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1．前言
南宁市白沙亭江立交工程位于南宁盆地邕江Ⅱ级阶地，场区内的岩土层主要为素填土、第四系河流冲积相的粘土、砂土、圆砾及第三系湖相沉积的泥岩。邕江Ⅱ级阶地堆积物是具有规律的上细下粗二元结构，上为粘土开始往下逐渐变为粉砂及圆砾层。本工程所处地带是邕江二级阶地堆积物发育较厚的地带，尤其圆砾层厚达9m，阶地堆积物总厚度达24m。
由于本工程位于南宁市快速环道，交通压力较大，尽快完成本工程对缓和快速环道交通压力，保证快速环道车辆畅通具有重要意义。
根据地质勘察报告揭露的施工现场地质情况，本工程采用了旋挖钻机进行桩基施工，有效的加快了施工进度，为下一步施工创造了良好条件，在桩基施工过程中，通过总结和积累、形成了超厚圆砾层旋挖钻机钻孔施工工法。
2．工法特点
2.1.旋挖钻机成孔速度快，机动性强，移动方便；
2.2.施工现场环保干净，对环境污染小；
2.3.旋挖钻机通过配备不同型式的钻头，可适用大部分地质土层，适用范围广泛；
2.4.充盈系数较小，可有效降低混凝土数量，从而降低工程成本；
2.5.孔底沉渣厚度较小，清孔方便，对桩基施工质量有保证；
3．适用范围
本工法适用于公路、铁路、市政桥梁及房建等工程的钻孔灌注桩的施工。适用于土层、砂层、卵石粒径小于100mm的圆砾层及岩层等。
4．工艺原理
旋挖钻机钻进成孔工艺旋挖成孔，首先是通过钻机自有的行走功能和桅杆变幅机构使得钻具能正确的就位到桩位，利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门的桶式钻头置放到孔位，钻机动力头装置为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆钻头，钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻头内，然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度。在土层及砂层钻孔时，采用筒式钻头钻进，当遇到卵石层筒式钻头钻进困难时，通过采用增加钻头储备、增加泥浆浓度、螺旋钻头与筒式取芯钻头相配合的方法钻孔。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1.旋挖钻进施工工艺流程
5.2.操作要点
（1）测量放线
以业主提供的水准点及测量控制网进行引测,在轴线的延长线上做点建立控制网,在桩基施工过程中,每天应对现场测量控制点进行校核,并作好有效保护。
（2）埋设护筒
埋设护筒时，护筒中心轴线对正测定的桩位中心，严格保持护筒的垂直度。护筒固定在正确位置后，用粘土分层回填夯实，以保证其垂直度及防止泥浆流失及护筒位移。如果护筒底土层不是粘性土,应挖深或换土,在坑底回填夯实300～500mm厚度的粘土后,再安放护筒,以免护筒底口处渗漏塌方。护筒上口应绑扎木方或钢管对称吊紧，防止下窜。
（3）设备安装
钻机就位前，须将路基垫平填实，钻机按指定位置就位，并须在技术人员指导下，调整桅杆及钻杆的角度。钻机安装就位之后，应精心调平，确保施工中不发生倾斜、移位。
（4）钻孔
①一般地质情况钻进：采用人工搅浆护壁，泥浆池可根据现场实际条件进行开挖。成孔是整个桩基施工工序的关键，成孔的质量控制好坏，关系到整个桩基工程的工程质量。保证成孔质量一项重要措施是泥浆护壁。泥浆配比如下：水：膨润土：碱＝100：8：0.5～1.0（注：配比在施工时应根据具体地层条件而定，目的是增强泥浆的性能，降低孔底沉渣厚度，达到设计要求标准）。在施工第一根桩时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。在钻进过程中，不可进尺太快，由于采取泥浆护壁，因此，要给一定的护壁时间。在钻进过程中，一定要保持泥浆面，不得低于护筒顶40cm。在提钻时，须及时向孔内补浆，以保证泥浆高度。在钻进过程中，要经常检查钻斗尺寸（可根据试钻情况决定其大小）。施工过程中如发现地质情况与原钻探资料不符应立即通知设计监理等部门及时处理。
