浅谈旋挖钻钻孔灌注桩施工工艺

时间：2024-08-31

张胜军

河南省第一建筑工程集团有限责任公司（450014）

随着城市立交和城市地铁的迅速发展,钻孔灌注桩在大中桥梁中的运用显得愈来愈重要,同时也促进了桥梁钻孔灌注桩施工技术的快速发展。近几年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法,该施工方法主要特点是施工效率高，适用于工期要求紧的工程项目。

1 旋挖钻适用范围和工作原理特点

适用范围：适用于粘性土、粉质土、砂土等土层施工。

工作原理：旋挖钻通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土，反复循环而成孔，并具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、噪音小、环保的特点。

2 旋挖钻的施工工艺

2.1 泥浆调制

2.1.1原料

1）膨润土：分为钠质和钙质两种。钠质费用较高，钙质则较为适中。膨润土泥浆具有相对密度低、粘度好、含砂量小、失水量小、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。一般用量为水的8%即8 kg膨润土可掺100 kg的水。对于粘质土地层，可降低到3%～5%。较差的膨润土用量为水的12%左右。2）CMC：掺入量为膨润土的0.05%～0.1%。3）FCL：掺量为膨润土的 0.1%～0.3%。4）碳酸钠：掺入量为孔中泥浆的 0.1%～0.4%。 5）PHP：掺用量为泥浆液的0.003%。

2.1.2泥浆配制试验和修正

泥浆是各种材料特性的综合产品,但它是否完全满足施工条件和地层情况，还要根据土质实际情况进行修正、调配,最后才能得到合适的施工配合比。

同时要对泥浆的各种特性逐项试验：1)稳定性检验；2)对泥皮形成性能的检验；3)对泥浆流对性的检验；4)对泥浆密度的检验。

2.1.3制备泥浆的方法

搅拌机为高速回转式搅拌机，搅拌时间为10～15 min。膨润土遇水混合后3 h就有很大溶胀性，经过1d达完全溶胀；CMC应先用清水溶为1%～3%的溶液再掺入到泥浆里就会很容易混合在一起。

2.1.4制备泥浆的顺序

水—膨润土—CMC—分散剂—其他外加剂,由于CMC会妨碍膨润土的溶胀，所以要在膨润土之后放入。

2.2 机械就位、护筒埋设

旋挖钻到达桩位前，施工场地平整处理，保证旋挖钻机底座场地应平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生沉陷。

桩位确定后，利用十字线放出四个控制桩位，并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。

旋挖钻机在埋设护筒时，应由人工进行辅助配合，护筒埋设利用旋挖机的钻斗挤压作用做相应的调整。

护筒埋设好后在护筒上摆放一块30 cm垫板，用全站仪进行桩位中心的校核,准确无误后用十字线在护筒上标注红漆。

2.3 护筒内注浆

初次注入泥浆，尽量竖直向下冲击在桩孔中间，避免泥浆沿护筒侧壁下流冲塌护筒根部,造成护筒根部基土的松软，正式钻进前，再倒入2～3袋膨润土，启动钻机的高速甩土功能，进行充分搅拌，提高膨润土的含量，增大护筒底部同基土结合处护壁泥皮的厚度,防止钻进过程孔口渗漏坍塌。在成孔过程中，确保泥浆高于地下水位2 m，以利于孔壁的稳定。

施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生施工事故。

2.4 钻孔施工

旋挖钻机采用筒式钻斗。钻机就位后,调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部,保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。

钻孔过程中根据地质情况选择钻斗型式以及控制进尺速度。钻斗提升过程中，回转斗的底盘斗门必须保证处于关闭状态，以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中，破坏泥浆的配比。每个工作循环严格控制钻进尺度，避免埋钻事故。同时适当控制回转斗的提升速度，如果提升速度过快，泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，冲刷孔壁，破坏泥皮，对孔壁的稳定不利，容易引起坍塌。1）一般在粘土层采用泥钻，每钻进尺在50 cm左右。2）在松散砂砾、砂层采用砂钻，每钻进尺在40 cm左右。3）在密实度较大的砂、卵石层宜先用岩石钻将密实的地层搅松，避免直接用泥钻、砂钻，损坏机具；对于无水或水位较低的干孔部位,可采用螺旋钻成孔，可大大提高成孔效率，并可提高工效，然后将松散的砂、卵石用砂钻提出。4）成孔中若遇见卵石层或松散层时应注意漏浆情况，必要时，可在漏浆部位回填粘土，堵漏或在泥浆中增加防漏剂，避免泥浆流失，引起坍孔事故。5）因钻机结构及性能决定钻斗钻进时，钻斗要上下往复作业。如果护壁泥浆管理不善就可能发生塌孔事故。6）严格控制钻斗在孔内升降速度，因为如果快速地上下移动钻斗，那么水流将以较快速度由钻斗外侧和孔壁之间的空隙流过,导致冲涮孔壁，有时还会在上提钻斗时，在其下方产生负压，而导致孔壁坍塌,所以按孔径大小及土质情况来调整钻斗的升降速度。

开钻前要求在护筒内存进适量泥浆,并调制足够数量的泥浆作储备。钻进过程中如泥浆有损耗、漏失，须及时、直接向孔中补充新浆。

2.5 清孔

第一次清孔：终孔后，浆液沉淀半小时，用钻机进行初次清孔后，并经监理工程师检查沉碴厚度、孔径、孔深、垂直度合格后，撤钻机，安装钢筋笼，安装封孔导管，然后进行二次清孔。

二次清孔采用换浆法清孔,以灌注水下混凝土的导管作为管道，用泥浆泵向孔内压入优质泥浆，直至检验返上的新鲜泥浆各项指标达标,测量孔底沉渣厚度符合设计和规范规定（摩擦桩≤20cm）并经监理工程师检查同意后，安装大料斗，做好灌注水下混凝土准备。

清孔过程中必须始终保持孔内原有水头高度。

2.6 其它

下钢筋笼,浇筑水下混凝土施工工艺同回旋钻施工工艺不再介绍。

3 施工注意事项

1）由于钻机设备较重，施工场地必须平整、宽敞，并有一定硬度，避免钻机发生沉陷。2）钻机施工中检查钻斗，发现侧齿磨坏，钻斗封闭不严时必须及时整修。3）泥浆初次注入时，垂直向桩孔中间进行入浆，避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部，致使护筒底部土质松散。4）因粘土层中钻进过深易造成颈缩现象，在钻机施工时应严格一次钻进深度。5）钢筋笼或探孔器向孔内放置时，应由吊车吊起，将其垂直、稳定放入孔内，避免碰坏孔壁，使孔壁坍塌，在砼浇筑时出现废桩事故。6）根据不同地质情况，必须检测清孔后灌注砼时泥浆性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用。7）其他施工工艺事项，应严格按照桥涵施工技术规范和标准进行施工。

4 旋挖钻机成孔优点

1）因该钻机操作由全液压系统控制,能保证桩基垂直度、孔位、孔深、沉淀厚度等各项指标全部达到施工规范要求。2）该钻机适用不同地质情况，成孔效率高，约6 h左右即可成孔，1天成孔3～4个，是回旋钻机成孔的5～6倍，因此使用于工期要求紧的工程项目。3）孔壁稳定性好，成孔后清孔彻底，施工进度快。4）施工噪音低，不污染环境，适于环境保护要求高的施工地区。