旋挖钻机与钻孔咬合桩施工工法(定稿)

旋挖钻机与钻孔咬合桩施工工法

北京市三一重机有限公司黎中银龚高柏

前言：旋挖钻机在现代地基基础施工中的优势对诸位来说已经是耳熟能详了，但旋挖钻机在工民建及在地下工程开挖领域的基坑支护方面的巨大潜力,对习惯于传统设计理念和施工方法的设计大师们和施工专家来说，应该是一个值得倾注心血去关注或亲自尝试的新课题。笔者结合十余台三一重机生产的SR220C、SR180旋挖钻机在中东海湾地区参与重大工程项目建设的实践，并参考国内外地铁工程和高层建筑基坑围护工程方面钻孔咬合桩施工工法应用的成功经验，对在工民建及地下工程开挖领域的基坑支护工程中如何合理和有效地使用旋挖钻机进行钻孔咬合桩施工工法的施工工艺和过程管理规范,做出一个基本的探讨和归纳，以飨读者。

一、咬合桩施工工法的现状

基坑工程是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题。放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代。特别是20世纪以来，随着大量高层，超高层建筑及地下工程的不断涌现，旋挖钻机特别是钻深不超过40米的中小吨位旋挖钻机替代套管钻机、循环钻机、以及螺旋桩机，用钻孔咬合桩施工工法来完成主体基坑支护工程，得到了广泛的应用，并逐渐从理论和概念上得到完善和成熟，形成了一种新的现代基础施工工法：钻孔咬合桩基坑支护工法。如图1所示。

图1 钻孔咬合桩基坑支护工法的现场施工照片

二、工法特点

1、采用旋挖钻机施工，在成孔过程中有钢套管（一般直径为∮1000mm左右）护壁。无孔壁坍垮问题，且成孔垂直度能由旋挖钻机垂直度控制系统自动调整和保证。如三一重机生产的SR220C旋挖钻机可实现垂直度误差不大于千分之二的控制精度。因此，咬合桩终端持力层处错位交叉的偏离精度可控，桩型标准。即用旋挖钻机在桩身混凝土处于塑性状态下完成切割咬合过程形成的排桩围护结构整体性状好、支护强度大、防渗效果佳。一些厂家生产的旋挖钻机甚至可通过驾驶室内的HMI操控系统，可清楚判定和记录所穿越地层的土质情况及桩底持力层情况，因此成桩过程容易控制。

2、施工机械化程度高、成孔速度快、桩机就位迅速、成桩效率明显高于其他类型灌注桩。

3、施工无噪音、无振动，对地层及周边环境影响小，少泥浆作业，施工现场洁净，安全文明施工管理易达标。

4、钻孔咬合桩围护结构适用地层范围广，尤其在富水软地层中施工的排桩围护结构防渗效果好，无需另外增加辅助截水帷幕等防水措施，与其他达到相同工程要求的围护结构形式（如人工挖孔排桩、地下连续墙及泥浆护壁钻孔排桩等）相比较，造价低。

图3 单桩的施工工艺流程图

1、压入护筒并取土成孔为了保证进入桩位预孔内的护筒的垂直度要求，先用旋挖钻机的护筒驱动器压入第一节套管（每节套管长约7-8m） 1.5m-2.5m，然后用短螺旋钻斗（或土斗等）从套管内取土，一边卸土、一边继续下压护筒没入土中，第一节套管按要求压入土中后，地面以上要留 1.2-2m，以便于接管。此后要视桩位的地质情况来取舍需要接入钢护筒的节数或长短，以及压入钢护筒的方法：对于地质条件优越的桩孔（护壁性能好，质地均匀等）可考虑不再接入第二节护筒即用直接取土法施工。在需长套管护筒护壁时，除用护筒驱动器压入外，也可考虑用振动锤下护筒技术来提高作业效率。

