摘要：随着现代社会城市化的高速发展，高层建筑不断涌现，对城市建设与发展有着重要的推动作用，其施工的质量也面临着越来越大的挑战，桩基作为部分高层建筑的基础环节，其质量的好坏直接关乎着建筑工程的使用安全，对质量是否达标起着决定性因数。旋挖钻孔施工技术在我国建筑工程施工中应用比较广泛，这对于提高工程施工效率以及降低施工成本具有十分重要的意义。
关键词：高层建筑；旋挖钻孔；灌注桩桩基；施工技术
1旋挖钻施工原理
旋挖钻成孔是通过底部带有活门的桶式回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计孔底标高。
2.高层建筑工程桩基施工中存在的问题
2.1桩基承载力过低
桩基承载力过低就会导致断桩和沉桩问题的出现，这主要是出现在单桩中。在记性桩基设计的过程中，往往是设计桩基承载力是以复合桩为标准，对于单桩基的承载力就会忽略，从而导致单桩基的承载力过低。
2.2断桩
断桩出现的原因主要是因为在进行施工的过程中起吊的方式以及堆放的方式不恰当，这样就会导致桩基最终落位出现偏差，从而导致转身出现倾斜，导致断桩的出现。
2.3灌注桩桩基缺陷
在进行建筑桩基施工过程中一般是采用灌注的方式，这种方式会受到施工的地理状况以及技术水平因素对灌注桩的桩基造成影响。在灌注桩的过程中使用的混凝土如果出现翻浆受阻后会严重影响整个桩基的施工质量。在混凝土灌注桩基过程中如果出现导管内外的压强不平衡的情况就会导致施工质量受影响。
3.钻孔施工技术在建筑桩基施工中应用的前期准备工作
3.1技术准备
⑴、开工前应具备场地工程地质资料和必要的水文地质资料，施工图及图纸会审纪要。
⑵、施工现场环境和邻近区域内的地上地下管线（高压线、管道、电缆）、地下构筑物、危险建筑、实际地质情况与设计上的部分差别等的调查资料，提前做好准备工作。确保不影响现场的施工。
⑶、主要施工机械及其配套设备的技术性能资料，所需材料的检验和配合比试验。
⑷、具有可操作性的桩基工程施工工艺的参考资料。
⑸、工程地质资料：作好全面的施工准备，施工前对工程的地质情况尤其是对钻上孤石发生孔位偏移，如何进行事前、事中和事后控制进行必要的研究，对钻孔过程中可能会遇到的问题及突发事件采取针对性的措施及应急处理方案。
3.2机械设备准备
根据现场施工要求，安排性能好的机械设备进场。旋挖机进场后，立即进行调试、维护与保养，以保证设备正常运转。钻机作为钻孔施工中不可缺少的施工设备，由于施工的具体要求、施工环境等实际情况的不同，在实际施工中需要选择型号合适、性能相符合的钻机。特别是我国市场上钻机的种类各异，性能也不同，因此在施工之前，一定要根据施工的实际情况来合理选择好钻机。
3.3场地的准备工作
施工前合理布置施工现场，清理影响施工的障碍物，地势较低处用土回填,碾压密实，达到施工的要求。同时考虑施工路线，对局部进行试压，满足机械施工承载力要求。妥善保护好引入施工场地水平高程控制点，并在施工过程中经常复测，以确保准确性。根据设计图纸进行排桩，并在图纸上标出灌注桩的位置、编号及施工顺序。在实际施工中，还需要将施工过程中可能出现的意外情况纳入到场地准备工作中来，比如说，在降雨量较多区域的工地，水位可能上涨严重影响施工的正常运行，施工场地水源供水不稳定等等情况，，施工场地的高度最好能够比附近环境的物事要高80厘米左右，同时施工场地尽量离水源比较容易到达的区域比较稳妥。
3.4测量准备
依据已报监理工程师批准并能满足工程需要的测量控制网，组织测量人员对桩位进行精确放样。
3.5试验准备
在监理工程师见证下随机抽取相应的钢筋、焊接连接等材料样品，进行相关的原材料试验工作并报监理工程师审批。
3.5物质材料准备
按照施工设计图相关内容做好钢材等材料的准备工作，并按质量保证体系与合格材料供应方签订长期的供货合同，保证物质材料按使用计划供应，满足施工需要。
4.工程桩基钻孔施工
