旋挖钻机在宜昌城区桩基础施工中的应用

龙 胜

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

旋挖钻机在宜昌城区桩基础施工中的应用

龙 胜

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

旋挖钻机取代人工挖孔扩底灌注桩施工，在宜昌城区得到成功应用，取得了缩短工期、降低成本的良好效果。本文通过工程施工案例分析，论证了旋挖钻机在建筑工程领域的适用性，分析了经济效益的比较优势，验证了安全、高效、环保等社会效益。

旋挖钻机 扩底灌注桩 建筑工程 旋挖成孔 宜昌城区

1 概述

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，主要适用于在淤泥质土、粘土、砂土、卵石层、风化砂岩等土层和岩层中施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。旋挖钻机的额定功率一般为125kW～450kW，动力输出扭矩为120kN·m～400kN·m，最大成孔直径可达1.5m～4m，最大成孔深度为60m～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。

宜昌城区地貌为丘陵，建筑场地地形一般起伏较大，场区土层一般为杂填土、耕土、粉质粘土，覆盖层厚度大多不超过10m，回填土场区覆盖层厚度视回填土层厚度而定。基岩一般为白垩系红色砂岩、砾岩、泥岩等，埋深较浅，岩层产状平缓，厚度可达数百m。

建筑场区地下水位一般较高，土层一般为含水透水层，赋存上层滞水，主要接受大气降水补给，通过蒸发排泄。上层滞水水量大小直接受大气降水控制。

近20年来，宜昌城区桩基选型大多为人工挖孔灌注端承桩，持力层选为中等风化砂岩；最小桩径1m，大直径桩多大于2m，桩端一般人工扩底以提高单桩承载力。宜昌地区人工成孔灌注桩桩长一般在15m以内，超过15m的较少。人工挖孔灌注桩不需要大型机械设备，施工方便，速度较快，成孔直观，桩身质量容易保障。

但是，人工挖孔灌注桩施工中安全性较差，挖孔中常见淤泥、塌孔、涌水、触电、气体中毒等安全隐患。人工成本上升也较快。

近两年来，由于旋挖钻机施工技术的进步，扭矩越来越大，扩底工艺也已经成熟。因此，宜昌城区部分在建工程将人工挖孔成孔改成了旋挖钻机成孔，也有在人工挖孔成孔遇到困难后，中途改为旋挖钻机成孔的工程实例，在工期和成本上均取得了较好的效果，促进了技术进步，解放了生产力。目前在宜昌城区，旋挖钻机成孔扩底灌注桩已经形成了取代人工挖孔扩底灌注桩的趋势。

2 旋挖钻机的特点

旋挖钻机最先应用于公路、铁路、市政等交通设施桥梁的桥桩施工，随着大扭矩旋挖钻机及其扩底钻头研制成功，在满足了入岩施工和扩底施工的工艺需求后，宜昌地区才将旋挖钻机应用到房屋建筑工程的桩基础施工中。旋挖钻机施工具有以下优点：

2.1 设备性能先进，自动化程度高，劳动强度低

旋挖钻机为履带式全液压自行式钻机，采用全套液压系统，有些还配备先进的电脑操作系统。旋挖钻机的机、电、液一体化高度集中，结构紧凑，操纵灵活方便，机械化、自动化程度高，施工现场内可自行移动，自立桅杆，移动、对孔位方便、快捷；采用伸缩式钻杆，节省了人力和加接钻杆的时间，辅助时间少，时间利用率高。

2.2 钻进效率高

旋挖钻机可根据地层情况配置不同的钻头，在粘性土层可使用长钻筒，加快钻进速度；对于砂卵石含量较大的地层可使用短钻筒，配合泥浆护壁，控制钻速；对于含孤石、漂石及较硬岩石地层可换用长、短螺旋钻头进行处理，松动后再换上钻筒继续钻进。与常规钻机相比，旋挖钻机回转扭矩大，并可根据地层情况自动调整，钻压大，并易于控制。同时由于旋挖钻进钻头直接从孔内提取岩土，故其钻进速度非常高。

2.3 成桩质量好

旋挖钻进对地层扰动小，护壁泥皮薄，形成的孔壁为粗糙型，有利于增加桩侧摩阻力，保证桩基设计承载力；同时孔底沉渣少，易于清孔，提高桩端承载力。

2.4 环境污染小

旋挖钻机为干式或无循环泥浆钻进，所用泥浆量仅为正反循环钻进的l/10～1/20，因而施工现场整洁，对环境造成的污染小；同时旋挖钻机振动小，噪声低。

3 旋挖钻机施工工艺

3.1 成孔

成孔工艺流程：旋挖钻机就位→埋设护筒→钻头轻着地后旋转开钻，当钻头内装满土砂料时提升出孔外→旋挖钻机旋回，将其内的土砂料倾倒在土方车或地上→关上钻头活门，旋挖钻机旋回到原位，锁上钻机旋转体→放下钻头→钻孔完成，清孔并测定深度→放入钢筋笼和导管→进行混凝土灌注→拔出护筒并清理桩头沉淤回填，成桩。当地下水较小或无易垮塌的淤泥层或砂砾层时，无须埋设护筒和泥浆护壁。

采用钻头钻进，应根据不同层次的土质结构，选择不同的转盘转速和进尺进行控制。在砂层钻进和进入强风化层后，因土层太硬会引起钻锥跳动及偏斜、加大钻杆摆动，故应选择低档慢速，转盘转速参数取值13v/min～40v/min，成孔深度按设计要求控制。