②圆砾层钻进：
处理方法：
•采用增加钻头储备及，要求每台钻机按工作效率至少配备相同直径的钻头2个，或3个，一个用于钻进时，其它备用钻头可以进行整修，不影响正常工作。
•采用增加泥浆浓度，除采用膨胀土泥浆外，储备一定量的黄泥，必要时加入泥浆内，加大泥浆粘度，加大泥浆池容积，增加泥浆储备，防止意外漏浆后，没有泥浆补充现象发生；
•漂石粒径较大时普通钻头更换为螺旋钻头，当卵石层结合严密，硬度大螺旋钻头无法钻进或钻进困难时，采用筒式取芯钻头，先将卵石层松动后，再用螺旋钻头钻进。
当采用普通筒式钻头成孔中遇到漂石或粗圆砾土层密度较大时，换螺旋钻头会破碎部份扁平漂石，破碎后在用普通钻头取出，当短螺旋钻头在施工中遇到了卡钻现象时，采用筒式取芯钻头，先将板结的粗圆砾土层松动孔壁四周，再采用短螺旋钻头松动孔的芯部，最后采用筒式钻头取渣的钻进方法。
（5）清孔
在钻进到设计深度时，应立即清孔,采用磨盘式捞渣钻头捞渣法，可一次或多次进行捞渣。在清孔完成达到设计要求后，将孔口处杂物清理干净，方可进行下步工序。
清孔注意事项：
①清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔。
②清孔时应随时检查孔口溢出的泥浆指标应满足泥浆指标的规定，灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度应不大于设计及规范要求。
③不得用加深孔深的方法代替清孔的虚假行为。
(6)制安钢筋笼
①钢筋施工：钢筋笼的成型为防止钢筋笼吊放时扭曲变形，按设计图纸在主筋内侧每隔2m加设一道直径22mm的加强箍，每道加强箍在箍内设三角形加强支撑，与主筋焊接牢固组成骨架。主筋在现场对焊连接。大直径螺旋形箍筋和加强箍的加工成形，采取在常用弯曲机的顶盘上加一个同箍筋直径的圆盘以插销连接，在不改变传动机构的情况下进行弯曲成型，每根螺旋箍筋四圈。根据钢筋笼长度及施工条件，本工程桩基钢筋笼拟采用整体吊装，钢筋笼一次制作成型，主筋采用套筒连接。螺旋箍筋每隔1~1.5箍与主筋按梅花形用电弧焊点焊固定。在钢筋笼四侧主筋上每隔2m设置一个Ф16mm耳环作定位垫块之用，使保护层保持5cm，钢筋笼外形尺寸要严格控制。
②钢筋笼在吊装前应做好充分准备，吊装过程中严禁高起高落，要保持骨架成垂直状态，以防弯曲、扭曲变形。
③采取适当的措施，将骨架的顶部加以固定，一般用二根角钢将骨架焊在机架上，防止混凝土灌注过程中钢筋笼上浮。
（7） 灌注水下砼
采用导管灌注水下砼作业。
① 安放导管
a、导管吊装前做好试拼工作，要求设计接口连接严密、牢固、不漏水，并做好水密及拉力试验；
b、吊装时，导管应位于桩位中央，并在灌注凝土前进行升降试验；
c、整个吊装过程中应竖直不倾斜，防止和井孔（或钢筋笼）碰撞受损坍塌；
d、导管底口至孔底的距离20－40cm，避免导管底口被沉淀物堵塞造成卡管事故；
e、导管放下时，应逐节复查接头螺栓不得松动，对现场接头要做到把管口污物清除，橡皮圈垫正，螺栓拧牢；
f、导管放下受阻时，只能采取徐起徐落和正反旋转来加以排除，不得用高起猛落的方法。
② 混凝土浇筑
•原材料及配合比：施工前，根据要求做好试验，并经监理批准后方可在施工中使用。混凝土拌和物应有良好的和易性和流动性。
•混凝土搅拌：混凝土采用商品混凝土，选择信誉好、离施工现场近的商品混凝土公司。搅拌时，要求混凝土公司严格按配合比称量砂、石，混凝土搅拌过程中及时测试坍落度，混凝土坍落度控制在18～20cm。