4.1泥浆的制备及钻孔施工
桩基施工一个必备的材料就是泥浆，使用泥浆的目的主要是为了保护桩基的内壁，因此在制作泥浆的时候，要保证泥浆的比重是合理的。因为泥浆的比重较小，那么内部就容易出现塌陷，就不能发挥保护的作用。可以如果泥浆的比重过大，那么施工的进度就会受损，而且内壁还会出现漏浆。泥浆的具体比重要以施工的过程为准，如果是在风化石注入的泥浆比重就要达到1.55。如果是在砂层钻孔中使用，那么注入的泥浆比重就要在1.34。
钻孔施工的时候，需要注意的是钻孔的速度以及钻压。首先是调整钻头与钻口之间的距离，在两者距离6cm的位置上可以施工。其次是启动泥浆泵搅动泥浆，在经过几分钟后，启动钻机。再次，下降钻头，但是一定要保证下降的速度要很慢，而且钻口的位置也要一直旋转，在孔口稳定之后，开始加快速度。在钻孔施工的时候，控制钻孔的速度主要是为了接下来混凝土浇筑的过程。一旦钻孔的速度过快且失去控制，那么孔壁的泥浆层会很薄甚至的无法形成泥浆层，严重的还会造成孔壁坍塌。当钻孔的速度过慢，孔就会扩大，而且工程的施工也会受到影响。为了避免桩孔倾斜，就要时常的检查钻杆的弯曲情况，而且还要整理对土层以及地质等有关资料。以便调整钻孔的速度。当钻进入钻孔的时候，可以使用特殊的软件对钻孔的时间以及形状进行描绘。
4.2清孔与成孔的检测
清孔施工中，在成孔的项口检测合格后，就要进行清孔工作。清孔工作时，将钻孔提离孔底32cm空转，然后再根据泥浆的实际比例，泵入相对密度同含砂率比较小的泥浆，直至孔内的泥浆比例达到1.12～1.31左右，沉淀厚度要小于32cm，保证含砂率小于3%，这样才可以满足清孔的标准。对于成孔的检测方面，成孔的检测主要包括孔的倾斜度、钻孔底标高、直径、深度等。并且中心位置要设置在士108mm左右，孔径要大于桩径的大小，设置倾斜度在0.5%左右，孔深度不能小于预先设计的规定。
4.3钢筋笼的制造及安放工作
在制作钢筋笼的时候，要确保钢筋笼具有垂直度，而且还要保证钢筋笼制作以及安装的效率。如果是在施工的场地制作，那么一般使用的方法就是在整体胎膜长线的方法，而且这种方法要在平地上进行。最好能够保证钢筋笼能够一次成形，这样可以让施工企业获得更多效益。制作出的钢筋笼要完全符合施工设计，同时要在钢筋笼骨架的位置上，一块较厚的垫块，这样可以保证其能起到保护钢筋笼的作用。垫块竖向的距离要在2.6m左右，而横向的距离在3m，骨架的顶部位置上也要有一个吊环。在安放钢筋笼的时候，整段的桩基需要使用两段钢筋笼。骨架在安放中，不要碰触到周围的孔壁，放置的位置要与设计的标准高度相同。
4.4二次清孔施工
钻孔中的泥浆可以经过第一次清洗之后，有一部分变为泥渣，而且在经过一些环节，逐渐的沉降到桩基底，而且底部的泥渣混凝土冲击不到，经过冲击之后依旧就在底部，而且变为永久性泥渣，这样就对钻孔施工十分不利，还影响着施工的质量。因此为了避免泥浆成为永久泥渣，就要二次清孔，一般使用的工具是导管。在安放钢筋笼之后，在检查泥浆的指标时，如果其指标超出规定的要求，那么就要即刻展开二次清孔，直到孔内的泥浆符合标准。
4.5灌注水下混凝土施工
混凝土灌注施工是钻孔施工中非常重要，所以一定要对成孔的质量及清孔质量进行检测，只有检测合格才可以进行灌注施工。如果发现沉淀量不符合标准，就要再次清孔，但是要注意孔壁的稳定性，这样可以有效的防止坍塌情况发生。
5.旋挖桩施工应急预案
5.1 根据地质报告和现场考察，结合工程实际情况，对该工程不同地质段、会存在问题与处理办法
5.1.1塌孔的处理：
（1）轻微塌孔：使用挖土机向孔内回填可塑性好的粘性土，钻机反转向下加压，正转取土，充分压实孔壁，重新成孔；
（2）严重塌孔：向孔内浇筑低标号C15混凝土，待24小时后重新成孔
5.1.2、缩孔处理：
