浅谈旋挖钻孔施工质量控制

■蔡良福 ■广州南华工程管理有限公司福建分公司，福建 厦门 361000

1 工程概况

某泊位粮食筒仓及配套工程主要为建造16 座直径24m 的筒仓，筒仓基础采用桩筏基础，每座筒仓桩基础为64 根φ800mm 钻孔灌注桩，设计桩长40-47m，为了提高桩基承载力在灌注桩混凝土浇筑后进行桩端注浆。

该工程桩基地质岩土层为素填土、吹填土、抛石层、淤泥、淤泥混砂、中细砂、粉质粘土、淤泥质土、中粗砂、卵石、残积砂质粘性土、全风化岩、强风化岩、中风化岩。工程场地位于新建码头后方，原为滩涂吹填而成，后经真空预压软基处理。桩基持力层为强风化岩或中风化岩，设计要求终孔为以下两种情况之一:(1)进入中风化嵌岩不小于1 米;(2)进入强风化嵌岩不小于1.5 米且桩长不小于最小桩长47.3 米。

2 工程难点

本工程施工主要难点:(1)工期较紧，桩基数量较多;(2)施工用电不足，施工区域极其狭小。

3 钻机选型

根据地勘报告及试验桩施工情况基本可以判断S1-S8 筒仓区域灌注桩持力层为强风化，针对施工现场的施工环境、地质情况及施工难点，为满足工期及施工质量要求，对该区域灌注桩采用旋挖机进行施工。S9-S16 筒仓灌注桩持力层为中风化岩，为确保施工质量及进度要求，采用传统的冲击成孔灌注桩机进行施工。

旋挖桩机选用SR200C，扭矩200kN·m，发动机功率125kW，钻孔直径0.8～1.8m，钻孔深度60m 左右，钻机整机质量60t 左右。该旋挖钻机采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。本次钻头选用锅底式钻斗(用于砂、粉砂、粘土)和多刃切削式钻斗(用于固结砂砾、软基岩)。

4 工作原理

旋挖机成孔原理是在一个可闭合开启的钻头的底部及侧边，镶焊切削刀具，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。旋挖钻成孔施工具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、桩孔沉渣少、孔壁泥皮薄、桩侧摩阻力发挥更好、桩端对持力层扰动小等特点。

5 旋挖钻机施工工艺

桩位放样→埋设护筒→钻机就位开孔→泥浆调制→旋挖钻进→清孔→下放钢筋笼及声测管→插入混凝土导管→二次清底→灌注混凝土成桩→拔出导管→拔出护筒

由流程图可知，旋挖钻孔灌注桩的特别之处在于制备泥浆和补充泥浆，在钻孔过程中，要制备符合性能指标的泥浆，同时要及时补充泥浆，以确保孔内水头压力，防止塌孔。

6 质量控制措施

6.1 桩位放样

根据设计桩位坐标进行桩位放样，并对原桩位引出护桩加以保护。护桩采用十字法固定，沿护筒四周共4 点，用钢筋打入地面。

6.2 埋设护筒

根据地勘报告，本工程施工区域砂层厚度9 米左右，为了避免出现塌孔问题，将护筒加长至9～12m，这样基本穿透砂层，可以有效避免出现塌孔问题。

护筒采用10mm 厚钢板制作，钢护筒长度9～12m，护筒内径0.9m。埋设时利用50T 履带吊机吊挂永安DZJ-120 零启动系列振动锤功率90kw，直接将护筒振动埋入土层，顶部比原地面高出0.5m，并在护筒四周用黏土夯实。一台旋挖机配备2 个以上的护筒，一次性下2 个护筒，在挖第二根的时候，第一根的护筒拔起，预埋到下一根要挖的位置，以此类推，连续作业。

护筒埋设过程中应在护桩上拉上十字线，根据中心点随时进行调整，保证桩位中心线与护筒中心线一致，误差控制在5cm 以内。

6.3 泥浆制备

由于旋挖钻成孔极快，对于护壁要求就更为严格，在泥浆制备上一定要严格要求，否则极易造成塌孔。造浆材料选择优质膨润土，不能使用孔内原土造浆护壁，膨润土作为泥浆原料一般为用水量的8%，造浆前应根据泥浆性能指标的要求做泥浆配合比的试验，现场按照泥浆配合比用制浆机拌制泥浆并存入储浆池。废弃的泥浆抽至施工区域边设置的大泥浆坑并经YB-200 油压泥浆柱塞泵设备进行固化处理，避免造成环境污染。

