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摘 要:旋挖成孔灌注桩施工技术具有施工效率高、环境污染小和适用性强等优点，因此，被广泛应用。本文工程应用实例，就旋挖成孔灌注桩的施工技术进行了探讨，并详细阐述了施工中应注意的问题。实践表明，旋挖成孔灌注桩的施工取得了较好的效果。
关键词:旋挖成孔；灌注桩；施工技术；应用效果
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
旋挖成孔灌注桩是近年来应用较为广泛桩基施工技术，在公路、铁路、市政桥梁桩基施工中广泛应用。旋挖成孔灌注桩是利用旋挖钻机钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。其施工特点是成孔作业速度快、质量好、效率高、泥浆污染少，是工期紧、环保要求高的项目的首选。本文结合工程应用实例，重点介绍旋挖成孔灌注桩的施工技术，以供广大施工者参考。
1 工程概况与地质条件
某工程的投资额约为4200万元，地下室为2层；建筑面积为9071.611m2，本基坑支护工程安全等级为一级，基坑大致成矩形，长约96.7m，宽约53.4m。本工程要求基坑开挖前，需将场地现有标高平整至±0.00。地下室底板顶标高为-8.10m，纯地下室部分外墙基础承台垫层底标高-9.20m，平整后基坑开挖深度9.20m。主楼部分承台垫层底标高为-10.10m，平整后基坑开挖深度为10.10m。
该工程采用旋挖成孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑+桩间设置旋喷桩(止水帷幕)的支护结构。施工场地覆盖土层除人工填土外，主要为淤积～冲积成因的淤泥、粉土，局部分布有中砂，其下为残积成因粉质粘土，下伏基岩为白垩系含砾粉砂岩和砾岩，基岩岩面埋深起伏较大，全风化岩层面埋深8.5～24.0m，层厚1.5～7.7m，fak＝450kPa；强风化岩层常以夹层形式出现在中、微风化岩中，层面埋深8.5～19.5m，层厚0.5～6.5m，fak＝600kPa；中风化岩层面埋深9.0～29.5m，层厚0.65～5.7m，fak＝1000kPa。
2 工程特点及难点
本工程施工内容较多，对施工组织质量要求较高，必须作好各施工段，各工序的衔接及产品保护。
(1)由于基岩埋深较浅，旋挖灌注桩入岩深度达5～6m，且强风化岩层常以夹层形式出现在中、微风化岩中，故需配置特殊的钻头来加快钻进速度。
(2)场地周边民房密集，西边距基坑5m处为8层宿舍楼(天然基础)，东边距基坑10m处为3m宽的内街小巷，人流密集，北边距基坑2m处为15层商住楼(人工挖孔桩基础)，南边距基坑8m处为市政大马路，施工场地狭小，施工过程严格避免过大振动影响。
(3)场地周边管线遍布，南边人行道下有电信光纤、市政给排水管线和军用电缆等，西边距基坑2m处埋有煤气管线，对支护桩施工垂直度控制要求较高。
(4)整个基坑施工工期仅105d，包括支护桩、止水桩、内支撑以及土方开挖等，且工程质量要求高。
3 旋挖桩机的特点及应用优势
针对工程特点及难点，通过国内外旋挖桩机对比，综合考虑针对不同岩层配置相应钻头以满足速度和垂直度的要求，最后选用西德产的“宝峨”BG-15型旋挖桩机，该桩机具有以下性能特点和优点：
(1)BG-15型旋挖钻机可在现场组装，减轻单件运输重量，无需耗费巨额进退场费用。
(2)采用大三角支撑结构及钻桅，粗壮稳定，可有效传递较大的扭矩性能。
