旋挖钻孔灌注桩施工技术
2018-11-8 9:42:09 点击：
现代的高层建筑大部分都离不开桩基础,而桩基的技术有多种多样。本文就旋挖钻孔灌注桩施工技术进行了探讨，并结合某具体工程实例，对其施工难点和关键技术做了详细的介绍，还提出了施工的相关注意事项，旨在为类似工程提供参考。
关键词：旋挖钻孔灌注桩；施工技术；注意事项
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
混凝土灌注桩施工中,成孔是关键工序,也是影响桩基施工质量、进度及工程造价的主要因素。传统的冲击钻、回旋钻成孔,由于钻进工艺的原因,钻进效率和成孔质量都有其局限性,特别是使用大量泥浆还会造成环境污染。而旋挖钻孔灌注桩是近十年才开始发展和逐步被人们所认知和广泛使用的技术，所谓的旋挖钻孔灌注桩，是利用旋挖钻机钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土，并通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。本文就旋挖钻孔灌注桩技术做了探讨，旨在为更好的应用此项技术。
1 工程概况
某工程地基基础设计等级为甲级，场地类别为二类，基础主要为桩基。地形整体上东侧、西侧及北侧高，南侧及中间低，呈“U”状，由东北侧以及西北侧向中间倾斜，起伏较大；相对高差53.82m，回填区域深度超过21m。
基础采用以中等风化泥岩作为持力层，工程桩桩径D=800mm、lO00mm、1lOOmm、1200mm、1300mm、1400mm、1600mm、1700mm、2000mm、2200mm等l0种类型。根据地勘报告，要求所有基础均以中风化岩层为持力层，中风化泥岩天然单轴抗压强度标准值frk=6.820MPa，承载力特征值1.585MPa。
2 施工难点
根据地勘报告，普通回填土由砂岩和泥岩碎石、粘性土和少量混凝土块、碎砖块、灰渣等建筑垃圾组成。硬质物粒径为5～370mm，最大可达2000mm，含量约占总质量的15％～30％，硬质物均匀性差，结构松散，稍湿。填龄多数小于5年，局部地段为新近回填形成，由机械抛填形成，且深度超过21m；新填土区均匀性差，土质松散，承载力低，压缩性相差悬殊，随之带来的是地基稳定性缺陷，工后沉降，差异沉降；因为回填物中多回填碎石、块石及碎屑的混合物，较松散，且通常具有较大的空隙和空洞，旋挖机钻进过程中容易发生塌孔，易造成卡钻、埋钻、钻杆断裂，缩径、夹砂而形成Ⅲ、Ⅳ类桩；同时由于孔壁土质松散在施工过程中极易发生回填土滑落孔底，不易控制孑L底虚土厚度，造成质量隐患。
3 施工控制关键技术
3.1 场地地质水文条件
根据地勘报告得知场地地层结构由人工填土、粉质粘土、下伏砂、泥岩组成。人工填土松散、稍密，属透(含)水层；粉质粘土属隔水层；泥岩为粘土岩属相对隔水层；砂岩岩体较完整，裂隙较发育，属相对含水层。建筑场地属长期剥蚀丘陵地貌，场地整体上东西北侧高南侧低，大气降水后多形成地表径流向南侧低洼处排泄出场地，贮水条件较差。场地范围内无地下水存在，水文地质条件简单，但雨季时地势低洼的填土层较厚处有形成局部滞水条件。在桩基施工，尤其地下室桩基施工时应作好地表水的排水工作。
3.2 灌注桩设计概况
本工程灌注桩桩端嵌人中等风化带岩石，相邻基础(包括桩基础及浅基础)底面高差的绝对值不得大于其水平净距，当不能满足时，必须调整基础埋深，将浅埋基础的埋深加大直至满足上述要求。桩基础在其持力层以下5倍桩端直径范围内不应有临空面，否则也应加大其埋深，桩长度不得小于5m和5倍桩直径二者较大值。
3.3 施工控制的主要内容
高回填区域由于土层结构复杂，稳定性差，为了保证桩基施工质量，在桩基施工过程中须重点控制桩位、孔深、桩径、垂直度、桩底沉渣等项目。
