旋挖桩施工工艺及质量控制研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：冯浩（1986），男，汉族，重庆人，本科，中冶建工集团有限公司，项目经理，研究方向为土建工程施工管理。-98-旋挖桩施工工艺及质量控制研究 冯 浩 中冶建工集团有限公司，重庆 400039 摘要：摘要：旋挖成孔灌注桩因其具有提高地基承载力，有效控制地基及基础的沉降，防止塌孔等特性，在工程中得以广泛运用。通过结合在建项目生态智慧城工程实例，对旋挖成孔灌注桩施工工序、工艺特点以及施工过程中的常见问题进行讨论分析，并对质量控制要点进行相应的总结。旋挖桩钻孔工艺在建筑工程领域的运用已较为成熟，因其在施工过程中具有成孔速度快、环境影响小、工况适应性强等优势，广泛运用在大量桩基础工程施工项目中。关键词：关键词：旋挖桩；施工工艺；工艺特点；质量控制 中图分类号：中图分类号：TU75 0 引言 随着建筑行业的不断发展，对建筑施工质量的要求日益提高，在建筑施工过程中依旧存在一些问题，若施工人员不加以控制，会对工程质量产生直接影响。旋挖桩是一种高效、先进的桩基施工技术，主要适用于地下水位和承压水较高的砂质土层、滞水层和淤泥质土层，具有桩机运行便捷、定位准确、成孔较快、自动化程度高和适用土层广等优点1-4。然而，在实际施工中，经常会受到地质条件、钻孔工艺等因素的影响5，从而为桩基施工中的质量控制增加了难度，因此结合工程实例对旋挖桩的施工工艺及质量控制进行研究，具有重要意义。1 工程概况 达州东部经开区生态智慧城项目位于达州市亭子镇，占地面积总建筑面积 413054.50 m2，总建筑高度76.6 m，本工程桩基合计根数 2000 根，其中直径为 600 mm 的桩基 19 根，直径为 700 mm 的桩基 115 根，直径为 900 mm 的桩基 47 根，直径为 800 的桩基 1819 根，其中最大桩长为 17.59 m，桩基设计参数具体如表 1所示。经工程地质测绘和钻孔的钻探揭露，拟建场地内的地质条件相对复杂，主要表现为孤石异常发育，硬质夹层较厚。勘察资料显示：压缩性较大、力学性能较差的素填土和耕植土的揭露厚度分别为 0.4-2.5 m、0.2-1.5 m；粉质黏土的揭露厚度为 0.1-4.4 m；强风化粉砂质泥岩的揭露厚度为 1-6.3 m；其间伴有强风化砂岩，基地稳定岩层为中风化砂岩或粉砂质泥岩层。灌注砼时实际高度应比设计标高高出不少于 1 m，以确保设计标高以下混凝土的浇筑质量。2 旋挖桩施工工艺流程 2.1 施工准备 旋挖钻孔桩基就位前应对拟建场地进行三通一平、清运废物和场地平整等准备工作，且场地承载力应满足旋挖机的承载要求。在正式施工前，项目部还应组织相关人员对现场进行全线测量复检，根据施工现实需要加密中心桩，埋设水准点并保护好控制桩。旋挖桩施工工艺流程如图 1 所示。表 1 桩基设计参数表 序号 桩身直径 D（mm）设计有效 桩长 L（mm）桩端持力层 砼强度等级（水下）试桩 荷载（KN）名称 进入深度 H（m）1 600 600 中风化粉砂质泥岩或中风化砂岩 3 C30 4200 2 700 600 中风化粉砂质泥岩或中风化砂岩 3 C30 5600 3 800 600 中风化粉砂质泥岩或中风化砂岩 3 C30 9500 4 900 600 中风化粉砂质泥岩或中风化砂岩 3 C30 11500 中国科技期刊数据库 工业 A-99-图 1 施工工艺流程图 2.2 测量放线 用全站仪将桩心坐标测设到地面上，用滑石粉画出桩基轮廓线。在距离桩基圆周围 1.5 米以外预钉下 4个木桩，在木桩上做四个引点，用小钉子做好标记，4 个引点连线的交点，与桩心坐标重合。