(3)采用钻杆垂直度自动调整系统，具有钻杆倾斜度液晶显示，同时具有光标模拟和倾斜角度的数字显示，驾驶员只需按驾驶室内的操作平台上的自动键即可将钻杆自动调节至垂直位置，操作简便，且仪器维修和检查方便。
(4)该桩机根据不同地层及其桩径配置相应的钻头，以满足不同岩层的需要。其中短螺旋钻SBF-P2适用于护筒内的干孔施工，嵌岩旋挖斗KBF-K主要用于泥浆中破岩取土，岩芯钻KRR及球齿岩芯钻KRR-M分别用于不同程度的坚硬地层。该旋挖钻机还可以因不同地层快速更换钻头,当遇到艰难地层必须反复使用2～3个不同钻头时,可以在1min内迅速更换钻头，维持最佳钻掘效果确保进度。
(5)该机配置六键锁扣式嵌巖钻杆，抗失稳能力强；钻杆采用KDK245K型旋转动力头，最大扭矩为245kNm(320kg系统压力下)，最大转速38r/min，满足岩层钻进速度需要。
(6)KDK245K型旋转动力头配置有万向接头，用于联结护筒驱动器,可以直接驱动护筒进行全套管施工；该动力头具有三级减震器,避免挂杆或摔杆造成破坏性冲击，且施工噪音低，无任何环境污染。
(7)为确保成桩质量，该机还特别配置了用于清除孔底淤泥的清底旋挖斗KB-L，在抽砂换浆前可以迅速除去大部分的沉淀泥砂，提高工效。
4 施工技术
4.1 钻机就位
在桩位复核正确，护筒埋设符合要求，护筒、地坪标高已测定的基础上，钻机才能就位。桩机定位要准确、水平、垂直、稳固。由于该旋挖桩机具有自动进行机架调平功能，故垂直度主要依据桩机电脑控制(该机可实现垂直度误差不大于2‰的控制精度)，钻进过程中如钻机倾斜率在0.3以内，则可自行调节垂直度。
4.2 埋设护筒
该旋挖桩机自带护筒驱动器，可以自行埋设护筒。根据地质情况埋设护筒长度可达6.0m，一般护筒长4～6m。埋设护筒时用水平尺检查垂直度，护筒顶一般高于原地面0.3m，以便钻头定位及保护桩孔。
4.3 护壁
各桩开始施工前，应结合地质资料，由专业工程师判断下卧土层的地质情况，再研究确定具体的护壁情况。旋挖成孔工艺可考虑孔口注入泥浆护壁或钢管护壁两种护壁方式，如上部土质软弱，容易产生塌孔，则可采用钢套管护壁。选用泥浆护壁时，泥浆相对密度至少要达到1.3以上。开钻前要制备质量、数量都能满足要求的泥浆，采用膨润土、纤维素和纯碱配制，用搅拌机拌合而成。如选用钢护筒进行护壁时，在开钻前须采用自带的护筒驱动器将钢护筒埋设至稳定层或基岩面，再开始旋挖钻进。
4.4 钻进成孔
本工程上部土层采用长螺旋钻头旋挖钻进，至岩面后，再换用筒式钻头KBF-K，个别岩层较硬的部位则采用岩芯钻KRR及球齿岩芯钻KRR-M钻进直至设计桩底。施工时将钻头下降到预定深度后，旋转钻头并加压，将旋起的土挤入钻筒内，待泥土挤满钻筒后，反转钻头将钻头底部封闭并提出孔外，自动开启离合装置，钻头底座打开倒出弃土。在钻进过程中或将钻头提出钻孔外后，向孔内注浆，确保泥浆液面不低于护筒底部。
成孔前必须认真检查钻头保护装置，钻头直径、磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的应及时更换。成孔中按确定的参数施工并做好各种记录。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；在易缩颈的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩颈；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相对密度和粘度。成孔达到设计深度时，经监理工程师验收合格后，方可进行清孔。