2、垂直度的检测在用驱动器压护筒时，桩位垂直度的检测一般为抽样检查。

3、吊放钢筋笼对于需放置钢筋的桩孔，成孔检查合格后进行安放钢筋笼工作。安装钢筋笼时应采取有效措施保证钢筋笼标高的正确。

4、灌注桩芯混凝土如孔内有水时需采用水下混凝土灌注法施工；如孔内无水时则采用干孔灌注法施工，此时应加强振捣。

5、拔管成桩一边灌注混凝土一边拔管，此时常用振动锤起拔护筒套管。

6、预置二次灌浆导管在预置灌浆导管时，不但在桩心要预置一次灌浆导管，在桩的咬合相交部分，还应布置直径为∮50mm左右的PVC导管（二次灌浆导管），为事后压密注浆提高排桩承载力和防渗效果做事前准备。

7、成桩维护灌注后的单桩或排桩，总会存在缩颈、搭接错位、承载力不足等等缺陷，进行事后补救维护是必须的。

纠编操作等而损坏。导墙的施工场景可参考施工实例部分的照片图7（导墙法多用于少水干法施工时）。

2、成桩以后，尚有大量的维护事项。如排桩错位搭接不足时，就必须用压密注浆法进行二次灌浆，提高承载性能、防渗性能等。

图5 现场施工过程控制管理要点

六、关键技术

（一）控制钻孔咬合桩桩位

为了保证钻孔咬合桩有良好的咬合效果，应严格控制孔口的定位误差，孔口定位误差的允许值见表1

表1 孔口定位误差允许值（mm）

咬合厚度桩长＜10m 桩长10-15m 桩长 15-20m 桩长20-30m

150mm ±15 ±10 ±10 ___

200mm ±20 ±15 ±10 ±5

250mm ±20 ±15 ±10 ±8

（二）单桩垂直度的控制

为了保证钻孔咬合桩底部有足够的咬合量，除严格控制孔口定位误差外，还应对其垂直度进行严格的控制，根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》规定，桩的垂直度标准应小于3‰。

成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须抓好以下三个环节：

1、管的顺直度检查和校正

钻孔咬合桩施工前应在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正，首先检查和校正单节套管的顺直度，然后将按照桩长配置的套管全部连接起来进行整根套管的顺直度检查和校正。单节套管（8m）的顺直度偏差应小于4mm，整根套管（15-25mm）的顺直度偏差应小于10mm。

2、成孔过程中桩的垂直度监测和检查

（1）地面监测用SR系列旋挖钻机时，可自动保证垂直度在3‰范围以内。

（2）孔内检查每节套管下压完成后安装下一节套管之前，可视施工过程中桩孔垂直度的变化规律，定期安排一定频次的抽样检查，即停下来用测斜仪进行孔内垂直度检查。

3、纠偏

成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时纠偏，一般是利用钻机的套管驱动器来进行切削钻进纠偏即可。

（三）超缓凝混凝土的缓凝时间要求

A桩混凝土缓凝时间应根据钻机施工咬合桩工序要求时间来确定，单桩成桩时间又与地质条件、桩长、桩径、钻进能力及操作工艺水平等有直接的关系。因此，A桩混凝土缓凝时间主要根据以下因素来确定：

（1）根据工程的具体情况和所选钻机的类型在现场作成桩试验来测定A、B桩单桩成桩所需时间tA、tB。

（2）A桩混凝土的缓凝时间，可根据下式计算

T=k(2tA + tB )

式中T——A桩混凝土的缓凝时间（初凝时间）；

k——不可预见因素影响系数，k=1.20；

tA、tB——A、B型桩单桩成桩所需时间。

（四）克服桩内“混凝土管涌”

在B桩切割两侧A桩成孔过程中，由于A桩混凝土尚未凝固，还处于流塑状态，因此A 桩混凝土可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内，称之为“混凝土管涌”。克服“混凝土管涌”主要采取以下措施。

（1）控制A桩混凝土的坍落度，不宜超过14cm。