桩基测量放线具体做法示意图如图 2 所示。图 2 桩基测量放样示意图 2.3 埋设护筒 钢护筒采用壁厚为 14 mm 的 Q235 钢板进行制作，且根据不同的桩径来选用不同直径的钢护筒，钢护筒直径应比桩径大 300 mm，钢护筒在制作时，采用 0.5 m的长度模数。钢护筒下部穿过粉质粘土、粉砂质粘土，进入强风化岩层 0.5-1 m。钢护筒埋设后，护筒顶部高于地面 300 mm。由于桩基上部岩土层是回填是利用挖方区的土石方，碾压较为密实，钢护筒采用压入的方式，无法保证桩孔的垂直度，也无法保持平面位置的准确性。在进行钻孔施工时，先用比护筒直径大 300 mm 的钻头，以引桩十字线交点为控制圆心，向下钻一个深 3.3 m的孔，如下图 3 所示。图 3 护筒埋设示意图 钢护筒埋设工作是旋挖钻机施工的开端，钢护筒平面位置与垂直度是护筒埋设质量控制的重要因素。钢护筒的顶面标高高于地面标高 0.3 m，不便于用十字线校核钢护筒的平面位置。因此钢护筒的平面置校核，采用极坐标法校核。护筒采用吊车放入孔中扣，钢丝绳保持绷紧状态，并用全站仪在护筒圆周上任意两个位置测量两个坐标，通过方位角坐标反算的方法，算出护筒圆心坐标。通过护筒圆心坐标与桩心设计坐标，反算出护筒圆心与桩心设计坐标的 XY 向偏距，然后指挥吊车移动护筒，重复上述测量反算过程，直到使护筒圆心与桩心设计坐标重合后结束。示意如下图 4 所示。钢护筒中心与桩位中心偏差不得大于 20 mm，钢护筒垂直度偏差不得大于 1%。图 4 护筒定位示意图 2.4 钻进工艺 在进行钻进施工时，启动发动机前应确保发动机处于无负荷状态。而在运转过程中，随时检查机油压力表指示，如机油压力不正常时，应立即停机进行检查。旋挖钻机应正方向对准钻孔位置进行钻孔施工。钻进过程中，严禁变换桅杆倾角或回转钻机。钻具提离钻孔前严禁转向。严禁用钻具或钻杆以回转动作横向拨动重物。卸除钻头中的渣土时，严禁在钻头底盖没有打开的情况下，高速旋转钻具。渣土应及时清理，在钻机回转半径范围内严禁堆放渣土。在钻进过程中，每回次钻进深度不宜超过钻头高度的0.5倍。下放钻具时，先将钻头吊稳后，再将钻具导正缓中国科技期刊数据库 工业 A-100-缓下钻。进洞后，严禁刹车全松，高速下放。在提钻时，应先缓慢提高,在提离孔底没有遇到阻力的情况下，再按正常速度提高；发现阻力下放钻具，使钻头向一定方向转动后再提，禁止强行提拉。采用稳定液护璧旋挖成孔时，钻具在孔内的升降速度可参考下表 2。表 2 钻具升降速度表 实钻具 空钻具 桩径（mm）升降速度（m/s）桩径（mm）升降速度（m/s）600 1.0 600 1.2 700 1.0 700 1.2 800 1.0 800 1.2 900 0.9 900 1.0 钻进中，应正确选用加压力、转速和空压机气量及气压钻进工艺参数，并应密切注意系统压力、钻头所受阻力、钻进效率、孔内传出的响声、钻具上有无掉块等情况。空压机排出的气压及气量以能形成孔底循环即可，钻进时气压以大于孔底液柱压力一个大气压为宜。钻斗转速参照下表 3 所示。表 3 钻斗转速参照表 钻斗转速参考值 地层 转速（r/min）填土 510 粉质黏土、黏土 1020 粉土 815 粉砂、细砂、中砂、粗砂等砂土类 48 卵石、基岩 815 本工程桩基础为群桩，当桩净距小于4倍桩径时，必须采用梅花型跳桩开挖的方式施工，跳桩施工顺序示意如图 5 所示，实线标记为第一批工的桩基，虚线标记为第二批施工的桩基。混凝土灌注后 36 小时内，在小于 4 倍桩径范围内，不得进行钻孔施工。两台钻机同进作业时，要保持 10 m 的净距。