广东省第五建筑工程有限公司 广东韶关 512000
摘要：旋挖钻孔灌注桩是利用旋挖钻机钻杆和钻头的旋转，以钻斗自重和液压为钻进压力、通过钻斗的旋转、挖土、提升出土、泥浆置换护壁、反复循环而成孔的一种比较先进的施工工艺，简便、操作易控制，整体施工工艺较为成熟，建设成本适中，能适应各种不同类型条件。本文依据实际工程与当地水文地质概况，对旋挖钻孔灌注桩施工工艺及其质量控制进行分析探讨，希望为同类工程的施工提供借鉴。
关键词：旋挖钻孔灌注桩；建筑项目；施工质量
前言
近年来，随城市建设的不断发展，科学技术不断进步，传统的人工挖孔桩正被旋挖钻孔灌注桩所取代。旋挖钻孔灌注桩为可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的土层的一种基础形式，具有适应性强，设备投入一般不是很大，施工速度快，成本适中，施工简单易操作，施工过程具有噪音低，对相邻楼宇影响小，施工安全性好等诸多优点，被广泛应用于公路桥梁和各类房屋及民用建设工程领域。但是由于受到多种因素的影响，施工过程中容易出现一系列质量问题，因此有必要采取措施对施工质量加以控制。
1.工程概况
某广场总占地面积约9万m2，总建筑面积约113万m2，由地下车库、商业裙楼和超高层塔楼以及高空连廊组成。基础型式主要采用旋挖钻孔灌注桩，共计1100余根。桩底绝对标高在172.00m～148.49m之间。桩长最大为33.85m，最小5.8m，平均长度20m～25m；桩径最大为5.8m。持力层均为中风化泥岩，混凝土采用C35和C40。
2.水文地质概况
该工程项目土层自上而下为第四系全新统人工填土层（Q4ml），第四系全新统冲洪积层粉质粘土、粉土、含粉质粘土卵石土、砂含粉质粘土卵石土（Q4al+pl）；基岩主要为侏罗系中统沙溪庙组泥岩（J2s-Ms）、砂岩（J2s-Ss）、粉砂质泥岩（J2s-Sm）、粉砂岩（J2s-St）。总体趋势西南角高，东、北侧低，呈西南角向长江方向倾斜状，最低点绝对标高约为156.18m。场地平整后，西南角（T4S部分）覆盖土层基本已挖出，已至岩石层；东、北部仍有土层覆盖，土层厚度最大约24m。场地东西两侧与江水联系密切，连通性好，水量大，地下水位与江水位基本一致，枯水季节水位约为172.65m，常年洪水位180.80m。地下水主要为松散土层孔隙水及基岩裂隙水。赋存于第四系松散土层中的孔隙水（如场地中部、南部），因排泄条件良好，其含水微弱，水量贫乏；分布在靠江岸坡、阶地砂卵石层（如场地东侧）及松散堆积物中的孔隙水。基岩裂隙水赋存于基岩裂隙中，主要受基岩裂隙发育程度控制，含水性差异大，主要接受大气降水补给，同时还接受外围同一裂隙含水层或上覆第四系孔隙水的补给，总体沿顺坡向长江、嘉陵江运移，或遇隔水层后顺层运移，涌水量小。
3.旋挖钻孔灌注桩施工工艺
由于场地内原有基础等地下建筑物较复杂，根据前期试验桩施工情况，采用干作业成孔钻机钻进困难且需人工配合清障，施工进度缓慢；再加上场内表层存在较厚杂填土以及分布不均的厚度较大的砂卵石层，孔隙率较大，在成孔过程中泥浆通过孔隙渗透到周边土体，无法形成有效护壁，多处桩孔出现反复塌孔情况，进而最终选择全钢护筒旋挖成孔施工工艺进行桩基施工。
根据场内工程地质条件及桩身直径，选择不同插拔护筒的施工工艺。对于桩径≤1.5m，护筒长度≤20m，土层相对较软的区域采用套管跟进即驱动器法施作；反之，对于土层相对较硬的区域便采用液压振动锤插拔护筒。本项目主要采用套管跟进法进行施工。
3.1旋挖钻机全套管跟进工作原理
