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摘要:桩基工程是现代建筑工程的基础，保证其施工质量具有重要意义。旋挖钻机是近几年来建筑桩基施工中较先进的一种施工方法，具有质量好、速度快的特点。本文结合工程实例，介绍了旋挖钻机成孔工艺、施工要点及常见问题及处理措施，实践表明，旋挖钻机是一种理想的施工工艺。
关键词:建筑工程；旋挖钻机；施工工艺；施工要点；问题；效益分析
随着建筑行业的发展，在建筑工程中，桩基工程是建筑工程的基础，其施工质量非常重要。旋挖钻机由于成孔作业速度快、质量好、效率高、泥浆污染少等优点，目前在建筑桩基础施工中得到越来越广泛的应用。特别是在工期紧、工程量大的工程施工中，其特点更为明显。本文就结合建筑工程实例，对其进行探讨。
1 工程概况
某建筑工程，建筑总面积34242m2，地下2层、地上21层框架剪力墙结构，基础形式为混凝土灌注桩，桩径800mm～1200mm，单桩设计最大承载力9100kN，共设计桩110根，包括桩径1200mm桩10根；1000mm桩71根；800mm桩29根。桩身混凝土强度等级为C30，端承桩，以⑧层中风化泥岩为持力层，且要求进入持力层大于1．5倍桩径。
根据地质报告桩底标高约为－34．00m～－37．00m。根据地质工程勘察院提供的岩土勘察报告，场地各地基土层自上而下的分布情况摘要如下:杂填土:厚度2．60m～4．10m。粘土:厚度2．30m～7．30m；粉土:厚度1．00m～8．60m；粉土:厚度0．60m～8．40m；中砂:厚度1．30m～6．80m；圆砾:厚度4．30m～13．30m；粉砂质泥岩:厚度2．00m～4．50m；粉砂质泥岩:该层揭露最大厚度为5．00m。
2 旋挖钻机成孔工艺
2.1 施工设备
ZR-220A旋挖钻机、泥浆泵(排污)、砂石泵(清孔)、12m3/min空压机(二次清孔)、混凝土输送泵、反铲挖掘机(装运泥渣及场地清理)、运浆车(泥浆外运)、25t吊车(吊钢筋笼、协助浇筑混凝土)、导管、护筒等。
2.2 施工工艺
(1)桩基定位后，根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩，以四个控制桩为基准埋设钢护套筒，筒高2m，为保护孔壁，露出地面0．3m。
(2)成孔钻机就位后，利用自动控制系统调整其垂直度，注入稳定液后，进行钻孔，该钻机成孔时采用旋挖筒式钻头将地层中泥渣载入钻斗挖出，自动显示筒满后，提升将土卸于一侧，继续开挖，边挖边补充稳定液，保证在提钻后液面始终高于护筒底面。成孔深度由钻机自动显示。
(3)成孔深度达到设计要求后，进行清孔换浆工作。边注边抽，保证在孔底500mm内，稳定液比重小于1．20，粘液不大于28s，砂率不大于4%时，才可以提钻转到下一桩孔成孔
(4)安放钢筋笼。为防止笼变形，将制作好的钢筋笼绑上杉木杆，再将预制的混凝土滚轴式定位轮绑于钢筋笼上，控制保护层，最后将压浆管固定上，利用吊车将其吊入孔内。为防钢筋上浮，将钢筋笼与护筒焊牢。
(5)安装导管。利用吊车将导管放入，导管直径、长度应与孔深配套，管距孔底0．3m，初灌量应保证混凝土扩散后，导管埋入深度不小于1m，为防止混凝土与稳定液混合，在灌注混凝土前，用充气球胆浮于管内。待浇筑混凝土后上提导管的同时，球胆浮于管外，取出重复使用。
(6)二次清孔。采用气举反循环法。气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过风管(水管)送至孔内气浆混合器，高压气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，在导管内混合器底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在压气动量的联合作用下不断补浆，上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动，因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，从而起到极好的清孔效果。
