、粉土层、较厚流沙层、砂卵石层、孤漂石等复 杂地质条件时，成孔较难，易造成卡钻、埋钻、钻杆断 裂，缩径、塌孔、夹砂而形成Ⅲ、Ⅳ类桩。
单层底板钻斗
单层底板旋挖钻斗统称为钻斗，适合钻进粘性地层及 胶结性强的地层；
双层底板旋挖钻斗
双层底板旋挖钻斗统称捞渣钻斗，适合钻进砂土层及 胶结性差的卵砾石地层。
双层底板单开口全镶截齿和斗齿截齿混镶钻斗主要用于 钻进卵石层； 带辅助卸土机构的钻斗主要用于钻进遇粘泥含量较高的 粘土地层可提高卸渣效率 。
• 对场地的不良地质作用，如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶 、土洞、可液化土层和特殊性岩土的分布等应有明确判 断、结论和处臵方案； • 评价成桩可能性，论证桩的施工条件及其对环境的影响 • 有关地基土冻涨性、湿陷性、膨胀性、腐蚀性等评价； • 查看勘探点平面布臵图，勘探点间距是否符合规范要求 。勘探点间距：端承桩宜为12～24m；摩擦桩宜为20 ～35m；当地层条件复杂，影响成桩或设计有特殊要求 时，勘探点应适当加密； 高回填土、卵石土、岩溶、 岩土界面坡率大于10%等复杂地质条件下的柱下单桩基 础，宜每桩设一勘探点。（ＪＧＪ９４－２００８）第 ３.２.２条
而要求一定足够数量的混凝土。混凝土初灌量计算公式： V≥ πh1d2+ πKD2h2 式中 V-混凝土初灌量（m3）； h1-导管内混凝土高度， h1=(h-h2) (m)； h桩孔深度（m）； h2-导管外混凝土面高度（m），取1.3-1.8 m rw-泥浆密度，11-12KN/m3； rc-混凝土密度，23-24KN/m3； d-导管内径（m）； K-混凝土充盈系数，取1.3；
选择钻具的注意事项
钻具是否合适，是施工能否高效钻进的关键因素 ；
根据地层情况、施工工艺进行选配，并可根据现场实际 情况进行适应性的改造； 根据钻孔直径选择合适的钻具；（钻具直径过大可能会 引起混凝土灌注超方，过小钢筋笼下放困难） 当遇到钻孔直径较大，地层强度大时，可考虑“分级钻 进”，选择合适的筒钻或钻头。
不取芯筒钻结构特征及原理
• 在钻头筒体下部直接焊接切削齿或牙轮钻，钻进时筒钻 先将地层钻成圆柱状岩芯，然后下螺旋钻头将圆柱状岩 心破碎成块体，再下捞渣钻斗捞出钻渣。这种方法施工 效率较低，共需换三次钻头。特别是旋挖工法是一种无 循环钻进法，环状钻进破碎的岩渣无法及时排出，造成 重复破碎并摩损切削齿或牙轮，故此种钻头不常用。
（二）旋挖钻机选型
■主要性能参数
最大钻孔直径、钻孔深度、扭矩、 钻杆直径、钻杆配臵、加压力、提升力、钻孔倾角等
旋挖钻机钻进过程中80%不需要用加压装臵，或需要有很小的 加压力。只有在遇到≥10Mpa 的岩石时，才使用加压装臵进行加 压，加压过程应均匀，不应太大。
目前使用的旋挖钻机生产厂家主要有三一重工、中联重 科，旋挖钻机的主要型号如下。
（二）旋挖成桩工程相关文件
一、《关于加强桩基工程质量监督和检测的紧急通知》 渝建质监【2008】004号 二、《重庆市建设领域禁止、限制使用落后技术通告（第 七号）》； 三、《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。
三、旋挖成桩工程常用术语解释
■ 干作业旋挖成孔 ■ 湿作业旋挖成孔