旋挖钻机成孔技术在建筑工程桩基施工中的应用

翟金宝 郑亚迪

(1.高平唐一新能源科技有限公司，山西晋城 048000;2.渭南职业技术学院，陕西渭南 714000)

1 旋挖钻机施工优势

1.1 机械化程度高

旋挖钻机靠履带可以自行移动，无需其他机械配合，施工过程不需要人工进行钻杆的拆除和组装。且将孔内钻出物通过钻斗提升到地面，旋挖钻机每分钟钻入深度约50 cm。

1.2 施工精度高

旋挖钻机由履带自行至桩位点进行中心定位，由操作室的司机对钻机进行水平度、垂直度的自动调整。

1.3 低噪环保

旋挖钻机属于环保钻机，施工时的噪声一般在60 dB以下，满足在市区和居民区噪声控制要求。

1.4 自备施工动力

旋挖钻机采用自备柴油发动机提供施工动力，免去施工场地对动力电的要求。

1.5 适用地层广泛

旋挖钻机在施工过程可进行相应的技术控制，配置多种钻头，为此可以适用各种地层。

2 旋挖钻机施工流程

2.1 放桩位线

使用全站仪测定桩位，在桩位点打上木桩，桩上采用十字交叉法标定桩位中心，且加以保护。

2.2 旋挖钻机就位

钻机就位后，需调整钻杆及桅杆的角度，采用十字交叉法对中孔位。对中孔位后，钻机不得移位，钻臂不得随意改变角度。

2.3 埋设护筒

护筒顶标高应高于施工面250 mm左右，且保证筒壁与水平面垂直，以利钻孔工作进行。护筒周围用粘土分层夯实，同时用十字线校正护筒中心及桩位中心，并保证护筒中心位置与桩中心偏差小于20 mm。

2.4 旋挖机成孔

为确认不同地层下的钻进参数和地层对钻进的影响情况，第1根桩要慢速运转。钻进过程中要保持泥浆面高于护筒顶40 cm。钻进过程中采用检测尺随时检查，调整和控制钻杆垂直度。

2.5 钢筋笼的制安

1)钢筋笼制作。施工现场钢筋笼应分节制作，两段钢筋笼的主筋错开搭接的长度不少于35d，主筋与加强筋全部焊接，主筋与螺旋筋采用隔点焊。

2)钢筋笼孔内安放。超过16 m的钢筋笼在孔口焊接，且两段笼子同截面接头不得超过配筋的50%，间距错开，不少于35d。

2.6 下导管

选择合适导管，导管直径一般为250 mm。导管长度应根据孔深进行配备，水下浇筑时，导管底端距孔底0.5 m左右。导管组装时保证接头密合不漏水，初次使用要进行闭水打压试验，试水压力不小于0.6 MPa。

2.7 混凝土浇筑

混凝土坍落度(200±20)mm，采用掺加减水剂的普通硅酸盐水泥，混凝土灌注时导管要居中放置，钢筋骨架不得倾斜。为保证凿去桩头后桩顶混凝土的强度，混凝土灌注需超过桩顶0.5 m～1 m。

3 应用实例

3.1 工程概况及地质情况

山西唐一锂离子电池装配车间位于山西省晋城市兰花路西侧，红星东街北侧，北临华洋汽车4S店，项目占地面积3 210 m2，建筑面积6 700 m2，框架结构，层数为2层。

①层:杂填土(Q42)，松散状态，成分以粉土为主，含少量炭粒、砖粒、灰粒等杂物，局部见建筑垃圾与粉煤灰。本层分布较普遍，在锂电池装配车间建筑场地本层厚度在3.3 m～11.1 m间，平均厚8.28 m。

②层:黄褐红色粉质粘土(Q41)，可见较多风化泥岩碎屑及少量炭粒，韧性中等。在锂电池装配车间建筑场地本层厚度在0.8 m～5.2 m间，平均厚 3.08 m，呈西薄东厚之势，层底埋深6.3 m ～13.9 m。

③层:黄红色粉质粘土(Q2)，硬塑状态，微裂隙发育，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。在锂电池装配车间建筑场地本层分布不普遍，仅在场地东北角及西南偏中地段揭露该层，厚度在2.9 m ～3.8 m 间，平均厚3.35 m，层底埋深6.4 m ～17.2 m。

④层:强风化泥岩(C)，风化较强烈，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。在锂电池装配车间建筑场地本层分布普遍，厚度在2.0 m ～4.3 m 间，平均厚 3.23 m，层底埋深 9.8 m ～11.3 m。

⑤层:石灰岩(C)，岩体完整程度较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。本层分布普遍，勘察深度范围内未揭穿该层，最大揭露厚度3.4 m。

3.2 基础设计资料

桩端持力层为第④层强风化泥岩，桩端极限端阻力标准值为5 000 kPa，桩身混凝土为C30，桩长不得小于6 m，桩基直径为d=800 mm和d=1 000 mm两种，桩基入岩深度不小于桩基直径d。

