摘要：随着施工技术的不断完善，不少新的施工工艺逐渐出现并被广泛应用到实践中，旋挖钻孔灌注桩是其中的一种，具有速度快、机动性高、成本低、适用性广等优点，本文根据广州市黄埔区大沙东保障性住房工程旋挖灌注桩的施工经验，对旋挖钻孔灌注桩施工工艺进行分析，使旋挖钻孔灌注桩的成桩质量符合规范与合同要求，为此新工艺提供确切的技术文件支持。
关键词：旋挖灌注桩；施工重点及难点控制措施；施工工艺
前言：旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械．广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基础施工工程，配合不同钻具，适应于干式（短螺旋），或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业。旋挖钻机适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围广，目前已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。以下对工程中的施工经验进行探析。
1、旋挖灌注桩施工重点及难点控制措施
（1）技术控制
本工程地质条件较复杂，流塑状的淤泥较厚，成孔过程中淤泥层易塌孔，首先须进行全面回填砖渣、或石角，充分改善作业条件，可满足桩机等机械行走要求，控制桩机施工过程中的稳定性，能较好的控制成孔质量。同时做好泥浆的配置工作，保证泥浆的工作性能，从而保证成孔质量。
根据地质钻探资料及超前钻资料，前期做好图纸会审工作。施工过程中加强与设计单位的沟通，及时将现场信息反馈给设计单位，确保持力层的准确性。
按照质量保证措施和制度做好自检、互检、工序检、隐蔽检等工作，及时完善相关资料的报验工作，从程序上保证工程质量的实现。
（2）安全文明施工控制
由于场地限制，现场的施工条件十分有限，应加强安全文明的教育工作及过程监控。对特种作业人员持证上岗作业严格把关。加强施工过程中的监控工作，严格控制危险源，对钢筋笼吊装施工重点控制，旁站监控。
工程桩施工适逢雨季，前期须完善场地的抽排水系统，加大泥浆抽排的频率。同时在余泥运输方面强调“一不准进三不准出”，加强车辆清洗的管理。
（3）解决的技术措施及方法
本工程根据地层的特点，选择适合该地层的成孔施工工艺，并做好泥浆调配和维护工作，保证泥浆性能，将从工程的质量、安全、工期及技术措施四个方面去控制工程成本，节约工程费用、并保证成桩质量。
根据桩超前钻的资料，结合现场捞取的岩屑，会同地质、设计、甲方、和监理断定持力层，确保桩持力层的准确。
在成孔完成后做好第一次清孔以及钢筋笼和灌浆管安放后的第二次淸孔工作，清孔完成后到混疑土灌注前、必须保证泥浆的各项质量指标，并测量检查泥渣厚度不超过设计要求。
按照质量保证措施和制度做好施工前准备工作，和施工过程中做好自检、互检、工序检查、隐蔽检查等工作，从整个施工程序上保证工程质量的实现。
2、旋挖灌注桩施工工艺
（1）旋挖钻孔灌注桩成孔作业流程如下：
图1：旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程图
（2）泥浆制备、使用与管理
① 泥浆制备
泥浆有保护孔壁和排渣的作用，泥浆质量控制应以不塌孔并达到排渣目的为原则。
泥浆的循环系统包括：制浆池、储浆池、循环槽等。开动桩机较多时，采用集中制浆与供浆。用抽浆泵通过主浆管和软管向各桩供浆。
泥浆的排浆系统由主排浆沟、支排浆沟和泥浆沉淀池组成。沉淀池内的泥浆采用泥浆净化后，由泥浆泵抽回泥浆池，以便再次利用。
开钻前必须准备数量充足性能优良的泥浆，造浆主要采用膨润土或粘土、水、增粘剂。
成孔泥浆性能要求：比重应在1.25左右，相对粘度20～28s；
在水下砼灌注前，泥浆性能指标应符合：比重1.15～1.25，粘度18～28s，含砂率小于8％，胶体化率不小于90％。
② 泥浆使用
泥浆使用根据施工方法分为正循环钻进和反循环清理两种。