4.5 清孔
利用该旋挖桩机配备的专用清渣装置，钻至设计桩底后，采用专用清渣装置清渣即可将孔内的钻渣清理干净，孔底沉渣厚度应不大于50mm(或按设计要求)，由具有丰富施工经验的施工员用测绳及吊锤进行检测，并须通过监理工程师验收确认。
4.6 钢筋笼的制安
旋挖钻机的一个显著优点就是成孔快，且成孔后孔底沉渣很少，所以只要在钢筋笼制安中采取合理措施避免安装钢筋笼时刮伤孔壁，就可以大大减小沉渣厚度，有效防止塌孔。这就要求在钢筋笼制作时严格进行控制，钢筋笼外径和直线度，主筋搭接、纵横筋交叉点的焊接质量等必须符合设计要求。钢筋笼保护层垫块必须认真设置。本工程采用150×200×70预制块，每2m设1道，每边沿圆周对称设置4个垫块。钢筋笼采用25t汽车吊进行吊装，应认真选择合适的吊点，尽量避免钢筋笼发生变形。
4.7 水下混凝土浇筑
水下混凝土浇筑是整个旋挖桩施工的最后一道工序，其施工质量将决定灌注桩的质量，所以在施工中必须严格执行以下规定：①导管须严密，长度适中，内壁光滑，使用前应试拼并做闭水试验；②混凝土应拌和均匀，坍落度控制在18～22cm，含砂率40%～45%；③混凝土浇筑必须连续作业，严禁中断浇筑；④浇注过程中应有专人记录，以防导管提升过猛或导管埋入过深而造成断桩，导管埋深宜控制在2～6m；⑤为确保桩顶混凝土质量，需保持一定的超灌量，具体应根据各桩的钢护筒情况计算而定，确保拔筒后混凝土面高出设计标高80cm。
5 应用效果
本工程采用的旋挖灌注桩机与传统钻(冲)孔桩机相比，具有自动化程度高、劳动强度低、工效快、工期短、成桩质量好及环境污染小等特点，具体见表1。
表1 旋挖钻机与传统(冲)孔桩机各项指标对比
该钻机钻进效率高，可根据不同地层自动调整，使各项钻进参数达到最佳，从本工程实际应用效果看，在软土区域每台桩机的掘进速度平均可达到15m/h，进入到风化岩层后仍能非常稳定地维持在(4～8)m/h的平均速度，约为钻(冲)孔钻机的10倍，此数值包括了用岩芯钻及嵌岩旋挖斗交互搭配的挖掘方式，这些都是归结于旋挖钻机本身的优异性能及搭配钻头的表现。旋挖钻机为履带式全液压自动行走底盘，采用液压系统全电脑控制，钻杆自动伸缩、自动调整垂直度、自动显示钻进的各项参数，节省大量人力，且作业环境安全、环保，是泥漿循环式钻(冲)孔及人工挖孔工艺最理想的替代设备。
成桩质量好、提高灌注桩承载力。旋挖钻机钻头施工时多次上下往复回旋，形成的孔壁粗糙，有利于增加桩侧摩阻力；孔底沉渣少，垂直度高，易于清孔，保证了桩基设计承载力。本工程按规范要求共检测26根桩，其中Ⅰ类桩24根，占所检测桩数的92.3%，Ⅱ类桩2根，占所检测桩数的7.7%。
环境污染小，节约能源。旋挖钻进为干式或循环泥浆钻进，护壁泥浆为可重复利用，无需外运，大大减少了环境污染，挖出的土直接装车外运，保持现场清洁平整；采用原装进口柴油机，噪音小、功效大，能耗仅为完成相同工作量钻(冲)孔桩机的25％。
通过本工程的应用，证明BG-15型旋挖桩机是非常适合复杂地层钻孔灌注桩施工工艺的要求，并能保质保量地在要求工期内完成全部钻孔桩工程。尽管旋挖桩机的早期投入成本较高，但如果能够根据工程的实际情况及不同的地质条件进行选用，其最终的经济和社会效益将大大优于其他施工方法。
6 结束语
尽管旋挖成孔灌注桩的投资成本高，但在合适的地质情况下，其最终的经济效益综合指标还是大大优于其他的施工方法。实践证明，为了确保旋挖成孔灌注桩的施工质量，应控制好成孔的工艺、钢筋笼的制安、水下混凝土浇注等关键施工环节。
参考文献