•浇筑采用导管法，导管下至距孔底30cm 处，导管直径为25cm，导管接头连接处须加密封圈并上紧丝扣。
•導管隔水塞采用水泥塞，塞上钉有胶皮垫，采用剪球法施工，球的直径比导管内径小2～3cm，并在其外部加0.3m砂浆以利塞体顺利排出导管外。
•导管顶部应设置漏斗和储槽以及配置灌注支架，漏斗和储料槽的容量应满足初次埋置深度1.0m左右和填充导管底部的需要，对直径d=1.5m的桩，所需的储备量为3.0m 3。对直径1.8m的桩，所需储备量为4.0 m 3。
•按规范要求制作试块，每根桩做三组试块，工地试验室清水养护和标准养护，28天后进行测试。
•灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工，在灌注过程中应注意观测管内混凝土下降和孔内水位、砼面升降情况，以正确指挥导管的提升和拆除，严禁把导管提升超出砼面，导管埋深度制在2～6m。
•拆除导管动作要求，时间不宜超过15min，要防止螺栓、橡皮垫和工具等掉入孔中，并注意安全，已拆的管节要立即清洗干净，堆放整齐。
•为防止混凝土的上升顶托钢筋骨架，当混凝土面接近钢筋骨架底时，应适当地保持较深埋管并放慢灌注速度，以减少砼冲击力，当混凝土进入骨架一定深度后，使钢筋骨架在导管下面有一定的埋深。
6.应用实例
南宁市白沙亭江立交工程位于南宁盆地邕江Ⅱ级阶地，场区内的岩土层主要为素填土、第四系河流冲积相的粘土、砂土、圆砾及第三系湖相沉积的泥岩。邕江Ⅱ级阶地堆积物是具有规律的上细下粗二元结构，上为粘土开始往下逐渐变为粉砂及圆砾层。本工程所处地带是邕江二级阶地堆积物发育较厚的地带，尤其圆砾层厚达9m，阶地堆积物总厚度达24m。工程所有桩基均采用旋挖钻机进行钻孔灌注桩的施工，较好满足了市政桥梁工程质量要求高、施工场地小、安全文明施工标准高及工期紧的要求。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
南宁市白沙亭江立交工程位于南宁盆地邕江Ⅱ级阶地，场区内的岩土层主要为素填土、第四系河流冲积相的粘土、砂土、圆砾及第三系湖相沉积的泥岩。邕江Ⅱ级阶地堆积物是具有规律的上细下粗二元结构，上为粘土开始往下逐渐变为粉砂及圆砾层。本工程所处地带是邕江二级阶地堆积物发育较厚的地带，尤其圆砾层厚达9m，阶地堆积物总厚度达24m。
由于本工程位于南宁市快速环道，交通压力较大，尽快完成本工程对缓和快速环道交通压力，保证快速环道车辆畅通具有重要意义。
根据地质勘察报告揭露的施工现场地质情况，本工程采用了旋挖钻机进行桩基施工，有效的加快了施工进度，为下一步施工创造了良好条件，在桩基施工过程中，通过总结和积累、形成了超厚圆砾层旋挖钻机钻孔施工工法。
2．工法特点
2.1.旋挖钻机成孔速度快，机动性强，移动方便；
2.2.施工现场环保干净，对环境污染小；
2.3.旋挖钻机通过配备不同型式的钻头，可适用大部分地质土层，适用范围广泛；
2.4.充盈系数较小，可有效降低混凝土数量，从而降低工程成本；
2.5.孔底沉渣厚度较小，清孔方便，对桩基施工质量有保证；
3．适用范围
本工法适用于公路、铁路、市政桥梁及房建等工程的钻孔灌注桩的施工。适用于土层、砂层、卵石粒径小于100mm的圆砾层及岩层等。
4．工艺原理
旋挖钻机钻进成孔工艺旋挖成孔，首先是通过钻机自有的行走功能和桅杆变幅机构使得钻具能正确的就位到桩位，利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门的桶式钻头置放到孔位，钻机动力头装置为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆钻头，钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻头内，然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度。在土层及砂层钻孔时，采用筒式钻头钻进，当遇到卵石层筒式钻头钻进困难时，通过采用增加钻头储备、增加泥浆浓度、螺旋钻头与筒式取芯钻头相配合的方法钻孔。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1.旋挖钻进施工工艺流程
