浅谈建筑工程旋挖成孔灌注桩施工技术

李 峰

(北京建工四建工程建设有限公司，北京 100075)

0 前 言

随着技术进步，在建筑领域旋挖成孔灌注桩工艺逐步取代安全隐患大、施工进度缓慢的人工挖孔桩工艺，大大节省了劳动力，有利于现场施工的安全控制。在旋挖成孔灌注桩基础施工过程中也遇到了一些新的难题，需要通过技术手段逐一解决。旋挖成孔灌注桩适用于高回填且地质条件复杂的工程，建设单位前期委托勘察单位对场地进行勘察，但只是初探，目的只为设计提供依据，勘探不够全面不能完全反映场内复杂地质情况，旋挖桩成孔施工需要成孔位置详细的地质数据，如此才能保证快速成孔，所以前期勘察资料不满足旋挖成孔需要；旋挖成孔过程中因地质条件问题会导致孔壁坍塌，会遇到淤泥层或流沙层；清孔不彻底，桩底出现软弱夹层，桩成型后会有沉降；混凝土浇筑过程中因地质空洞缝隙会出现混凝土串孔。本文通过超前钻、回灌成孔、全钢护筒护壁成孔、灌注导管水冲清孔、灌注导管水下浇筑混凝土措施解决上述问题，希望对建筑行业类似工程施工有所借鉴意义。

1 工程概况

某工程原始地形为构造剥蚀丘陵地貌，场地内有两条溪沟，经二次改造上游来水由暗埋箱涵有组织引流改道，场内旧河道回填处理，底部淤泥采用抛石挤淤工艺回填，大规模开挖回填，面层强夯平整形成最终的施工场地。本工程地勘勘察点位20 m×20 m方格网式，旋挖成孔灌注桩桩间距远小于勘察点间距，地勘资料不能够满足旋挖成孔灌注桩施工的需要，施工前需要对场内复杂的地质情况和高回填区域桩基持力层基岩岩面高程、岩性、回填土密实度、石块含量、有无孤石、有无孔洞、淤泥层厚度、流沙层厚度、桩长、桩底3 d(且不小于5 m)范围内破碎带软弱夹层等情况进行探查明确，掌握旋挖成孔灌注桩桩身位置具体的地质情况后选择合适的成孔方式。

2 超前钻施工

为探明旋挖成孔灌注桩施工范围具体地质情况选用超前钻，旋挖成孔前完成超前钻施工，并整理好超前钻数据用于指导旋挖成孔灌注桩施工。

2.1 超前钻工艺

采用的超前钻工艺进行提前探底，对现场施工的进度和质量控制提供较详尽的资料，有利于现场预控，缩短了施工间歇，节约了成本。为现场旋挖桩施工进度、质量控制提供了保障。

超前钻钻探点使用全站仪进行放孔，超前钻施工数量没有规范要求，为满足施工需要可根据地勘报告结合工程实际情况进行确定，建议超前钻分批施工，第一批超前钻施工数量取第一批旋挖成孔灌注桩数量的10%，如能满足现场施工需要，后续超前钻分批施工时可按分批旋挖成孔灌注桩施工数量的10%进行勘探，如不能满足施工则加大超前钻施工数量，直到满足施工需要为止。

2.2 超前钻施工

超前钻施工工艺流程：平整场地→桩位放样→钻机就位→孔钻钻进→起钻、取芯→(下一循环)→钻至设计高程→终孔。

施工平台的平面尺寸应按桩基设计平面尺寸、钻机数量和钻机底座平面尺寸、钻机就位要求、施工方法以及其他配合施工机具设施布置情况而定。根据设计蓝图和总控制点布设测量控制网，依据测量控制网进行施工放样，放样结果及时上报监理单位核查，核查合格后方可进行下步工序施工。

取芯长度根据机械参数及岩性可做调整，所有芯样应排放整齐、编号齐全，装入芯箱，统一存放。根据钻孔及取芯情况绘制钻孔柱状图见图1，注明钻孔编号。孔口坐标及高程、岩层层面高程、桩底3 d(且不小于5 m)范围地质情况。

