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旋挖钻孔机的施工工艺
旋挖钻孔机的施工工艺规范至今尚无上级标准发布，旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械．广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基础施工工程，配合不同钻具，适应于干式（短螺旋），或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能特点。旋挖钻机适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围广，基本可满足桥梁建设，高层建筑地基础等工程的使用．目前，旋挖钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。因此对旋挖钻机的施工准备与常用清水施工工艺进行技术上探讨有着十分重要的意义。

　　　施工准备
　　１资料准备
　　（１）开工前应具备场地工程地质资料和必要的水文地质资料，桩基工程施工图及图纸会审纪要。
　　（２）场地和邻近区域内的地下管线（管道、电缆）、地下构筑物、危险建筑、精密仪器车间等的调查资料。
　　（３）主要施工机械及其配套设备的技术性能资料，所需材料的检验和配合比试验，对所需的材料必需作材料的物理性能试验，并委托有资历的试验室根据所用的原材料作好混凝土的配合比试验。
　　（４）具有有效的桩基工程的施工组织设计或施工方案，有关载荷、施工工艺的试验参考资料。
　　会审图纸
　　作好详细的安全技术交底，施工前充分发扬民主，调动职工的积极性、创造性，使参与施工的全体职工参加对施工方案的讨论，提高对安全生产质量保证的重视，并对各部门进行考评。
　　２、施工机械与设备
　　用的测量仪器，如、经纬仪、水准仪、钢卷尺、旋挖钻孔机、电焊机等机械设备须有出厂合格证。施工所需要的设备建议参见表１：
　　３、中小型机具的要求
　　（１）搅拌机
　　机体安装坚实平稳、搭有防雨操作棚；各类离合器、制动器、钢丝绳、防护罩必须安全、可靠有效；操作手应持证上岗；必须有良好的单独接地。
　　（２）手持电动工具
　　必须单独安装漏电保护器；防护罩安全有效；外壳必须有接地或接零；橡皮线不准破损。
　　（３）电焊机
　　有可靠的防雨措施；有良好的接地或接零保护；一、二次线接线处应有齐全的防护罩；二次线应使用线鼻子；配线不许乱搭、乱拉，焊把绝缘良好；焊工持证上岗。
　　（４）气瓶
　　各类气瓶有明显的色标和防震圈，不准在露天曝晒；乙炔气和氧气瓶距离应大于５ｍ；乙炔气瓶在使用时必须装回火防止器；皮管应用夹头紧固；操作人员必须持证上岗。
　　４、安装钻具
　　钻具具有一定的刚度，在钻进中或其他操作时，不产生移动和摇晃，钻具的安装应符合生产厂家的标准。施工时可配用短螺旋钻头、回转斗，岩心钻头，岩心回转钻头等各种规格的钻头。施工时，根据不同的土壤、地质条件按下列规定选择不同的旋挖钻孔机的钻头：短螺旋钻具，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土，中等密实以上的砂土，风化岩层。螺旋回转头，采用泥浆护壁，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层。岩心螺旋钻头，适用于碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层。岩心钻头，适用于风化岩层及有裂纹的岩石。钻头规格由用户据实际工程的情况选购选配。
　　５、常用清水施工工艺
　　钻孔机的旋挖钻进成孔工艺：旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻头内，然后再由钻孔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。对粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进工艺，无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层，或有地下水分布，孔壁不稳定，必须采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。以下仅对旋挖干取土成孔法施工工艺进行探讨。
　　（１）清水施工工艺的成孔工艺流程：
　　在成孔过程中不需泥浆护壁，而是钻头在慢速旋挖过程中自造的泥浆对孔壁起到一定稳定作用，在旋挖钻进过程中，钻头往返于孔底与地表之间，所形成的孔壁比较粗糙。旋挖钻孔灌注桩的桩土之间的咬合作用较强，能较好地反映出混凝土桩体与黄土及粉质粘土之间的相互作用效应。工艺流程见图１。
　　（２）场地布置原则
