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【摘要】根据皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程长江大跨越工程南岸灌注桩基础施工经验，介绍旋挖钻机在灌注桩基础施工中的技术应用。
【关键词】旋挖钻机 灌注桩 技术应用
中图分类号：U443.15+4文献标识码： A 文章编号：
1.引言
近年来，随着国家重点工程对桩孔质量、成孔速度、施工环保等要求的不断提高，旋挖钻机也悄然兴起，越来越受到施工者的关注。旋挖钻机成桩亦可称其为回转斗成桩和取土成桩，钻机自动定位,垂直旋孔，其施工具有成孔质量好、工作效率高、噪音小、无污染等优势，并且钻头可快速穿过各种复杂地层，在桩基施工中具有非常广阔的前景。
2.工程概况
皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程长江大跨越工程位于正在运行的宜华线荻港大跨越的上游500m左右（南岸约460m、北岸约540m），北岸跨越塔位于无为县高沟镇群英村。南岸跨越塔位于繁昌县与铜陵县交界的铜陵县东联乡复兴村。跨距1817m，各档距离为710m-1817m-653m。跨越处江面宽约1300m，堤距1600m。
该工程基础采用灌注桩加承台及连梁的结构型式，跨越塔每基131根桩，锚塔每基52根桩，灌注桩总计470根。
南、北岸跨越塔基础各1基，均采用120根φ1000主钻孔灌注桩，其中南岸桩长42.5米，北岸桩长38.5米；另均有8根φ800钻孔灌注桩作为连梁支撑，桩长均为20米；南、北两岸电梯井筒基础均采用3根φ1000灌注桩(南岸试桩时已浇制，按设计图纸说明可使用，无需重新浇制)，桩长15米；南、北岸锚塔基础各2基，每条腿桩基础均采用12根φ1000桩，其中南岸桩长35米，北岸桩长40.5米, 另每基锚塔基础均有4根φ800钻孔灌注桩作为连梁支撑，桩长20米。
3．施工工艺
依据地质资料分析，南岸地势比较特殊，流沙层、淤泥质粘土层、粉砂粘土层，卵石和砾石层，其中卵石和砾石层厚约10米，层度位于30-40米处，南岸灌注桩施工采用GB-220型旋挖钻机钻进，成孔选用膨润土造浆固壁加注泥浆护壁钻进施工工艺， 成孔合格后，起钻并吊放钢筋笼；插入混凝土导管，利用导管进行清孔，清孔质量的好坏直接影响到沉渣厚度和孔壁质量，并影响承载力，清孔时导管要勤动，但不得猛插，防止破坏孔底持力层。清孔后沉渣厚度必须小于100mm，泥浆比重1.15，含砂率＜4%，粘度18s。
旋挖钻机主要施工工艺：定桩位→埋护筒→钻机定位→注泥浆→钻进取土→一次清孔→放钢筋笼→插入导管→二次清孔→砼灌注→拔出护筒。
4.主要工序
4.1 护筒的埋护
针对现场地质情况，制作高2.5米、厚5毫米、直径φ1.1米的护筒。护筒内径尺寸较大，能贮存足够的泥浆，在钻杆提出桩孔时，可确保护筒内的水压，维护孔壁泥皮的稳定。同时单边侧隙达到50毫米，可有效避免回转斗升降过程碰撞、刮拉护筒，保护孔口的稳固。旋挖钻机与回转钻机相比,其圆柱形钻头在提出泥浆液面时会使钻头下局部空间产生“真空”,同时由于钻头提升时泥浆对护筒下部与孔眼相交部位孔壁的冲刷作用,很容易造成护筒底孔壁坍塌,因此对护筒周围回填土必须精心进行夯实。
4.2 钻机定位
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。钻机定位要整平对中，保证钻机稳固平正，,钻机导杆中心、回旋盘中心、护筒中心应保证三点一线。
4.3 泥浆配置
泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力,以确保孔壁的稳定,所以泥浆的比重则起到保持这种压力差的关键作用。如果钻孔中的泥浆比重过小,泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用;如果泥浆的比重过大,则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难,使成桩质量难以得到保证。
旋挖取土成孔中，泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用同样是护壁，在孔壁处形成一薄层泥皮，使水无法从内向外或从外向内渗透来进行防护。针对工程的地质情况，加强泥浆技术，重新调整泥浆配比，控制泥浆比重，提高泥粉质量，增加粘性及润滑感，适当添加处理剂，增强絮凝能力，确保泥浆护壁的厚度及强度。开孔泥浆指标：比重1.2左右、含砂率8%，粘度<25S；钻进中泥浆指标：比重1.3左右、含砂率10%，粘度<30S；砂层钻进可适当增大比重、含砂率和粘度。