5.2.操作要点
（1）测量放线
以业主提供的水准点及测量控制网进行引测,在轴线的延长线上做点建立控制网,在桩基施工过程中,每天应对现场测量控制点进行校核,并作好有效保护。
（2）埋设护筒
埋设护筒时，护筒中心轴线对正测定的桩位中心，严格保持护筒的垂直度。护筒固定在正确位置后，用粘土分层回填夯实，以保证其垂直度及防止泥浆流失及护筒位移。如果护筒底土层不是粘性土,应挖深或换土,在坑底回填夯实300～500mm厚度的粘土后,再安放护筒,以免护筒底口处渗漏塌方。护筒上口应绑扎木方或钢管对称吊紧，防止下窜。
（3）设备安装
钻机就位前，须将路基垫平填实，钻机按指定位置就位，并须在技术人员指导下，调整桅杆及钻杆的角度。钻机安装就位之后，应精心调平，确保施工中不发生倾斜、移位。
（4）钻孔
①一般地质情况钻进：采用人工搅浆护壁，泥浆池可根据现场实际条件进行开挖。成孔是整个桩基施工工序的关键，成孔的质量控制好坏，关系到整个桩基工程的工程质量。保证成孔质量一项重要措施是泥浆护壁。泥浆配比如下：水：膨润土：碱＝100：8：0.5～1.0（注：配比在施工时应根据具体地层条件而定，目的是增强泥浆的性能，降低孔底沉渣厚度，达到设计要求标准）。在施工第一根桩时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。在钻进过程中，不可进尺太快，由于采取泥浆护壁，因此，要给一定的护壁时间。在钻进过程中，一定要保持泥浆面，不得低于护筒顶40cm。在提钻时，须及时向孔内补浆，以保证泥浆高度。在钻进过程中，要经常检查钻斗尺寸（可根据试钻情况决定其大小）。施工过程中如发现地质情况与原钻探资料不符应立即通知设计监理等部门及时处理。
②圆砾层钻进：
处理方法：
•采用增加钻头储备及，要求每台钻机按工作效率至少配备相同直径的钻头2个，或3个，一个用于钻进时，其它备用钻头可以进行整修，不影响正常工作。
•采用增加泥浆浓度，除采用膨胀土泥浆外，储备一定量的黄泥，必要时加入泥浆内，加大泥浆粘度，加大泥浆池容积，增加泥浆储备，防止意外漏浆后，没有泥浆补充现象发生；
•漂石粒径较大时普通钻头更换为螺旋钻头，当卵石层结合严密，硬度大螺旋钻头无法钻进或钻进困难时，采用筒式取芯钻头，先将卵石层松动后，再用螺旋钻头钻进。
当采用普通筒式钻头成孔中遇到漂石或粗圆砾土层密度较大时，换螺旋钻头会破碎部份扁平漂石，破碎后在用普通钻头取出，当短螺旋钻头在施工中遇到了卡钻现象时，采用筒式取芯钻头，先将板结的粗圆砾土层松动孔壁四周，再采用短螺旋钻头松动孔的芯部，最后采用筒式钻头取渣的钻进方法。
（5）清孔
在钻进到设计深度时，应立即清孔,采用磨盘式捞渣钻头捞渣法，可一次或多次进行捞渣。在清孔完成达到设计要求后，将孔口处杂物清理干净，方可进行下步工序。
清孔注意事项：
①清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔。
②清孔时应随时检查孔口溢出的泥浆指标应满足泥浆指标的规定，灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度应不大于设计及规范要求。
③不得用加深孔深的方法代替清孔的虚假行为。
(6)制安钢筋笼