　　根据设计要求合理布置施工场地，先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员，将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案；规划行车路线时，使便道与钻孔位置保持一定的距离；以免影响孔壁稳定；施工场地为旱地而且在施工期间地下水位在原地面以下时，将场地平整夯实，清除杂物；场地位于浅水时，采用筑岛后在顶面安装钻孔机，筑岛顶面高出施工水位１．０ｍ左右；钻孔机底盘不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷；钻孔机的安放位置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。
　　（３）桩位放样
　　桩位放样，按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，进行钻孔的标高放样时，应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。
　　４）钻孔机就位
　　钻孔机就位时，要事先检查钻孔机的性能状态是否良好。保证钻孔机工作正常。
　　（５）埋设钢护筒
　　（６）在准确放样的前提下埋设护筒，埋设护筒的方法和要求，应符合ＪＴＪ０４１－８９（以下简称《规范》）的规定。如果钻孔是在陆地上进行的，则一般采用挖坑法，比较简单易行。
　　（７）钢护筒埋设工作是旋挖钻孔机施工的开端，钢护筒平面位置与垂直度应准确，钢护筒周围和护筒底脚应紧密，不透水。
　　（８）埋设钢护筒时应通过定位的控制桩放样，把钻孔机钻孔的位置标于坑底。再把钢护筒吊放进坑内，找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻孔机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒坚直。此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土，要分层夯实，达到最佳密实度。以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落，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，夯填时要防止钢护筒偏斜。护筒上口应绑扎木方对称吊紧，防止下窜。
　　（９）钢护筒的制作及埋设的原则

　　长度４ｍ以内的钢护筒，采用厚４—６ｍｍ的钢板制作，长度大于４ｍ的钢护筒，采用厚６～８ｍｍ钢板制作；钢护筒埋置较深时，采用多节钢护筒连接使用，连接形式采用焊接，焊接时保证接头圆顺同时满足刚度、强度及防漏的要求；钢护筒的内径应大于钻头直径，具体尺寸按设计要求选用；钢护筒埋设深度应满足设计及有关规范要求。若桩孔在河流中，应将钢护筒埋置至较坚硬密实的土层中深０．５ｍ以上；钢护筒顶高出施工水位或地下水位１．５－２．０ｍ，并高出施工地面０．３ｍ；钢护筒埋设前，先准确测量放样，保证钢护筒顶面位置偏差不大于５ｃｍ，埋设中保证钢护筒斜度不大于１％；埋设钢护筒前，采用较大口径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后，提出钻斗且用钻斗将钢护筒压入到预定位置。用粗颗粒土回填护筒外侧周围，回填密实。
　　（１０）钻孔施工
　　钻孔机成孔一般为清水施工工艺，无需泥浆护壁；若有地下水分布，且孔壁不稳定，可向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。以下是旋挖钻机钻孔施工的基本操作：
　　清水施工时，将钥匙开关打到电源档，旋挖钻机的显示器显示旋挖钻机标记画面，按任意键进入工作画面。先进行旋挖钻机的钻桅起立桅及调垂，即首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，旋挖钻机的显示器显示桅杆工作画面。
　　从桅杆工作画面中可实时观察到桅杆的ｘ轴、Ｙ轴方向的偏移。操作旋挖钻机的电气手柄将桅杆从运输状态位置起升到工作状态位置，在此过程中，旋挖钻机的控制器通过采集电气手柄及倾角传感器信号，通过数学运算，输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环起立桅控制。实现桅杆平稳同步起立桅。同时采集限位开关信号，对起立桅过程中钻桅左右倾斜角度进行保护。在钻孔作业之前需要对桅杆进行定位设置，一般情况下，做直孔作业，所以需要对桅杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在桅杆相对零位±５°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而桅杆超出相对零位±５°范围时，只能通过显示器上的点动按钮或左操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，操作人员可通过显示器的桅杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使桅杆最终达到作业成孔的设定位置。在施工过程中，有时也需要斜孔作业。操作人员需要通过显示器上的自动定位按钮进行自设定零位，然后再进行相同的调垂操作。