[1] 余辉.重庆地区旋挖成孔灌注桩的施工技术探讨[J].科技风,2012(11)
[2] 梅晓.浅谈某工程旋挖灌注桩施工技术措施[J].城市建设理论研究,2012(21)
关键词:旋挖成孔；灌注桩；施工技术；应用效果
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
旋挖成孔灌注桩是近年来应用较为广泛桩基施工技术，在公路、铁路、市政桥梁桩基施工中广泛应用。旋挖成孔灌注桩是利用旋挖钻机钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。其施工特点是成孔作业速度快、质量好、效率高、泥浆污染少，是工期紧、环保要求高的项目的首选。本文结合工程应用实例，重点介绍旋挖成孔灌注桩的施工技术，以供广大施工者参考。
1 工程概况与地质条件
某工程的投资额约为4200万元，地下室为2层；建筑面积为9071.611m2，本基坑支护工程安全等级为一级，基坑大致成矩形，长约96.7m，宽约53.4m。本工程要求基坑开挖前，需将场地现有标高平整至±0.00。地下室底板顶标高为-8.10m，纯地下室部分外墙基础承台垫层底标高-9.20m，平整后基坑开挖深度9.20m。主楼部分承台垫层底标高为-10.10m，平整后基坑开挖深度为10.10m。
该工程采用旋挖成孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑+桩间设置旋喷桩(止水帷幕)的支护结构。施工场地覆盖土层除人工填土外，主要为淤积～冲积成因的淤泥、粉土，局部分布有中砂，其下为残积成因粉质粘土，下伏基岩为白垩系含砾粉砂岩和砾岩，基岩岩面埋深起伏较大，全风化岩层面埋深8.5～24.0m，层厚1.5～7.7m，fak＝450kPa；强风化岩层常以夹层形式出现在中、微风化岩中，层面埋深8.5～19.5m，层厚0.5～6.5m，fak＝600kPa；中风化岩层面埋深9.0～29.5m，层厚0.65～5.7m，fak＝1000kPa。
2 工程特点及难点
本工程施工内容较多，对施工组织质量要求较高，必须作好各施工段，各工序的衔接及产品保护。
(1)由于基岩埋深较浅，旋挖灌注桩入岩深度达5～6m，且强风化岩层常以夹层形式出现在中、微风化岩中，故需配置特殊的钻头来加快钻进速度。
(2)场地周边民房密集，西边距基坑5m处为8层宿舍楼(天然基础)，东边距基坑10m处为3m宽的内街小巷，人流密集，北边距基坑2m处为15层商住楼(人工挖孔桩基础)，南边距基坑8m处为市政大马路，施工场地狭小，施工过程严格避免过大振动影响。
(3)场地周边管线遍布，南边人行道下有电信光纤、市政给排水管线和军用电缆等，西边距基坑2m处埋有煤气管线，对支护桩施工垂直度控制要求较高。
(4)整个基坑施工工期仅105d，包括支护桩、止水桩、内支撑以及土方开挖等，且工程质量要求高。
3 旋挖桩机的特点及应用优势
针对工程特点及难点，通过国内外旋挖桩机对比，综合考虑针对不同岩层配置相应钻头以满足速度和垂直度的要求，最后选用西德产的“宝峨”BG-15型旋挖桩机，该桩机具有以下性能特点和优点：
(1)BG-15型旋挖钻机可在现场组装，减轻单件运输重量，无需耗费巨额进退场费用。
(2)采用大三角支撑结构及钻桅，粗壮稳定，可有效传递较大的扭矩性能。
(3)采用钻杆垂直度自动调整系统，具有钻杆倾斜度液晶显示，同时具有光标模拟和倾斜角度的数字显示，驾驶员只需按驾驶室内的操作平台上的自动键即可将钻杆自动调节至垂直位置，操作简便，且仪器维修和检查方便。