3.2 旋挖钻机钢筋笼制安

旋挖机挖土清渣达到设计要求后，开始下放钢筋笼，其制安必须严格按照设计图纸进行。主筋、箍筋应焊接均匀，搭接长度及焊缝应符合规范要求，安装时应安装护块，以确保周正及保护层厚度。钢筋笼的制作偏差应符合设计及规范要求。

3.3 旋挖钻机混凝土浇筑

在导管接驳完毕后，将混凝土隔水栓吊放在临近泥浆面位置，导管底端到孔底距离控制在0.4m左右，以便能顺利排出混凝土隔水栓。开始灌注前，储料斗内储备的混凝土量应不少于1.0m3，以便在混凝土隔水栓被挤出导管后，能将导管底端一次性埋入水下混凝土中0.8m以上，适时提升或拆卸导管，确保导管底端埋入混凝土面以下1m～4m，灌注应连续进行。一旦发生机具故障或停电停水及导管堵塞或进水等事故时，应采取有效措施处理，尽快恢复灌注混凝土，同时做好记录。

3.4 旋挖钻机孔内事故预防措施

(1)选择有经验、责任心强的施工队伍，保证操作人员的素质；

(2)加强钻具检查，对加工不良的钻具严禁使用；

(3)对孔内水头高度、泥浆的相对密度和粘度经常观察和检测，发现问题及时解决。尤其在钻孔排渣、提锥除土或因故停钻时，应保持孔内规定水位和规定的泥浆性能指标，以防坍孔；

(4)钻孔作业应分班连续进行，在土层变化处捞取渣样判明土层，并与地质资料核对，根据土层情况采取相应措施，保证施工质量；

(5)升降钻锥须平稳，钻锥提出井口应防止碰撞护筒或孔壁，防止钩挂护筒底部，钻杆的拆装应迅速。

3.5 旋挖钻机施工应注意的问题

(1)土层中成孔与钢护筒安设的垂直度对桩体垂直度影响巨大，必须按设计要求控制；

(2)定位用的混凝土护筒与钢护筒须合理配套使用，才能有效缩短钻机定位时间，提高施工效率；

(3)软岩及土层中使用旋挖斗能一次成孔，但在硬岩中应先用螺旋钻头成小孔，然后用旋挖斗扩挖成孔。

3.6 旋挖钻机在施工中遇到的问题及解决办法

3.6.1 坍孔

在灌注过程中如发现井孔护筒内泥浆位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是坍孔征象，可用测深锤探测。如测深锤原系停挂在混凝土表面未取出而被埋不能上提，或测深锤探测混凝土面时达不到原来的深度，相差很多，均可证实确为坍孔。

坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水，孔内水位降低或在潮汐河流中，当涨潮时孔内水位差减小，不能保持原有静水压力，以及由于护筒周围堆放重物或机器振动等，均可引起坍孔。

发生坍孔后应查明原因，采取相应措施处理，如保持或加大水头、移开重物、排除振动等，防止继续坍孔，然后用吸泥机吸出坍入孔中的泥土，如不再继续坍孔，可恢复正常灌注。坍孔不严重时，可回填至坍孔位置以上，并采取改善泥浆性能、加高水头、埋深护筒等措施，继续钻进。坍孔严重时应立即将钻孔全部用砂或小砾石夹粘土回填，暂停一段时间后查明坍孔原因，采取相应措施重钻。坍孔部位不深时可采取深埋护筒法，将护筒周围土夯实重新钻孔。

3.6.2 孔身偏斜

遇有孔身偏斜、弯曲时，应分析原因进行处理。一般可在偏斜处吊住钻锥反复扫孔，使钻孔正直；偏斜严重时，应回填粘性土到偏斜处，待沉积密实后再钻进。

3.6.3 扩孔、缩孔

遇有扩孔、缩孔时，应采取防止坍孔和防止钻锥摆动过大的措施处理。缩孔是钻锥磨损过甚、焊补不及时，或因地层中有遇水膨胀的软土、粘土泥岩造成。前者应注意及时焊补钻锥，后者应采用失水率小的优质泥浆护壁。已发生缩孔时，宜在缩孔处用钻锥上下反复扫孔，以扩大孔径。

3.6.4 糊钻、埋钻

糊钻、埋钻常出现在正循环(含潜水钻机)内回转钻进和冲击钻进中，应对泥浆稠度、钻渣进出口、钻杆内径大小、排渣设备进行检查计算，并控制适当的进尺；若已严重糊钻，应停钻提出钻锥，清除钻渣。

3.6.5 卡钻

卡钻常发生在冲击钻孔施工中，卡钻后不宜强提只宜轻提，轻提不动时可用小冲击钻锥冲击，或用冲、吸的方法将钻锥周围的钻渣松动后再提出。

3.6.6 掉钻落物

掉钻落物时宜迅速用打捞叉、钩、绳套等工具打捞，若落体已被泥沙埋住，应按前述各条，先清除泥砂，使打捞工具接触落体后再行打捞。

在任何情况下，严禁施工人员进入没有护筒或其它防护设施的钻孔中处理故障。当必须下护筒或其它防护设施的钻孔时，应检查孔内无有害气体，并备齐防毒、防溺、防坍埋等安全设施后方可行动。

4 结论

宜昌地区，建筑桩基施工中，旋挖钻机成孔扩底灌注桩正在逐步取代人工挖孔扩底灌注桩。旋挖钻机不仅有成本上的经济优势，还有高效，安全，环保，技术先进等社会效益，值得推广应用。

TU473.14

B

2095-1809(2016)06-0001-03

龙 胜(1970-)，男，湖北荆门人，副总经理，高级工程师，从事建筑工程技术管理工作。

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