为了有效减少高回填区域因土质松散引起塌孔的发生，有效预防施工过程中因施工方法不当造成孔底沉渣、塌孔、缩径与漏浆等质量问题，开孔过程中，在钻进的孔内淋水，使得钻机在钻进的过程中产生护壁。再用筒钻环型切割，把钻进面分成工作面和非工作面两个部分，减少钻进过程对孔壁(非工作面)的影响。在钻进过程中慢放慢提钻杆，轻加压，低速钻进，减少钻进过程中的振动；同时根据土质松散程度选择旋挖施工间距，一般采用跳挖方式施工，倒出的渣土距离桩孔最小应大于6m，并应及时清运；在旋挖施工过程中，各种机械必须按照规定线路行驶，以避免压坏成型桩或孔。
施工流程：施工准备→测量放线→钻机就位→取土成孔→检查、清渣→移机→吊放钢筋骨架→检查、二次清渣→吊放导管→灌注混凝土。
3.4 施工控制关键技术分析及实施
3.4.1 沉渣的控制
确保端承桩孔底沉渣≤50mm的施工要求，以使得混凝土与基岩结合完好提高桩端承载力，对于回填深度超过21m，桩长达35m且土质极为松散不稳定的情况，要达到该要求十分困难。经过分析影响沉渣控制因素有：①钢筋骨架吊放时碰刮孔壁泥土坍落孔底；②清孔后混凝土灌注时间较长，且周边施工振动导致孔口或者孔壁松土滑落；③在混凝土浇筑前塌孔；④雨水等造成泥浆进入孔底沉淀等。
主要采取防治措施：①当钻孔钻探到位后，用钻机复测钻探，用双底清渣钻斗提至距孔底0.2～0.3m处，使之空转将残存在孔底的渣土吸出；②钢筋骨架吊装需要缓慢垂直放入；⑧钢筋吊装完毕后进行二次清孔，一般采用高压送风、高压灌浆以及提高混凝土初灌时对孔底的冲击力溅除孔底沉渣为悬浮体，以达到清除孔底沉渣的目的。
3.4.2 高回填区域塌孔控制
由于该部分桩均在高回填区域进行施工，一般在土石方施工时如未对回填土层进行分层夯实、碾压、孤石或者漂石进行粉碎等技术处理，当施工场地较低时，下雨后大量的地表水汇集，会使得回填杂土的含水率增大导致孔壁垮塌。
主要的防治措施：使用挖土机及时投入粘度较高干湿度合适的黏土，通过钻机加压反转将黏土挤入孔壁，增加孔壁的胶结性，形成相对稳定的保护层。如果形成钻孔垮塌严重，就需要向孔内浇筑低强度等级混凝土或高强度等级砂浆，待24h后(具体时间根据气温调整)或者等混凝土初凝后再次钻进成孔。挖掘成孔区内，不得堆放余土和建筑材料，并防止局部集中荷载和机械振动。
3.4.3 漏浆与缩径的控制
高回填区域由杂填土、粘土、淤泥质土以及其他回填物组成，而且采用抛填方式形成的回填土级配差、固结性不良、孤石附近易形成空洞、空隙，在混凝土浇筑过程中容易造成漏浆使得局部装身混凝土不密实；在软弱土质中由于土体流动性较大，旋挖成孔后，孔壁处的土体在周围水平土压力的作用下，向孔内产生一定位移引起设计桩径变小。
主要防治措施：配置密度和粘度较高的水泥浆形成孔壁保护层，并保持足够的泥浆液面高度，产生足够的泥浆压力对抗孔壁的水平土压力来预防缩径的出现，同时通过足够的压力促使泥浆顺延孔壁孔隙流动以封闭由于回填原因形成的空洞、孔隙避免灌注混凝土时漏浆。对于不便采用泥浆护壁或者土层状况十分不好的区域，可以采用预注浆的方式防治漏浆和缩径，即在桩位四周预先钻小孔，然后通过注浆管向管道内喷射水泥浆，当注浆孔中水泥浆达到一定强度，桩位周围的土层、碎石、孔隙都会因水泥浆的渗透得以固结，提高桩位部分土层的整体性；桩周注浆孔的数量以及具体位置可以根据土层情况作适当调整。
终孔后待钢筋骨架和混凝土导管安装好后进行成孔验收，验收检查的具体项目及要求见表1。
表1 旋挖灌注桩成孔施工允许偏差
3.5 灌注混凝土
(1)灌注混凝土前，应在孔口安放护孔漏斗，然后放置钢筋骨架，钢筋骨架吊装完毕后，应安置导管或气泵管二次清孔，并应进行孔位、孔径、垂直度、孔深检验。
待检验(应符合规范和设计要求)合格后应立即灌注混凝土。应满足桩孔在规定时间内灌注完毕，同一根桩施工必须保证连续浇筑。如果不能连续浇筑，则必须保证混凝土灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间，在施工过程中加强对桩身混凝土的振捣以有效保证混凝土的密实。