(7)水下浇筑混凝土。每注入一管混凝土，利用吊车向上拔管，每提0．3m反插一半，保证混凝土的扩散和密实。如此循环，直至顶面。
3 施工要点
(1)护筒埋设。护筒既保护孔口壁，又是钻孔的导向，所以護筒的垂直度一定要保证。为防止后压浆时跑浆，护筒周围土要夯实，最好粘土封口。
(2)对稳定液(泥浆)要求。控制泥浆的比重在1．05～1．10之间，粘度在18s～25s，含砂率小于6%，本工程采用重量配合比为:膨润土∶火碱∶水=(6～8)∶(0．5～0．7)∶100。定期测试稳定液的各项技术指标，出现问题及时解决。
(3)孔底沉淤控制。旋挖钻斗的切削、提升上屑的机理与常见回转钻进的正、反循环成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通过钻斗把孔底原状土切削成条状载入钻斗提升出土，后者是通过钻头把孔底原状土打碎由泥浆循环带出土面。前者底部面缓，钻至设计标高对土的扰动很小，没有聚淤漏斗，所以要加强稳定液的管理，控制固体含量，提高粘度，防止快速沉淀；还要控制终孔前两钻斗的旋挖量。
(4)复测孔深及稳定液比重。为保证灌注桩质量，浇筑混凝土前，一要检查孔底泥浆的比重是否小于1．20，否则采取换浆处理；二要检查孔的深度，判断是否有孔壁坍塌现象，若有用旋钻机清孔，达到设计深度后方可安装导管。
(5)对导管的要求。导管在使用前必须作密封性检查，接头严密，不漏水、不漏浆。导管上料斗的体积，由桩径、桩长和导管埋入混凝土中的深度来确定，料斗体积应大些为好，首批浇筑混凝土的量不小于1．6m3。
(6)浇筑混凝土的要求。混凝土应连续浇筑，中间不得停顿。由于桩内混凝土不能振捣，主要靠混凝土的自重压密和混凝土的流动成型，必须控制好配合比、浇筑速度，以确保混凝土的质量。随时检查混凝土的坍落度，坍落度应控制在16cm～20cm之间。
(7)由于混凝土浇筑到顶时残留泥浆会与混凝土混合，则实际桩顶标高至少应比设计标高高0．5m(浮浆层)，最后机械破桩头处理。
4 常见质量问题处理
4.1 塌孔
①主要原因
由于旋挖钻孔不存在泥浆循环，护壁较薄，加之泥浆比重不稳定，添加稳定液的塑料管口直接对着土层冲刷。
②处理措施
严格控制稳定液的重量配合比，确保计量准确，误差在规定范围内。改正添加稳定液的方法，使其管口直对护筒壁添加。
4.2 钢筋笼变形
①主要原因
钢筋笼较细长，钢筋塑性变形所致。
②处理措施
利用Φ48脚手架钢管加固。
4.3 桩基位移
①主要原因
采用直角坐标，两个经纬仪同时测量误差比较大；夜间挖土，能见度低。
②处理措施
改进测量方法，用全站仪的极坐标方法测量；加强照明度。
5 旋挖钻机实际施工效益分析
5.1 施工效果
根据旋挖钻机实际完成的钻孔桩，可统计出以下数据:
(1)混凝土充盈系数:1．12～1．25，平均充盈系数1．18；
(2)成孔效率:孔深27．5m～32．5m，平均成孔时间(包括洗孔)约4．1h/桩孔，每天可完成4根～5根桩孔作业；
(3)成桩质量:本工程抽取3根桩进行自平衡测法检查单桩承载力试验，全数进行低应变动测法来检查成桩质量。检测结果:桩的完整性、承载力、孔底沉渣均满足设计要求。
从充盈系数及沉渣情况可知旋挖钻机钻孔的孔壁是稳定的，本工程施工难点———孔壁稳定性问题得到了有效解决，同时施工工效和质量也得到了有效解决。
5.2 成本比较
用旋挖钻机和目前最常用的GPF-200型反循环成孔钻机来做比较。据统计，GPF-200型钻机平均成孔时间(包括洗孔)约40h/桩孔～45h/桩孔，平均充盈系数为1．23。
表1是两种成孔工艺的成孔成本情况，从表1可知，旋挖钻机成孔成本仅比GPF-200型钻机高5%左右，但其成孔效率是GPF-200型钻机的10倍以上。
表1 旋挖钻机成孔与GPF-200 型钻机成孔比较表
6 结语
实践表明，该工程应用旋挖钻机施工技术，确保了工程进度和质量，且桩基检测全部达到优良，取得了很好的施工效益。充分体现了旋挖钻机施工质量可靠、施工效率高、环保等优点。随着我国建筑事业的发展，旋挖钻机在建筑桩基工程施工中的推广和广泛运用势在必行。
参考文献
[1] 余龙，旋挖钻机施工桩基础的施工工艺[J]徽水利水电职业技术学院学报，2010.02