2.5 成孔检验 桩基开挖到持力层满足嵌岩要求后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查。检查方式采用探孔器检查，为确认探孔器是否落到桩底，在探孔器顶端绑扎长钢尺确认。探孔器制作大样及检查示意如下图 5所示。成孔检查合格后，及时报监理、项管、地勘、建设单位等相关参建单位一同检查验收；成孔允许偏差如表 4 所示。后续按照规范要求对岩心进行取样，做好防护措施以及清孔、沉渣厚度检查。3 旋挖桩常见施工工艺事故处理 3.1 坍孔事故处理 表 4 成孔允许偏差表 桩径（mm）桩径允许偏差（mm）垂直度允许偏差（%）桩位允许偏差（mm）承台桩或群桩中的边桩 群桩中的中间桩 d1000 50 1 d/6 且不大于 100 d/4 且不大于150 图 5 探孔器检查桩孔示意图 对于坍孔事故处理通常采用以下方法：1、在进行事故处理之前，必须对坍塌的深度、范围、塌孔位置的地层、孔内的稳定液指标、淤塞等情况进行详细的了解，以确定坍孔的原因。2、当坍孔深度不超过 5 m时，可以实施深埋钢护筒的措施，将钢护筒四周填土并夯实，然后重新钻孔。3、当坍孔深度超过 5 m 且坍孔情况较为严重时，建议使用 C20 混凝土对钻孔进行回填，待其稳定后再继续进行钻进施工。3.2 钻孔倾斜、弯曲事故 对于钻孔倾斜、弯曲事故处理应通常采用以下方法：1、扩孔法：使用直径大于原始钻孔直径的钻头来进行扩孔操作，在操作过程中应以轻压和慢钻的方式进行，同时进尺速度不应过快；2、导正法：在钻孔不偏斜的部分加入导正设备，确保纠斜钻具在保持直立的前提下顺利钻入。3.3 卡钻事故处理 对于卡钻事故处理通常采用以下方法：1、在进行上卡操作时，禁止强行提起。可以稍微放松钢丝绳，并尝试下放钻具使其移动，当卡钻的位置变得松动时，再轻轻地提起它；2、在进行下卡操作时，禁止强行提起，可以先将钢丝绳拉紧并用力摇动，然后再进行上提解卡，或者使用钻机卷扬和重锤反打钻具来使钻具变得松动，然后再进行上提；3、因缩孔或“螺旋体”井壁发生卡钻时，可使钻具边回转边提。3.4 埋钻事故处理 对于埋钻事故处理通常采用以下方法：1、发生埋中国科技期刊数据库 工业 A-101-钻事故时，首先加大稳定液的黏度和密度，保证孔壁的稳定，然后再处理事故；2、当埋钻不甚严重时，可用钻机卷扬或配合其他起重机械提拔钻具；3、当埋钻较严重时，应视孔内具体情况，可先用空气压缩机或泥浆泵清除上部沉淀物后，再提拔钻具；4、在提、拔钻具的同时，可试用正反转来松动钻具，转动时结合提拔。3.5 掉钻事故处理 对于掉钻事故处理通常采用以下方法：1、查明钻具在孔内的位置、深度、空间状态以及有无坍塌淤塞等情况；2、通常用打捞叉，钩挂，钢丝绳套和其它工具以钩挂、拧套的方式打捞。接好或者套好钻具以后，要先轻轻地提一下，确认固定号以后才可以抬高；3、在钻具斜靠孔壁的情况下，首先使用打捞扶正工具在孔内对钻具进行扶正，然后再使用打捞工具进行打捞；4 在打捞工具被钻具固定但无法移动的情况下，可以参考处理卡钻或埋钻的方式来进行操作。4 质量控制工艺 4.1 桩心偏位 本项目桩端持力层多为中风化粉砂质泥岩或砂岩，桩类别为端承桩，要求与结构柱中心与桩心保持一致，若起产生偏位会对桩基受力产生较大影响，而旋挖桩桩心偏位的主要原因为放线不准以及旋挖桩筒中心对中不准6。本项目采取了两条防治措施：施工单位在施工放线结束时进行自检，报验监理和建设单位进行审查；留置定位桩：在埋设护筒或者钻 1m 深的钻孔后，利用定位桩对钻孔中心进行复查，以保证掘进的精度。4.2 成孔垂直度偏差 旋挖桩成孔垂直度偏差的主要原因为场地不平整，旋挖机搁置不稳定或设备误差，导致垂直度偏差。