旋挖钻干法成孔灌注桩施工工艺及质量控制技术

摘要：旋挖钻机干法成孔灌注桩施工具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、无泥浆循环等优点，在提高工程质量、节约工期、降低工程成本、消除人工作业存在的安全隐患、环境保护等方面有着突出的优势，本文重点介绍其施工工艺及质量控制技术要点。

关键词：干法成孔；施工工艺；质量控制

中图分类号：O213文献标识码： A

1、前言

旋挖钻成孔灌注桩就成孔方式可分为以下几类：干法成孔、静浆护壁成孔、套管护壁成孔、造壁成孔。干法成孔是直接用旋挖机取土而不需要静浆护壁或全护筒护壁的成孔施工工法。该方法在提高工程质量、节约工期、降低工程成本、消除人工作业存在的安全隐患、环境保护等方面有着突出的优势。现结合宝兰客专灌注桩施工介绍旋挖钻干法成孔灌注桩施工工艺及质量控制措施。

2、工程概况

宝兰客专甘肃段十三标段自DK986+324.33～DK1012+435.4，线路长度25.142km，位于甘肃省兰州市榆中县和东高新开发区境内。该标段桥梁12座，基础均为钻孔灌注桩基础，其中三角城特大桥、鸦儿沟大桥、连搭乡特大桥等桥桥位地下水位较深，在桩基设计长度范围内均无地下水。桥位处地层为冲洪积平原区，上部为第四系全新统冲-洪积砂（黏）质黄土、中下部主要为碎石类土，局部为黏性土及砂类土,由于该地区水资源相对缺乏，结合桥位处地质条件，采用旋挖钻干法成孔灌注施工工艺能提高工程质量、节约工期、降低工程成本、消除人工作业存在的安全隐患、保护环境。

3、旋挖钻干法成孔施工工艺流程

放线定位引出控制桩旋挖钻机就位埋设护筒校正桩位钻进施工清孔及成孔检查安放钢筋笼安放导管砼灌注桩基检测。

4、旋挖钻干法成孔灌注桩施工质量控制要点

（1）放线定位

确定桩的中心点（桩位）采用全站仪进行测量，桩位放样允许偏差值：单排桩10mm；群桩为20mm。

（2）引出控制桩

为了复核桩位中心点方便，在桩外设四点，相对两点的连接线交点与桩位中心点重合，用这种方法来检查桩位是否发生偏移比较方便，为保证护桩桩位稳固，护桩打入地面下不小于30cm，四周采用混凝土包裹防护。当护桩被破坏后，应采用全站仪重新复核桩位中心，并重新设置护桩。

（3）旋挖机就位

旋挖机自重较大，要求地面承载力不小于150kpa，桩位附近应平整，坡度不应大于2°，钻机回转中心距桩位4―4.2m，在回转半径内不应有障碍物。钻机开至桩位附近时，尽量使车体保持水平，如倾斜坡度过大，可在履带下垫砂石调整，位置确定后锁紧履带。调整钻机的桅杆，使钻机在钻孔作业过程中桅杆始终保持在竖直方向，不倾斜，桅杆竖直与否可采用两台经纬仪从不同方向进行测量。根据不同的地质情况，选择不同的钻头。

旋挖机就位时应注意保护护桩，不应破坏护桩，如有护桩破坏，应采用全站仪重新复核桩位中心，并重新设置护桩。

（4）埋设护筒

钢护筒一般选用厚度为20mm 的钢板制作，护筒内径宜大于钻头直径200―300mm。钢护筒埋设方法：首先调整旋挖机桅杆，使之处于铅垂状态，让钻头中心对准孔位，然后进行开挖。应采用稍大口径的钻头钻至预定位置，提出钻头，用吊装设备将钢护筒放置在该孔内，再用钻头将护筒压入预定深度。护筒顶端应高出地面不小于0.3m，护筒的埋置深度应根据地质情况确定，一般为2-4m，用水准仪将高程引到护筒顶部，检查其平面位置，用设有十字控制点验护筒的偏斜程度（垂直度），若超过规范要求应重新埋设。护筒就位后，应在四周对称、均匀地回填土，并分层夯实，夯填时应防止护筒偏斜移位。井口与护筒位置允许偏差，护筒的中心与桩位中心偏差不得大于50mm，护筒倾斜度不得大于1%。