[2] 武强，旋挖钻机基桩施工技术方案[J]山西建筑，2008.17
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:建筑工程；旋挖钻机；施工工艺；施工要点；问题；效益分析
随着建筑行业的发展，在建筑工程中，桩基工程是建筑工程的基础，其施工质量非常重要。旋挖钻机由于成孔作业速度快、质量好、效率高、泥浆污染少等优点，目前在建筑桩基础施工中得到越来越广泛的应用。特别是在工期紧、工程量大的工程施工中，其特点更为明显。本文就结合建筑工程实例，对其进行探讨。
1 工程概况
某建筑工程，建筑总面积34242m2，地下2层、地上21层框架剪力墙结构，基础形式为混凝土灌注桩，桩径800mm～1200mm，单桩设计最大承载力9100kN，共设计桩110根，包括桩径1200mm桩10根；1000mm桩71根；800mm桩29根。桩身混凝土强度等级为C30，端承桩，以⑧层中风化泥岩为持力层，且要求进入持力层大于1．5倍桩径。
根据地质报告桩底标高约为－34．00m～－37．00m。根据地质工程勘察院提供的岩土勘察报告，场地各地基土层自上而下的分布情况摘要如下:杂填土:厚度2．60m～4．10m。粘土:厚度2．30m～7．30m；粉土:厚度1．00m～8．60m；粉土:厚度0．60m～8．40m；中砂:厚度1．30m～6．80m；圆砾:厚度4．30m～13．30m；粉砂质泥岩:厚度2．00m～4．50m；粉砂质泥岩:该层揭露最大厚度为5．00m。
2 旋挖钻机成孔工艺
2.1 施工设备
ZR-220A旋挖钻机、泥浆泵(排污)、砂石泵(清孔)、12m3/min空压机(二次清孔)、混凝土输送泵、反铲挖掘机(装运泥渣及场地清理)、运浆车(泥浆外运)、25t吊车(吊钢筋笼、协助浇筑混凝土)、导管、护筒等。
2.2 施工工艺
(1)桩基定位后，根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩，以四个控制桩为基准埋设钢护套筒，筒高2m，为保护孔壁，露出地面0．3m。
(2)成孔钻机就位后，利用自动控制系统调整其垂直度，注入稳定液后，进行钻孔，该钻机成孔时采用旋挖筒式钻头将地层中泥渣载入钻斗挖出，自动显示筒满后，提升将土卸于一侧，继续开挖，边挖边补充稳定液，保证在提钻后液面始终高于护筒底面。成孔深度由钻机自动显示。
(3)成孔深度达到设计要求后，进行清孔换浆工作。边注边抽，保证在孔底500mm内，稳定液比重小于1．20，粘液不大于28s，砂率不大于4%时，才可以提钻转到下一桩孔成孔
(4)安放钢筋笼。为防止笼变形，将制作好的钢筋笼绑上杉木杆，再将预制的混凝土滚轴式定位轮绑于钢筋笼上，控制保护层，最后将压浆管固定上，利用吊车将其吊入孔内。为防钢筋上浮，将钢筋笼与护筒焊牢。
(5)安装导管。利用吊车将导管放入，导管直径、长度应与孔深配套，管距孔底0．3m，初灌量应保证混凝土扩散后，导管埋入深度不小于1m，为防止混凝土与稳定液混合，在灌注混凝土前，用充气球胆浮于管内。待浇筑混凝土后上提导管的同时，球胆浮于管外，取出重复使用。
(6)二次清孔。采用气举反循环法。气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过风管(水管)送至孔内气浆混合器，高压气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，在导管内混合器底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在压气动量的联合作用下不断补浆，上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动，因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，从而起到极好的清孔效果。
(7)水下浇筑混凝土。每注入一管混凝土，利用吊车向上拔管，每提0．3m反插一半，保证混凝土的扩散和密实。如此循环，直至顶面。
3 施工要点