（1）可塑性软弱层：此软弱土不容易大面积坍塌，可通过反复扫孔，在孔内适当回填一些干土反压后再正转取土，使一部分干土压入孔壁内，增加淤泥层的可塑性，注意钻进速度的控制。如孔底遇水，记录下孔口距水面深度，提钻时应提出水面后停滞一段时间，使钻头内的水流出钻头后再提钻，以减少水对孔壁的冲刷，从而减少塌孔和缩孔。
（2）可塑性较差软弱层（或软弱层较厚）：遇此无法钻进时，可停止钻进，反复取土使孔底形成空腔（5～8斗为宜），向孔内填充C15混凝土，待24小时后再重新成孔，软弱层较厚时，重复上述步骤。
无可塑性或可塑性极差软弱层（此方法同样适用于土层塌孔的处理）：
①、反压混凝土：反复捞土，形成空腔，反压高标号C25混凝土，下放钻头搅动混凝土，使混凝土充分掺入软弱层中，48小时后重新成孔（时间可根据气温和现场实验确定）。
②、全护筒：当场地由于土层松散，泥浆在孔内渗漏严重，无法贮水，采用钢护筒施工。将孔径扩大一个级别，根据软弱层深度下放钢护筒穿过淤泥层，取出筒内软弱土即可成孔，砼浇筑高度超过淤泥层表面高度2～3米后，即可拔出护筒。
下钢护筒：软弱层中无大块中风化孤石且软弱层深度小于3米时直接用钻机或挖机压入，当淤泥深度大于3米时，需采用震动锤辅助下放（取出）钢护筒。
根据工程实际情况，本工程将采用以下两种方案相结合的施工方法，以保证施工质量和进度。另在桩位孔口处设置钢护筒，可防止下钢筋笼时掉土。
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钢护筒制作、埋设：长度2～4m以内的钢护筒，采用厚6mm的钢板制作，长度大于4m的钢护筒，采用厚12mm钢板制作；钢护筒埋置较深时，采用多节钢护筒连接使用，连接形式采用焊接，焊接时保证接头圆顺，同时满足刚度、强度的要求；钢护筒的内径应大于钻头直径，具体尺寸按设计要求选用；钢护筒埋设深度应满足设计及有关规范要求。护筒埋设时，应将钢护筒埋置至密实回填土层0.5m以下，高出施工地面0.3m；钢护筒埋设前，先准确测量放样，保证钢护筒顶面位置偏差不大于5cm，埋设中保证钢护筒垂直度不大于1％；埋设钢护筒前，采用较大口径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后，提出钻斗且用钻机动力头压盘将钢护筒压入到预定位置。用粗颗粒土回填护筒外侧周围，回填密实。
5.1.3 卡埋钻具
卡埋钻具是旋挖钻进施工中最容易发生的、也是危害较大的事故，因此在施工过程中一定要采取积极主动的措施加以预防，一旦出现事故，要采取有效措施及时处理。
发生的原因及预防措施：
（1）较疏松的砂卵层或流砂层，孔壁易发生大面积塌方而造成埋钻。在钻遇此地层前，应提前制定对策，如调整泥浆性能、埋设长护筒等。
（2）粘泥层一次进尺太深孔壁易缩径而造成卡钻。所以，在这类地层钻进要控制一次进尺量，一次钻进深度最好不超过40cm。
（3）钻头边齿、侧齿磨损严重而无法保证成孔直径，钻筒外壁与孔壁间无间隙，如钻进过深，则易造成卡钻。所以，钻筒直径一般应比成孔直径小5cm，边齿、侧齿应加长，以占钻斗筒长的2／3为宜，同时在使用过程中，钻头边齿、侧齿磨损后要及时修复。
（4）因机械事故而使钻头在孔底停留时间过长，导致钻头筒壁四周沉渣太多或孔壁缩径而造成卡埋钻。因此，平时要注意钻机本身的及时保养和维修，同时要调整好泥浆性能，使孔底在一定时间内无沉渣。
处理卡埋钻的方法主要有：
（1）直接起吊法，即用吊车或液压顶升机直接向上施力起吊。
（2）钻头周围疏通法，即用反循环或水下切割等方法，清理钻筒四周沉渣，然后再起吊。
（3）高压喷射法，即在原钻孔两侧对称打2个小孔(小孔中心距钻头边缘0.5m左右)然后下入喷管对准被卡的钻头高压喷射，直至两孔喷穿，使原孔内沉渣落入小孔内，即可回转提升被卡钻头。
（4）护壁开挖法，即卡钻位置不深时，用护筒、水泥等物品护壁，人工直接开挖清理沉渣。
5.1.4 动力头内套磨损、漏油