(2)灌注混凝土时，将贮料斗内贮满混凝土，用吊机拔出球塞，混凝土下落后检测导管内和孔内混凝土高度，确保导管埋人孔内混凝土埋深不小于1.0m，方可继续灌注混凝土，混凝土灌注至钢筋骨架底部时，应减慢灌注速度，防止钢筋骨架上浮；当混凝土上升至钢筋骨架底部4m以上时，提升导管，使其底口高于钢筋骨架底部2m以上时再恢复正常的浇注速度。在灌注过程中应不间断测量混凝土面高程和埋管深度，及时上拔导管(2m≤H埋≤6m)。当浇筑至距桩顶不小于承台、条基(地梁)高度且不小于lm范围内三者最大值时，混凝土强度等级应同上部墙柱混凝土标。为了保证桩顶混凝土质量，浇筑混凝土时应不断检查桩孔口溢出的混凝土质量。为了保证桩头部分混凝土的密实，一般在混凝土浇筑过程中超过控制标高500mm，在混凝土初凝之前剔除高出部分混凝土使得桩头混凝土密实，避免浮浆影响桩身质量；同时灌注桩实际浇筑混凝土的量不得小于计算体积圈。
3.6 机械旋挖桩施工流程图
图1为机械旋挖桩施工流程图。
图1 机械旋挖桩施工流程图
4 注意事项
(1)高回填区域由于地下情况复杂，在旋挖桩施工前对地勘资料的及时性、完整性以及准确性要求更高，需要技术人员在详尽的地勘资料上作出准确的预判。
(2)各桩孔开挖至设计深度后，必须由质检人员进行一次检查，符合要求后，再提请监理工程师、设计、地勘及甲方代表等查验基岩情况。
(3)在施工工程中，应做好各种原始记录，包括：岩层承载力检测、放线记录、每根桩完整的岩性编录、钢筋骨架检查记录、混凝土灌注记录、隐蔽工程记录等。
(4)分段制作的钢筋骨架，其接头采用焊接连接；加强筋与主筋焊好后，将螺旋筋按间距绕于其上用扎丝绑扎；尽量提前制作钢筋骨架避免成孔发生变化。
(5)复杂地质情况的旋挖桩施工，对于钻机操作人员的技术能力要求较高，需要实时调整旋挖设备的状态以适应土层变化。
(6)高回填区域中常遇孤石或者断裂岩层，需要在钻孔过程中时刻关注成孔垂直度，并进行检测；同时对于桩底无法探明的情况下，结合施工可视影像技术设备对桩端进行查看。
关键词：旋挖钻孔灌注桩；施工技术；注意事项
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
混凝土灌注桩施工中,成孔是关键工序,也是影响桩基施工质量、进度及工程造价的主要因素。传统的冲击钻、回旋钻成孔,由于钻进工艺的原因,钻进效率和成孔质量都有其局限性,特别是使用大量泥浆还会造成环境污染。而旋挖钻孔灌注桩是近十年才开始发展和逐步被人们所认知和广泛使用的技术，所谓的旋挖钻孔灌注桩，是利用旋挖钻机钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土，并通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。本文就旋挖钻孔灌注桩技术做了探讨，旨在为更好的应用此项技术。
1 工程概况
某工程地基基础设计等级为甲级，场地类别为二类，基础主要为桩基。地形整体上东侧、西侧及北侧高，南侧及中间低，呈“U”状，由东北侧以及西北侧向中间倾斜，起伏较大；相对高差53.82m，回填区域深度超过21m。
基础采用以中等风化泥岩作为持力层，工程桩桩径D=800mm、lO00mm、1lOOmm、1200mm、1300mm、1400mm、1600mm、1700mm、2000mm、2200mm等l0种类型。根据地勘报告，要求所有基础均以中风化岩层为持力层，中风化泥岩天然单轴抗压强度标准值frk=6.820MPa，承载力特征值1.585MPa。
2 施工难点