(4)该桩机根据不同地层及其桩径配置相应的钻头，以满足不同岩层的需要。其中短螺旋钻SBF-P2适用于护筒内的干孔施工，嵌岩旋挖斗KBF-K主要用于泥浆中破岩取土，岩芯钻KRR及球齿岩芯钻KRR-M分别用于不同程度的坚硬地层。该旋挖钻机还可以因不同地层快速更换钻头,当遇到艰难地层必须反复使用2～3个不同钻头时,可以在1min内迅速更换钻头，维持最佳钻掘效果确保进度。
(5)该机配置六键锁扣式嵌巖钻杆，抗失稳能力强；钻杆采用KDK245K型旋转动力头，最大扭矩为245kNm(320kg系统压力下)，最大转速38r/min，满足岩层钻进速度需要。
(6)KDK245K型旋转动力头配置有万向接头，用于联结护筒驱动器,可以直接驱动护筒进行全套管施工；该动力头具有三级减震器,避免挂杆或摔杆造成破坏性冲击，且施工噪音低，无任何环境污染。
(7)为确保成桩质量，该机还特别配置了用于清除孔底淤泥的清底旋挖斗KB-L，在抽砂换浆前可以迅速除去大部分的沉淀泥砂，提高工效。
4 施工技术
4.1 钻机就位
在桩位复核正确，护筒埋设符合要求，护筒、地坪标高已测定的基础上，钻机才能就位。桩机定位要准确、水平、垂直、稳固。由于该旋挖桩机具有自动进行机架调平功能，故垂直度主要依据桩机电脑控制(该机可实现垂直度误差不大于2‰的控制精度)，钻进过程中如钻机倾斜率在0.3以内，则可自行调节垂直度。
4.2 埋设护筒
该旋挖桩机自带护筒驱动器，可以自行埋设护筒。根据地质情况埋设护筒长度可达6.0m，一般护筒长4～6m。埋设护筒时用水平尺检查垂直度，护筒顶一般高于原地面0.3m，以便钻头定位及保护桩孔。
4.3 护壁
各桩开始施工前，应结合地质资料，由专业工程师判断下卧土层的地质情况，再研究确定具体的护壁情况。旋挖成孔工艺可考虑孔口注入泥浆护壁或钢管护壁两种护壁方式，如上部土质软弱，容易产生塌孔，则可采用钢套管护壁。选用泥浆护壁时，泥浆相对密度至少要达到1.3以上。开钻前要制备质量、数量都能满足要求的泥浆，采用膨润土、纤维素和纯碱配制，用搅拌机拌合而成。如选用钢护筒进行护壁时，在开钻前须采用自带的护筒驱动器将钢护筒埋设至稳定层或基岩面，再开始旋挖钻进。
4.4 钻进成孔
本工程上部土层采用长螺旋钻头旋挖钻进，至岩面后，再换用筒式钻头KBF-K，个别岩层较硬的部位则采用岩芯钻KRR及球齿岩芯钻KRR-M钻进直至设计桩底。施工时将钻头下降到预定深度后，旋转钻头并加压，将旋起的土挤入钻筒内，待泥土挤满钻筒后，反转钻头将钻头底部封闭并提出孔外，自动开启离合装置，钻头底座打开倒出弃土。在钻进过程中或将钻头提出钻孔外后，向孔内注浆，确保泥浆液面不低于护筒底部。
成孔前必须认真检查钻头保护装置，钻头直径、磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的应及时更换。成孔中按确定的参数施工并做好各种记录。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；在易缩颈的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩颈；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相对密度和粘度。成孔达到设计深度时，经监理工程师验收合格后，方可进行清孔。
4.5 清孔
利用该旋挖桩机配备的专用清渣装置，钻至设计桩底后，采用专用清渣装置清渣即可将孔内的钻渣清理干净，孔底沉渣厚度应不大于50mm(或按设计要求)，由具有丰富施工经验的施工员用测绳及吊锤进行检测，并须通过监理工程师验收确认。