4.4 钻机的钻进控制
旋挖钻钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:根据现场实际经验，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;在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径;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比重和粘度。
另外，钻进过程，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；同时应适当控制回转斗的提升速度，经施工实践表明，如果回转斗提升速度过快，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。
4.5 钢筋笼制作安装
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作、安装上采取合理措施,避免安装时钢筋笼刮伤孔壁,就可以大大地降低沉渣厚度,有效防止塌孔的发生。这就要求在钢筋笼制作方面要严格控制,重点是钢筋笼外径和直线度,主筋搭接必须符合设计要求。为此,要检查钢筋笼保护层垫块的设置。在这一工程中,垫块用预制水泥饼代替，套在外箍筋上每隔4m放置一组,每组设置4个,按90°均匀安放,既可避免笼体碰撞孔壁,又可保证混凝土保护层均匀及钢筋笼在桩体内的位置正确。钢筋笼入孔时,始终需保持垂直状态,对准孔位徐徐轻放,保持稳定,避免碰撞孔壁,一旦遇阻立即查明原因,禁止晃动和强行冲击下放。
4.6 清孔
第一次清孔时钻头提离孔底100～200mm，用比重1.15左右泥浆正循环清孔。清孔时间为20～40分钟，随时检测泥浆性能，满足要求后起钻并吊放钢筋笼； 利用导管进行第二次清孔，清孔时间为15～20分钟。二清质量的好坏直接影响到沉渣厚度和孔壁质量，并影响承载力，因此二清的返浆量必须满足大于80m3/h的要求，二清时导管要勤动，但不得猛插，防止破坏孔底持力层。二清后，用合格的水文测绳实测沉淤厚度，经现场施工人员、项目部质检员及监理验收合格后方可进行砼灌注。
4.7砼浇注
开始浇注前，应先检查孔底沉渣厚度，不合要求时应通过导管重新清孔，符合规定并经监理下达浇注令后半小时内必须灌注混凝土。浇注时，应保证导管底部距孔底0.3～0.5m，且应保证混凝土的储备量，使导管底第一次埋入混凝土面以下0.8m以上，应避免导管露出混凝土面，导致管内进水；浇注过程中在导管口放置一隔筛，以避免大团块堵管，导致断桩；为保证导管埋深为2～6m，应定时测量混凝土面上升情况，随时掌握超径、缩径等情况，专人测量专人记录；测绳应经常校核；浇注的桩顶标高不得偏低；拆管前必须测量导管在混凝土内埋深，计算准确后方可进行拆管工作；严防导管拔出混凝土面，造成断桩；混凝土浇注结束后，最终导管起拔應缓缓上提，拔出混凝土面时应反复插，避免过快，以防桩头空洞及夹泥。
5.旋挖钻机的优点总结
1.1 可在水位较高、卵石较大等用回转钻机无法施工的地层中施工。
1.2 自动化程度高、成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。其工效是循环钻机的20倍，最重要的是，工程的质量和进度得到了充分的保证。
1.3 伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。
1.4 环保特点突出，施工现场干净。这是由于旋挖钻机通过钻头旋挖取土，再通过凯式伸缩钻杆将钻头提出孔内再卸土。旋挖钻机使用泥浆仅仅用来护壁，而不用于排碴，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。目前很多城市在施工中的排污费用明显提高，使用旋挖钻机可以有效降低排污费用，并提高文明施工的水平。
1.5 履带底盘承载，接地压力小，适合于各种工况，在施工场地内行走移位方便，机机动灵活，对桩孔的定位非常准确、方便。
6.结束语