(1)护筒埋设。护筒既保护孔口壁，又是钻孔的导向，所以護筒的垂直度一定要保证。为防止后压浆时跑浆，护筒周围土要夯实，最好粘土封口。
(2)对稳定液(泥浆)要求。控制泥浆的比重在1．05～1．10之间，粘度在18s～25s，含砂率小于6%，本工程采用重量配合比为:膨润土∶火碱∶水=(6～8)∶(0．5～0．7)∶100。定期测试稳定液的各项技术指标，出现问题及时解决。
(3)孔底沉淤控制。旋挖钻斗的切削、提升上屑的机理与常见回转钻进的正、反循环成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通过钻斗把孔底原状土切削成条状载入钻斗提升出土，后者是通过钻头把孔底原状土打碎由泥浆循环带出土面。前者底部面缓，钻至设计标高对土的扰动很小，没有聚淤漏斗，所以要加强稳定液的管理，控制固体含量，提高粘度，防止快速沉淀；还要控制终孔前两钻斗的旋挖量。
(4)复测孔深及稳定液比重。为保证灌注桩质量，浇筑混凝土前，一要检查孔底泥浆的比重是否小于1．20，否则采取换浆处理；二要检查孔的深度，判断是否有孔壁坍塌现象，若有用旋钻机清孔，达到设计深度后方可安装导管。
(5)对导管的要求。导管在使用前必须作密封性检查，接头严密，不漏水、不漏浆。导管上料斗的体积，由桩径、桩长和导管埋入混凝土中的深度来确定，料斗体积应大些为好，首批浇筑混凝土的量不小于1．6m3。
(6)浇筑混凝土的要求。混凝土应连续浇筑，中间不得停顿。由于桩内混凝土不能振捣，主要靠混凝土的自重压密和混凝土的流动成型，必须控制好配合比、浇筑速度，以确保混凝土的质量。随时检查混凝土的坍落度，坍落度应控制在16cm～20cm之间。
(7)由于混凝土浇筑到顶时残留泥浆会与混凝土混合，则实际桩顶标高至少应比设计标高高0．5m(浮浆层)，最后机械破桩头处理。
4 常见质量问题处理
4.1 塌孔
①主要原因
由于旋挖钻孔不存在泥浆循环，护壁较薄，加之泥浆比重不稳定，添加稳定液的塑料管口直接对着土层冲刷。
②处理措施
严格控制稳定液的重量配合比，确保计量准确，误差在规定范围内。改正添加稳定液的方法，使其管口直对护筒壁添加。
4.2 钢筋笼变形
①主要原因
钢筋笼较细长，钢筋塑性变形所致。
②处理措施
利用Φ48脚手架钢管加固。
4.3 桩基位移
①主要原因
采用直角坐标，两个经纬仪同时测量误差比较大；夜间挖土，能见度低。
②处理措施
改进测量方法，用全站仪的极坐标方法测量；加强照明度。
5 旋挖钻机实际施工效益分析
5.1 施工效果
根据旋挖钻机实际完成的钻孔桩，可统计出以下数据:
(1)混凝土充盈系数:1．12～1．25，平均充盈系数1．18；
(2)成孔效率:孔深27．5m～32．5m，平均成孔时间(包括洗孔)约4．1h/桩孔，每天可完成4根～5根桩孔作业；
(3)成桩质量:本工程抽取3根桩进行自平衡测法检查单桩承载力试验，全数进行低应变动测法来检查成桩质量。检测结果:桩的完整性、承载力、孔底沉渣均满足设计要求。
从充盈系数及沉渣情况可知旋挖钻机钻孔的孔壁是稳定的，本工程施工难点———孔壁稳定性问题得到了有效解决，同时施工工效和质量也得到了有效解决。
5.2 成本比较
用旋挖钻机和目前最常用的GPF-200型反循环成孔钻机来做比较。据统计，GPF-200型钻机平均成孔时间(包括洗孔)约40h/桩孔～45h/桩孔，平均充盈系数为1．23。
表1是两种成孔工艺的成孔成本情况，从表1可知，旋挖钻机成孔成本仅比GPF-200型钻机高5%左右，但其成孔效率是GPF-200型钻机的10倍以上。
表1 旋挖钻机成孔与GPF-200 型钻机成孔比较表
6 结语
实践表明，该工程应用旋挖钻机施工技术，确保了工程进度和质量，且桩基检测全部达到优良，取得了很好的施工效益。充分体现了旋挖钻机施工质量可靠、施工效率高、环保等优点。随着我国建筑事业的发展，旋挖钻机在建筑桩基工程施工中的推广和广泛运用势在必行。
参考文献
[1] 余龙，旋挖钻机施工桩基础的施工工艺[J]徽水利水电职业技术学院学报，2010.02
[2] 武强，旋挖钻机基桩施工技术方案[J]山西建筑，2008.17
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。