摘要：作者从事过较多的旋挖钻孔灌注桩施工并叙述了旋挖钻孔灌注桩的特点、工艺流程、施工方法，并指出了旋挖钻孔灌注桩施工的技术要点。
关键词：旋挖钻孔；灌注桩；施工技术；工艺流程
1工程概况
工作包划分及内容：本工程为2座10万方LNG储罐的钢筋混凝土灌注桩基础及承台下短柱施工。储罐桩基础采用泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩施工工艺；储罐灌注桩680根，桩径为1.2m，地面以下平均桩长39.8m；承台下短柱外三圈高1.55m、内方格高1.95m，直径为1.2m。混凝土强度C40，抗渗等级S8，添加阻锈剂，。
2. 地理地貌及气象水文条件
历年平均气温：21.4℃，极端最高气温：38.5℃，极端最低气温0.5℃。
年平均降雨量1437.0毫米，日照2143.小时，无霜期349天，年平均蒸发量为1922.4毫米。每年湿度在74-82%之间，累年平均值78.9%。
年平均风速2.4m/s，年际变化不大。年最多风向频率13%，为东风，2分钟平均最大风速31m/s（相当于风力11级）。大风都出现于台风、寒潮或强对流天气过程。年平均雷电日数50.4d。雷暴多集中于3~9月份，平均每月6天以上。
3.桩基施工工艺
3.1测量放线定位
复核业主提供的测量控制点坐标符合要求后，并经各方签字移交，测放出各桩桩位，拼装好桩架就位。根据预先测设的测量控制网（点），定出各桩位中心点。双向控制定位后埋设钢护筒并固定，以双向十字线控制桩中心。开钻前必须先校核钻头的中心是否与桩位中心重合。在施工过程中还须经常检测钻具位置有无发生变化，以保证孔位的正确。
3.2泥浆的制备与处理
（1）泥浆制备
在钻进过程中根据地质不同情况保持一定的静水水头压力，按平衡钻进原理指导泥浆管理工作。在正式施工前，应进行泥浆制备，并结合试钻情况确定，泥浆比重和稠度。桩孔施工采用一次性全面不间断作业，施工中根据出渣情况判断土层结构及时合理地调整泥浆性能指标，遇松散地层时适当增大泥浆相对密度和粘度，保持孔内水头高度，孔内泥浆面要高于地下水位面1.0m～1.5m，如果地下水位在施工面以下1.0m以内时，应考虑增加护筒露出地面的措施，以保证孔内水头高度，尽量减轻冲液对孔壁的影响，同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。在砂层等稳定性较差土层施工，人工造浆选用优质膨润土，根据泥浆适配情况可掺入适量的纯碱及纤维素，各种土层掺量配比及泥浆性能指标可参考下表，现场根据地层等实际情况进行调整。
泥浆制备必须遵循以下原则：严格按照施工配比拌制泥浆，拌制泥浆的时间不得少于10min，拌制好的新浆必须在泥浆池中水化分解24h后才能使用，放置期间必须用泥浆泵进行池内循环。为保证施工质量，每6小时需对泥浆比重进行测量，并根据结果调整泥浆比重。钻进时掌握好进尺速度，随时注意观察孔内情况，及时补加泥浆保持液面高度。
拌浆程序：开动拌浆机→加水→加纯碱→拌和一分钟→加膨润土→拌和→加纤维素（如需要）→指标合格→出浆。
（2）泥浆处理系统
a.施工时，根据桩机的施工安排及路线设置泥浆池和沉淀池（泥浆池和沉淀池设置应避开罐基区域），作为泥浆处理系统，并根据施工实际需要设置泥浆沟（泥浆泵），泥浆沟池就地开挖；
b.在成孔过程中，泥浆具有护壁、排碴、冷却机具和切土、润滑作用。泥浆配制是保证成孔质量的关键措施；
c.泥浆循环时，泥浆带上来的渣屑流经沉淀池后沉淀下来，好浆进行净化二级沉淀，再进储浆池，最后由泥浆泵通过胶管注入孔中。施工过程中要根据不同地层的地质条件控制泥浆比重，以提高成孔质量和进尺速度；
d.在施工过程中要经常测定泥浆比重，并经常测定粘度、含砂率和胶体率。
（3）泥浆循环使用
在钻孔灌注的过程中采用滤砂器和振动筛，泥浆中的小碎石、砂等固体颗粒物进行分离，分离后的泥浆排到沉淀池，充分沉淀，泥浆泵安装在沉淀池中供泥浆循环。施工的过程中，利用挖掘机及时清理沉淀池。
3.3 旋挖成孔
旋挖成孔工艺：定位放线——旋挖机就位——桩位对中——埋设护筒——护筒中心与桩位中心校核——钻进成孔。
（1）埋设护筒
