浅谈大厚度砂卵石层旋挖钻成孔施工方法

王 宏 山西机械化建设集团有限公司

1 问题的提出背景

旋挖钻机由于性能好、效率高而逐渐被设计和施工部门优先选用。

但是在桩基础工程施工过程中，旋挖成孔灌注桩常常遇到砂卵石地层，旋挖钻机在这种地层施工时，常常发生泥浆渗漏、孔壁不稳定、坍塌，混凝土串孔等现象。使钻机成孔困难，降低了成孔速度，增大了混凝土充盈系数，造成很多的经济损失，存在很多不利因素。而大厚度砂卵石层旋挖钻机施工方法完全能够解决这个困扰我们的问题。

2 问题的解决及工程概况

本施工方法结合汾阳碧桂园一期桩基础工程中旋挖钻机在砂卵石层地基施工的施工方法，总结了一套旋挖钻机在砂卵石层施工的方法。通过实际施工证明，本施工方法极大地提高了灌注桩的质量，加快了工程进度，节约了工程成本，具有良好的经济社会效益，可为类似工程施工提供借鉴和参考。

3 关键技术的特点和方法

3.1 施工机具的选择

本施工方法采用机锁杆+双层底桶钻+截齿的钻具组合。

砂卵石层土石松散，采用双层底的桶钻，可以很好地使切削物完整地保存在斗内，提升至孔外，较好的完成挖运工作。它的第一层底用来切削，第二层底可以相对回转一个角度，以实现斗底进土口的打开与关闭。在顺时针旋转切削时，钻具底部的进土口为打开状态，当钻进完成后，将钻斗逆时针旋转一个角度，致使进土口强行关闭，从而使切削物完整地保存在钻具内，形成封闭空间，保证斗内砂卵石在提升过程中不泄露。

截齿强度和耐磨性高，体积小，曲线好，砂卵石层中有较大粒径的卵石可以直接破碎。

机锁式钻杆是正转上锁切削，反转解锁泄力提升，适用于较硬地层钻进。针对砂卵石层密实，切削扰动土石松散，易塌孔、承载力小的特点，我们不仅要做到少塌孔，保证混凝土的充盈系数的经济要求，而且满足施工进度的要求。

机锁式钻杆+双层底的桶钻+截齿可以有效地切削卵石并完整的使切削物保存在钻具内并保持孔壁土体稳定，加快了施工进度，减小施工机具损耗，并且减少钻机在施工过程中频繁造成“卡钻”、斗齿被快速掰断，或者斗齿迅速磨损，加大了经济成本和放慢了施工速度。

3.2 施工操作的方法优选。

选用液压振动器埋设长护筒护壁的操作要领与隔孔跳打工艺相结合的施工方法，达到塌孔小的目的。

砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,其结构松散、无胶结、卵石粒径大小不等,具有土体内摩擦角大、塑流性差、渗透系数大、稳定性差的特点。如果钻进深度过大，孔壁内砂卵石无胶结，在自重作用下出现坍塌，增大桩孔直径，影响经济指标。根据地质详勘计算出每个桩位的具体砂卵石层厚度，加工长护筒，结合现场实际钻桶捞出的土质，运用振动器埋设长护筒，使护筒埋设超过砂卵石层，缓速切削，穿过砂卵石层。虽然增加了施工时间，但扰动小，固结时间相对长，达到不易大范围塌孔的施工目的。

砂卵石地层存在滞留水等地质条件和混凝土初凝等施工质量要求等现象，隔孔跳打的间距应≥8m，这样的施工方法可实现排水固结，并且可以避免相邻桩在施工时相互间振动影响而导致的塌孔和保证混凝土施工质量。

3.3 泥浆制备的特点

选取水化性能较好、造浆率高，成浆快、含沙量少的黏土。通过反复比选试验确定泥浆性能指标：相对密度1.05～1.1，黏度16Pa·s～24Pa·s，砂率≤2mm，pH值＞7。

在施工中根据钻进需要和地层的变化，及时调整泥浆相对密度，保持各不因泥浆过浓影响进度，过稀导致塌孔等现象的出现。

4 施工工艺流程与操作要点

4.1 工艺流程

场地平整→钢筋笼制作→制作泥浆池→测量放线→安置护筒→复测护筒→成孔→放置钢筋笼及导管→灌注混凝土→破桩→交工验收。

4.2 操作要点

4.2.1 钢筋笼制作

（1）骨架成形：制作钢筋笼加工胎具，校队胎具高程并加工固定主筋间距扳手，按等间距将主筋布置好，用电焊将主筋与加筋箍筋固定。（2）将骨架按规定的间距缠绕箍筋，并将主筋与箍筋采用满绑的固定方式绑扎固定。

4.2.2 制作泥浆池

（1）泥浆成分主要有水、塑性指数大于17的粘性土、膨润土、增粘剂、分散剂等。（2）根据地质勘察报告确定泥浆材料的初步选择和配合比，再根据试桩作进一步修正。最终确定泥浆比重采用1.05～1.1,砂率≤2mm，pH值＞7，黏度16Pa·s～24Pa·s。（3）材料加入顺序。首先加入清水，再加入黏土或膨润土，进行搅拌，等膨润土溶解后，再投入羧甲基纤维素，然后投入分散剂，最后加入增大比重剂与渗水防水剂。

