广东省第一建筑工程有限公司
摘要：本文以南沙滨海花园十期一区工程桩基施工为背景，介绍旋挖钻机在深厚淤泥层中采用振动锤辅助下沉钢长护筒并辅以泥浆护壁的工法，改变了旋挖钻机的传统做法，此技术在深厚淤泥层中取得良好的施工效果，保证了旋挖桩的施工质量和施工速度，并取得可观的经济效益。
关键词：旋挖钻机，振动锤，钢长护筒，泥浆护壁，深厚淤泥层
一、工程概况
南沙滨海花园十期一区工程位于广州市南沙区金沙路。工程总建筑面积285299m2（4栋33层住宅、8栋34层住宅，一层地下室），1#楼靠近沙罗湾村村民房屋，场地十分狭窄，此区域基础采用混凝土灌注桩，其它区域基础采用预应力管桩。灌注桩属于端承桩，桩型分别为D800、D1000、D1400，共131根，桩身混凝土强度C35，设计桩长H是根据超前钻资料估计约为28~33m，桩端需满足入中风化花岗岩0.7m。本项目场地较为平坦，地貌类型属珠江三角洲冲积平原地貌。场地上部土层主要为①杂填土层（平均厚度2.5m）、②淤泥层（平均厚度12.2m）、③中粗砂层（平均厚度15.8m）、④中风化花岗岩（平均厚度5.7m）。地下潜水稳定水位埋深约为1.70~3.50m。
二、桩基成孔方案的选择
目前在广州南沙地区灌注桩的主要施工方法有：反循环泥浆护壁冲击成孔，旋挖钻机成孔，全套管回转钻机成孔。反循环泥浆护壁冲击成孔，施工速度慢，施工时会遇到坍孔等问题，在冲击过程会对周边的建筑有振动，且需要较大的泥浆池，环境影响较大；旋挖钻机成孔，施工进度快，对周边房屋影响较小，但在深厚淤泥层施工时经常会遇到坍孔等问题，以致严重影响旋挖桩的施工质量和施工安全，同时增加了工程的施工成本；全套管回转钻机成孔，施工进度快，施工质量和施工安全都有保证，且对周边环境影响较小，但施工投入较大，占用较大的场地。经对以上三种施工方法的比较和查阅相关资料，决定采用常规的旋挖钻机进行试桩施工。根据超前钻资料，选取最厚淤泥层为18.7m的孔口进行试桩，泥浆采用优质膨润土加烧碱和聚丙烯制成，同时配合2.5m长钢护筒进行施工，成孔过程中没有遇到坍孔、缩孔等问题，但灌注混凝土为方量38m3，理论方量为25.12m3，超量12.88m3，充盈系数达到1.51。混凝土灌注记录显示，在标高3.50~-3.20m位置，混凝土上升高度与实际灌注的混凝土方量严重不符，根据地质剖面图，此段正好是流塑性淤泥，可以判断旋挖桩穿过砂层和硬塑淤泥层时，在流塑淤泥层中坍孔严重。试桩说明常规的旋挖钻机施工不能适应现场地质，采用优质膨润土加烧碱和聚丙烯制成泥浆护壁，可以有效预防砂层和硬塑淤泥的坍孔问题；经综合分析，决定采用7m长钢护筒，壁厚10mm，保证钢护筒底面穿过流塑性淤泥层，先旋挖引孔，然后采用振动锤辅助下沉钢护筒，并采用优质膨润土加烧碱和聚丙烯制成泥浆护壁的施工方法。
三、机械、设备投入计划
根据1#楼的施工进度要求以及现场的实际情况和设计图纸中桩基的布置，选用一台旋挖钻机（ZR-360C），一台振动锤（DZ45），一台汽车式起重机（25T）。投入1000mm、1200mm、1600mm直径钢护筒各1个，护筒长度均为7m，厚度为10mm。其设备详下表：
四、旋挖灌注桩施工
1、工艺流程
2、桩位测放及标高控制
根据设计图纸，由专业测量人员建立施工平面控制网，校测场地基准线和基准点、测量轴线、桩的位置及桩的地面标高。采用全站仪和钢尺进行网点测设，对每根桩孔进行放样。为保证放样准确无误，对每根桩必须进行三次定位。在测定的桩位点，打入标志桩（露出地面5～10cm）。定位后会同监理、业主有关部门和人员，对轴线、桩位进行复核，并作记录。在复核符合设计、规范要求后方可进行施工。
3、埋设护筒