确保护筒有足够的刚度，用壁厚12mm的钢板制作，应露出地面0.3m左右，护筒要埋牢、埋正；护筒埋设前，用钻机开一个约1m深、和护筒直径大小一致的孔，用钻机将护筒吊至孔内并按压至地下，调整其满足水平和垂直度要求。水平和垂直度检测可在护筒上测出四周4个点的标高，若标高一致，则满足水平和垂直度要求。护筒埋设完毕后，在护筒四个方向上用记号笔标记，然后重新测出桩位中心，测量中心点到护筒四个方向上距离是否一致，若一致则继续施工，若不一致则调整护筒位置，重复上述步骤直至距离一致。护筒埋设完毕后，还应测量护筒顶标高且不少于3点。合格后方可继续施工。
（2）旋挖桩机就位
桩机就位前，要事先检查桩机的性能状态是否良好，保证桩机工作正常，保证桩位附近场地平整坚实，把桩机开到桩位旁，根据桩机仪表显示调整钻杆，使其满足垂直度要求并使旋挖钻头的尖端正对桩位标注点。
旋挖桩机停位回转中心距孔位在3～4.5m之间，在允许的情况下，变幅油缸尽可能将桅杆缩回，这样可以减小钻机自重和提升下降脉动压力对孔的影响，检查在回转半径是否有障碍物影响回转。
（3）旋挖钻进成孔
旋挖钻机成孔首先动力头转动底门镶嵌斗齿的筒式钻斗切削岩土，并将原状岩土装入斗内，然后在由钻机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。在钻进过程中时时观察桩机仪表数据变化，避免作业过程中发生偏移。
成孔前必须检查钻头直径，钻头磨损情况，施工过程对磨损超标的钻头及时更换。
成孔中按试桩施工确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如钻进深度，地质特征，机械设备损坏，障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。
旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度，通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证了成孔的垂直度。
钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度；由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加，钻孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。
（4）钻进成孔的技术方法
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。
钻进硬层，回次进尺深度太小，斗内钻渣太少时，可换用小直径筒形齿状钻斗，先钻一小孔，然后再用钻斗扩孔钻进，也可换用短螺旋钻进，然后再下钻斗捞渣，钻进速度，应根据土层情况、孔径、孔深、钻机负荷以及成孔质量等具体情况确定。
3.4 终孔验收
桩长按设计有效桩长及桩端进入持力层深度进行控制并由勘察单位岩土工程师对持力层岩面及终孔岩性研判，确定每一根桩终孔均留取实物及影像颗粒状岩样，采用透明自锁式塑料密封袋封存，用自贴式标签注明储罐位号、桩号、终孔底标高（绝对标高），并安排专人妥善保管，在移交竣工资料时作为附件提交。
孔深偏差应控制在规范允许范围内，规范规定孔深的允许偏差为0～+200mm，桩位允许偏差：边桩100+0.01H，中间桩150+0.01H（H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离）。为保证成孔质量，现场应制作探孔器，成孔后，检查孔径、倾斜度是否满足要求，判断有无缩径。
3.5 清孔
第一次清孔：当钻头抵达设计标高，钻机应停止进尺，原地保持钻机慢档旋转，不断搅碎桩尖处的土（岩）块，泥浆同时通过泥浆泵泵入孔中补充，自然溢出，将孔内的渣土带出。量取钻具下到地面以下长度作为孔底深度，测绳测得深度作为沉渣顶面深度，二者之差为沉渣厚度。孔底沉渣小于50mm时，清孔完毕，将钻孔交付验收。
第二次清孔：当钢筋笼安装完毕且导管安装完成后进行第二次清孔，采用泥浆反循环法进行清孔，孔底沉渣不得大于30mm。