旋挖钻机全套管跟进施工基本原理是通过旋挖钻机改造后的套管驱动器与套管连接动力头向下钻动沉入钢套管，旋挖钻机管内取土，通过套管护壁成孔，清孔安放钢筋笼，再全套管内浇筑混凝土，最后经过液压振动锤拔护筒成桩。其主要施工工艺流程如图1所示。
图1旋挖钻机全套管跟进施工工艺流程
3.2旋挖钻机全套管跟进施工方法
3.2.1桩位放样
根据所设桩位控制点、测定高程水准点，依桩位图，将桩逐一编号。依桩号所对应具体位置，在桩位附近施放四个正交控制点，并做好保护，以四个控制线的交叉线交点确定桩心位置，在桩位控制点上投射高程控制点。
3.2.2钻机就位
钻机就位前需先进行场地平整处理，以满足施工垂直度要求，钻机按指定位置就位后，须在技术人员指导下，调整桅杆及钻杆的角度。采用十字交叉法对中孔位，然后再启动定位系统，之后不得随意移位或改变角度。
3.2.3钢护筒埋设及钻进
护筒采用准40mm双壁钢套管，其内径比设计桩径大20cm。待钻机就位后，在套管驱动器上安装第一节4m长钢套管，并连接500mm长管靴，且对中桩位，进而可开钻。埋设护筒后，需对桩位进行复核。当将第一节套管埋入土层内，且套管外露地面300mm位置时，分离套管驱动器，并更换准1000mm的钻头进行钻孔，将第一节套管内泥土清出。检查套管的垂直度，校准桩位，确认无误后方可下放第二节套管，重复上述工作，直至钻孔到设计深度。旋挖钻机成孔如图2所示，振动锤起拔护筒如图3所示。
图2旋挖钻机成孔
图3振动锤起拔护筒
3.2.4清孔
清孔是钻孔施工中保证成桩质量的重要环节，它是采用清孔钻头将孔底沉渣取出孔外。通过清孔尽可能使沉渣全部清除，使混凝土与基岩完好结合，以保证桩底承载力。
3.2.5成孔检查验收
钻孔达到设计深度后，对孔深、孔径、沉渣、垂直度等进行检查验收，合格后方可进行下一道工序。在二次清孔后及浇筑混凝土前分别测孔深，需进行沉渣厚度检测，待成孔验收合格后，应随即浇筑封底混凝土并下放钢筋笼，其距离成孔验收不超过6小时。
3.2.6第二次清孔
安放钢筋笼后，浇筑混凝土前，应再次检查孔底沉渣，若沉渣超过规范要求时，应进行二次清孔，随后立即竖直、准确、慢慢地吊放钢筋笼，并迅速安装导管，浇筑混凝土。
3.2.7浇筑混凝土
浇筑混凝土前需对混凝土输送管路及容器洒水润湿，再在填充导管内安装隔水设施，待储料斗储满混凝土后，开始浇筑混凝土。将拌制好的混凝土注入钻机提升的料斗内，由一人统一指挥，双方都准备好后将隔水栓和阀门同时打开进行封底。放置钢筋笼，浇筑混凝土。浇筑完混凝土后，应及时将导管、漏斗等进行清理和检查，以备下次使用。
当现场施工中渗水严重时，需采用水下混凝土浇筑技术进行混凝土浇筑。混凝土塌落度应控制在18cm～22cm。根据水下混凝土流动扩散规律，选取合适的导管埋深。开始浇筑时，需保证初灌混凝土用量达到初灌深度，以实现导管底部的隔水作用。水下混凝土开始浇筑后，须连续作业，中断不得超过30min，以保证混凝土的浇筑质量。预防塌孔现象出现，控制混凝土的浇筑量不少于桩的理论方量。其初灌混凝土用量可按下式计算：
V=［πD2（h1+h2）+πd2hm］/4
hm=（hw×rw）÷rc，hw=H-（h1+h2）
式中：
V———初灌量，m3；
D———实际桩孔直径，m；
d———导管直径，m；
h1———导管底口至孔底高度，m，取0.3m计；
h2———导管埋深，m；
hm———孔内混凝土达到埋管高度时，导管内径与导管外水压平衡所需高度，m；
H———开挖孔深，m；
hw———孔内混凝土面至孔口高差，m；
γw———水的比重，kN/m3；
γc———混凝土的重度，kN/m3。
按上述计算，本工程各桩径初灌混凝土用量，如表1所示。
各桩径初灌混凝土用量表1
4.旋挖钻孔灌注桩施工质量控制