钻孔灌注桩的施工质量是一项复杂的系统工程,成桩的好坏直接关系到上层结构的安全和上层结构施工完成后建筑物的沉降。由于桩基础的施工属特殊工序,稍有疏忽极易造成质量事故，因此在灌注桩的施工中工程技术人员应结合工程的实际情况选取合理的施工工艺进行施工,采取一整套系统的管理体制进行控制,才能确保灌注桩的质量。
【关键词】旋挖钻机 灌注桩 技术应用
中图分类号：U443.15+4文献标识码： A 文章编号：
1.引言
近年来，随着国家重点工程对桩孔质量、成孔速度、施工环保等要求的不断提高，旋挖钻机也悄然兴起，越来越受到施工者的关注。旋挖钻机成桩亦可称其为回转斗成桩和取土成桩，钻机自动定位,垂直旋孔，其施工具有成孔质量好、工作效率高、噪音小、无污染等优势，并且钻头可快速穿过各种复杂地层，在桩基施工中具有非常广阔的前景。
2.工程概况
皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程长江大跨越工程位于正在运行的宜华线荻港大跨越的上游500m左右（南岸约460m、北岸约540m），北岸跨越塔位于无为县高沟镇群英村。南岸跨越塔位于繁昌县与铜陵县交界的铜陵县东联乡复兴村。跨距1817m，各档距离为710m-1817m-653m。跨越处江面宽约1300m，堤距1600m。
该工程基础采用灌注桩加承台及连梁的结构型式，跨越塔每基131根桩，锚塔每基52根桩，灌注桩总计470根。
南、北岸跨越塔基础各1基，均采用120根φ1000主钻孔灌注桩，其中南岸桩长42.5米，北岸桩长38.5米；另均有8根φ800钻孔灌注桩作为连梁支撑，桩长均为20米；南、北两岸电梯井筒基础均采用3根φ1000灌注桩(南岸试桩时已浇制，按设计图纸说明可使用，无需重新浇制)，桩长15米；南、北岸锚塔基础各2基，每条腿桩基础均采用12根φ1000桩，其中南岸桩长35米，北岸桩长40.5米, 另每基锚塔基础均有4根φ800钻孔灌注桩作为连梁支撑，桩长20米。
3．施工工艺
依据地质资料分析，南岸地势比较特殊，流沙层、淤泥质粘土层、粉砂粘土层，卵石和砾石层，其中卵石和砾石层厚约10米，层度位于30-40米处，南岸灌注桩施工采用GB-220型旋挖钻机钻进，成孔选用膨润土造浆固壁加注泥浆护壁钻进施工工艺， 成孔合格后，起钻并吊放钢筋笼；插入混凝土导管，利用导管进行清孔，清孔质量的好坏直接影响到沉渣厚度和孔壁质量，并影响承载力，清孔时导管要勤动，但不得猛插，防止破坏孔底持力层。清孔后沉渣厚度必须小于100mm，泥浆比重1.15，含砂率＜4%，粘度18s。
旋挖钻机主要施工工艺：定桩位→埋护筒→钻机定位→注泥浆→钻进取土→一次清孔→放钢筋笼→插入导管→二次清孔→砼灌注→拔出护筒。
4.主要工序
4.1 护筒的埋护
针对现场地质情况，制作高2.5米、厚5毫米、直径φ1.1米的护筒。护筒内径尺寸较大，能贮存足够的泥浆，在钻杆提出桩孔时，可确保护筒内的水压，维护孔壁泥皮的稳定。同时单边侧隙达到50毫米，可有效避免回转斗升降过程碰撞、刮拉护筒，保护孔口的稳固。旋挖钻机与回转钻机相比,其圆柱形钻头在提出泥浆液面时会使钻头下局部空间产生“真空”,同时由于钻头提升时泥浆对护筒下部与孔眼相交部位孔壁的冲刷作用,很容易造成护筒底孔壁坍塌,因此对护筒周围回填土必须精心进行夯实。
4.2 钻机定位
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。钻机定位要整平对中，保证钻机稳固平正，,钻机导杆中心、回旋盘中心、护筒中心应保证三点一线。
4.3 泥浆配置
泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力,以确保孔壁的稳定,所以泥浆的比重则起到保持这种压力差的关键作用。如果钻孔中的泥浆比重过小,泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用;如果泥浆的比重过大,则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难,使成桩质量难以得到保证。
旋挖取土成孔中，泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用同样是护壁，在孔壁处形成一薄层泥皮，使水无法从内向外或从外向内渗透来进行防护。针对工程的地质情况，加强泥浆技术，重新调整泥浆配比，控制泥浆比重，提高泥粉质量，增加粘性及润滑感，适当添加处理剂，增强絮凝能力，确保泥浆护壁的厚度及强度。开孔泥浆指标：比重1.2左右、含砂率8%，粘度<25S；钻进中泥浆指标：比重1.3左右、含砂率10%，粘度<30S；砂层钻进可适当增大比重、含砂率和粘度。