3.3 施工背景

本工程图纸基础设计采用人工挖孔桩，地勘报告显示场地有1/3桩基位于杂填土区，且杂填土深度最深达11 m，综合考虑施工安全、成本和工期等因素后决定采用旋挖桩代替人工挖孔桩进行桩基施工。

3.4 旋挖桩与人工挖孔桩对比

本工程施工完毕后，经建设单位、施工单位、监理单位共同签字确认的桩基总深度为741.8 m，入泥岩深度为1 m(桩基800 mm)的桩基36根，深度为325.6 m，入泥岩深度为1.2 m(桩基1 000 mm)的桩基42根，深度为416.2 m。

3.4.1 成本对比

1)人工挖孔桩。目前人工挖孔工费市场价格为300元/m，桩芯和护壁混凝土标号为C30，护壁混凝土下壁厚100 mm，上壁厚为200 mm，平均按150 mm厚计算，桩基扩大头平均按1 000 mm来算，混凝土价格300元/m3，人工灌注商品混凝土工费用为20元/m3，钢筋材料价格按4 300元/t。

a.人工挖孔费用:

b.混凝土费用:

护壁混凝土费用:(3.14×0.652－3.14×0.52)×(741.8－78)×0.15 ×300+(3.14 ×0.552 －3.14 ×0.42)×(741.8 －78)×0.15×300=98.48 m3×300元/m3=29 545.4元。

护壁混凝土人工费:98.48 m3×20元/m3=1 969.7元。

桩芯混凝土费用:

(3.14 ×0.52 ×416.2 m+3.14 ×0.42 ×325.6 m)×300 元/m3=490.3 m3×300 元/m3=147 089.53 元。

桩芯混凝土人工费:490.3 m3×20元/m3=9 806元。

c.桩体配筋率3%，钢筋费用按15 kg/m估算。

材料费:15 kg/m ×741.8 m ×4.3 元/kg=47 846.1 元。

制作费:11 127/1 000×1 000=11 127元。

合计:222 540+29 545.4+1 969.7+147 089.53+9 806+47 846.1+11 127=469 923.73 元。

2)旋挖桩。目前旋挖钻孔市场价格为250元/m，不需要混凝土护壁和护壁钢筋。

a.机械费:

250元/m ×741.8 m=185 450元。

b.混凝土费用:

桩芯混凝土费用:

(3.14 ×0.52 ×416.2 m+3.14 ×0.42 ×325.6 m)×300 元/m3=490.3 m3×300 元/m3=147 089.53 元。

桩芯混凝土人工费:490.3 m3×20元/m3=9 806元。

c.钢筋笼按14 kg/m计算:

材料费:14 kg/m ×741.8 m ×4.3 元/kg=44 656.36 元。

制作费:10 385.2/1 000×1 000=10 385.2 元。

合计:185 450+147 089.53+9 806+44 656.36+10 385.2=397 387.09 元。

3.4.2 工期对比

1)人工挖孔桩。正常施工2人一个班组(单根桩需2人配合施工)，10个班组，总施工人数为20人。泥岩以上每个班组每天挖深约2 m，655.4 m桩基施工共耗时约32 d，入泥岩后每个班组每天挖深约1.2 m，86.4 m泥岩施工共耗时7 d，采用人工挖孔桩施工耗时共39 d。

2)旋挖桩。旋挖桩机钻入深度约50 cm/min，考虑到机械移动、校正、加油等时间耗费后，此项目桩基施工日志记录741.8 m桩基施工共耗时7 d。

3.4.3 桩基质量及承载力对比

本工程共78根旋挖桩，对现场26根桩进行超声波桩身质量检验结论为:21根Ⅰ类桩，5根Ⅱ类桩，没有Ⅲ，Ⅳ类桩。单桩竖向承载力检测试验结论为:应变设计值为2 543 kN的，实际荷载值为最大3 120 kN，最小2 870 kN;应变设计值为4 197 kN的，实际荷载值为最大4 760 kN，最小4 350 kN，均能满足设计要求。且根据工程经验数据，此工程旋挖桩桩身质量为Ⅰ类桩的占总检验桩数的比例略高于人工挖孔桩。

4 结语

此项目桩基工程采用旋挖机施工费用为397 387.09元，采用人工挖孔费用为469 923.73元，费用节省72 536.64元;采用旋挖桩施工，工期为7 d，采用人工挖孔桩工期为39 d，工期节约32 d。由此可看出建筑桩基工程施工中，利用旋挖桩代替人工挖孔桩进行桩基施工，可节省成本、缩短工期、保证桩身质量，在杂填土、回填土较深的地质条件下在保证施工安全方面，旋挖桩比人工挖孔桩有更大的优势。

［1］李 锴.旋挖钻机在大连地区桩基施工中的应用研究［D］.沈阳:沈阳建筑大学硕士论文，2013:59-60.

［2］韩金亭.大口径旋挖钻机在桩基施工中的技术优势［J］.西部探矿工程，2002(3):29-32.

［3］张 川，邵本科.旋挖钻孔灌注桩在桩基工程中的应用和改进［J］.科技创新导报，2011(5):29-32.

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