4.2.3 测量放线

开工前，以建设单位提供的现场控制测量成果资料并现场实物交接作为测量放线的依据。测放时现场桩位钉入HRB400级C10螺纹钢筋，埋深长度300mm，地面外露长度20mm，并系红布条做标记。每批测放点，应由不同控制点进行复核，并由第二人进行现场复核，确保桩位准确。未经验收桩位点严禁施工。

4.2.4 安置护筒

先放出桩位中心点，过桩径中心点拉正交十字线在护筒外80cm～100cm处设置4个护筒控制桩，然后采用比桩身直径大20cm的钻头，旋挖2m深后放置护筒，对齐护筒中心。使用液压振动器振动压制长护桶至预设砂卵石层底后钻机就位开钻。

4.2.5 成孔

（1）钻机就位。平整场地后，使旋挖钻机水平放置，采用垂直仪校正钻杆的垂直度，使钻机桅杆调整至垂直于孔口的水平面，使钻头中心置于护筒内的桩中心位置。（2）钻孔。开孔时将护筒内注入足够的泥浆（即保证高出地下水1m～2m），然后用旋挖钻斗将孔内钻渣依次挖出，并在成孔中间随时补充泥浆，保证护筒内泥浆水头压力，安排装载机将钻斗挖出的钻渣清理到场外。（3）清孔。钻至设计标高时用带有活门的筒形钻清理沉渣，即一次清孔。当孔壁泥浆皮沉淀较厚时，可用扫孔钻头上下往复，扫刷孔壁。清孔后提出钻头，由质量员和工程监理进行孔径、孔深、垂直度检测，验收合格后，移走钻机，盖好盖板，进行下道工序施工。

4.2.6 吊放钢筋笼

（1）根据设计桩长和空桩深度，制作吊筋。钢筋笼的吊放采用汽车吊，在专职人员指挥下对准孔位徐徐放入，避免碰撞孔壁。（2）当钢筋笼送入孔中外漏1m时，用插杆将钢筋笼固定，用钢管吊筋吊起，将钢筋笼下放到设计标高，将吊筋采用钢管穿杠固定，放置在枕木上，避免压住护筒。调整钢筋笼中心和桩位中心重合，准备吊放导管。（3）插入导管。导管在使用前应进行打压，以检查导管是否有砂眼，法兰盘连接是否密封，胶皮垫是否需更换。及时调整导管在桩孔内的位置防止碰撞钢筋笼并损坏导管。第一节导管应不小于4m，导管下放与孔底接触后上提300mm～500mm。

4.2.7 混凝土灌注

第一次灌注混凝土的方量应满足导管底端埋入混凝土中1m的要求。第二次混凝土的灌入量（即以后每次）应满足导管底端能埋入2m的要求。

第一次（以后每次）的提管高度不大于4m，保证导管底端至少埋入混凝土面以下2m以上，徐徐提管避免出现断桩。

5 材料与设备

5.1 本工程所用主要材料

灌注桩商品混凝土：试桩、锚桩、工程桩均采用C35P6，及时向混凝土供应商提供设计参数。

钢筋：钢筋进场前，厂家提供出场合格证，进场后根据进场批次复检，并向监理提供复检报告；及时进行钢筋焊接试验并提供复检报告。

水泥：采用普通硅酸盐32.5级水泥，水泥进场必须有合格证，并分批量抽查。

5.2 本项目投入设备

本项目投入旋挖钻机YTR180/150共4台，详情见表1。

表1 本项目投入设备

6 效益分析

根据旋挖钻机实际完成的灌注桩，可统计出以下数据。

6.1 施工效果

（1）混凝土充盈系数：1.12～1.28，平均充盈系数1.2。（2）成孔效率：孔深29.5m～30.8m约6h/桩孔，每天可完成6～7根桩作业。（3）成桩质量：每栋楼抽取3根桩进行单桩承载力试验，全数进行低应变动测法来检查成桩质量。检测结果：桩的完整性、承载力、均满足设计要求。

6.2 经济效益

用旋挖钻机和目前最常用的HCZ-8型冲击成孔钻机来作比较，据统计，HCZ-8型冲击成孔钻机平均成孔时间（包括洗孔）约18h/桩孔～24h/桩孔，平均充盈系数为1.23。旋挖钻机成孔成本比HCZ-8型冲击成孔钻机高5%左右，但其成孔效率是GPF-200型钻机的6倍以上，具有良好的经济社会效益。

7 应用实例

实例一：汾阳碧桂园一期桩基础工程建设项目。由于本工程工期紧、地质条件复杂。为了保证项目够顺利进行和按期完工，我们使用旋挖成孔灌注桩施工工艺进行施工。

该经汾阳质监站验收质量良好，获得业主监理的一致好评。

实例二：离石碧桂园一期桩基础工程建设项目

该工程采用旋挖成孔灌注桩施工工艺进行施工。提前完成了施工任务，确保了主线的正常施工，并且一次通过中间验收，得到了业主的认可。