对于正循环钻进，在一般土层中成孔时泥浆密度宜为1.05～1.20，粘度宜为16～22s，含砂率4～8%，胶体化率大于96%。在软土层中钻进时，泥浆密度宜为1.10～1.25，粘度宜为19～28s，含砂率4～8%，胶体化率大于96%。开孔钻进时，泥浆应适当加稠，密度宜为1.25～1.40。
清孔后泥浆性能指标宜为：泥浆密度宜为1.10～1.20，粘度宜为17～25s，含砂率小于6%，胶体化率大于95%。
护筒埋设高出地面0.30～0.35m，要保证孔内泥浆与备浆池正常循环，孔内泥浆液面标高一般不宜高于地面0.10m，且不得低于护筒底部。
③ 泥浆管理
施工过程中应做好泥浆的日常维护管理，必须对泥浆的比重、粘度、含砂率和胶体化率等指标进行测定，并及时动态调整至能够满足施工要求，确保成孔优质安全。
废弃的泥浆与渣应按环境保护的有关规定进行处理
⑶ 旋挖钻孔灌注桩成孔技术方法
① 旋挖桩机就位
钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。
在原地面进行桩施工，增加了空桩长度，为确保桩机旋挖位置准确，桩机就位后对桩位再一次进行桩位放测。
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。本项目采用的是原地面进行工程桩施工的方案，空桩相对较长，桩位测放的精确度控制显得尤为重要。因此，本项目采用全站仪极坐标法，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 旋挖钻孔工艺控制
旋挖法钻孔的基本施工操作方法如下：
旋挖施工时，将钥匙开关打到电源档，旋挖钻机的显示器显示旋挖钻机标记画面，按任意键进入工作画面。先进行旋挖钻机的钻桅起立桅及调垂，即首先将旋挖钻机移到旋挖作业所在位置，旋挖钻机的显示器显示桅杆工作画面。从桅杆工作画面中可实时观察到桅杆的X轴、Y轴方向的偏移。操作旋挖钻机的电气手柄将桅杆从运输状态位置起升到工作状态位置，在此过程中，旋挖钻机的控制器通过采集电气手柄及倾角传感器信号，通过数学运算，输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环起立桅控制。实现桅杆平稳同步起立桅。同时采集限位开关信号，对起立桅过程中钻桅左右倾斜角度进行保护。在旋挖作业之前需要对桅杆进行定位设置。
做直孔作业，所以需要对桅杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在桅杆相对零位±5°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而桅杆超出相对零位±5°范围时，只能通过显示器上的点动按钮或左操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，操作人员可通过显示器的桅杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使桅杆最终达到作业成孔的设定位置。在施工过程中，有时也需要斜孔作业。操作人员需要通过显示器上的自动定位按钮进行自设定零位，然后再进行相同的调垂操作。
旋挖时通过显示器按钮直接进入主工作界面，然后进行旋挖作业。旋挖时先将钻斗着地，通过显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置，此时，显示器显示旋挖的当前位置的条形柱和数字，操作人员可通过显示器监测旋挖的实际工作位置、每次进尺位置及孔深位置，从而操作旋挖作业。在作业过程中，操作人员可通过主界面的三个虚拟仪表的显示一一动力头压力，加压压力、主卷压力，实时监测液压系统的工作状态。开孔时，以钻斗自重并加压作为钻进动力，一次进尺短条形柱显示当前钻头的旋挖深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，操作回转操作手柄使机器转到土方车的位置，将钻渣装入土方车，完毕后，通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到旋挖作业位置，或通过手动操作回转操作手柄使机器手动回到旋挖作业位置。此工作状态可通过显示器的主界面中的回位标识进行监视。开孔后，以钻头自重并加压作为钻进动力。当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，装入土方车，同时观察监视并记录旋挖地质状况。