先采用比设计桩径大20cm的钻孔筒预钻进，以切除表层1.5m厚砖渣层直到淤泥层，利用汽车吊吊起钢护筒，使护筒在垂直状态下就位，调整护筒的中心点与桩位重合，待护筒在自重状态下慢慢下沉，再用汽车吊吊起振动锤，将振动锤的夹具夹紧护筒壁，观测护筒的中心点和垂直度，必要时进行纠偏，先开振动锤的低速挡进行缓慢助沉，速度要慢，以此保证钢护筒的垂直度及不对附近房屋造成不良影响。钢护筒端部要穿透流塑性淤泥层，且顶部留出地面0.15～0.30m，后在护筒周围用粘土回填并夯实。
4、泥浆制备、使用与管理
（1）泥浆制备
泥浆采用优质膨润土加烧碱和聚丙烯制成，泥浆生产循环工序流程见下图：
（2）泥浆使用
制备的泥浆在施工过程中应进行泥浆的比重、粘度及含砂率测定，并满足规范要求。泥浆控制比重1.1～1.3左右，泥浆搅拌采用泥浆比重仪检测合格后方可使用。泥浆泵设专人看管，对泥浆的质量和浆面高度随时测量和调整，保证浓度合适，停钻时及时补充泥浆，随时清除沉淀池中的杂物，保持纯浆液循环供应不中断，防止塌孔和埋钻。清孔后孔底500mm以内泥浆比重应小于1.25，含砂率不大于8%，泥浆粘度不大于28s，清孔后孔底沉淤厚度不大于50mm.
（3）泥浆管理
施工过程中应做好泥浆的日常维护管理，废弃的泥浆与渣应按环境保护的有关规定进行处理。
5、成孔
（1）旋挖机械就位
桩机就位前，首先根据本工程地质情况，需要回填1.5m厚砖渣，便于现场材料运输及机械行走。其次要事先检查桩机的性能状态是否良好，保证桩机工作正常，保证桩位附近平整，把桩机开到桩位旁，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，这样可以减小旋挖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。
（2）旋挖桩机成孔
旋挖桩机成孔中，先利用筒式钻斗切削岩土，并将原状土装入斗内，然后在由旋挖机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取出卸土，直至钻至设计深度。而对于松散易塌的淤泥层，孔壁不稳定，采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。
成孔前必须检查钻头保径装置，钻头直径，钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换。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。保证垂直度不超过设计的1%。钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度；在易缩径的淤泥层中，应适当增加钻孔次数，防止缩径；对砂层采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。
6、终孔
按设计要求控制桩长，采用旋挖桩机数字钻进深度控制和测线双层控制，在桩机数字显示达到桩底标高50cm以上时，采用测线进行测量，确认需再钻孔深度，再钻进取土达到设计桩底标高，再采用测线复测，保证不少挖，不超挖。终孔时应由监理工程师确认桩长和孔底岩样。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～+30mm。
7、清孔
