1 前言
随着社会的发展，城市高层建筑不断增多，钻孔灌注桩运用在高层建筑桩基础工程中日益增加，同时也促进了高层建筑钻孔灌注桩施工技术的快速发展。近几年来，旋挖钻机钻孔是灌注桩施工中一种较先进的施工方法，该施工方法主要特点是安全性好、施工效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少，适用于工期要求紧的工程项目，尤其适用于特殊地基条件下的桩基施工。在阳泉煤业集团综合楼高层桩基施工中，由于工期紧、地下水位高、孤石多、地质条件复杂等特点，旋挖机钻孔灌注桩发挥了充分的作用，同时使现场技术人员掌握了新技术，加快了施工进度，确保了工程质量。
地质条件:阳泉地处太行山区，建筑地基多数不均匀，特别是高层建筑大多采用桩基础。阳泉地区为桃河冲积成的河漫滩地貌，冲洪积层局部层位变化较大，在钻孔所达深度范围内，场地上覆地表表层分部薄层～厚层杂填土层，以下为厚层的砂类土、次生黄土、河卵石组成表层第四系堆积物覆盖层，下伏为石灰系中统太原组煤系地层的基岩组合，场区构造为一单斜构造，岩层近水平，地层走向近东西向，倾向北。根据综合楼建筑荷载特征，以及对地基的稳定性要求，本场地条件只能采用桩基础，桩基需将桩端置于下伏稳定的基岩中。桩基需穿越厚层填土、水位以下厚层流砂层及风化基岩，施工难度大，特别是水位以下孔壁维护困难。
考虑到本桩基工程地下水位低，因此不适合采用人工挖孔桩，而且本工程施工场地地处居民密集区，若采用冲击钻成孔，势必会对周围居民及建筑物造成影响。因此经过分析决定桩基的最佳施工方法为旋挖钻机成孔。
2 工法特点
2.1技术先进
旋挖钻机操作由全液压系统控制，能保证桩基垂直度、孔位、孔深、沉淀厚度等各项指标全部达到施工规范要求。该钻机能钻较深、较大桩孔，钻机重心低，稳定性好，定位精准，精度高。钻杆的竖直度及中心位置均由机上电脑控制。钻机备有护筒，能有效防止塌孔、扩孔、缩孔现象发生，保证桩的质量。
2.2施工简便
钻机自带动力和走形机构，在工地范围内，能自行行走和移动，能快速校准水平和桩位。转移工地时，可用拖车载运，钻架和钻杆组装拆卸方便。
2.3施工效率高
该钻机适用不同地质情况，成孔效率高，约6h左右即可成孔，1天成孔3-4个，是本工程回旋钻机成孔的5-6倍，且孔壁稳定性好，成孔后清孔彻底，施工进度快，因此使用于工期要求紧的工程项目。
2.4施工经济
该钻机成孔快，扩孔率小，噪音、振动程度低，故障少，且泥浆用量少，对周围环境污染小，总的施工成本低。
2.5环保特点突出，施工现场干净。
由于旋挖钻机通过钻头旋挖取土，再通过凯式伸缩钻杆将钻头提出孔内再卸土。旋挖钻机使用泥浆仅仅用来护壁，而不用于排碴，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。目前很多城市在施工中的排污费用明显提高，使用旋挖钻机可以有效降低排污费用，并提高文明施工的水平。
3 适用范围
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等桩（大型桩）基础施工工程，
配合不同钻具，适应于干式（短螺旋），或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能特点。旋挖钻机适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围广，基本可满足桥梁建设，高层建筑地基础等工程的使用。目前，旋挖钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。
3.1从对地层的适宜性来讲，既适用于粘性土，也适用于砂性土，还适用于强度不高的风化岩。
3.2从钻孔的方式来讲，既可以湿钻，也可以干钻。
3.3从钻孔桩的类型来讲，既可以钻直孔，也可以钻斜孔，最大桩径可达2.5m,最深桩长可达100m。
3.4从施工空间来讲，不需要提供较大的工作面即可作业，这是其他钻孔灌注桩所无法比拟的。
3.5从环境角度来讲，施工噪音低，不污染环境，适用于环境保护要求高的施工地区。
缺点是对于流塑状态的粘性土和松散的砂性土，必须解决泥浆问题，并慎重选用。
4 工艺原理
旋挖钻机将整体自重置于可自动行走的履带式底盘上，以自带柴油发动机输出动力来提供施工现场所需要的大功率电源，利用筒式钻斗底部的斗齿，在液压油缸的加压下钻进，切削土体，并压入容器内，然后由钻杆提出筒式钻头，至孔口后快速回转倒土。护壁泥浆采用优