⑷ 终孔验收控制鉴定
本工程桩基施工前建设方有委托勘察单位进行施工图阶段施工勘察，根据施工勘察报告所提供的各柱下持力层深度，对本工程桩基持力层鉴定及入岩深度判断工作要求如下：
① 每桩开始成孔前，项目部将根据勘察报告所对应的持力层深度界定每承台每根桩设计终桩长度，通知施工班组。成孔至该深度范围附近时应随时捞取渣样，送技术质检验员辩论。
② 待技术人员辩论确定已到达持力层后，由技术负责人通知监理及勘察单位代表到场确认，经确认后，量测此时的孔深，留取岩样封存，并经监理及勘察单位代表签字确认后方可继续成孔。
③ 根据设计要求的入岩深度继续成孔，要求每进入持力层深度50cm取一次岩样，送勘察单位代表确认。
④ 当孔深已达到设计要求的入岩深度时，应立即由质检员通知现场监理及勘察单位代表到场验孔并量测孔深，量测孔时所用的测量基准点应与入岩时的测量基准点相同。经现场监理及勘察单位代表确认符合设计要求后方可进行下步工序施工。终孔时的岩样应用塑料袋封存。
⑤ 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～+300mm。
⑸ 清孔
① 清孔的目的：清孔的目的是抽、换孔内泥浆，清除孔内钻渣，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留过厚沉淀砂土而降低桩的承载力，确保灌注混凝土的质量。
② 清孔的质量要求：清孔的质量要求是应清除孔底所有的沉淀砂土及岩渣。当技术上确有困难时，允许残留少量不成浆状的松土，其数量应按合同文件的规定。清孔后灌注混凝土前，孔底500mm以内的泥浆性能指标：含砂率为8%。比重就小于1.25，漏斗粘度不大于28s。
③ 清孔方法：根据设计要求、地层条件等本次采用的清孔方法有正循环清孔法、泵吸反循环清孔法。
图2：正循环清孔法、泵吸反循环清孔法
④ 终孔后至灌注混凝土前，终孔下装钢筋笼后以泥浆正循环的方式清渣。清孔时应将导管提离孔底0.1～0.3米，遇清渣困难时则采用泵吸反循环方式清渣，直至泥浆指标符合下述要求：密度为1.15～1.20，粘度为17～22s，含砂率小于6%，胶体化率大于95%；沉渣厚度小于50mm时才能开始灌注。
⑹ 钢筋笼制作与吊装
① 一般要求
●钢筋的种类、钢号、直径应符合设计要求。本工程设计要求，纵筋和加劲箍钢筋采用三级螺纹钢（主要有直径18、20、22、32四种）。钢筋的材质应进行物理力学性能或化学成分的分析试验。
●制作前应调直（螺旋筋除外）主筋，应尽量用整根钢筋。d25以上（包含d25）钢筋要求机械连接，钢筋笼吊装长度大于20米时可分段次用焊接连接，焊接时钢筋轴心应连成一线，采用双面焊接接长，焊接接头连接区段为6d（d为钢筋较大直径），接头面积百分率不宜大于50%。焊接的钢材，应作可焊性和焊接质量的试验。
图3：钢筋焊接示意图
●当钢筋笼全长超过20m时可采用分段焊接连接，焊接时钢筋轴心应连成一线。分段后的主筋接头应互相错开，同一截面内的接头数目不多于主筋总根数的50%，两个接头的间距应大于50cm。接头采用双面焊接法连接。加强筋与主筋间采用点焊连接，箍筋与主筋间采用点焊连接。
② 钢筋笼的制作
制作钢筋笼的设备与工具有：电焊机、钢筋切割机、钢筋圈制作台和钢筋笼成型支架等。钢筋笼的制作程序如下：
●根据设计，确定箍筋用料长度。将钢筋成批切割好备用。
●钢筋笼主筋保护层厚度为7cm。钢筋笼外侧设置预制砼垫块或耳环，预制砼垫块拟采用与桩身砼同标号的砼作为材料制作，在吊放钢筋笼的过程中，确保主筋的保护层厚度，同时保证钢筋笼顺利下放到位。
●制作好的钢筋笼在平整的地面上放置，应防止变形。
●钢筋笼安放前必须经技术人员、质检员按图纸尺寸和焊接质量要求检查验收（内径应比导管接头外径大100mm以上）。并报请监理工程师验收。不合格者不得使用。
③ 钢筋笼的吊装
钢筋笼安装用大型吊车或桩机自行起吊，对准桩孔中心放入孔内。如桩孔较深，钢筋笼应分段加工，在孔口处进行对接。为了保证钢筋笼的垂直度，钢筋笼在孔口按桩位中心定位，使其悬吊在孔内。