6.4 钻进

开钻时先由旋挖钻头下钻挖土，待提起钻头倒土时即开始放入泥浆，钻机每次下钻进程大约为0.6m，待每次提出钻头时即向孔内送入泥浆，保证孔内泥浆水头高度。在开钻初期要利用护桩对桩位进行多次校正，同时调整钻机位置，保证钻杆的竖直，直到钻机稳定下来，不再产生沉降或前倾为止。由于旋挖钻机钻渣由筒钻直接取出孔口，需要装载机及运渣车辆配合，及时将钻渣转移至指定堆放场地。

6.5 成孔

根据不同层次的土质结构选择不同的钻头、不同的转盘转速和进尺进行控制，以达到最佳钻进效果。桩的垂直度控制应小于1%，根据设备自身安平系统和自动调整桅杆进行定位来控制垂直度。钻进至强风化持力层时，及时通知地勘单位代表到场进行定岩，钻进至设计深度以上1m 左右时，采用经检定过的钢丝测绳进行精确测量，避免出现后期超钻深度过大。

6.6 钢筋笼制安

钢筋笼制作应符合设计要求，钢筋笼存放场地应平整，钢筋笼应先进行隐蔽工程验收方能下放，下放时应保证钢筋笼顺直，严禁摆动碰撞孔壁，就位后焊制定位钢筋，并在钢筋笼顶端设置吊筋，同时应确保钢筋笼垂直度和保护层厚度。声测管随同钢筋笼逐节下放，声测管搭接处采用液压钳压紧。

6.7 清孔、安装导管

由于旋挖钻的施工特点，能够采用掏渣法进行清孔，对于后期二次清孔是有利的。到达设计孔深前，最后一次下钻时采用减压吊钻，并扫孔2～3 圈，将孔底钻渣尽可能取出，并保证孔底大致平整。旋挖成孔后利用旋挖钻机掏渣钻斗进行掏渣，保证桩底沉淀层厚度符合设计要求。在水下砼浇筑前，应复查桩底沉渣厚度，不满足要求时进行二次清孔，二次清孔采用高压风或泥浆置换法，泥浆置换法为常规施工方法，而高压风或者高压泥浆喷射，即在混凝土灌注前，对孔底进行高压射风或射泥浆数分钟，使沉淀物漂浮满足沉渣厚度要求后，立即灌注水下混凝土。

钢筋笼下放至设计深度后，立即下放导管，避免导管与钢筋笼碰撞，遇导管下放困难应及时查明原因。导管采用壁厚7.5mm 的无缝钢管制作，直径300mm，导管必须具有良好的密封性能，管段的接头应密封良好和便于装拆，使用前应进行压水试验。导管吊放时应居中且垂直，下口距孔底0.3～0.5 米，顶标高高出钢护筒顶的高度以适宜混凝土罐车浇灌混凝土为宜，最下一节导管长度应大于4 米，下放导管的数量应由计算确定。

6.8 混凝土灌注

浇灌混凝土是灌注桩成桩的重要环节，在浇筑混凝土过程中，不时的用吊车提着导管上下拔插振捣密实，随着混凝土浇筑，应控制导管的拆除数量以导管埋入混凝土内4～6 米为最佳。若在浇筑过程发生导管断裂，应终止继续浇筑混凝土。

首批混凝土灌注正常后应连续不断灌注混凝土，严禁中途停工，在灌注过程中，经常用测锤探测混凝土面的上升高度，并适时提升，逐级拆卸导管，保持导管的合理埋深。混凝土灌注时间必须控制在埋入导管中的混凝土不丧失流动性的时间内，必要时可掺入适量缓凝剂。桩顶以下5 米范围灌注时，应始终保证导管内混凝土具有足够的压力高度，混凝土的最终灌注标高要求高出设计标高0.8～1.0 米，以保证截断面以下的全部混凝土均达到强度标准且满足设计的断面尺寸。

