浅谈旋挖扩底钻孔灌注桩施工应用

陈 霄

(福建省二建建设集团有限公司 福建福州 350003)

浅谈旋挖扩底钻孔灌注桩施工应用

陈 霄

(福建省二建建设集团有限公司 福建福州 350003)

旋挖扩底钻孔灌注桩，即旋挖钻机成孔过程中利用扩大钻头将桩端底部扩大成纺锤体形状，形成的扩底桩在不扩大原有桩径的前提下能有效提高桩端的承载力。该工艺经过工程实践，已日趋完善和规范，综合效益良好。

旋挖扩底钻孔法;扩底钻头;等直径桩成孔;桩端扩底

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0 引言

旋挖扩底钻孔法是福建省近年来发展较快的一种新型桩孔施工方法，具有机动灵活、成孔速度快、施工精度高、桩身承载力大等优点，主要应用于工业和民用建筑、市政建设、公路桥梁等基础施工。旋挖扩底钻孔灌注桩，即旋挖钻机成孔过程中利用扩大钻头将桩端底部扩大成纺锤体形状，形成的扩底桩在不扩大原有桩径的前提下能有效提高桩端的承载力。该工艺经过工程实践，已日趋完善和规范，综合效益良好。

1 特点

1)旋挖扩底钻孔灌注桩，将桩端底部扩大成纺锤体形状，形成的扩底桩能有效提高单桩承载力和增加抗拔力，适应各种复杂的地质条件，且不受施工场地限制，具有速度快、质量高、成本低、无噪音、无振动、减少环境污染等优点。

2)旋挖桩机机动灵活，对桩孔的定位非常准确、方便。通过桅杆垂直度自动调平系统控制桩身的垂直度，保证钻孔偏差少、质量好。

3)安装钢筋笼及灌注水下混凝土工序由其他班组使用重型起重机单独完成，可与旋挖桩机成孔工序形成流水作业，大大提高了工效。

2 适用范围

本工法适用于铁路、公路、桥梁、城市等地基基础工程。适用于地下水位以下的黏性土、粉土、卵石、砂土、填土、碎石土及各种风化岩层，而且水下作业不受限制。具体成桩、扩底直径详见表1。

表1 成桩、扩底直径表

3 工艺原理

旋挖扩底钻孔灌注桩工艺是利用旋挖钻斗先按正常钻孔工艺钻至直桩桩底设计标高( 即扩底桩变截面位置标高)，之后将钻杆提出孔外, 用扩大钻头(如图1)替换直挖钻头，再将扩大钻头放至孔底。扩底前，将扩大钻头提离孔底，使其处于悬吊状态，起动钻机和水泵，待钻机和水泵工作正常后即可开始扩底。扩底采用低速回转，钻速按不大于0.01m/min进行控制。缓慢加压，像撑开伞具一样撑开扩大钻头，当运转平稳后，依据钻机的能力和孔内的反映情况，适当调整压力，进行扩底施工。

图1 扩大钻头撑开状态图 图2 扩大钻头闭合状态图

4 工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

旋挖扩底钻孔灌注桩的施工工艺流程见图3：

图3 旋挖扩底钻孔灌注桩施工工艺流程图

4.2 操作要点

4.2.1 施工准备

(1)施工面距地下水位应大于1.5m以上。

(2)施工前应做好场地平整工作，对施工场地进行硬化，雨季施工应做好排水措施。

(3)在建筑物旧址或杂填土地区施工时，应预先进行钻探并将探明在桩位处的旧基础、石块、废弃障碍物挖掉或采取其他处理措施。

(4)合理布置施工便道和施工顺序，满足各种施工设备的进出场且不影响孔壁稳定。

4.2.2 测量放线

在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员复测控制网导线，用全站仪准确放样各桩位中心。并请监理单位进行现场复核、签证。桩位中心点处用红漆做出三角标志。桩位放好后应及时处理保护，打好十字控制桩并埋设定位钢护筒。

4.2.3 旋挖钻机就位

将钻机行驶到需施工的孔位，将旋挖钻机的钻杆中心与桩位中心对齐，并通过驾驶室仪表盘的垂直度显示，调整三脚架油缸，保证钻杆及套筒的垂直度。

4.2.4 泥浆(稳定液)制备

(1)泥浆的制作材料以膨润土为主，增加纤维素CMC和重晶石粉。泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计。

(2)为利于膨润土、纤维素CMC和重晶石粉的完全溶解，现场选择转速大于200r/min的膨润土搅拌机。并注意材料的投放顺序：应先注入规定数量的水，边搅拌，边投放膨润土，膨润土大致溶解后，均匀地投入纤维素CMC，最后投入重晶石粉，搅拌过程中随时检验泥浆粘度和比重。

