滨海及高地下水位地区旋挖钻机全护筒桩施工技术应用

王秉磊，王守美，曹雪，王震震

[摘要]为确保钻孔灌注桩的施工质量，在滨海及高地下水位地区，由于钻机在成孔过程中易出现坍孔、沉渣回流及难以成孔等不利因素，因而开发了全护筒施工技术，通过应用全回转钻机的回转装置带动钢套筒边旋转边压入地面，而后在套筒内取土，再放入钢筋笼，浇筑混凝土的方法，研究了该施工技术的创新性与可行性，实践结果表明，该种施工方式不仅能保证旋挖抗浮桩的施工質量，成桩速度快、质量好，操作工艺简便快捷且经济效益显著。

[关键词]高地下水位； 抗浮； 旋挖；全护筒桩； 质量； 经济效益

[中国分类号]TU753.3                       [文献标志码]B

0引言

随着我国经济建设的不断发展，城市建设规模不断扩大，在桩基础施工过程中，全护筒旋挖灌注桩施工技术以其施工速度快，桩位控制精准，垂直度能够得到有效确保，在桩浇筑过程中，能及时拔起护筒及导管，因而在高地下水位及滨海地区避免了塌孔，成桩质量优良。

1工程概况

山东大学青岛蓝谷健康产业园工程，位于青岛蓝谷鳌山卫办事处山大路以南、凤凰山以北，总建筑面积100 546.25 m2，其中地上建筑面积76 910 m2，地下23 636.25 m2，地上建筑为门诊医技/心血管中心综合楼、康复中心、肿瘤中心、生殖中心/后勤办公，共4个单体，并由4个平台连廊相连。地下除独立地下车库外，门诊医技/心血管综合楼、康复中心、肿瘤中心下设1层地下室并连为一体，局部为人防地下室。

本工程桩基采用抗浮桩，桩基总数共计127根，为600 mm、800 mm、1 000 mm的灌注桩，桩基设计等级为甲级，设计以中风化花岗岩或中风化煌斑岩作为桩端持力层，桩底端进入持力层深度不小于1倍桩直径，且有效桩长不小于设计要求。

2桩基施工技术要点

通过钻机提供的旋转动力，旋转压入钢护套管，再利用旋挖钻机在护筒内取土，直至钢护筒压至基底设计标高，待下压过程结束后迅速进行孔深测量，而后会同设计、监理单位确定桩端持力层，清除基底残渣，吊放钢筋笼，并将混凝土注浆导管竖立在钻孔中心位置，浇筑混凝土成桩，其特点有：

（1）旋转钻机通过计算机精准控制，且钻机操作手在驾驶室内作业，劳动作业强度大大改善。

（2）旋转钻机动力由液压提供，其特点：功率大，钻进速度快且在施工过程中，计算机能自动纠偏桅杆倾斜角度，使钻孔的倾斜度控制在0.8%之内，确保成孔质量。

（3）全护筒成孔桩由于能循环重复利用，相应降低了基础工程施工造价，成孔便捷可靠。

（4）在成孔过程中，由于采用全过程钢护套管护壁，避免了灌注桩缩颈等施工质量事故且低噪音、无振动，安全性能高。

（5）该施工技术应用于滨海地区及地下水位较高等地质条件较为复杂的地层但不适用于较硬岩层的施工。

3工艺原理

3.1钻机全护筒工作原理

钻机的动力头护筒驱动装置与钢护筒端头连接，钢护筒由8～10 mm厚钢板卷制焊接制作，长度为1.8～2.2 m，上、下护筒采用平头螺栓连接，通过回转与摇动机构将钢护筒压入地下，在第一节护筒上安装护筒靴头，靴头是由碳化钨钢制作而成，这样便于穿透坚硬地下土层［1］。

当钢护筒在旋压地下之后，逐节连接钢护套筒，直至钻孔完毕，成孔结束后，要迅速进行桩底清渣，验收合格后及时灌注混凝土，而后顺序拔出钢护筒，转入后续桩位施工。

3.2钻机钻孔作业原理

旋挖钻机按施工图纸就位后，先对桅杆倾斜度进行修正，在钻机上落下钻头至地面10 cm左右，然后开动液压机提供回转动力，使钻机开钻，当钻头深入土层一定深度后，提升钻头，进入排渣施工程序，当旋转下来的岩土在充满钻头80%左右的空隙时，启动电机反向运转排渣，排渣结束后，转盘回归原位置，进行下一步钻进循环，用挖掘机配合自卸渣土车完成土方外运。

