旋挖桩机成孔（扩孔）代替人工挖孔桩技术在工程中的应用

一、工程概况

本工程位于广州市区，总建筑面积63070m2的住宅楼，地上28层，地下3层，基坑深13.8m，基坑底标高为-5.2m。工程基础桩采用78根Ф1300桩、54根Ф1400桩和42根Ф1800桩，桩端持力层为微风化砂质泥岩或中、微风化粉砂岩，岩石天然单轴抗压强度要求≥7.0MPa。地质勘探采用一桩一钻，其中典型地质剖面如图，设计桩长约为7m～13m，设计成孔方法为人工挖孔。

人工挖孔桩机具设备简单，无噪音，无震动，成孔直观，质量可靠等优点，特别是在扩大头的桩基施工中，可以弥补机械施工的一些不足。但人工挖孔桩劳动强度较大，作业环境较差，单桩施工速度较慢，尤其是安全性较差。

由于本工程工期比较紧，微风化岩面比较高，如果采用人工挖孔桩势必使工期滞后，一旦人工无法下挖而需要无声爆破时，爆破产生的震动可能会危及周边的民房。且在基坑南侧有一条直达基坑底的施工便道，加上基坑底处于中、强化岩面上，为旋挖桩机进行机械成孔（扩孔）提供便利条件。经综合考虑拟采用旋挖桩机成孔（扩孔）代替人工挖孔桩，配合人工清孔。

二、旋挖桩成孔施工工艺流程（如图1）

图1

三、施工技术要点

1.施工放样：场地平整硬化，施工放样采用全站仪，放样前仔细复核施工图纸桩位坐标，由测量人员现场放样、自检合格后，报监理工程师验桩位。本工程基础桩施工之前，即在基坑土方开挖完成后立即在基坑底铺300mm厚的6%水泥石粉缓冲层进行封底硬化处理后便于旋挖桩机进行行走施工，故在基础桩施工之前，对桩位范围的硬地石粉层进行破除后再用人工运至场区内的土方临时堆放点。

2.钢护筒埋设：根据现场实际情况，在孔口2m深度内为岩层时，可不埋设钢护筒。当孔口2m深度内为流砂或淤泥等软土时，测量定位埋设钢护筒，护筒外径略大于孔桩直径，护筒埋入地面以下大于1.0m，上端高出地面约20～30cm，周围回填粘土并分层夯实，以防止泥浆从孔口或护筒底流向孔内。

3.挖泥浆池、泥浆拌制（干成孔作业时该项可省略）

(1）泥浆池选择在桩位附近地势较洼处，尺寸约3000×5000×2000mm（长×宽×深），并在四周用土筑堤以防止泥浆污染，泥浆经净化后可循环利用。

(2）泥浆原料要求：泥浆一般选用塑性指数大于25、小于0.005mm的粘粒含量大于50%的粘土，浆用泥浆密度计测试泥浆相对密度在1.1～1.2之间，在易坍塌的砂层中成孔，泥浆相对密度应控制在1.25～1.30之间；含砂率小于2%，旋转粘度计测试泥浆粘度在18～25S之间。

4.桩机就位

根据施工图及测量控制网资料，按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，并会同有关人员对轴线、桩位进行测量复核，并作出复核记录，经复核确认桩位的轴线正确无误，并做好地下管线物探工作后方可埋设护筒。

桩位移机，检修合格后，在确保桩机底工作面能承受桩机自身重量时可开始调整桩机平整度及垂直度，钻杆中心对准桩位可开钻。旋挖钻机配备电子控制系统可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，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，从而保证了成孔的垂直度。

5.成孔

开始钻进时先轻压慢转，后逐渐加大转速和转压，逐渐钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：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；在成孔后容易缩径的地层中，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；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。必须按要求测试进、出口泥浆指标,发现超标及时调整。