下放钢筋笼应防止碰撞孔壁。如下放受阻，不得强行下插。一般采用正反旋转，缓慢逐步下入。安装完毕后，经有关人员对钢筋笼的位置、垂直度、焊缝质量、箍筋点焊质量等全面进行检查验收，合格后才能下导管灌注混凝土。
图4：钢筋吊装示意图
⑺ 水下混凝土灌注
混凝土灌注是旋挖钻孔灌注桩的重要工序，应予特别注意。旋挖孔应经过质量检验合格后，才能进行灌注工作。
本工程桩身砼设计强度等级为C30，采用商品砼。在水下砼灌注过程中应严格按照《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）及设计要求施工，各个施工环节互相配合，技术人员层层把关，砼灌注前应会同甲方、监理对该桩孔进行隐蔽验收、签字，合格后方可灌注。具体要求如下：
① 把好商品砼的质量关，经常检查砼的质量，坍落度控制在18～22cm内。
② 导管配制与安装。灌注导管要便于安拆，并有足够的强度和刚度。导管用钢管制作，导管的驳接口必须加上止水密封胶圈，确保接头密封良好。密封形式采用橡胶圈或橡胶皮垫。
灌注前对灌浆设备进行严格检查导管要求内管光滑。下入导管一定要准确，导管底距孔底控制在0.3～0.5m。
③ 导管顶部应安装漏斗和贮料斗。漏斗安装高度应适应操作的需要，在灌注到最后阶段时，能满足对导管内混凝土柱高度的需要，以保证上部桩身的灌注质量。漏斗应有足够的容量来贮存混凝土，以保证首批灌入的混凝土量能达到0.8m以上的埋管高度。
④隔水栓：采用编织袋装C30混凝土塞，开灌前用铁线固定在导管内临近泥浆面处。
⑤ 灌注顺序：灌注前，应再次测定孔底沉渣厚度。如厚度超过规定，应再次进行清孔。当下导管时，导管底部与孔底的距离以能放出隔水栓和混凝土为原则，一般为30～50cm。
●首批混凝土连续不断地灌注后，应有专人测量孔内混凝土面高度，并计算导管埋置深度，一般控制在2～4m，不得少于1m或大于6m。严禁导管提出混凝土面。应及时填写水下混凝土灌注记录。如发现导管内大量进水，应立即停止灌注，查明原因，处理后再灌注。
●水下灌注必须连续进行，严禁中途停灌。灌注中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位变化情况，及时测量孔内混凝土面上升高度和分段计算充盈系数（充盈系数应在1.0～1.2之间），不得小于1。
●灌注将结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，比重增大。出现混凝土顶升困难时，可以小于300mm的幅度上下串动导管，但不许横向摆动，确保灌注顺利进行。
●终灌时，采用捞样筒捞取砼样确定砼面高度。考虑到泥浆层的影响，实灌桩顶混凝土面应高于设计桩顶0.8m以上，以保证桩顶砼质量及不浪费材料。
●每根桩必须随机抽样留置试块不得少于一组，并认真做好试块的养护，达龄期及时送检。
●桩长和桩顶标高的控制，本工程桩有空灌段，施工时要严格控制桩长和桩顶标高，既不多灌浪费混凝土，增加成本，又不少灌影响质量。本工程采用的方法是实际桩长比有效桩长浇筑多0.8m，开挖后再凿除多余部分。
⑻ 废弃泥浆及钻渣的处理
废浆废渣能否及时运出施工现场，对施工进度、工程质量、安全生产和河道环境都产生很大影响，尤其是本工程进场设备多，施工工序多，就显得更为重要。为及时地处理废弃泥浆及钻渣，拟采取如下措施：
① 按照环卫部门的有关要求或甲方指定的单位联系废浆废渣的受纳场所。
② 与具有承运能力的单位签订废浆废渣外运协议，具体负责废浆废渣外运工作。
③ 由现场负责人具体负责废浆废渣外运的组织安排。
④ 在已施工完的场地内挖设能够储存一定数量的泥浆池，以备在外运不及时可以储存。
⑼ 灌注事故的预防及处理
① 导管进水
a、主要原因：
首批混凝土储量不足，或虽然混凝土储量已够，但导管底口距孔底的间距太大，混凝土下落后不能埋设导管底口，以至泥水从底口进入。
导管提升过猛，或测深出错，导管底口超出原混凝土面，底口涌入泥水。
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，水从接头或焊缝流入。
b、预防和处理方法