质膨润土、烧碱、纤维素等根据地质情况按一定比例配置而成，并随着旋挖钻进用泥浆泵持续注入孔内，起到静压护壁作用，以保证水头压力，如此反复循环完成成孔作业。成孔达到设计深度和质量要求后，安装钢筋笼和导管，灌注水下混凝土。旋挖钻孔灌注桩的特别之处在于制备泥浆和补充泥浆，在钻孔过程中，要制备符合性能指标的泥浆，同时要及时补充泥浆，以确保孔内水头压力，防止塌孔。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
桩孔定位→旋挖机安设钢护筒→拉十字线校核护筒中心与桩孔中心一致→实测钢护筒顶标高→旋挖机钻进，并记录时间、深度、土质情况等参数→钻进至设计深度附近时通知有关部门验孔→如符合要求，则清孔，实测孔深，计算钢笼长度。（如不符，则继续钻进）→安装钢筋笼和导管→灌注水下混凝土。
5.2操作要点
5.2.1桩位的测量放样
采用全站仪坐标法来进行桩的中心位置放样，放样后四周设护桩并复测，误差控制在5mm以内。桩位用10mm、长度35-40cm钢筋打入地面30cm（四周填以水泥砂浆或混凝土来保护）作为桩的中心点，然后在桩位周围做上标记，既便于寻找又可防止机械移位时破坏桩点。
5.2.2埋设护筒
护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水流入孔内，保证孔内水位高出地下水位或施工水位，增加水头高度，保护孔壁不坍塌，确保成孔质量；
① 护筒的要求
护筒选用整体式钢制护筒，壁厚20mm，高度3m，内径120cm。为了增加护筒的刚度，防止周转使用中的变形，在护筒的上口和中部的外侧各焊一道加劲肋。如果施工时地下水位较高，在施工前先用水平仪测出原地面标高、地下水位的高度，在埋设护筒时，护筒的顶端均高出地下水位2.0m以上，以增加孔内水头压力。
② 护筒的埋设
在埋设护筒前，首先对场地进行平整，垫高、清除杂物。施工中，护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。首先正确就位钻机，使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头，在钻头的端部临时连接一扩孔器，使成孔直径可达120cm，深度略小于护筒的埋深，然后用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中，从钻头连接扩孔杆至钻进挖深到安放好护筒仅需15分钟。护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重合，并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。经确认护筒平面位置的偏差不大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%，则将其四周用粘土填实，准备下一道工序的施工。
5.2.3钻孔
① 钻机就位
旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。
② 调制化学泥浆:化学泥浆调制的好坏是钻孔桩施工是否顺利的一个关键性指标，经过反复实验，本桩基用泥浆采用优质膨润土、烧碱、纤维素制成，其各组成成分性能和用量如下：
膨润土：主要成分为蒙脱石，分钙土和钠土，使用时加入纯碱改造成钠土用于配浆。他具有相对密度低、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、造浆能力大等优点。
烧碱（Na2CO3）：调整泥浆的ph值，使其保证在8—10的偏碱性范围内，以保证水化膜的厚度，提高泥浆的胶体率（稳定率）和稳定性，降低失水量，同时避免了因ph值过小而引起钻头锈蚀和粘土颗粒难于分解而降低粘度，也避免了ph值过大而引起粘土颗粒凝聚力减弱而造成裂解使孔壁坍塌。
纤维素（cmc）：增加泥浆粘性，使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。
③ 泥浆循环系统的布置
根据现场实际情况，在每六排墩身中间场地设置一个造浆池和泥浆净化、循环系统。
④ 钻进
当钻机就位准确，泥浆制备合格后即开始钻进，钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳,提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度,如有偏差及时进行纠正，而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度，以增加压力，保证护壁的质量。
