旋挖两次成孔大直径钢筋混凝土灌注桩施工

李 锋 瑞

(山西机械化建设集团公司，山西 太原 030009)



旋挖两次成孔大直径钢筋混凝土灌注桩施工

李 锋 瑞

(山西机械化建设集团公司，山西 太原 030009)

简述了旋挖钻机两次成孔的工艺原理，从施工测量、钢筋笼制作、灌注施工、成桩等方面，介绍了旋挖两次成孔大直径钢筋混凝土灌注桩施工的操作要点，并阐明了施工中关键材料的选用原则，指出旋挖钻机两次成孔工艺降低了钻进阻力，加快了钻进速度，应用前景十分广阔。

二次成孔，旋挖钻机，灌注桩，钢筋笼

随着国民经济稳定发展，大型建构筑物增多，随之而来的荷载也在增大，在基础类型的选用上大直径的钢筋混凝土灌注桩也越来越广泛地应用于工程实际。在施工过程中，桩径在150 cm以下的桩基施工，已有成熟可行的经验。但对于桩径为180 cm，200 cm的大直径桩基，桩长又较长时，普遍存在成本高、成桩效率低、成孔时间长、易塌孔等问题。我公司针对这些问题开展了技术攻关，结合工程实际，采用了旋挖两次成孔大直径钢筋混凝土灌注桩。该技术通过山西省住房和城乡建设厅鉴定。该技术可以有效降低成本，提高施工效率，降低塌孔概率。经呼包高速公路留宝窑大桥、闻合公路西沟大桥及东干庆大桥的运用，工艺先进、组织合理，取得了明显的社会效益和经济效益，经探索总结形成本工法，具有一定的推广价值。

1 工艺原理

旋挖钻机成孔工艺经过几年的应用，施工工艺已成熟。施工中通过钻斗直接切削土层，钻孔出土由钻头直接带出。当桩基桩径增大时，钻进时钻头切削面积随桩径扩大呈平方数上升，相应阻力呈平方数增大，钻头所受扭矩也呈平方数增加。成孔过程中钻进速度缓慢，钻进困难。采用旋挖钻机两次成孔工艺，即第一次成孔的桩径可按设计桩径的40%～60%进行成孔，然后再按设计桩径进行第二次成孔。由于首次钻孔形成了临空面，二次成孔过程中，可大大减小钻头切削面积，从而降低钻进阻力，加快钻进速度。经过工程实践，效果较好，达到相关规程要求。

2 施工操作要点

2.1 施工测量

1)桩位测量放线。导线控制桩位复核无误后，采用全站仪极坐标法直接放出各个桩孔中心坐标点，相临孔间距可以用钢卷尺复核，两种测量方法可以相互校准，保证准确度。根据设计图纸中的桩位平面图，相邻桩之间的关系，再进行检查，确认无误后进行标志桩的打入。

2)水准测量。将控制网的水准点引至场地附近不受干扰处，以方便测定出每一根桩的控制标高。

3)施工放样。埋设护筒后，将桩位位置及高程引测至护筒上，做出标识，以便于施工控制。

2.2 钢筋笼分段制作

钢筋笼在现场集中制作，采用主筋调直平台，骨架形成装置。

在实际施工中根据桩长确定分段长度。在孔口采用直螺纹机械连接或焊接。

2.3 旋挖两次成孔灌注桩施工工艺

1)埋设护筒。护筒有防止孔口地基坍塌、校正钻具、抬高钻孔内水头、桩位的定位、防止地面水渗漏入钻孔、固定钢筋笼和孔口坠物的防护等作用，所以在施工中要认真埋设。在旋挖两次成孔工艺施工中，在护筒埋设时，按照施工要求双护筒要一次性埋设，内侧护筒直径要大于一次成孔钻头直径100 mm，外侧护筒直径要大于二次成孔钻头直径100 mm以上。