　　清水施工钻孔时通过显示器按钮直接进入主工作界面，然后进行钻孔作业。钻孔时先将钻斗着地，通过显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置，此时，显示器显示钻孔的当前位置的条形柱和数字，操作人员可通过显示器监测钻孔的实际工作位置、每次进尺位置及孔深位置，从而操作钻孔作业。在作业过程中，操作人员可通过主界面的三个虚拟仪表的显示一一动力头压力，加压压力、主卷压力，实时监测液压系统的工作状态。旋转开孔，以钻头自重并加压作为钻进动力，一次进尺短条形柱显示当前钻头的钻孔深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。当钻斗被旋转挤压充满钻渣后，将其提出地表，操作回转操作手柄使机器转到弃渣车的位置，将钻渣装入弃渣车，完毕后，通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到钻孔作业位置，或通过手动操作回转操作手柄使机器手动回到钻孔作业位置。此工作状态可通过显示器的主界面中的回位标识进行监视。旋转开孔后，以钻头自重并加压作为钻进动力。当钻斗被旋转挤压充满钻渣后，将其提出地表，装入弃渣车，同时观察监视并记录钻孔地质状况。
　　（１１）地质情况记录
　　地质情况记录按相应的地质的相关的表记录；旋挖钻孔机钻进施工时及时填写《钻孔记录表》，主要填写内容为：工作项目，钻进深度，钻进速度，及孔底标高；《钻孔记录表》由专人负责填写，交接班时应有交接记录；根据旋挖钻孔机钻孔钻进速度的变化和土层取样认真做好地质情况记录，绘制孔桩地质剖面图，每处孔桩必须备有土层地质样品盒，在盒内标明各样品在孔桩所处的位置和取样时间；旋挖钻孔机孔桩地质剖面图与设计不符时及时报请监理现场确认，由设计单位确定是否进行变更设计；钻孔时要及时清运孔口出渣，避免妨碍钻孔施工、污染环境；钻孔达到预定钻孔深度后，提起钻杆，用测量孔深及虚土厚度（虚土厚度等于钻深与孔深的差值）。
　　（１２）成孔检查
　　成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。成孔检查方法根据孔径的情况来定，当钻孔为干孔时，可用重锤将孔内的虚土夯实，采用直接用测绳及测孔器测，若孔内存在地下水，可采用泵吸反循环抽浆的方法清孔，则采用水下灌注混凝土施工的方法进行钻孔的测孔工作，清孔时合理控制泥浆的粘度与含砂率；经质量检查合格的桩孔，及时灌注混凝土。
　　（１３）清孔
　　清孔是孔桩施工，保证成桩质量的重要一环，通过清孔确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等符合桩孔质量要求，采用正循环回转钻进技术的清孔方法为：桩孔终孔后，将钻具提高２０～５０ｃｍ，采用大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆，并维持正循环３０ｍｉｎ以上，直到清除孔底沉渣且使孔壁泥质、泥浆含砂量小于４％为止。工程桩孔因有较厚的松散易坍土层，清孔后不能立即终孔，而在孔内下入钢筋笼，安装好灌浆导管后施行二次清孔作业，以使砼灌注前孔底沉渣厚度符合要求，保证砼成柱质量

浅谈泥浆护壁旋挖成孔灌注桩的施工
胡连吉,崔德胜 (天津快速路二合同总监办,天津)
摘　要：文中叙述了天津解放南路立交桥工程中,旋挖钻机在
    泥浆护壁成孔灌注桩施工中应注意的几个问题。
关键词:旋挖钻机;泥浆护壁;灌注桩;成孔;
Construction of Cast-in-Situ Piles with Slurry Liner to Brace
Screw Bored Holes
HULian-ji,CUIDe-sheng
1    引言
    旋挖钻孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺”,其特点是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少。其方法是利用国际先进设备——旋挖钻机施工,自动定位,垂直旋孔,成孔质量好。此方法自动化程度和钻进效率高,钻头可快速穿过各种复杂地层,在桩基施工特别是城市桩基施工中具有非常广阔的前景。
2    工程概况