(3)泥浆在现场泥浆池(箱)中制备完毕后需膨化24h以上方可使用，并在使用前进行各项性能指标的检测，不符合要求的重新调制。

(4)在孔口将泥浆直接泵入孔内即可，由于泥浆为单向供应，部分泥浆随筒钻出渣而排出，损耗较大，需要随时观察孔内泥浆高度，及时补加泥浆保持液面高度，其高度应保证孔内稳定液面高于地下水位1m以上[3]。

4.2.5 等直径桩成孔施工

钢护筒埋设完毕后，用泥浆泵向桩孔内注入泥浆(稳定液)，钻机由机载柴油机驱动液压马达来转动钻杆，以钻杆、钻斗自重提供钻进压力并利用液压加压旋转平台钻头共同作用，进行桩孔土体挖掘，当钻斗内装满土后，将钻斗提升，旋转钻机打开钻头斗门卸土，关闭斗门将钻头旋转至钻进位置，并将机体旋转体的上部锁定住，再下降钻头，反复循环钻至设计深度，边钻进边补充泥浆。

4.2.6 桩端扩底施工

(1)直桩部分施工至设计桩底标高后，将钻杆提出孔外, 用扩大钻头替换直挖钻头，再将扩大钻头放至孔底。扩底钻头放入桩洞前，先根据设计要求的桩底扩大尺寸，将钻头像伞具一样撑开到设计扩大头尺寸，然后旋入定位紧固螺栓，使得扩底钻头提起时收拢，放下时撑开到设计扩大尺寸(扩底钻头尺寸详见：表1 成桩、扩底直径表)。扩底钻头放人孔底后，要认真丈量确认钻头是否到底，如有沉渣时，要开动钻机转动钻杆，将钻头重新放置到扩底的部位。此时应在机械的孔深显示屏上重新读数并记录。

(2)扩底前将扩底钻头提离孔底，使其处于悬吊状态，起动钻机和水泵，待钻机和水泵工作正常后即可开始扩底。扩底采用低速转进，钻速按不大于0.01m/min进行控制。开始时不随意加压，当运转平稳后，依据钻机的能力和孔内的反映情况，适当调整压力。扩底施工完成后，再次更换平台钻头至孔底，将扩孔作业产生的土体、石渣等用铲斗所容纳，收回铲斗将土体、石渣带出地面。

4.2.7 利用平台钻头进行一次清孔

清孔时将平台钻头(铲斗为桶式，带档板)放至孔底，通过铲斗留在原处机械旋转数圈将孔底虚土尽量装入斗内清除，达到清孔目的。施工单位应首先进行自检，然后组织质检员会同监理对成孔进行检查、验收，确定终孔。