第一次清孔，灌注桩成孔至设计标高后，应利用送浆管在原位进行清孔，第一次清孔的目的是将孔内的颗粒状物排出孔外，减少孔底沉渣，节省二次清孔时间。本次清孔一般不需调整泥浆密度，因为如果将泥浆密度过早调低，在吊笼过程中泥浆里的颗粒会很快沉淀，影响到二次清孔的效果，一般泥浆密度保持在1.2-1.4之间，在测得孔底沉渣厚度小于50mm时，及时抓紧时间吊放钢筋笼。第二次清孔，经过安放钢筋笼、焊接、下放导管等过程，一般需要4h，在这段时间内，由于孔内泥浆处于静止姿态，原来悬浮在泥浆中的泥、砂砾和石屑会沉人孔底，同时，安放钢筋笼和导管时也会擦碰孔壁，而使泥砂落孔内，为此，在砼灌注前利用导管进行第二次清孔。第二次清孔应做到边循环清孔边测孔底沉渣，当孔底沉渣厚度符合设计及规范要求时，再在循环中调整泥浆各项指标，终止清孔泥浆指标一般控制在以下范围：相对密度在1．05~1．10之间；粘度为16~20S；含砂率<4％。当测得泥浆各项指标均符合规范要求后，应立即进行水下砼的灌注工作，在等待砼过程中应继续循环清孔，直到砼到场后装料斗灌注。
8、灌注混凝土及抽拔钢护筒
混凝土灌注时要严格控制混凝土塌落度于初凝时间，混凝土初凝时间要大于6h以上。同时要控制其水下混凝土灌注时间，一般不要超过3h。这是因为在拔出钢护筒时地层于护筒内会出现空隙，这部分空隙需要通过混凝土的回落填充，如混凝土塌落度太小，流动性差或灌注时间太长，会导致混凝土的密实度较差，尤其钢筋笼周围的混凝土。影响桩基检测时桩基质量。
导管法灌注混凝土施工程序如下：①沉放钢筋笼。②安设导管，将导管缓慢地沉入到距孔底300-500mm的深度处。③悬挂隔水塞，并将其放在导管内的水面之上。④灌入首批混凝土。⑤剪断悬挂隔水塞的铁丝，使其和混凝土拌合物顺导管而下，将管内的水挤出来，隔水塞脱落留在孔底混凝土中。⑥连续灌注混凝土，随着灌注量的增大，混凝土上升到钢护筒7m以下的淤泥层，此时要减慢混凝土的灌注速度，待混凝土上升到钢护筒层后，可以恢复正常的浇筑速度，浇筑过程中同步提拔导管，并同步拆除导管。⑦灌注结束后，应及时采用汽车吊吊起振动锤夹紧钢护筒壁拔出钢护筒。在拔出钢护筒过程中应严格控制拔出速度，防止断桩事故的发生。同时应及时清洗导管，以备进行下一次灌注使用。
五、基桩检测
依据广州市主房和城乡建设委员会关于规范建筑工程地基基础检测工作的通知（穗建质【2016】926号）和相关技术规范要求对本工程的131根灌注桩进行检测。
低应变法检测91根，检测结果为83根Ⅰ类桩，8根Ⅱ类桩，没有出现Ⅲ类桩，合格率为100%，优良品率为91.2%。
声波透射法检测26根，检测结果为24根Ⅰ类桩，2根Ⅱ类桩，没有出现Ⅲ类桩，合格率为100%，优良品率为92.3%。
钻芯法检测14根桩，检测结果为13根Ⅰ类桩，1根Ⅱ类桩，没有出现Ⅲ类桩，合格率为100%，优良品率为92.9%。
以上数据表明采用振动锤辅助下沉长钢护筒的旋挖桩的桩身完整性和承载力得到了较大的提高，达到设计要求。
六、结束语
旋挖钻机在南沙滨海花园十期一区项目深厚淤泥层中的成功应用总结：
1）旋挖桩施工前，应先仔细阅读地质勘察报告，选择合理的方法进行试桩，准确记录成孔和混凝土灌注情况，充分掌握工程地质情况和现场实际情况。
2）对于在深厚淤泥的地质情况，采用振动锤下沉钢长护筒，能有效解决坍孔现象。
3）钢长护筒采用振动锤下沉和上拔时，要注意不能强振，以免影响周边已经成型的旋挖桩和建筑物。
4）旋挖钻机采用振动锤辅助下沉钢长护筒并辅以泥浆护壁的工法，在深厚淤泥层中取得良好的施工效果，保证了旋挖桩的施工质量和施工速度，同时为今后同类工程施工提供良好借鉴。
参考文献：
【1】翁林保 旋挖钻钻孔灌注桩施工技术初探 中国期刊网
【2】郭雁平 谈深厚砂层中旋挖桩施工技术 山西建筑
【3】唐刚 旋挖钻机在淤泥土层中桩基施工的应用 城乡建设
论文作者:陈仲尧
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：泥浆论文; 淤泥论文; 混凝土论文; 钻机论文; 导管论文; 桩基论文; 南沙论文; 《基层建设》2018年第15期论文;