图1 超前钻钻探示意

2.3 超前钻成果分析

该次超前钻勘察共计钻孔119个，总进尺2 706.98 m，其中重型触探实验孔16个。室内资料的整理、检查、分析与相关外业工作交叉同时进行，并及时编制了岩土工程勘察报告。勘察成果显示场内出露的地层由上而下依次为第四系全新统填土层(Q4ml)、残坡积层(Q4el+dl)、冲洪积层(Q4al+pl)、侏罗系中统沙溪庙组(J2xs)沉积岩层。填土层回填时间约1年，主要成分为黏性土夹泥岩碎块石。填土中块石含量30%～60%，局部块石含量高达85%，其中36个桩位探明含直径1 m以上孤石，最大块径1.5 m，主要分布于杂填区域。31个桩位探明有1.5～7.85 m厚流沙淤泥层，回填层厚度0.6～24.8 m。重型触探试验结果显示回填区密实度随着深度的变化差异较大，回填区表层2 m范围内其密实度均为中密、稍密，中层及底层密实度较差，局部松散。地质条件十分复杂，旋挖桩施工塌孔风险较大。

超前钻施工完成后，根据对其勘探成果分析，项目部制定了详尽的应对方案。鉴于本工程回填区域地质条件极其复杂，最终确定根据不同地质条件的施工区域采用重庆地区惯用的低强度混凝土回灌护壁成孔方案和全钢护筒护壁成孔方案，两种方案结合使用。在开挖前根据不同桩位地质情况特点选用以上不同的成孔方案，有效减少塌孔几率和减少材料浪费。

2.4 超前钻工艺在桩基施工中的作用

1)基岩样本试压工作是旋挖桩施工过程中必不可少的一环。根据相关规范，砂岩设计抗压强度为饱和单轴抗压强度，岩体样本取样后到检测中心先制备成标准圆柱体样板，在水中吸水饱和(24 h以上)，才可进行抗压强度检测，抗压强度检测合格后方可进行桩基混凝土浇筑。由于样品制备和检测中心工作安排会耗费大量时间，造成桩基成孔后长时间不能浇筑混凝土封闭，极易造成塌孔。提前取出基岩样本并进行试压能避免基岩检测期间施工间歇。

2)根据钻探结果提前制作钢筋笼。根据勘察结果，提前计算桩底标高、确定桩身主筋长度，提前绑扎并进行连接，减少在成孔后制作钢筋笼的时间，减小施工间歇，减少窝工。

3)旋挖成孔灌注桩要求对于桩基础需检测桩底3d(且不小于5 m)范围内是否存有软弱带、夹层、破碎带等。超前钻施工时同时加深至预计桩底3d(且不小于5 m)，避免桩开挖成孔后等待钻探时间。

4)根据钻探结果提前确定桩长，提前进行刚性角推算，施工过程中严格控制旋挖机下钻深度，保证嵌岩深度、满足刚性角、不超挖，避免刚性角不满足要求造成施工质量事故或因超挖造成周边桩刚性角受到影响，有效保证成桩质量。

5)超前钻成果柱状图能直观反映桩孔范围内较大孤石位置，探明桩底3d(且不小于5 m)范围内软弱带、夹层、破碎带等，避免了成桩过程中将大型孤石误认为已经入岩，成桩后因承载力不足造成质量事故。