①钢筋施工：钢筋笼的成型为防止钢筋笼吊放时扭曲变形，按设计图纸在主筋内侧每隔2m加设一道直径22mm的加强箍，每道加强箍在箍内设三角形加强支撑，与主筋焊接牢固组成骨架。主筋在现场对焊连接。大直径螺旋形箍筋和加强箍的加工成形，采取在常用弯曲机的顶盘上加一个同箍筋直径的圆盘以插销连接，在不改变传动机构的情况下进行弯曲成型，每根螺旋箍筋四圈。根据钢筋笼长度及施工条件，本工程桩基钢筋笼拟采用整体吊装，钢筋笼一次制作成型，主筋采用套筒连接。螺旋箍筋每隔1~1.5箍与主筋按梅花形用电弧焊点焊固定。在钢筋笼四侧主筋上每隔2m设置一个Ф16mm耳环作定位垫块之用，使保护层保持5cm，钢筋笼外形尺寸要严格控制。
②钢筋笼在吊装前应做好充分准备，吊装过程中严禁高起高落，要保持骨架成垂直状态，以防弯曲、扭曲变形。
③采取适当的措施，将骨架的顶部加以固定，一般用二根角钢将骨架焊在机架上，防止混凝土灌注过程中钢筋笼上浮。
（7） 灌注水下砼
采用导管灌注水下砼作业。
① 安放导管
a、导管吊装前做好试拼工作，要求设计接口连接严密、牢固、不漏水，并做好水密及拉力试验；
b、吊装时，导管应位于桩位中央，并在灌注凝土前进行升降试验；
c、整个吊装过程中应竖直不倾斜，防止和井孔（或钢筋笼）碰撞受损坍塌；
d、导管底口至孔底的距离20－40cm，避免导管底口被沉淀物堵塞造成卡管事故；
e、导管放下时，应逐节复查接头螺栓不得松动，对现场接头要做到把管口污物清除，橡皮圈垫正，螺栓拧牢；
f、导管放下受阻时，只能采取徐起徐落和正反旋转来加以排除，不得用高起猛落的方法。
② 混凝土浇筑
•原材料及配合比：施工前，根据要求做好试验，并经监理批准后方可在施工中使用。混凝土拌和物应有良好的和易性和流动性。
•混凝土搅拌：混凝土采用商品混凝土，选择信誉好、离施工现场近的商品混凝土公司。搅拌时，要求混凝土公司严格按配合比称量砂、石，混凝土搅拌过程中及时测试坍落度，混凝土坍落度控制在18～20cm。
•浇筑采用导管法，导管下至距孔底30cm 处，导管直径为25cm，导管接头连接处须加密封圈并上紧丝扣。
•導管隔水塞采用水泥塞，塞上钉有胶皮垫，采用剪球法施工，球的直径比导管内径小2～3cm，并在其外部加0.3m砂浆以利塞体顺利排出导管外。
•导管顶部应设置漏斗和储槽以及配置灌注支架，漏斗和储料槽的容量应满足初次埋置深度1.0m左右和填充导管底部的需要，对直径d=1.5m的桩，所需的储备量为3.0m 3。对直径1.8m的桩，所需储备量为4.0 m 3。
•按规范要求制作试块，每根桩做三组试块，工地试验室清水养护和标准养护，28天后进行测试。
•灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工，在灌注过程中应注意观测管内混凝土下降和孔内水位、砼面升降情况，以正确指挥导管的提升和拆除，严禁把导管提升超出砼面，导管埋深度制在2～6m。
•拆除导管动作要求，时间不宜超过15min，要防止螺栓、橡皮垫和工具等掉入孔中，并注意安全，已拆的管节要立即清洗干净，堆放整齐。
•为防止混凝土的上升顶托钢筋骨架，当混凝土面接近钢筋骨架底时，应适当地保持较深埋管并放慢灌注速度，以减少砼冲击力，当混凝土进入骨架一定深度后，使钢筋骨架在导管下面有一定的埋深。
6.应用实例
南宁市白沙亭江立交工程位于南宁盆地邕江Ⅱ级阶地，场区内的岩土层主要为素填土、第四系河流冲积相的粘土、砂土、圆砾及第三系湖相沉积的泥岩。邕江Ⅱ级阶地堆积物是具有规律的上细下粗二元结构，上为粘土开始往下逐渐变为粉砂及圆砾层。本工程所处地带是邕江二级阶地堆积物发育较厚的地带，尤其圆砾层厚达9m，阶地堆积物总厚度达24m。工程所有桩基均采用旋挖钻机进行钻孔灌注桩的施工，较好满足了市政桥梁工程质量要求高、施工场地小、安全文明施工标准高及工期紧的要求。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。