根据地勘报告，普通回填土由砂岩和泥岩碎石、粘性土和少量混凝土块、碎砖块、灰渣等建筑垃圾组成。硬质物粒径为5～370mm，最大可达2000mm，含量约占总质量的15％～30％，硬质物均匀性差，结构松散，稍湿。填龄多数小于5年，局部地段为新近回填形成，由机械抛填形成，且深度超过21m；新填土区均匀性差，土质松散，承载力低，压缩性相差悬殊，随之带来的是地基稳定性缺陷，工后沉降，差异沉降；因为回填物中多回填碎石、块石及碎屑的混合物，较松散，且通常具有较大的空隙和空洞，旋挖机钻进过程中容易发生塌孔，易造成卡钻、埋钻、钻杆断裂，缩径、夹砂而形成Ⅲ、Ⅳ类桩；同时由于孔壁土质松散在施工过程中极易发生回填土滑落孔底，不易控制孑L底虚土厚度，造成质量隐患。
3 施工控制关键技术
3.1 场地地质水文条件
根据地勘报告得知场地地层结构由人工填土、粉质粘土、下伏砂、泥岩组成。人工填土松散、稍密，属透(含)水层；粉质粘土属隔水层；泥岩为粘土岩属相对隔水层；砂岩岩体较完整，裂隙较发育，属相对含水层。建筑场地属长期剥蚀丘陵地貌，场地整体上东西北侧高南侧低，大气降水后多形成地表径流向南侧低洼处排泄出场地，贮水条件较差。场地范围内无地下水存在，水文地质条件简单，但雨季时地势低洼的填土层较厚处有形成局部滞水条件。在桩基施工，尤其地下室桩基施工时应作好地表水的排水工作。
3.2 灌注桩设计概况
本工程灌注桩桩端嵌人中等风化带岩石，相邻基础(包括桩基础及浅基础)底面高差的绝对值不得大于其水平净距，当不能满足时，必须调整基础埋深，将浅埋基础的埋深加大直至满足上述要求。桩基础在其持力层以下5倍桩端直径范围内不应有临空面，否则也应加大其埋深，桩长度不得小于5m和5倍桩直径二者较大值。
3.3 施工控制的主要内容
高回填区域由于土层结构复杂，稳定性差，为了保证桩基施工质量，在桩基施工过程中须重点控制桩位、孔深、桩径、垂直度、桩底沉渣等项目。
为了有效减少高回填区域因土质松散引起塌孔的发生，有效预防施工过程中因施工方法不当造成孔底沉渣、塌孔、缩径与漏浆等质量问题，开孔过程中，在钻进的孔内淋水，使得钻机在钻进的过程中产生护壁。再用筒钻环型切割，把钻进面分成工作面和非工作面两个部分，减少钻进过程对孔壁(非工作面)的影响。在钻进过程中慢放慢提钻杆，轻加压，低速钻进，减少钻进过程中的振动；同时根据土质松散程度选择旋挖施工间距，一般采用跳挖方式施工，倒出的渣土距离桩孔最小应大于6m，并应及时清运；在旋挖施工过程中，各种机械必须按照规定线路行驶，以避免压坏成型桩或孔。
施工流程：施工准备→测量放线→钻机就位→取土成孔→检查、清渣→移机→吊放钢筋骨架→检查、二次清渣→吊放导管→灌注混凝土。
3.4 施工控制关键技术分析及实施
3.4.1 沉渣的控制
确保端承桩孔底沉渣≤50mm的施工要求，以使得混凝土与基岩结合完好提高桩端承载力，对于回填深度超过21m，桩长达35m且土质极为松散不稳定的情况，要达到该要求十分困难。经过分析影响沉渣控制因素有：①钢筋骨架吊放时碰刮孔壁泥土坍落孔底；②清孔后混凝土灌注时间较长，且周边施工振动导致孔口或者孔壁松土滑落；③在混凝土浇筑前塌孔；④雨水等造成泥浆进入孔底沉淀等。
主要采取防治措施：①当钻孔钻探到位后，用钻机复测钻探，用双底清渣钻斗提至距孔底0.2～0.3m处，使之空转将残存在孔底的渣土吸出；②钢筋骨架吊装需要缓慢垂直放入；⑧钢筋吊装完毕后进行二次清孔，一般采用高压送风、高压灌浆以及提高混凝土初灌时对孔底的冲击力溅除孔底沉渣为悬浮体，以达到清除孔底沉渣的目的。
3.4.2 高回填区域塌孔控制
由于该部分桩均在高回填区域进行施工，一般在土石方施工时如未对回填土层进行分层夯实、碾压、孤石或者漂石进行粉碎等技术处理，当施工场地较低时，下雨后大量的地表水汇集，会使得回填杂土的含水率增大导致孔壁垮塌。
主要的防治措施：使用挖土机及时投入粘度较高干湿度合适的黏土，通过钻机加压反转将黏土挤入孔壁，增加孔壁的胶结性，形成相对稳定的保护层。如果形成钻孔垮塌严重，就需要向孔内浇筑低强度等级混凝土或高强度等级砂浆，待24h后(具体时间根据气温调整)或者等混凝土初凝后再次钻进成孔。挖掘成孔区内，不得堆放余土和建筑材料，并防止局部集中荷载和机械振动。