4.1桩身混凝土缺陷
4.1.1造成原因
混凝土浇筑过程中，护筒拔出混凝土面标高以上太高，周边流砂或杂填土垮孔，掉入混凝土内；成孔后桩底清孔不到位，存在淤泥，混凝土浇筑后桩底桩身存在质量缺陷。水下混凝土浇筑时，初灌混凝土方量不够，混凝土一次性上升埋管高度不够，导致混凝土离析；导管一次性拔出太高，露出混凝土面标高，造成断桩；超灌高度不足，造成桩身混凝土质量存在缺陷。
4.1.2防止措施
成桩后，需采用清孔钻头将孔底沉渣取出孔外，在钢筋笼安放完毕后进行二次清孔，并对沉渣厚度进行检测，沉渣满足设计要求后方可进行混凝土的浇筑。水下混凝土浇筑过程中，采用边浇筑边拔护筒，且保持护筒底标高低于混凝土顶面标高，避免护筒拔出太高；初灌混凝土导管埋深应在1.2m～1.5m；导管提升时不得过快过猛，采用专业测绳及测锤测量混凝土面的标高。为了保证桩顶混凝土的质量，超灌高度宜为800mm～1000mm，下道工序施工时将其凿除即可。
4.2钢筋笼上浮
4.2.1造成原因
当混凝土浇筑至钢筋笼下，若此时提升导管，导管底端距离钢筋笼底有1m～3m左右的距离时，由于浇注的混凝土自导管流出后冲击力较大，导致钢筋笼上浮。混凝土浇筑过程中导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已接近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定握裹力，如果此时导管底部未及时提到钢筋笼底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上移。
4.2.2防治措施
在孔底设置直径不小于主筋的1道～2道加强环形筋，并以适当数的牵引筋牢固地焊接于钢筋笼的底部；把钢筋笼上端焊固在护筒上。加快混凝土浇筑速度，缩短浇筑时间，或掺外加剂，防止混凝土顶层进行钢筋笼施工时流动性变小，当混凝土上升到接近钢筋笼下端时，控制导管埋深，并适当放慢浇筑速度，减小混凝土面上升的动能作用，以免钢筋笼顶被托而上浮。浇筑混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2m~3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m~6m，建议控制在4.5m左右，严禁把导管提出混凝土面。当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇注，并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消除。
5.总结
旋挖钻孔灌注桩是一种承载力高且安全可靠的基础形式，以其建设工程中的噪声低、振动小、抗剪抗震能力以及桩基承载力高，同时对相邻的建筑与构筑物影响小等特点而成为地铁车站基坑、房屋建筑等工程基础的主要选择。强化其施工质量的过程控制，可以避免施工管理规范性不高，导致断桩、堵管、夹泥、蜂窝、少灌等质量问题经常发生，充分保障建筑工程的安全性。
参考文献：
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【4】平衡.关于建筑工程旋挖钻孔桩施工技术的探讨[J].建材与装饰.2017（11）
论文作者:张晓东
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/20
标签：混凝土论文; 导管论文; 钻孔论文; 套管论文; 钢筋论文; 钻机论文; 土层论文; 《基层建设》2018年第15期论文;