钢护筒的作用：①确保施工人员的安全；②固定桩位，并作钻孔导向；③保护孔口，防止孔口上层坍塌；④隔离地表水；⑤防止施工在操作工程中将泥土及石块落入孔内； ⑥便于施工操作。

（5）校正桩位

护筒埋设经检查合格后，重新对钻机对中情况进行检查，使钻头中心对准十字控制桩相对两点的连接线交点，从而确保桩位准确。

（6）钻进施工

钻机动力足够的情况下，应该根据不同的地质条件选用合适的钻头，钻头直径与桩径大小相适应。旋挖机钻进成孔应采用跳挖方式，倒出的渣土应尽量远离孔口，并应及时清除外运。钻孔过程中应认真分析地质钻探资料，根据钻探情况做出岩层分布等高线图，按等高线确定成孔深度，若实际钻孔情况与地勘资料存在差异，请设计单位工程技术人员现场复核确认，方可终止钻孔。钻孔时应根据试成孔确定的参数控制进尺速度，深度常用专用测绳进行测量，深度必须达到设计要求，由技术人员记录成孔过程的各项参数，记录应及时、准确、完整、真实。

钻孔工程中通常出现的问题有：①填土不夯实塌孔；②碎、卵石层塌孔；③孔径内软硬差别大造成斜孔；④孤石；⑤缩径。

以上问题处理办法：①、②两种塌孔不严重时，可采用泥浆护壁办法钻进；当塌孔严重时，可采用以下两种方式处理。a.注浆加固方式：在桩位处及四周预先钻无数小孔，然后安装带有孔眼的注浆管道，通过注浆管道向里面高压喷射水泥浆。当注浆孔中水泥浆凝固达到一定强度，其破碎石块或泥土因浆液的渗透得以固结，提高整体性，可使成孔顺利进行，然后采用旋挖机直接钻成孔；b.灌注反压混凝土：先用旋挖机就位，开孔钻进。在桩塌孔位置，采用C15 混凝土进行灌注反压，待混凝土硬化达到一定强度后进行钻孔。

对于③、④两种情况，可采用岩石截齿筒钻正反两个方向缓慢旋转，在钻进过程中，机手不能加压，桅杆及钻头的重力作用使桅杆竖直，钻机旋转动力克服钻头齿与岩石之间的摩擦，钻进时筒钻将硬地层或孤石截割成圆柱状岩芯。⑤缩径是由于地层土质较软，钻孔后由于土体应力释放使成孔直径变小。处理办法采用与孔径相同的钻头二次钻进，快速清孔后进行下道工序施工，不能较长时间搁置。

（7）清孔及成孔检验

终孔后采用专用清孔钻头（平底钻头）进行清孔。清孔钻头直径应与成孔直径一致。清孔后孔底沉渣厚度控制标准为：端承桩50mm；摩擦桩200mm。

清孔目的以便混凝土与基岩结合完好，提高桩底承载力。清孔完毕后报请监理测量孔深及相关内容验收，验收合格后，方可进行下道工序。如果孔桩钢筋吊装工程中，钢筋笼与孔壁撞击将石块或泥土落入孔底或成孔后搁置时间较长孔底沉渣超过规范要求时应进行二次清孔，二次清孔是采用大吨位吊车将钢筋笼吊离孔口，旋挖机就位采用专用清孔钻头进行沉渣清至合格。其中，桩成孔质量检查内容有以下方面：