3.6 钢筋笼制作与吊装
钢筋等原材进场须随车带有质量证明文件。原材进场后应通知总包及监理，在监理的见证下取样，并及时送指定试验室检测。同一厂别、同一炉罐号、同一规格、同一交货状态，每60t为一验收批，不足60t也按一批计，必做拉伸试验（屈服点、抗拉强度、伸长率）和弯曲试验。取样数量依据相关规范及指定试验室规定执行。
本项目钢筋笼主筋连接采用机械式连接，并选用直螺纹套筒。安装接头时可用管钳扳手拧紧，钢筋丝头应在套筒中央位置相互顶紧。接头安装后的单侧外漏螺纹不宜超过2p。接头现场抽检项目应包括极限抗拉强度试验、加工和安装质量检验。同厂家、同规格、同类型的接头500个作为一验收批进行检验和验收，不足500个也应作为一个验收批。
钢筋进场须有相关质量合格证明，并按要求见证取样送检，钢筋笼制作应严格按设计要求进行，钢筋在使用前要调直，制作钢筋笼须搭架并要求架体水平。钢筋笼起吊提升时，应注意防止其变形，孔口对接时，要保证钢筋笼顺直。为保证钢筋笼保护层厚度，要每隔4.0m在钢筋笼同一截面添加4块混凝土垫块。
钢筋笼制作与吊放应注意问题：
（1）建立钢筋笼制作记录制度，每节钢筋笼作编号，防止吊装错误。钢筋笼制作质量必须符合要求，起吊点必须焊接牢固可靠，吊筋强度必须满足要求。钢筋笼制作要求：主筋间距±10mm，箍筋间距±20mm，钢筋笼直径±10mm，钢筋笼长度±100mm。
（2）钢筋笼主筋对接采用机械连接，选用32mm的直螺纹套筒，套筒外形尺寸应用游标卡尺进行不少于两个方向测量。套筒型式检验项目包括套筒外观和尺寸，钢筋试件拉伸，接头试件单向拉伸，接头试件高应力反复拉压，接头试件大变形反复拉压。
检测规则：对每种型式、级别、规格、材料、工艺的钢筋机械连接接头应选用标准性接头进行型式检验，接头试件数不应少于9个，其中：单向拉伸试件不应少于3个，高应力反复拉压试件不应少于3个，大变形反复拉压试件不应少于3个。同时应另取3根钢筋试件做抗拉强度试验。
对接必须按规范要求错开不少于1m，钢筋笼同一截面的接头数不超过50%。钢筋连接时采用力矩扳手人工拧入，拧紧扭矩值为320N•m，同时要保证把钢筋的丝扣拧入套筒螺母足够的深度。
（3）钢筋笼制作好后，验收合格后方可下入桩孔内，入孔前钢筋笼要除泥、除锈，否则不得入孔。采用履带吊吊装钢筋笼就位，履带吊起吊钢筋笼采用三点或四点起吊，应选择合适的吊点位置保证钢筋笼的完整，三角架采用三点倒绳式起吊配合人工安放，钢筋笼固定采用钢筋笼中吊装架法，保证其位置准确，误差控制在横向2cm，纵向5cm的范围内。
（4）钢筋笼起吊提升，应注意防止变形，对接时要求上、下节钢筋笼顺直，避免钢筋笼下不去，采用专用力矩扳手进行人工拧紧。另外，钢筋笼下放必须慢速、平稳、对中，防止钢筋笼破坏孔壁泥皮而导致事故。
（5）钢筋笼下置完毕，必须注意对准设计桩位中心，其偏移误差不得超过规范要求，可用记号笔在护筒四个方向上做标记，钢筋笼下置过程中测量钢筋笼外沿到护筒四个方向边缘的距离，若距离一致则表明对准中心，否则及时调整钢筋笼位置，并重复上述方法，直到对准中心。
3.7 超声波埋管测试
（1）声测管采用钢管DN60×3.0，外径为60，壁厚为3mm。
（2）声测管应下端封闭、上端加盖、管内无异物；声测管连接处应光滑过渡，管口应高出桩顶100mm以上，且各声测管管口高度宜一致。
（3）应采取连接筋HRB400-d12@2000固定声测管至钢筋笼内侧，使之在上下端连接筋应与主筋绑扎固定。
（4）每根试验桩埋设声测管三根，并沿桩截面外侧呈对称形状布置，按图3-2所示的箭头方向顺时针旋转依次编号。
（5）声测管顶部应套管帽，防止混凝土及其他杂物进入，堵塞声测管。
检测剖面编组分别为：1-2，1-3，2-3。
3.8 水下混凝土灌注
（1）混凝土浇筑前应检查孔底沉渣厚度，不满足要求时应进行再次清孔；
（2）高承台水下混凝土灌注桩一次浇筑混凝土的工艺流程为：混凝土浇筑平台就位→安设导管及漏斗→放置隔水栓→混凝土坍落度检测→灌注首批混凝土→连续灌注混凝土直至地面→拔出导管→拔出护筒→混凝土浇筑平台移位→超灌混凝土清理；