    天津市快速路项目——解放南路立交桥工程为半苜蓿叶三层半互通式立交,桥梁工程基础采用桩基承台,桩基为钻孔灌注桩,分三种桩径,分别为 100cm、120cm、150cm,桩长35～59m不等,共计灌注桩576根,采用泥浆护壁旋挖成孔灌注桩工艺。
3　施工技术措施
3.1　工艺流程
    本工程全部灌注桩采用泥浆护壁,其工艺流程见图1。

3.2    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。
桩机定位要准确、水平、垂直、稳固,钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线应保持在同一直线。
3.3    泥浆制备
    在钻孔灌注桩的施工过程中,为了防止坍孔,稳定孔内水位及便于挟带钻碴,采用澎润土制备成泥浆进行护壁。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。要充分发挥泥浆的作用,其指标的选取是非常重要的。这就要求在实际工程的施工中,根据工程的具体情况,合理地控制不同土层中泥浆的指标,本工程中的控制数据见表1所示。

3.4    钻进成孔
    成孔前必须检查钻头保径装置,钻头直径、钻头磨损情况,施工过程对钻头磨损超标的及时更换。
    成孔中,按试施工确定的参数进行施工,设专职记录员记录成孔过程的各种参数,如加钻杆、钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。
    旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻杆的垂直度,同时在钻杆的两个侧面均设有垂直度仪,在钻进过程中有专人观察两个垂直度仪,随时指挥机手调整钻杆垂直度通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度,从而保证了成孔的垂直度。
    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。
    必须按要求测试进、出口泥浆指标,发现超标及时调整。
    成孔达到设计深度时,要测量机上余尺,监理工程师验收合格后,方可进行第一次清孔。
3.5    一次清孔
    测试泥浆指标,发现超标及时调整。然后将钻头放入孔底扫孔,捞去沉渣,清孔必须彻底。
    清孔结束,自检合格后与监理工程师共同进行孔深测量,作为第二次清孔后测沉淤的依据。
3.6    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、纵横筋交叉点的焊接质量必须符合设计要求。为此,要检查钢筋笼保护层垫块的设置。在这一工程中,垫块采用圆柱形砂浆垫块,沿钢筋笼每隔2m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。
    钢筋笼的吊装应3点起吊,保持笼轴线重合。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。
3.7     下导管
    导管要定期进行水密性试验,下导管前要检查是否漏气、漏水和变形,是否安放了“O”形密封圈。 
    导管要依次下放,全部下入孔内后,应放到孔底,以便核对导管长度及孔深,然后提起30～50cm,进行二次清孔。
3.8     二次清孔
    测试进、出口泥浆指标,调整到施工组织设计确定的参数,用无收缩水文测绳、标准测锤测沉淤值,一般控制在≤15cm范围内
3.9    水下混凝土浇筑
    水下混凝土浇筑是最后一道关键性的工序,施工质量将严重影响灌注桩的质量,所以在施工中必须注意以下几点:
  (1)导管必须严密,长度适中,保证底端距孔底30～50cm;
  (2)混凝土拌和必须均匀,坍落度控制在18～22cm,首批混凝土必须保证封底成功;
  (3)混凝土浇筑必须连续作业,严禁中断浇筑;
  (4)浇筑过程中应有专人记录,以防导管提升过猛或导管埋入过深,造成断桩;
  (5)灌注桩的顶面标高应比设计值高50～100cm,以确保桩顶混凝土的质量。
4　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,所以,施工中应坚持预防为主的原则,加强施工中的成孔、钢筋笼制作安装、水下混凝土灌注等过程中的各环节的管理,按照设计与施工技术规范的要求,及时解决施工过程中出现的各种问题。
    旋挖钻与传统的潜水钻机相比,由于旋挖钻机的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。
    分析地质水文资料,根据地质层理,及时调整泥浆比重和钻进速度,尤其是对不良地层,要有预控措施。
    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。
来源于《中国港湾建设杂志》