①桩的轴线位置；②桩径；③桩身垂直度；④倾斜度；⑤桩孔深；⑥孔口、孔底标高；⑦地基持力层情况；⑧孔底沉渣厚度。

（8）安放钢筋笼

钢筋笼制作完成后， 安装采用大吨位起重机吊装钢筋笼， 骨架入孔时应慢慢下放，严禁摆动碰撞护壁。分节吊装将第一节钢筋笼临时支撑于护筒口护筒口，再起吊第二节钢筋笼，使上下两节骨架位于同直线上进行焊接。焊接完成后请监理工程师或业主技术人员对连接、焊接质量及该段箍筋帮扎情况进行检查验收，合格后方可将第二节钢筋笼放入孔内。放钢筋笼之前和之后应采用专用设备检查孔底沉渣厚度，如果发现沉渣厚度大于设计要求深度时，继续进行清理至合格为止。钢筋笼使用的所有钢筋及焊条应具有出厂日期和质量证明文件，钢筋经现场抽样送检，检测合格方可使用。制作前先将主筋焊接部位进行调整，弯曲的钢筋进行调直处理，清除钢筋表面油污和杂物等。准确控制下料长度，钢筋笼在钢筋加工场集中制作时，每节长度不大于18m，对长度大于18m 的钢筋笼分节时，主筋接头按规范要求错开，两节钢筋笼焊接的一段预留1～2m 箍筋不帮扎，以便于主筋在孔口连接施工，吊装钢筋笼时采用声波透射法检测桩身质量的钢质声测管同时安装到位，桩内安装声测管的根数与桩径大小有关，按设计要求设置。

（9） 混凝土导管安装

因孔深较深，为确保混凝土灌注质量，采用导管法灌注桩基混凝土。钢筋笼吊装就位桩底沉渣清理符合设计要求后，进行砼导管安装。导管接头采用双螺纹扣快速接头。导管应位于孔中部位置下放，导管连结处应设置密封橡胶圈，保证导管密封性良好，因为导管密封性差会直接影响混凝土质量。导管底部与孔底应保持250～400mm 的距离，如果孔内无地下水，那么二者的距离可加长，最小保持2米以内。导管连结后应保持顺直而不能放生弯曲，保证顺利拔管。料斗与导管之间应紧固连结，料斗上方的吊绳应长短一致，料斗内注入混凝土后的重力作用线应与导管的轴心线重合。料斗及导管在混凝土注入料斗之前用清水冲洗，料斗的容量应根据桩径大小确定。保证有足够的混凝土储备量，初灌量应使导管一次埋入混凝土内1.0 米以上。

（10） 混凝土浇筑

施工过程中砼应严格按配合比报告进行配料，灌注混凝土必须具备良好的和易性，坍落度易为180～220mm。当混凝土灌注一定量时进行拔管，拔管时间应灵活掌握，混凝土灌入量过多或过少拔管不宜。拔管后使用导管埋入混凝土内的深度为3～6m，确保混凝土的密实性，并应控制拔导管的速度。拔管前至少保持三次以上回插数量，回插可快插慢拔，因为导管回插可使混凝土密实。拔管时应安排专人测量埋入深度及管内混凝土灌注面的高差，填写混凝土灌注记录。灌注混凝土尽量连续施工，减少间隔时间。每根桩的灌注时间应按初盘混凝土的初凝时间控制，对灌注过程中所发生的事故应作记录备案。最后一次砼灌注量也应严格控制，超灌高度宜为0.8～1.0m，待混凝土达到一定强度凿出浮浆后，暴露的桩顶混凝土强度必须达到设计要求等级。为减少凿出浮浆的工作量，在混凝土凝固前安排专人将混凝土上部的浮浆清除，清除浮浆后混凝土的高度高于桩顶标高50mm 左右为宜。

（11）桩基检测

混凝土浇筑完毕达到一定强度后，对桩基进行检测。根据设计要求，对于桩长小于40m的桩基采用低应变检测，对于桩长大于40m的桩基采用超声波检测。

5、结语

我标段目前已检测桩基均为I类桩，说明旋挖钻干法成孔灌注工艺可行，现场质量控制到位。采用旋挖钻干法成孔灌注工艺提高了工程质量、节约了工期、降低了工程成本、消除了人工作业存在的安全隐患，保护了当地环境，在豫西、陕西、甘肃、青海等地地下水位较低的地区值得推广运用。