3.4.3 漏浆与缩径的控制
高回填区域由杂填土、粘土、淤泥质土以及其他回填物组成，而且采用抛填方式形成的回填土级配差、固结性不良、孤石附近易形成空洞、空隙，在混凝土浇筑过程中容易造成漏浆使得局部装身混凝土不密实；在软弱土质中由于土体流动性较大，旋挖成孔后，孔壁处的土体在周围水平土压力的作用下，向孔内产生一定位移引起设计桩径变小。
主要防治措施：配置密度和粘度较高的水泥浆形成孔壁保护层，并保持足够的泥浆液面高度，产生足够的泥浆压力对抗孔壁的水平土压力来预防缩径的出现，同时通过足够的压力促使泥浆顺延孔壁孔隙流动以封闭由于回填原因形成的空洞、孔隙避免灌注混凝土时漏浆。对于不便采用泥浆护壁或者土层状况十分不好的区域，可以采用预注浆的方式防治漏浆和缩径，即在桩位四周预先钻小孔，然后通过注浆管向管道内喷射水泥浆，当注浆孔中水泥浆达到一定强度，桩位周围的土层、碎石、孔隙都会因水泥浆的渗透得以固结，提高桩位部分土层的整体性；桩周注浆孔的数量以及具体位置可以根据土层情况作适当调整。
终孔后待钢筋骨架和混凝土导管安装好后进行成孔验收，验收检查的具体项目及要求见表1。
表1 旋挖灌注桩成孔施工允许偏差
3.5 灌注混凝土
(1)灌注混凝土前，应在孔口安放护孔漏斗，然后放置钢筋骨架，钢筋骨架吊装完毕后，应安置导管或气泵管二次清孔，并应进行孔位、孔径、垂直度、孔深检验。
待检验(应符合规范和设计要求)合格后应立即灌注混凝土。应满足桩孔在规定时间内灌注完毕，同一根桩施工必须保证连续浇筑。如果不能连续浇筑，则必须保证混凝土灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间，在施工过程中加强对桩身混凝土的振捣以有效保证混凝土的密实。
(2)灌注混凝土时，将贮料斗内贮满混凝土，用吊机拔出球塞，混凝土下落后检测导管内和孔内混凝土高度，确保导管埋人孔内混凝土埋深不小于1.0m，方可继续灌注混凝土，混凝土灌注至钢筋骨架底部时，应减慢灌注速度，防止钢筋骨架上浮；当混凝土上升至钢筋骨架底部4m以上时，提升导管，使其底口高于钢筋骨架底部2m以上时再恢复正常的浇注速度。在灌注过程中应不间断测量混凝土面高程和埋管深度，及时上拔导管(2m≤H埋≤6m)。当浇筑至距桩顶不小于承台、条基(地梁)高度且不小于lm范围内三者最大值时，混凝土强度等级应同上部墙柱混凝土标。为了保证桩顶混凝土质量，浇筑混凝土时应不断检查桩孔口溢出的混凝土质量。为了保证桩头部分混凝土的密实，一般在混凝土浇筑过程中超过控制标高500mm，在混凝土初凝之前剔除高出部分混凝土使得桩头混凝土密实，避免浮浆影响桩身质量；同时灌注桩实际浇筑混凝土的量不得小于计算体积圈。
3.6 机械旋挖桩施工流程图
图1为机械旋挖桩施工流程图。
图1 机械旋挖桩施工流程图
4 注意事项
(1)高回填区域由于地下情况复杂，在旋挖桩施工前对地勘资料的及时性、完整性以及准确性要求更高，需要技术人员在详尽的地勘资料上作出准确的预判。
(2)各桩孔开挖至设计深度后，必须由质检人员进行一次检查，符合要求后，再提请监理工程师、设计、地勘及甲方代表等查验基岩情况。
(3)在施工工程中，应做好各种原始记录，包括：岩层承载力检测、放线记录、每根桩完整的岩性编录、钢筋骨架检查记录、混凝土灌注记录、隐蔽工程记录等。
(4)分段制作的钢筋骨架，其接头采用焊接连接；加强筋与主筋焊好后，将螺旋筋按间距绕于其上用扎丝绑扎；尽量提前制作钢筋骨架避免成孔发生变化。
(5)复杂地质情况的旋挖桩施工，对于钻机操作人员的技术能力要求较高，需要实时调整旋挖设备的状态以适应土层变化。
(6)高回填区域中常遇孤石或者断裂岩层，需要在钻孔过程中时刻关注成孔垂直度，并进行检测；同时对于桩底无法探明的情况下，结合施工可视影像技术设备对桩端进行查看。
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