4.2.8 二次清渣，确保沉渣满足设计及规范要求

清孔后泥浆相对密度应控制在1.1左右；孔壁土质较差时，清孔后泥浆相对密度应控制在1.15～1.25[2]；灌注混凝土前，孔底沉渣不得大于50mm。

针对本工程桩孔的特点，为保证沉渣厚度不超过50mm，拟采取三条措施：

(1)加强孔口地表泥浆循环系统排渣，延长循环沟，增加沉淀池。

(2)成孔后延长大泵量循环清渣时间，直至孔底沉渣达到设计标准。

(3)由于安放钢筋笼和下灌导管约需1h，孔底还可能淤沉渣，故开始灌砼时，应利用导管进行第二次循环清渣，直到沉渣达到设计要求，才能灌注砼。

4.2.9 钢筋笼的制作与安装、下放导管及灌注水下混凝土

具体要求与一般水下灌注桩相同。由于旋挖钻机成孔速度快，钢筋笼的制作与安装、下放导管及灌注水下混凝土的施工组织必须与之相匹配，才能充分发挥旋挖钻机的工作效率。

5 材料与设备

5.1 材料

5.1.1 混凝土

使用泵送混凝土,坍落度18～22cm。

5.1.2 泥浆(稳定液) 制作材料

(1)膨润土：以蒙脱石为主的粘土性矿物，是稳定液的主要材料；

(2)CMC：羧甲基纤维素钠盐，增加粘度；

(3)重晶石粉：主要成分为硫酸钡，增加泥浆相对密度。

5.2 设备

(1)旋挖钻机：三一重工SWDM25A型，钻杆为4节伸缩式，配回转斗钻具；

(2)造浆设备；

(3)钢筋笼加工机械；

(4)钢筋笼吊放机：50t履带式起重机；

(5)泵送混凝土运输及灌注设备；

(6)土方清理机械。

6 施工质量控制要点

(1)当采用多机同时作业时，为避免干扰邻桩混凝土的凝固，选择的孔位应在相应5m以内的任何邻桩孔完成混凝土灌注施工24h后方可开钻。

(2)钻孔中心与设计桩位中心偏差不得大于20mm，钻孔倾斜度

(3)泥浆的制备能力应大于钻孔时的泥浆需求量，每台套钻机的泥浆储备量不少于单桩体积。

(4)泥浆护壁钻孔时为防止坍孔、缩颈，钻斗的上下提升钻头速度宜均匀，控制在10～20m/min[3]，不得过猛或骤然变速。

(5)钻机因故停止钻孔时，应设专人值班补浆，防止塌孔事故。

(6)钻孔成孔后要及时灌注，不得过夜，以免造成缩径和塌孔。

(7)尽可能缩短泥浆护壁时间，在机械能力允许的情况下，钢筋笼宜为整笼吊装。

(8)扩底直径钢筋笼搬运和吊装时，应防止变形，安放时要对准孔位，避免碰撞孔壁，就位后立即固定，钢筋笼上浮和下沉应不大于设计规定100mm。

(9)钢筋笼吊装完毕，应进行隐蔽工程验收，合格后应立即浇注混凝土，混凝土灌注过程应保证连续施工，向上翻浆正常，无堵管，导管拔出混凝土面无异常情况，对灌注过程的一切故障均应记录备案。

(10)检查预留试块的抗压强度应不低于设计强度，每根桩不得少于1组。

7 应用实例(绿欧·璟园(5～8#楼)工程)

7.1 工程概况

绿欧·璟园(5～8#楼)工程位于福建省建阳市西区生态城B-17地块，拟建项目占地面积约69237m2，总建筑面积约171170 m2。本工程地基基础设计等级为乙级，桩基安全等级为二级，本工程桩基础采用旋挖扩底钻孔灌注桩。

7.2 施工情况

绿欧·璟园(5～8#楼)工程，施工机械为三一重工SWDM25A型旋挖钻机，总数桩239根，桩径800～900mm，桩长30.0～40.0m，该工程于2013年9月11日开工，并于2013年12月9日竣工。

7.3 工程评价

该工程经福建工大岩土工程研究所有限公司进行静荷载试验、超声波检测及低应变动力测试法，均达到设计及规范要求，顺利通过桩基验收，得到建设、监理、设计等单位的一致好评。

8 结论

8.1 经济效益

旋挖扩底钻孔灌注桩方法的使用，在桩身承载力相同的情况下，有效的缩短了桩长。例如：有效桩长为30m，同样提供单桩承载力极限值为9000kN的桩，传统方法一般采用桩径为Φ1000的灌注桩，单桩方量为23.57m3，综合造价1800元/m3，单桩直接费约为42500元。而采用旋挖扩底钻孔灌注桩工艺，则采用桩径为Φ900，桩端扩大头为1600的灌注桩，单桩方量为19.83m3，综合造价1800元/m3，单桩直接费约为36000元。两者比较，仅单桩直接费就节约6500元。整个桩基工程共节约投资约200万元，创造了较高的经济效益，提高了桩基成桩质量，保证了桩基工程顺利施工，因此得到了专家及业主的一致好评。

8.2 社会效益

旋挖扩底钻孔灌注桩，其桩型设计科学，能有效提高单桩承载力和增加抗拔力，经过对绿欧璟园项目静载桩实验数据综合分析，在同样的设计技术参数时，旋挖扩底钻孔灌注桩在碎块状强风化岩层中单桩承载力提高30%～60%，其他土层提高20%～40%。该工程经福建工大岩土工程研究所有限公司进行静荷载试验、超声波检测及低应变动力测试法，均达到设计及规范要求，顺利通过桩基验收，得到建设、监理、设计等单位的一致好评，取得良好的社会效益。

[1]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[2]曾俊淋.大直径超深冲孔灌注桩的施工质量控制实例[J].福建建筑，2014(09).

[3]建筑施工手册编写组.建筑施工手册(第四版)[M].中国建筑工业出版社，2003.9：425.

陈 霄(1981.2- )，男，岩土高级工程师，主要从事桩基及支护工程施工方面的工作。

Discussion on the application of the rotary digging under-reamed bored pile in construction

CHENXiao

(Fujian Erjian Construction Group Co. Ltd,Fuzhou 350003)

Under-reamed piles are formed during the rotary drilling process by using under-reaming bits to enlarge the pile tip bottom into a spindle shape. The bearing capacity of the under-reamed piles can thus be effectively improved without the need of enlarging the pile diameter.The technology which has been tested in engineering practices is constantly maturing and can bring about comprehensive benefits.

Rotary under-reaming drilling method;Under-reaming bit;Equal-diameter pile forming;Pile tip under-reaming

陈霄(1981.2- )，男，高级工程师。

2015-11-19

TU74

A

1004-6135(2015)12-0049-04