6.扩孔

当旋挖桩机挖至预定深度后换为扩底钻头开始扩底。首先缓慢下放钻头，避免钻头与孔壁相刮蹭，在下放钻头至孔底时轻微加压，记下此时的下放深度；然后缓慢加压，低速钻进直至达到扩底行程；最后继续多钻5～10圈以利于保证孔底形状。扩底完成后上提钻头，在上提的过程中不能硬提，如遇卡滞等现象要正反转几圈缓慢上提，直到扩底钻头提出孔外。

7.终孔检查和清孔

在钻进过程中做好冲进记录，终孔时利用冲进的深度计算孔底标高，以及孔底到护筒的高度，并利用测绳进行复核，当旋挖钻孔（扩孔）达到设计标高，经终孔检查后，即进行清孔。清孔前先用吊车协助将孔口钢护筒（做法详见附图）埋放在桩孔口位置, 护筒外径同孔桩直径，安放后孔口钢护筒应高出原土面50mm, 护筒埋入地面以下1.5m，钢护筒周围回填粘土并分层夯实，以防止泥浆从孔口或护筒底流向孔内。然后用50 T履带吊车再吊放清渣钢护筒下放至桩孔底，并及时抽干桩底地下水，再用毒气探测仪及活体动物（例小鸟）先行探测井下是否存在有害毒气，气体检测为合格后，工人才能从清渣钢护筒下到桩底进行清渣。清孔后井底标高应比设计桩底标高低约30cm范围内。工人在清孔过程中应不断往井下送风以稀释井中可能存在的有害气体。清孔时不断量测沉渣顶面到护筒的高度，计算孔底沉渣的厚度，直到孔底沉渣符合设计及技术规范的要求，要进行多点量测，防止孔底局部沉渣过厚。

清孔是旋挖钻桩机械成孔（扩孔）的施工质量是否得到保证的重要环节，通过清孔确保桩孔的质量指标、扩大头几何尺寸、孔底沉渣厚度等符合桩孔质量要求。故在工人清孔完成后，实行三级验收制度。先由班组长对桩孔的成孔尺寸、孔底沉渣进行自检合格后，再由质量员下井验收合格且拍照取证后再报监理验孔，由监理验孔合格再拍照取证后才能进入下一工序的施工。

8.钢筋笼制作及安装

(1）钢筋笼制作：钢筋笼各部位尺寸下料应严格符合设计要求，焊接牢固，单面焊长度10d，双面焊长度5d。为保证两节钢筋笼对接时在35d范围内有接头的受力钢筋面积占总面积不大于50%，应按一长一短放置。加强钢筋自桩顶下1.40m起每隔2m焊接在主筋内侧，钢筋笼的主筋净保护层不小于70mm（制作时加耳环，保证保护层厚度）。分段制作的钢筋笼，其长度以8～12m为宜。如果钢筋笼总长度不超过15米、场内满足吊机作业时，则在加工场直接按一节加工成形、一次吊装。

(2）钢筋笼安放

安放钢筋笼前应先回拔钢护筒，吊运时应采取措施防止扭转、弯曲。安装钢筋笼时，应对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。钢筋笼下沉到设计位置后，应立即固定，防止移动。吊放时采用φ10钢筋做为吊筋。吊放钢筋笼时注意不能碰撞孔壁，防止坍孔，并防止泥土等杂物带入孔内。钢筋笼绑扎好后整体吊放，吊入后校正轴线位置，并牢固定位。为避免在灌注砼时发生浮笼现象，在钢筋笼主筋处对称插入两条钢管顶住加劲箍，护筒面横穿一条钢管并插入护筒面吊环，把两条钢管用扣件扣死。

9.桩身混凝土的灌筑

(1）当桩孔内渗水量不大（＜1m3/h，或积水厚度＜50mm）时，采用C30普通混凝土灌注法。 挖孔桩灌筑混凝土前，再次测量孔内虚土厚度，超过要求应进行清理。混凝土配制采用粒径不大于50mm石子，水泥用425号普通或矿渣水泥，采用普通商品混凝土,坍落度为10～12cm。混凝土下料采用串桶，深桩孔用混凝土导管。混凝土应连续分层浇灌，每层浇灌高度不得超过1.5m.大直径挖孔桩应分层捣实，第一次浇灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实，再分层浇筑桩身，直至桩顶，浮浆高度控制在30cm之内。