发生这一现象的原因除了钻机设计上存在欠缺外，主要是超钻机设计能力钻进所致，所以要注意旋挖钻机的设计施工能力，不要超负荷运行。
5.2灌注事故的预防及处理
5.2.1、导管进水
导致导管进水主要有以下三方面的原因产生：
（1）首批砼储备不足，或虽然砼储备已够，但导管底口距孔底的间距过大，砼下落后不能埋没导管底口，以致泥水从底口进入。
预防和处理方法：如有发现导管进水，应立即将导管重新下放至距孔底250 ～ 400mm，重新投入足够储备的砼进行冲底，不得已时需要将钢筋笼提出采取复钻清除。然后重新放下骨架、导管并投入足够储备的首批砼，重新灌注。
（2）导管接头不严，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开，或焊缝破裂，水从接头或焊缝中流入。
（3）导管提升过猛，或探测出错，导管底口超出原砼面，底口涌入泥水。
针对（2）、（3）两中原因引起的事故，应视具体情况，拔换原导管重下新管；或用原导管插入续灌，但灌注前均应将进入导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。
5.2.2、卡管（堵管）
灌注砼时发生堵管主要由灌注导管破损、灌注导管底距孔底深度太小、完成二次清空后灌注砼的准备时间太长、隔水栓不规范、砼配制质量差、灌注过程中灌注导管埋深过大等原因引起：
（1）初灌时隔水栓卡管；或由于砼本身的原因，如坍落度过小、流动性差，夹有大卵石、拌和不均匀，以及运输途中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送砼未加遮盖等，使砼中的水泥浆被冲走，粗集料集中而造成导管堵塞。
处理办法：用长杆冲捣管内砼,用吊绳抖动导管,或在导管上安装附着式振捣器等使隔水栓下落。如仍不能下落时，则须将导管连同其内的砼提出钻孔，进行清理修整（注意切勿使导管内的砼落入井孔），然后重新吊装导管，重新灌注。一旦有砼拌和物落入井孔，须将散落在孔底的拌和物粒料予以清除。
（2）机械发生故障或其他原因使砼在导管内停留时间过久，或灌注时间持续过长，最初灌注的砼已经初凝，增大了导管内砼下落的阻力，砼堵在管内。其预防方法是灌注前应仔细检修灌注机械，并准备备用机械，发生故障时立即调换备用机械；同时采取措施，在砼中添加缓凝剂并加速砼灌注速度。
当灌注时间已久，孔内首批砼已初凝，导管内又堵塞有砼，此时应将导管拔出，重新安设钻机，利用较小钻头将钢筋笼以内的砼钻挖吸出，用冲抓锤将钢筋骨架逐一拔出。然后以粘土掺砂砾填塞井孔，待沉实后重新钻孔成桩。
5.2.3、坍孔
在灌注过程中如发现井孔护筒内水位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是坍孔征象，可用探测仪探头或伸测深锤探测。如测深锤原系停挂在砼表面上未取出的现被埋不能上提，或测深仪探头测得的表面深度达不到原来的深度，相差很多，均可证实发生坍孔。坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水，孔内水位降低，不能保持原有静水压力，以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等，均有可能引起坍孔。
5.2.4、桩身砼强度低或砼离析
主要原因是施工现场砼配合比控制不严，搅拌时间不够和水泥质量差。预防措施：严格把好商品砼质量关，控制好砼配合比、水灰比、坍落度、最大水泥用量，严禁事后加水，掌握好搅拌时间和砼的和易性、流动性。
5.2.5、桩身砼的夹渣或断桩
桩身砼的夹渣或断桩的主要原因：
（1）初灌砼量不够，造成初灌后埋管深度太小或导管根本就没有进入砼；
（2）砼灌注过程拔管长度控制不准，导管拔出砼面；③砼初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使砼上部结块，造成桩身砼夹渣；