2)泥浆制备及泥浆池设置。由于钻孔护壁和清孔的需要，需制作一定数量的泥浆。对于桩径不小于150 cm、孔深30 m以上的桩孔，且地层松散易塌孔时，宜使用优质膨润土制配高级泥浆。施工场地设置泥浆池，泥浆池分组设置，每组泥浆池由一个造浆池和两个沉淀池组成，造浆池容积不小于桩孔容积的1.5倍，沉淀池容积应大于15 m3，两个沉淀池交替使用，其中一个作为进浆沉淀池，另一个关闸沉淀并进行清理。沉淀池上口标高应比造浆池高出0.5 m左右，并设置进出两个闸门。施工现场应布置连接造浆池、沉淀池和钻孔的环形泥浆槽，在场地合适的位置布置若干支槽连接到环形槽，形成贯通的排水网络和泥浆循环通道，所有的泥浆池和泥浆槽结构均用砖砌筑，泥浆池、槽的侧壁和底部都用防水水泥砂浆抹面，以保证泥浆不外溢和渗漏。

3)分两次成孔。a.一次钻孔：根据施工能力或者现有钻具的钻头直径，埋设了内护筒，内护筒直径一般为设计桩径的40%～60%。开孔时选用合适的钻头进行一次钻孔，在内护筒内先注入足够的泥浆量，即保证泥浆面高出地下水位1 m～2 m，然后钻机就位，开始用旋挖钻头钻进，将钻孔内的钻渣挖出，根据钻进的速度来决定泥浆量的补充量，补充量的标准是始终保持护筒内的泥浆水头高度相对不变，在整个钻孔过程中，孔内泥浆面始终要高出地下水位1.0 m以上，在水位有涨落不稳定的地区施工，泥浆面始终要高出最高地下水位的1.5 m以上。在施工过程中，要用装载机将旋挖钻机挖出的钻渣及时清理并运到施工场地以外，钻头倒出的钻渣距桩孔口的最小距离应大于6.0 m，并应及时清除。b.一次钻孔停钻标准。一次钻孔至设计孔深后，将钻具提离孔底0.5 m左右继续旋转约15 min，确保护壁形成后停止钻进。 c.二次钻孔。先将内护筒拔出，换用与设计桩径相等直径的钻头，再次用拉线法校对钻头中心与桩中心的偏差，满足要求后进行二次钻孔。钻进时，根据钻孔速度及时调整并补充泥浆，保证护筒内泥浆水头压力。每次提升钻具或掏渣时，严格控制升降速度，确保钻具回位准确，并避免钻具拖碰孔壁形成塌孔。d.二次钻孔停钻标准。根据钻渣确定桩底是否达到持力层，当二次成孔至设计孔底标高后，与一次成孔方法相同，再次将钻具提离孔底0.5 m左右继续旋转约15 min，确保护壁形成后停止钻进。e.钻孔清理。当钻进到设计标高后，提升钻杆，把原来的钻头卸下，更换带有活门的筒形钻头，对钻孔底部沉渣进行清理。清理沉渣结束后，根据情况使用扫孔钻头对泥浆皮沉淀较厚的孔壁进行上下往复的扫刷，直到达到要求。清理沉渣的合格标准：对于端承桩不得大于50 mm，对于摩擦桩不得大于100 mm，或者有设计要求时符合设计要求即可。清孔后提出钻头，对成孔的孔径、孔深和倾斜度等进行检查，满足设计要求后进行工序报验，请监理工程师进行检查验收，经现场检查验收合格后，进行下一道工序的施工。为保证施工安全，对钻孔孔口要加盖钢筋篦子或盖板，防止现场施工人员不慎掉入。