（3）导管安装须在钢筋笼安装后进行，分节长度符合灌注工艺要求，使用直径为300mm、长3m的导管（含若干0.5m和1m的导管），导管不得有弯曲，凹陷，接头须用密封圈封实阻水，使用前应试拼试装，并做气密性检验。导管入孔深度控制在距孔底0.5m左右；
（4）计算出首批混凝土量灌注量，计算公式：V=D²π/4K+d²π/4[H-（H1+H2）]r1/r2，
V-初灌量（m³）D-钻孔直径（m）d-导管内径（m）H1-导管底端距孔底距离，取0.5m；H2-导管埋入混凝土深度，取1.0m；H-钻孔深度（m），K-充盈系数，取1.10；
r1-泥浆比重，取1150kg/m³，r2-混凝土比重，取2400kg/m³。
至少应超过导管底口0.8m，最好控制首批混凝土超过导管1.5～2.5m，灌注过程中混凝土面应高于导管下口4～6m；混凝土灌注之前要进行坍落度检测，满足要求方可使用。混凝土的灌注必须连续不断地进行直至桩顶，防止断桩。灌注过程中应不断上下抽插导管保证混凝土的密实度，护筒提拔后及时用振捣棒振捣。未避免漏筋，应每隔4m在钢筋笼上添加保护垫块，一圈3个。
（6）在灌注过程中应经常用测锤探测混凝土的深度；探测测试次数一般不少于使用的导管节数，并应每次提升导管前控测一次管内外的高度；遇特别情况（如局部出现严重超径、缩径、漏失层位和灌注量特别大的桩孔等）应增加探测次数，同时观察返水情况，以正确分析和判定孔内情况；
（7）随孔内混凝土的上升，需逐节快速拆除导管，时间不宜超过15min，拆下的导管应立即冲洗干净；
（8）在灌注过程中，当导管内混凝土不满含有空气时，后续的混凝土宜徐徐灌入漏斗和导管，不得将混凝土整斗从上面倾入管内，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡胶垫而使导管漏水；
（9）本次施工采取桩柱一体浇筑施工，混凝土应灌至地表出现新鲜混凝土面，同时采取人工清理的方式，清理至断面全部为新鲜混凝土后开始支短柱模板；
4. 钻孔灌注桩中的常见问题
灌注桩出现桩身夹泥及断桩的现象的原因主要有：
（1）导管埋入混凝土中深度不够，孔深压力差大，新浇混凝土窜至孔内混凝土顶面，造成桩身夹泥；
（2）导管提升操作不当，导管底部离开已灌混凝土体内，造成桩身夹泥甚至形成断桩；混凝土塌落度偏低，和易性差，粗骨料粒径偏大，造成混凝土灌注时堵管，形成混凝土某部位中断；
（3）由于机械原因造成同一孔内混凝土灌注中断，待重新灌注时，已灌部分混凝土塌落度损失或初凝，导管埋入已灌混凝土中造成堵管，如此时将导管提升到孔内已灌混凝土顶面则造成断桩。
预防措施：
（1）控制好导管埋入混凝土中的深度，埋入导管深度宜为2m～6m，导管提升时应掌握好提升高度；
（2）控制好混凝土粗骨料粒径和混凝土和易性及塌落度；
（3）混凝土堵管时，可采用反复提升导管方式让混凝土从导管内自然下窜，但必须保证导管插入孔内混凝土深度不低于2m；
（4）浇灌之前做好充分准备，协调好混凝土的供应等，确保不间断灌注。
补救措施：
（1）在灌注过程中，已预料形成断桩时应立即停止灌注，用小于原桩径的钻头在原桩位上钻孔至断桩部位以下，重新清孔，在断桩部位增加一节钢筋笼，其下部埋入新钻的孔中，然后继续浇灌；
（2）检测不合格，如断桩位置埋土较浅，可采用人工挖开，凿去断桩以上混凝土，将钢筋笼整理成型，凿除面混凝土刷洗干净，重新立模接桩处理；如断桩位置较深，经质量监督和设计部门鉴定不能满足工程需要而又无法采取事后补救措施的在原位重做或补桩处理。
参考文献：
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[2]邓仁林；“新型灌注桩成孔机械推广与施工技术交流会议”在石家庄市召开[J]；施工技术；1980年06期
[3]大型低温贮罐施工技术[N]；建筑时报；2000年
论文作者:张卫东
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/7
标签：泥浆论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 导管论文; 钻孔论文; 钻机论文; 深度论文; 《基层建设》2017年第24期论文;