4工艺流程和操作要点

4.1工艺流程

为确保旋挖抗浮护筒灌注桩施工质量［2］，需严格按照已获总包、监理单位批准的专项施工方案进行施工，施工工艺流程如图1所示。

4.2操作要点

4.2.1施工准备

该旋挖钻机属重型机械设备，工作时总重95 t，全高23.23 m，履带展开宽度4.4 m，该钻机场内移动时，由于重量大且重心偏高，桅杆需直立，不能折叠，因而对场地道路平整度要求较高，且坚实可靠，场内施工区域所有架空电线均要求清理完毕，无妨碍钻机移动等不利因素，钻机开行线路方向，道路宽度要保证不小于6.0 m，如有坡度角度不大于12°，同时现场还需布置好渣土外运车辆的临时施工道路，该道路要求坚实可靠，否则渣土车易出现侧翻事故［3］。

4.2.2桩位布设

根据施工图纸的坐标基准点和桩位平面图，使用全站仪对桩孔进行定位放线，并作出显著标志，由监理（建设）及相关单位复核验线［4］。

桩基施工中要做好对中心桩的保护，护桩设4个，围绕中心桩在纵、横2个方向上布设，以有利于司机从车上观测桩位定位，护桩离中心桩距离相等，直径1 m的桩可取2.5 m，将小铁钉钉在打入地面的木桩上，做精确标志。

4.2.3钻机就位

钻机入场前，先要对施工场地进行大致平整，如场地不够坚硬，可在钻机行进方向铺设厚钢板，要确保钻机不能产生移位和倾斜，同时注意钻机钻进方向要平行于车体履带方向，严禁垂直布设。

由施工总承包单位会同业主、监理、桩基公司技术人员共同对桩位中心线进行检测，桩位误差不能大于5 mm，并签字认可，而后方可开始施工作业。

4.2.4首节护筒布置

待首节护筒旋转压入地面以下15 cm左右时，要及时检查护筒的倾斜度，用全站仪校核垂直度，如不满足要求，要及时修正处理。

4.2.5连接护筒

护筒入场后，要放置在距离孔口不远的地方，以利于钢护套筒对接作业，当首节护筒压入地面一定深度后，使用卷扬机再提升第二节护筒，用平头螺栓对接，而后开启护筒驱动马达，将两节护筒旋压入土，护筒顶部要高于地面50～70 cm，避免地面塌孔。

4.2.6清渣

钻机在施工时，会源源不断产生渣土，要及时进行清运，否则会影响钻机的正常工作，应配置一台挖掘机配合倒运渣土，在不同的地质地区，由于土质坚硬程度不同，钻进速度有快有慢，因而渣土的排渣速度也不同，通常渣土的排放速度在5～10 m3/h之间，在成孔满足设计要求后，要及时组织技术人员对成孔质量进行验收。

4.2.7桩位吊放钢筋笼

钻孔至设计深度并经过检验合格后，将绑扎好的钢筋笼吊起，及时下放到孔内，钢筋笼的制作及焊接现场要考虑在孔口较近的地方进行，考虑的因素主要有：抗浮桩的上部钢筋长度要确保符合施工图纸要求且不影响起吊、不占用钻机作业时间及混凝土浇灌时间，从而有利于加快工程进度。

如遇桩长超过吊车起吊高度的钢筋笼时，需在孔口附近分2节进行钢筋笼焊接接长作业，为缩短入孔时间，可采用多台电焊机单面施焊，降低焊接作业复杂性，从而确保焊接质量，如图2所示。

4.2.8导管吊放

钢筋笼吊放入桩位后，要在桩位孔上方安放固定导管的井字架，其要求是井字架中心居于桩孔中心之上且坚固水平，预先在井口附近拼接好3～5节导管，这样有利于缩短钻机副卷扬机的吊装时间。

导管要提前进行密闭性试验，通常试水压力为0.8～1.2 MPa，目的是检查导管的密闭性以及法兰盘有否变形及漏水，导管采用吊车安装人工配合，精准就位，要避免碰撞钢筋笼和孔壁，安装时用吊车先将导管放至孔底，待导管放入桩孔底部后，再上提35～55 cm，导管高度确定后，用枕木调整导管卡盘高度，用卡盘将导管卡住，以避免导管在以后提升过程中导管口挂在钢筋笼的钢筋上造成导管无法提升或钢筋笼上浮。

4.2.9混凝土的灌注与拔管

对于孔内混凝土的灌注，要提前处理孔内沉渣，若沉渣超过80 mm，要及时清渣，而后方能开始灌注，初次灌注量应将漏斗和储料斗内全部盛满混凝土，以保证灌下后的混凝土顶面能够掩埋导管1 m以上［5］。