为避免发生导管进水，事前要采取相应措施加以预防，万一发生，要立即查明事故原因，采取以下处理方法：
若是上述第一种原因引起的，应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌和物通过泥石泵吸出或者用空气吸泥机吸出。不得已时需将钢筋笼提出采取复钻清除。然后重新下放钢筋骨架，导管并投入足够储量的首批混凝土，重新灌注。
② 堵管
在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为堵管。有以下两种情况：
a、初灌时隔水栓堵管：或由于混凝土本身的原因，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，导管漏水，雨天运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，粗骨料集中而造成堵管。
处理办法：可用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管，或在导管上安装附着式振动器等使隔水栓下落。如仍不能下落时，则应将导管连同其内的混凝土提出孔外，进行清理修整，然后重新布装导管，重新灌注。
b、机械发生故障或其它原因使混凝土在导管内停留时间过久，或灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝，增大了导管内混凝土下落的阻力，混凝土堵在导管内。其预防方法是灌注前应仔细检修灌注机械，并准备用机械，发生故障时立即调换备用机械；同时采取措施，加快灌注速度，必要时，可在首批混凝土中掺入缓凝剂，以延缓混凝土的初凝时间。
当灌注时间已久，孔内首批混凝土已初凝，导管内又堵塞有混凝土，此时应将导管拔出，重新安设钻机钻孔。
③ 埋管
导管无法拔出称为埋管。
a、主要原因：导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土间摩阻力过大，或因提管过猛将导管拉断。
b、预防办法：严格控制导管埋深一般不得超过6m～8m。
④ 钢筋笼上浮
钢筋笼上升，除了一些显而易见的原因是由于导管上拔、导管钩挂钢筋笼所致外，主要原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口，导管底口在钢筋笼底口以下3m至以上1m时，混凝土浇注的速度过快，使混凝土下落冲出导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋笼的重力所致。为此可采取如下措施：
a、钢筋笼上端主钢筋焊固在钢护筒上或在钢筋笼上口增加压重，可承受部分混凝土顶托力。
b、在孔底设置直径不小于主筋的1～2道加强环形筋，并以适当数量的牵引筋牢固地焊接于钢筋笼底部。。
c、在浇注水下混凝土的过程中，特别注意混凝土到达钢筋笼底标高位置时的操作：可放慢浇注速度，以减小混凝土向上的顶托力；当混凝土面超过钢筋笼底2m左右，应减少导管埋深，使导管底口处于钢筋笼底口附近，并加快浇注速度，以增加钢筋笼的埋深；当混凝土面高于钢筋笼底2~4m后即可正常浇注。
3、结束语
旋挖灌注桩施工过程中，需严格按照设计文件及以上施工工艺流程，确保其完成高质量的灌注桩，使旋挖钻孔灌注桩的成桩质量符合规范与合同要求。希望这个工程实例能对同行们的工作起到参考的作用。
参考文献：
[1]《建筑地基基础工程施工质量验收規范》 GB（50202—2002）
[2]《建筑桩基技术規范》 JGJ（94—2008）
[3]《工程测量规范》 GB（50026—2007）
[4]《钢筋焊接及验收规范》 JGJ（18—2003）
[5]《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB（50204—2002）
论文作者:许遵杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/1
标签：导管论文; 钢筋论文; 泥浆论文; 混凝土论文; 作业论文; 钻机论文; 桅杆论文; 《基层建设》2019年第11期论文;