4.6 钢筋笼的制安
旋挖钻机的一个显著优点就是成孔快，且成孔后孔底沉渣很少，所以只要在钢筋笼制安中采取合理措施避免安装钢筋笼时刮伤孔壁，就可以大大减小沉渣厚度，有效防止塌孔。这就要求在钢筋笼制作时严格进行控制，钢筋笼外径和直线度，主筋搭接、纵横筋交叉点的焊接质量等必须符合设计要求。钢筋笼保护层垫块必须认真设置。本工程采用150×200×70预制块，每2m设1道，每边沿圆周对称设置4个垫块。钢筋笼采用25t汽车吊进行吊装，应认真选择合适的吊点，尽量避免钢筋笼发生变形。
4.7 水下混凝土浇筑
水下混凝土浇筑是整个旋挖桩施工的最后一道工序，其施工质量将决定灌注桩的质量，所以在施工中必须严格执行以下规定：①导管须严密，长度适中，内壁光滑，使用前应试拼并做闭水试验；②混凝土应拌和均匀，坍落度控制在18～22cm，含砂率40%～45%；③混凝土浇筑必须连续作业，严禁中断浇筑；④浇注过程中应有专人记录，以防导管提升过猛或导管埋入过深而造成断桩，导管埋深宜控制在2～6m；⑤为确保桩顶混凝土质量，需保持一定的超灌量，具体应根据各桩的钢护筒情况计算而定，确保拔筒后混凝土面高出设计标高80cm。
5 应用效果
本工程采用的旋挖灌注桩机与传统钻(冲)孔桩机相比，具有自动化程度高、劳动强度低、工效快、工期短、成桩质量好及环境污染小等特点，具体见表1。
表1 旋挖钻机与传统(冲)孔桩机各项指标对比
该钻机钻进效率高，可根据不同地层自动调整，使各项钻进参数达到最佳，从本工程实际应用效果看，在软土区域每台桩机的掘进速度平均可达到15m/h，进入到风化岩层后仍能非常稳定地维持在(4～8)m/h的平均速度，约为钻(冲)孔钻机的10倍，此数值包括了用岩芯钻及嵌岩旋挖斗交互搭配的挖掘方式，这些都是归结于旋挖钻机本身的优异性能及搭配钻头的表现。旋挖钻机为履带式全液压自动行走底盘，采用液压系统全电脑控制，钻杆自动伸缩、自动调整垂直度、自动显示钻进的各项参数，节省大量人力，且作业环境安全、环保，是泥漿循环式钻(冲)孔及人工挖孔工艺最理想的替代设备。
成桩质量好、提高灌注桩承载力。旋挖钻机钻头施工时多次上下往复回旋，形成的孔壁粗糙，有利于增加桩侧摩阻力；孔底沉渣少，垂直度高，易于清孔，保证了桩基设计承载力。本工程按规范要求共检测26根桩，其中Ⅰ类桩24根，占所检测桩数的92.3%，Ⅱ类桩2根，占所检测桩数的7.7%。
环境污染小，节约能源。旋挖钻进为干式或循环泥浆钻进，护壁泥浆为可重复利用，无需外运，大大减少了环境污染，挖出的土直接装车外运，保持现场清洁平整；采用原装进口柴油机，噪音小、功效大，能耗仅为完成相同工作量钻(冲)孔桩机的25％。
通过本工程的应用，证明BG-15型旋挖桩机是非常适合复杂地层钻孔灌注桩施工工艺的要求，并能保质保量地在要求工期内完成全部钻孔桩工程。尽管旋挖桩机的早期投入成本较高，但如果能够根据工程的实际情况及不同的地质条件进行选用，其最终的经济和社会效益将大大优于其他施工方法。
6 结束语
尽管旋挖成孔灌注桩的投资成本高，但在合适的地质情况下，其最终的经济效益综合指标还是大大优于其他的施工方法。实践证明，为了确保旋挖成孔灌注桩的施工质量，应控制好成孔的工艺、钢筋笼的制安、水下混凝土浇注等关键施工环节。
参考文献
[1] 余辉.重庆地区旋挖成孔灌注桩的施工技术探讨[J].科技风,2012(11)
[2] 梅晓.浅谈某工程旋挖灌注桩施工技术措施[J].城市建设理论研究,2012(21)