（3）清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，砼灌注过程中砂粒回沉在砼面上，形成沉积砂层，阻碍砼的正常上升，当砼冲破沉积砂层时，部分砂粒及浮渣被包入砼内。严重时可能造成堵管，导致砼灌注中断。
预防办法：①导管的埋置深度宜控制在2～6m之间；②砼灌注过程中拔管应有专人负责指挥；③分别采用理论灌入量计算孔内砼面和重锤实测孔内砼面，取两者的低值来控制拔管长度；④确保导管的埋置深度≥2m；⑤单桩砼灌注时间宜控制在1.5倍砼初凝时间内。
5.2.6、桩顶砼不密实或强度达不到设计要求
主要原因是超灌高度不够、砼浮浆太多、孔内砼面测定不准。
对于桩径≤1000mm的桩，超灌高度不小于桩长的4%；对于桩径＞1000mm的桩，超灌高度不小于桩长的5%。对于大体积的桩，桩顶10m内的砼应适当调整配合比，增大碎石含量，减少桩顶浮浆。在灌注最后阶段，孔内砼面测定应采用硬杆筒式取样法测定。
5.2.9、砼灌注过程因故中断
砼灌注过程因故中断可采用如下方法进行处理：
（1）若刚开灌不久，孔内砼较少，可拔起导管和吊起钢筋骨架，重新钻孔至原孔底，安装钢筋骨架和清孔后再开始灌注砼；
（2）迅速拔出导管，清理导管内积存砼和检查导管后，重新安装导管和隔水栓，然后按初灌的方法灌注砼，待隔水栓完全排出导管后，立即将导管插入原砼内，以后便可按正常的灌注方法继续灌注砼。此法的处理过程必须在砼的初凝时间内完成；
（3）砼灌注过程因故中断后拔出钢筋笼，待已灌砼强度达到15MP后，先用同级钻头重新钻孔，并钻出原灌砼的浮浆，再用Φ500钻头在桩中心钻进300～500mm深，这样就完成了接口的处理工作，然后便可按新桩的灌注程序灌注砼。
6.桩基检测及验收
6.1工程桩施工完毕20天，强度达到设计要求后按《建筑桩基技术规范》、《建筑基桩检测技术规范》等规范要求进行检测。
（1）单桩竖向极限承载力标准值应根据单桩静荷载试验确定。在桩身混凝土达到设计强度的条件下，静载试验应在浇筑混凝土20天后进行。检测数量不应少于3根。
（2）工程桩应进行桩身质量检验。桩身完整性检测采用低应变法和高应变法，低应变法检测数量为 100%，检测前桩身混凝土应达到设计强度的 70%。
6.2桩基施工完毕后及时绘制竣工图，作好桩位平面复核，整理好竣工资料，并请质量监督部门及时搞好工程桩的竣工验收，及时交付上部结构施工。
6.3桩基竣工验收应提交以下竣工资料：桩位测量放线图、工程地质勘察、材料试验记录与合格证、施工日志、桩施工隐蔽记录、桩位竣工平面布置图、桩的静动荷载试验资料、分项工程质量检验评定表、同时提交桩基工程验收记录档案表及桩基工程竣工验收证明书。
结束语
本文主要通过对高层建筑工程桩基钻孔技术的应用展开了分析和研究。随着我国城市化程度的不断提高，人们对于建筑工程的要求也随之提高，建筑工程作为我国经济社会发展中一个不可或缺的部分，其质量是否稳定合格对我国经济发展有着直接的影响。此外，在建筑工程桩基钻孔施工中，也存在一些制约其健康发展的因素，这就需要相关研究人员和施工企业要加强相关技术的研究，寻找出合理的解决方案和措施，从而推动我国建筑行业的飞速发展。
参考文献
[1]李星星,李泰成. 解析旋挖钻孔成桩施工技术在建筑桩基工程施工中的应用[J]. 河南科技,2014,06：47.
[2]叶俊能. 沉管灌注筒桩工作性状研究[D].浙江大学,2003.
作者简介：
李兵（1976—）男，汉族，工程硕士，高级工程师，主要从事建筑施工管理工作。
论文作者:李兵
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/24
标签：导管论文; 桩基论文; 钻孔论文; 泥浆论文; 钻头论文; 钢筋论文; 钻机论文; 《基层建设》2017年第12期论文;