6.9 拔护筒

为节省费用，使旋挖钻孔施工的护筒循环利用的同时也应确保灌注桩的质量，其护筒的拔起时间点和拔起速率也是一个关键。在浇筑完混凝土后二个小时，及时将护筒拔起，利用50T 履带吊机吊挂永安DZJ-120 零启动系列振动锤(功率90kw)夹住护筒，以小于每分钟1米的速度匀速将护筒拔起。护筒拔起后混凝土会密实下沉，除去下沉后的量，混凝土应当满足超灌量。

6.10 桩端后注浆

后注浆工艺压浆管采用壁厚1.5mm 无缝钢管，在桩底设置一个单向止逆阀，压浆管兼做声测管。本工程注浆管采用单向截流阀工艺，在注浆管底部梅花形钻布置φ6mm 孔9 个，在其上部设置逆止阀，并用防水密封胶布将注浆小孔包住，以防止水泥浆堵塞孔道，注浆管需随同钢筋笼安放到孔底，此工艺由于采用单向止逆阀下方钻有注浆小孔作为出浆口，进行开塞时水及泥沙不会回流。

由于注浆管兼作声测管用，根据规范要求，桩身强度达到70%以上方可进行超声波检测，而压浆时间宜在2 天后进行，故需改进传统的水泥浆开塞工艺，采用高压水开塞工艺。具体施工工艺如下:(1)钻孔灌注桩水下混凝土浇筑后24～48 小时内，用压力水从压浆管压入，一般在10Mpa 时将防水密封胶布冲裂开。当压入水的压力突然下降，表明套管已裂开并释放压力。此时应减小进水压力，以防止高压回流夹带杂质堵塞压浆孔，当管内仍存在压力水，不能打开闸阀，以防水射出伤人。(2)在正式压浆前保持压浆管内注满水。(3)当桩身混凝土强度达到75%(预计7 天)，桩身超声波检测完成后，开始对每根管道进行压浆，每根管注浆量约0.69m3，注浆压力为5MPa，水灰水0.6，压力持续时间为15 分钟。(4)当邻近桩位正在冲孔时，不得进行桩端压浆施工，以防浆液穿孔。

7 旋挖钻机成孔的优点

7.1 成孔速度快

旋挖钻机的成孔速度快，与传统的冲击成孔钻机相比优势明显，据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统冲击成孔钻机的6～10 倍。有效地保证了工程的进度，节省了工期，减少了施工投入。

7.2 减少用电负荷

因现场施工临时用电容量不足，采用旋挖钻机可以显著降低施工用电负荷。

7.3 环境污染小

施工噪音低，污染环境小，适用于环境保护要求高的施工地区。旋挖钻机在不需要泥浆支护的情况下就可以实现干法施工，即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆也只起支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，这使污染源大大减少，改善了施工环境，成孔效率大大提高。

7.4 提高桩的承载力

由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，其钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙、不易产生缩径。根据基桩静载荷及高应变检测结果，旋挖桩与传统的冲击成孔灌注桩相比，旋挖桩的承载力显著提高。

7.5 行走移位方便

旋挖钻机的履带机构可将钻机方便地移动到所要到达的位置，而不像传统钻机移位那么繁琐，从而加快了施工速度，对场地的适应能力极强。

7.6 桩孔对位方便准确

在对位过程中操作手在驾驶室内利用先进的电子设备就可以精确地实现对位，使钻机达到最佳钻进状态。

8 旋挖钻机施工中应注意的问题

(1)旋挖钻适用于土层成孔，地下硬质物对旋挖钻成孔影响较大。施钻前应先将地表硬物(如抛石等)进行清除，钻进过程中遇到硬质物时停止钻进，查明情况并处理后继续施钻。

(2)对于超厚砂层，其埋设的护筒底部应确保穿透砂层，这样方能避免塌孔，保证灌注桩的施工质量。

(3)埋设的长护筒拔起时间点和拔起速率应控制好。在浇筑完混凝土后二个小时即应及时将护筒拔起，否则有可能使护筒永远埋在地下，增加施工成本。护筒拔起后混凝土会密实下沉，除去下沉后的量，混凝土应当满足超灌量要求。

9 结语

通过本次施工，旋挖钻机施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保的优点。同时结合本工程的实际特点，因地制宜的采取各种施工措施，其钻孔过程顺利，成孔质量良好，经过第三方检测，各项检测指标均满足规范和设计的要求，并取得了较好的钻孔经验，对以后同类型的旋挖钻施工具有一定的参考价值。