同时，做好整个过程中的钻进记录，随时根据不同地质情况调整泥浆指标和旋挖速度。在钻孔过程中，根据不同的地质情况，主要用了以下四种钻头：挖土钻头、挖砂钻头、筒钻、螺旋钻头。其成孔性能如下：
1）挖土钻头：是最常用的钻头，在钻头底部有两扇仅可向斗内方向打开的合叶门。当钻进时，斗齿切削孔底土，经合叶门将土压入斗中，当回次进尺完成提升钻头时，斗内的土在自重作用下将两扇门关紧，防止土掉入孔内。出孔口后，通过钻杆上压盘挤压钻头上弹簧螺杆，使合叶门打开倒出斗中土。
2）挖砂钻头：用于钻进砂性土地层，也可用于孔底清渣，这主要是基于砂性土无粘结力而设计。
3）筒钻：整体结构与挖土钻头基本一样，只是底部没有封口。主要用于钻取胶结岩层，与螺旋钻配合使用效果更佳。
4）螺旋钻头：依靠螺旋叶片之间的空间收集从孔底切削的土体，主要用于钻进胶结层，由小及大，循序渐进，达到破坏胶结层的整体性，从而达到进尺的目的。与桶钻配合使用效果更佳。另外，对于粘性土，特别适宜干法钻进。
弃渣外运与钻进同步进行，每从孔内出几桶钻渣，就用装载机及时的外运至弃渣场，以减少现场施工干扰，减少弃渣对桩孔的压力，确保施工现场的文明和质量安全。
6 材料与设备
本工法无需特别说明的材料，采用机具设备。
7 质量控制
7.1防止塌孔、提高成孔质量
旋挖成孔灌注桩施工大多在第四纪松散地层，塌孔是灌注桩施工中最为常见的事故。主要原因有：泥浆稳定液选择不当，护筒埋设不当，水头压力不够等。预防措施有：钻进前即选择与地层相适应的泥浆稳定液护壁钻进。护筒应埋置在稳定地层，周围黏土捣实，埋设位置应与孔位同心。松散的粉砂层钻进时，应适当控制进尺速度，轻进慢进。终孔后，做灌注混凝土准备时，应保证足够的补水量。
7.2 防止孔斜、保证桩孔垂直度
孔斜产生的原因是钻进松散地层中遇到较大圆滑孤石或探头石，将钻具挤离孔轴线，钻具由软地层进入硬地层或粒径差别太大的砂砾层，钻头所受阻力不均，导致钻具倾斜，造成孔斜。或者钻机位置发生串动，或底座产生局部下沉使钻孔倾斜。预防的措施是：用好泥浆稳定液，保持孔壁稳定，放慢钻进速度，加固钻机底座，提高地耐力，采用导向性好，桅杆刚性强的旋挖钻机进行施工。
7.3 防止黏土层缩径、糊钻
黏土层具有较强的造浆能力和遇水膨胀的特性，钻进时除应严格控制泥浆黏度增大外，还应适量向孔内投部分砂砾，防止糊钻，钻进时不宜用捞砂斗钻进，应选择扩孔器稍大的单底钻头钻进。
7.4 质量检测手段
7.4.1桩位偏移用直尺进行测量。
7.4.2桩的成孔深度用测绳测量。
7.4.3桩的垂直度用检孔器测量。
7.4.4泥浆比重用比重计测定，泥浆稠度用漏斗粘度计测定，含砂量用含砂计量器测定，沉渣厚度用测绳来相对测定。
7.4.5桩身完整性和桩基砼质量采用探测器超声波检测。
8 环保原理
因旋挖钻机属低噪音、无振动环保型钻机，在钻进过程中噪音在65分贝以内，且在成孔过程中为原始土挖掘状态，通过钻斗提升直接装卸在自卸土方车上，从而使成孔过程实现无泥浆排放。如挖掘的原始土含水率太大或呈流塑状态，如果再配有现场流塑土减水固化处理装置，对挖上来的流塑土进行减水固化处理后变成干土，然后通过自卸车进行装运，满足了城市环保要求。
9 效益分析
旋挖成孔灌注桩的施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应性强，废浆少、低噪音、污染小等特点。保护了环境，克服了机械成孔时孔底沉淤土多，桩侧摩阻力低，泥浆管理差的缺点，极大地提高了施工质量。采用本工法施工的综合楼桩基工程，平均每
日成孔4根，大大缩短了工期，且成孔费用消耗等经济技术指标比其他方法成孔费用低，是一种理想的施工工艺。赢得了业主、监理的一致好评，为我公司创造了良好的经济效益和社会效益。
10 应用实例
阳泉煤业集团有限责任公司综合楼：建筑面积为37857.3m2，地下二层，地上三十二层，钢筋混凝土剪力墙结构，桩成孔采用了旋挖机钻孔灌注桩施工，桩数122根，桩径1000㎜（部分1500㎜），于2009年10月3日开工，2009年11月5日完成了全部灌注桩的施工。2009年11月10日～2009年11月20日由徐州中岩工程检测有限公司对综合楼3根灌注桩进行了单桩竖向抗压静载试验以及122根灌注桩的桩基进行了低应变动力检测，检测结果全部满足设计及规范要求。
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