4.4 钻机的钻进控制
旋挖钻钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:根据现场实际经验，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;在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径;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比重和粘度。
另外，钻进过程，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；同时应适当控制回转斗的提升速度，经施工实践表明，如果回转斗提升速度过快，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。
4.5 钢筋笼制作安装
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作、安装上采取合理措施,避免安装时钢筋笼刮伤孔壁,就可以大大地降低沉渣厚度,有效防止塌孔的发生。这就要求在钢筋笼制作方面要严格控制,重点是钢筋笼外径和直线度,主筋搭接必须符合设计要求。为此,要检查钢筋笼保护层垫块的设置。在这一工程中,垫块用预制水泥饼代替，套在外箍筋上每隔4m放置一组,每组设置4个,按90°均匀安放,既可避免笼体碰撞孔壁,又可保证混凝土保护层均匀及钢筋笼在桩体内的位置正确。钢筋笼入孔时,始终需保持垂直状态,对准孔位徐徐轻放,保持稳定,避免碰撞孔壁,一旦遇阻立即查明原因,禁止晃动和强行冲击下放。
4.6 清孔
第一次清孔时钻头提离孔底100～200mm，用比重1.15左右泥浆正循环清孔。清孔时间为20～40分钟，随时检测泥浆性能，满足要求后起钻并吊放钢筋笼； 利用导管进行第二次清孔，清孔时间为15～20分钟。二清质量的好坏直接影响到沉渣厚度和孔壁质量，并影响承载力，因此二清的返浆量必须满足大于80m3/h的要求，二清时导管要勤动，但不得猛插，防止破坏孔底持力层。二清后，用合格的水文测绳实测沉淤厚度，经现场施工人员、项目部质检员及监理验收合格后方可进行砼灌注。
4.7砼浇注
开始浇注前，应先检查孔底沉渣厚度，不合要求时应通过导管重新清孔，符合规定并经监理下达浇注令后半小时内必须灌注混凝土。浇注时，应保证导管底部距孔底0.3～0.5m，且应保证混凝土的储备量，使导管底第一次埋入混凝土面以下0.8m以上，应避免导管露出混凝土面，导致管内进水；浇注过程中在导管口放置一隔筛，以避免大团块堵管，导致断桩；为保证导管埋深为2～6m，应定时测量混凝土面上升情况，随时掌握超径、缩径等情况，专人测量专人记录；测绳应经常校核；浇注的桩顶标高不得偏低；拆管前必须测量导管在混凝土内埋深，计算准确后方可进行拆管工作；严防导管拔出混凝土面，造成断桩；混凝土浇注结束后，最终导管起拔應缓缓上提，拔出混凝土面时应反复插，避免过快，以防桩头空洞及夹泥。
5.旋挖钻机的优点总结
1.1 可在水位较高、卵石较大等用回转钻机无法施工的地层中施工。
1.2 自动化程度高、成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。其工效是循环钻机的20倍，最重要的是，工程的质量和进度得到了充分的保证。
1.3 伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。
1.4 环保特点突出，施工现场干净。这是由于旋挖钻机通过钻头旋挖取土，再通过凯式伸缩钻杆将钻头提出孔内再卸土。旋挖钻机使用泥浆仅仅用来护壁，而不用于排碴，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。目前很多城市在施工中的排污费用明显提高，使用旋挖钻机可以有效降低排污费用，并提高文明施工的水平。
1.5 履带底盘承载，接地压力小，适合于各种工况，在施工场地内行走移位方便，机机动灵活，对桩孔的定位非常准确、方便。
6.结束语
钻孔灌注桩的施工质量是一项复杂的系统工程,成桩的好坏直接关系到上层结构的安全和上层结构施工完成后建筑物的沉降。由于桩基础的施工属特殊工序,稍有疏忽极易造成质量事故，因此在灌注桩的施工中工程技术人员应结合工程的实际情况选取合理的施工工艺进行施工,采取一整套系统的管理体制进行控制,才能确保灌注桩的质量。