6)成孔过程中，因施工间歇最大限度的缩短，施工过程中尽可能减小孔内沉渣厚度，保证桩底沉渣厚度满足规范要求。

7)在含水率较高的黏性土地质，能提前确定黏土层厚度，提前选择成桩工艺，可避免因含水率过高的黏性土缩径造成桩身直径不能满足设计要求。

8)通过重型触探试验，明确桩孔位置回填土密实程度，分析塌孔可能性，选取合理成孔方案，减少塌孔风险。

3 旋挖成孔灌注桩施工

3.1 回灌护壁成孔

低强度混凝土回灌护壁成孔：适用于填土、黏性土、粉土、砂土、碎石土、软质岩等岩土层。开挖直径可按设计桩身直径，回灌成本低，施工方便。适用于塌孔几率较小的简单地质情况，在局部塌孔时采用低强度等级混凝土进行回灌，回灌高度高于开挖过程中塌孔位置的顶标高300～500 mm，待混凝土达到一定强度后二次开孔，在塌孔段形成低强度混凝土护壁，再继续下挖成孔。

采用低强度混凝土回灌护壁成孔(见图2)注意回灌混凝土坍落度不要太大，回灌过程中注意混凝土面高程变化，随着混凝土的回灌，混凝土表面表面高程变化不大，此时应该是遇到较大孔洞或有串孔现象，这时将混凝土坍落度调小，减少回灌混凝土用量。

图2 低强度混凝土回灌护壁示意

3.2 全钢护筒护壁成孔

全钢护筒护壁成孔：适用于松填土地质、砂卵石地质、厚度较大淤泥(质)地质等软弱地质、喀斯特岩溶地质、地下水位较高、有承压水的砂层等岩土层。护筒内径宜比桩径大150～200 mm，护筒采用Q235/Q345低合金热轧钢板材料制成，壁厚不小于10 mm。施工成本较高，成桩混凝土量较回灌成孔工艺大。优点是成孔质量好，适用于塌孔几率较高的复杂地质情况，采用全护筒随开挖进行全钢护壁，能有效减少塌孔。桩孔全部验收完成后随桩身混凝土浇筑同时上提，护筒底低于混凝土浇筑面一定高度，最终护筒全部取出。

3.3 清孔、混凝土浇筑

钻进至设计孔深后，将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需对孔底虚土进行清理。一般用沉渣处理钻斗(带挡板的钻斗)来排出沉渣。孔底清理紧接终孔检查后进行。钻到预定孔深后，必须在原深处进行空转清土(10转/min)，然后停止转动，提起钻杆。注意在空转清土时不得加深钻进,提钻时不得回转钻杆。清孔后，测孔深。

《旋挖成孔灌注桩工程技术规程》(DB J50-156—2012)中规定端承桩沉渣厚度≤50 mm，钢筋笼吊装时与桩孔壁还会有摩擦，掉落的渣土会增加沉渣厚度，钢筋笼吊装完成后清孔十分困难，使用沉渣处理钻斗容易损坏已吊装完成的钢筋笼，浇筑水下混凝土需要使用灌注导管，项目经过试验后采用灌注导管水冲方式将沉渣冲起，使沉渣与水混合，水冲沉渣后立即使用灌注导管进行水下混凝土浇筑，利用混凝土将泥水挤压排除桩孔。

水下混凝土浇筑时注意导管下口至孔底的距离宜为300 mm左右，保证足够的混凝土初灌量，确保导管下口一次埋入混凝土灌注面以下，埋入深度不少于800 mm，导管埋深一般控制在4～6 m，不得将导管提出混凝土灌注面，灌注开始后，应连续地进行，准备好导管拆卸机具，缩短拆除导管的时间间隔，控制最后一次混凝土灌注量，在泥浆全部排除后超灌混凝土高度宜为0.8～1.0 m，保证凿除浮浆后暴露的桩顶混凝土强度满足设计要求。

4 结 论

综上所述，旋挖桩施工过程中除了关注施工进度以外，还应考虑到施工工作需要完成的任务较多，施工步骤比较繁琐，任何一个环节出错，都会影响施工质量。因此，在旋挖机械成孔灌注桩施工的过程中，需要对钻孔施工的过程和钻机的位置、使用频率、护筒埋置深度等做好把控，减少施工过程中钻孔塌陷等质量病害的出现，同时需对成桩位置复核、钢筋笼安装检查、沉渣厚度检查等符合要求后方可进入下一工序，提高施工质量，方能到达促进工期、降低费用的效果。

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