2.4 成桩

成桩过程中的吊放对接钢筋笼，安放导管，二次清孔和灌注混凝土等施工工序和普通灌注桩施工一致，不做累述。

3 关键材料的选用

3.1 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，分钠质膨润土和钙质膨润土两种。一般用量为水的8%，即8 kg膨润土可掺100 kg的水，对于粘质土地层，可降低到3%～5%。2)CMC羧甲基纤维素，其作用是在钻孔侧壁表面形成一层强化后的薄膜，起到保护孔壁减少塌孔和减少孔内水分流失的作用，一般掺加量是膨润土质量的0.05%～0.1%。3)FCI(铁铬木质素磺酸盐)分散剂，其作用是使土、粉砂、泥浆和盐分的混合液得到改善，使泥浆中的固体颗粒物聚集并加速沉淀，FCI可重复使用，性能稳定且质量较高，掺加量为0.1%～0.3%。4)碱类：Na2CO3及NaHCO3，控制和改善泥浆性能，掺入量为孔中泥浆的0.1%～0.4%。5)渗水防止剂：废纸浆、锯未等，防止渗水。6)加重剂：增加泥浆相对密度。其掺加量由试验确定。a.重晶石，主要成分为硫酸钡，r=4.2～4.6；b.方铅矿，r=6.8；c.珍珠岩，r>4.5；d.石灰石，r=2.2～2.9。以上泥浆组分的掺加量，在正式使用前须做试配实验，并进行验证，保证泥浆的各项性能指标符合设计和标准规范要求。

现场配制施工用泥浆时，各组分掺加剂应分别制备成若干小剂量的溶剂，按照由少到多的顺序逐渐地均匀加入到泥浆中，同时技术人员从泥浆中取样进行指标测定，达到要求的性能指标后停止掺加，防止过量，每一步掺加完成后的泥浆相对密度差值不宜超过0.01。

3.2 拌制泥浆

1)应根据施工中泥浆的需求量选择相应的膨润土搅拌机，来保证膨润土和CMC的充分溶解，搅拌机的转速宜不小于200 r/min。2)泥浆各组分的投放顺序：根据一次性配置的泥浆数量，计算出各组分的掺加量，按照试配的参数先加入规定数量的清水，然后进行搅拌，同时加入膨润土，待膨润土充分溶解，随后均匀地加入CMC，接着加入分散剂，在最后加入起增大比重作用的比重剂和起防渗作用的渗水防止剂。

4 结语

旋挖两次成孔大直径钢筋混凝土灌注桩施工工艺，适用范围较广，可用于土层、砂层，以及较松散的、粒径较小的卵砾石层、粘性土层的施工。本工艺是施工实践中发展起来的一种实施方便、效益明显的施工工艺。降低塌孔概率，成桩质量好。降低工程造价，节约材料。从施工操作上，具有工艺简单、便于操作的优势。可以充分利用现有的施工机械，通过施工工艺的改进，节省了大量的人力物力，劳动强度也大大减轻，避免了小型钻机带动大直径钻头带来的工效的降低，大大提高了施工速度和机械化程度。从施工效率上，通过两次成孔，可实现施工效率的大幅度提高，既能减少设备投入量，又可以缩短工期。以桩径2 m、桩长60 m的灌注桩为例，当主要地质情况为粘土层、粘土与粉细砂互层时，按传统的施工方法，采取一次性冲孔的施工工艺，一个钻孔的平均连续作业时间在28 h左右，采用两次成孔的施工工艺，平均的连续作业时间则缩短至15 h左右，施工的效率提高了46%。从施工机具上，实现了以小功率机械完成大直径桩基成孔作业，实现了机械费用的大幅度节约，具有明显的经济效益。同时，与一般旋挖成孔工艺一样，具有费用低、成本低、环境污染小，噪声低、振动小，适用于多种土层的优势。

Construction technology of large-diameter steel reinforced concrete bored pile with rotary drilling and second time well completion method

Li Fengrui

(ShanxiMechanizedConstructionEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030009,China)

With a brief introduction of technological principles of rotary drilling and second time well completion method, starting from aspects of construction measurement, steel reinforcement cage fabrication, casting construction and pile forming, the paper introduces the construction operation points of large-diameter steel reinforced concrete bored pile with rotary drilling and second time well completion method, illustrates its critical materials selecting principles in construction, and finally points out that: rotary drilling and second time well completion technology reduces drilling resistance, and speeds up drilling speed. Therefore, it has wide application prospect.

second time well completion, rotary drill, bored pile, steel reinforcement cage

1009-6825(2016)10-0071-02

2016-01-20

李锋瑞(1977- )，男，高级工程师

TU473.13

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