灌注桩开始施工后要连续不停歇施工，严禁发生初凝现象，同时注意埋入混凝土的导管深度不小于1.8 m，也不能大于3.5 m，并注意观察孔内返浆情况，若返浆不畅，可适当提升导管，但必须保证导管的埋置深度，防止缩颈与断桩。

导管提升到一定高度后，在保证导管的埋置深度的前提下，拆除1～2节，以免漏斗太高影响正常灌注。拆除导管的动作要快，间歇时间要尽量短，间断时间不宜超过1 h。

当混凝土灌注到离桩设计标高0.8 m左右时，控制最后一次灌注量，要使混凝土面标高高出桩顶1 m左右，以确保桩头质量［6］。

在浇灌过程中，要按规范留置足够混凝土标准试件，单根桩的混凝土应连续灌注。当灌注过程发生意外中断时，要取得设计单位意见后方可后续施工，在桩施工完毕后，要对桩头及时养护，并清理现场，保持场地整洁、有序，并做好施工隐蔽验收记录。

5质量控制措施

（1）灌注桩用的原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定。

（2）施工必须确保设计桩长及桩端进入持力层的深度，进桩以桩端进入持力层深度及设计桩长双向控制，并保证桩净长。

（3）桩基础施工过程中，应在成孔后、導管安放好后二次清理孔底沉渣，清孔后沉渣厚度不得大于50 mm。并应立即灌注水下混凝土。实际浇注混凝土量严禁小于计算体积。

（4）灌注后的桩顶标高及浮浆的处理必须符合设计要求和施工规范的规定。

（5）施工允许偏差见表1。

6安全措施

（1）施工前进行技术交底和安全生产教育，旋挖钻机使用前，应对操作人员进行上岗培训，严禁违章操作。设备在投入使用前应全面检修，确保设备状态良好。

（2）由于旋挖机设备在工作状态下重心较高，为防止倾覆事故发生，除要求操作人员严格按规程操作外，对场内转移路径要有专人指挥及引导。

（3）钻机钻孔结束后、在孔口混凝土灌注前，要在孔口作出明显警示标志，防止无关人员误坠孔内。

（4）在钻孔施工中，由于吊车使用较多进出频繁，要求作业人员严格按照操作规程作业，并作好安全防护。

（5）现场机械施工用电要指定专业电工严格管理，严禁私拉乱接。

（6）夜间施工必须有良好的照明，遇6级以上大风时禁止进行旋挖钻孔作业。

7环保措施

（1）现场施工机械要选用低噪，废气排放达标型，渣土运输过程中必须全封闭，出场车辆要在大门口洗车台进行冲洗干净，防止污染场外环境。

（2）在生活区的布置上，要依据施工作业人员数量，合理调配进出场时间，尽可能减少生活区人员规模，减少对环境的破坏。

（3）对入场人员要进行环保教育，强化施工作业人员的环保意识，在施工现场指定位置设置垃圾回收装置，各类垃圾要分类存放，施工废水经沉淀后可用于场地内路面洒水降尘。

8经济效益分析

旋挖灌注桩：共计127根，总长度127×7 m/根=889 m

旋挖机：施工速度4 根/d，平均7 m/根，总长28 m/d

施工工期：889 m÷28 m/d=32 d

旋挖灌注桩是冲孔灌注桩施工效率的5倍，若采用冲孔灌注桩，总工期为：32×5=160 d

节约工期：160-32=128 d

采用旋挖护筒施工抗浮桩节约费用：3000元/台班×3台班/d×128 d=115.2万元

9结束语

旋挖全护筒抗浮桩施工技术其优点是：安全性高、低噪音、无振动，在成孔过程中由于有钢套管护壁避免了缩颈及塌孔施工事故，成孔质量好，依靠全回转钻机自身强大的扭矩和压力，施工速度快，成孔垂直度高，由于不使用泥浆，从而避免了泥浆混入混凝土的可能，周边作业区域 干净，减少了环境污染，达到了环保要求，提高了现场绿色文明施工程度，是一种较理想的施工工艺，同时也为企业创造了显著的经济和社会效益。

参考文献

［1］刘小虎，罗建鹏，宋修平，等.基于静载试验的桩基优化设计［J］. 建筑施工，2018，40（325）：648-649.

［2］王国庆，潘巍，张双，等.喀斯特地貌地区中桩基础施工技术应用研究［J］. 建筑技术开发，2018，45（16）：105-106.

［3］喷扩锥台压灌桩技术标准：T/CECS 657-2020［S］.

［4］刘其贤.房屋建筑工程质量常见问题防治措施［M］. 济南： 山东科学技术出版社， 2020.

［5］建筑桩基技术规范：JGJ94-2008［S］.

［6］建筑地基基础施工规范：GB51004-2015［S］.