其次是由于成孔钻进过程过程中，遇到孤石，使钻头受力不均匀。本项目采取了两条防治措施：平整场地，或地基过于松软，钻机下搁置钢板或片石换填，保证机器放置平稳；用经纬仪校正旋挖机自动平衡仪器。钻进过程中遇到孤石，回填片石或混凝土，保证钻头受力均匀，并放慢钻进速度。4.3 塌孔或缩颈 旋挖桩塌孔活缩颈的主要原因为土层不稳定以及地下水丰富。本项目采取的主要防治措施：集中降低地下水；采用静浆护壁措施或下钢护筒；局部塌孔、缩颈可用混凝土回填；加强各工序之间的联系，并在成孔时及时灌注混凝土以减少间歇闲置时间。4.4 沉渣偏厚 旋挖桩沉渣厚度偏大主要是由于沉渣未完全清理干净和间歇空闲时间过长造成。该工程所采用的主要预防和处理措施是彻底清除沉渣，成孔后、下钢筋笼后浇筑混凝土前再次检查沉渣，超过 50mm 重新清孔。4.5 桩身混凝土夹渣断桩 旋挖桩桩体混凝土夹渣和断桩主要是由于在混凝土浇筑过程中套管埋设长度不够所致；浇筑时塌孔；断电或者混凝土断供导致浇筑过程的中断。该工程所采用的预防及处理措施主要是控制混凝土浇筑量及套管拔出深度；对桩孔土质情况进行客观判断，减少间歇闲置时间和避免塌孔夹渣现象的发生；的确不能控制浇注时塌孔的发生，当即停止浇注，报建设单位、监理单位后及时回填，重新成孔；充分做好混凝土供应准备，保证供应充足、连续，并准备发电机，做好停电预备措施。4.6 声测管堵塞 旋挖桩声测管堵塞的主要原因为声测管材料质量差，壁厚和强度不够，无法满足砼压力要求；声测管安装质量差，无法闭水，固定不稳固，或浇筑过程中套管插拔不垂直，碰撞或擦挂声测管，导致其破坏，被水泥浆堵塞；管顶保护措施不足，泥浆或渣子从管顶进入，堵塞声测管7。该工程所采用的主要预防措施是对声测管壁厚及质量进行控制，深度越大壁厚越厚；加强对安装质量的控制，使接头牢靠，并牢固地固定于钢筋笼之上；混凝土浇筑时，插拔套管工作垂直，避免冲撞擦挂钢筋笼和声测管；管顶做好封闭保护，严防泥浆或渣子堵塞声测管。5 结论 综上所述，旋挖桩钻孔工艺在建筑工程领域的运用已较为成熟，因其在施工过程中具有成孔速度快、环境影响小、工况适应性强等优势，广泛运用在大量桩基础工程施工项目中。本文结合工程实例进一步阐述了旋挖桩施工工艺，并提出一些行之有效的措施，对关键节点进行质量控制有效地提高成桩质量，同时在工程施工中与监理和检测单位配合做好各个工序的中国科技期刊数据库 工业 A-102-验收工作，保证桩基础工程全过程符合设计及施工验收规范要求。参考文献 1邬俊明.复杂地质情况下旋挖桩施工技术探析J.四川水泥,2023(09):77-79.2王毅景.旋挖桩在土建工程施工中的质量控制分析J.江西建材,2022(06):254-256.3程毅文.建筑工程旋挖灌注桩基础施工质量与技术控制关键点J.砖瓦,2023(08):79-81.4蒋扬杰.建筑工程旋挖桩施工技术的应用探讨J.居舍,2023(19):54-57.5杨益.建筑旋挖钻孔灌注桩施工技术要点及控制措施J.中华建设,2023(10):137-139.6彭笑川.旋挖桩施工质量控制分析简阳海底捞项目J.农技服务,2017,34(06):170-171.7王晓东.桥梁工程干成孔旋挖桩施工技术研究J.交通世界,2023(23):154-156.8中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑桩基技术规范:JGJ 94-2008S.北京:中国建筑工业出版社,2008.9中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础工程施工质量验收规范:GB 50202-2018S.北京:中国建筑工业出版社,2018.