(2）当桩孔内渗水量过大（>1m3/h）时，采用水下混凝土灌注法,采用C30水下商品混凝土，坍落度为18～20cm。混凝土下料采用φ30cm的钢导管，管底距桩底25～40cm。在导管顶部装设漏斗，漏斗颈部安装带吊钩的圆形钢板塞，临时封堵导管口。漏斗内盛足够数量的砼后用钢丝绳吊起钢板塞，同时迅速不断地向漏斗内灌注砼，在重力作用下，砼冲开钢板活塞且在导管周围摊开将导管埋住。浮浆高度控制在80cm之内。

10.当桩距小于2.5倍桩径或小于4.5米时，必须采用跳挖办法进行施工，待其中一条桩桩芯混凝土强度达70%，方可进行相邻桩施工。

四、旋挖桩主要质量技术保证措施

1.灌注桩的质量标准：

① 灌注桩用的原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定。

② 成孔深度必须符合设计要求。

③ 实际浇注混凝土量严禁小于计算体积。

④ 浇筑后的桩顶标高及浮浆的处理必须符合设计要求和施工规范的规定。

2.砼配合比选用：

砼配合比设计必须符合设计要求和水下砼的各项技术指标，砼配合比设计和有关试验报告由砼试验部门提供，符合要求方可采用。

3.旋挖钻孔桩成孔：

① 桩机就位要严格对中，保证桩机垂直下冲。

② 在钻进过程中应随时检查钻头、钻具的磨损、变形和开裂等情况，当出现上述情况时时应及时更换或作维修后才能继续使用，防止意外事故发生。

③ 钻孔过程中根据土层类别、孔径大小、冲孔深度及供浆量来确定相应的钻进速度。

④ 为了保证成孔的垂直度，机上操作手还要经常对钻机进行水平测量，以保证钻机处于水平状态下工作。

⑤ 钻入岩层时，要按规定及时取岩样，取出岩样装入尼龙胶袋存放好备查，并详细记录入岩情况，终孔时要会同现场监理及有关人员验孔，符合终孔要求后迅速清孔，尽快灌注水下砼。

4.钢筋笼制安：

① 制作场地要平整，制作时先将主筋和加劲箍焊接好形成骨架，然后焊接螺旋筋。钢筋笼在运输和起吊过程中，要在钢筋笼上每隔3～4m装上可拆卸的十字形临时加劲架，以防止变形。

② 对在运输、堆放和起吊过程中发生变形的钢筋笼，必须修复后才可使用。

5.水下混凝土灌注：

① 导管壁厚为3mm，直径为300mm，直径制作偏差不得超过2mm，采用无缝钢管制作。导管的分节长度为1.5m、2.0m，底管长度为≥4m；

② 导管使用前应进行试拼；

③ 驳接导管时，每节导管的驳接口必须加上止水密封橡胶圈，驳接导管时，要拧紧驳接螺帽，保证灌注水下砼过程中，导管不出现漏水现象。

④ 砼灌注前要进行塌落度检验，符合要求方可灌注，试验、质检员跟踪把关，在灌注砼时不定时加强对坍落度的控制，砼坍落度采用18cm～20cm为宜，在灌注砼过程中严格测量灌注砼的标高和导管的埋置深度，导管的埋深应保持在2m～4m，要保证砼顺利进行。

⑤ 砼浇注过程中当出现断桩现象时，应进行废桩处理。方法是用1m直径的钻头清理已浇部分的水下砼，然后用吊车拔出钢筋笼，再重新按新成孔方法用人工进行清孔。

⑥ 施工人员必须严格按照设备操作规程进行施工，认真执行安全操作规程和岗位责任制。

五、结束语：

本工程经过采用上述新的施工技术后，在工程质量得到保障的前提下，劳动力大幅度减少，桩成孔效率高，工期比原来计划用人工挖孔桩节省工期近30%，施工过程也没有出现任何安全事故，得到了业主、监理、设计的好评，值得向同类工程推广应用。