旋挖鉆機液化土體灌注樁施工工法

1.前言

旋挖鉆機在國際上的發展已經有幾十年的歷史，在中國也是在最近四五年才被逐漸認識和應用，成為近年來發展最快的一種新型樁孔施工方法，旋挖鉆孔灌注樁技術被譽為“綠色施工工藝” ，其特點是工作效率高、施工質量好、塵土泥漿污染少。旋挖鉆機是一種多功能、高效率的灌注樁樁孔的成孔設備，可以實現桅桿垂直度的自動調節和鉆孔深度的自行計量；旋挖鉆孔施工是利用鉆桿和鉆斗的旋轉，以鉆斗自重并加液壓作為鉆進壓力，使土屑裝滿鉆斗后提升鉆斗出土。通過鉆斗的旋轉、挖土、提升、卸土和泥漿置換護壁，反復循環而成孔。我國正處在一個大發展時期，特別是公路橋梁、鐵路、水利、城市發展，需要大量的樁工機械。根據不同的地質情況正確合理運用相應的工法是保證旋挖機順利施工的關鍵。

2.工法特點

2.1 采用旋挖鉆機可適用于多種地質，如填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、沙土層以及含有部分卵石、碎石的地層。采用巖心鉆頭，還可嵌入巖層。

2.2旋挖鉆機擁有自行底盤，可以自主轉移機位，施工效率高。

2.3選擇不同的工作附件，便可做到一機多用，。

2.4 施工作業范圍小，適合工作面狹窄地域施工。

2.5設備先進自動化程度高，成孔質量高。

2.6在清徐太化工地，由于地下水位淺，液化土嚴重，給旋挖鉆機施工帶來前所未有的困難，針對特殊地質條件，在實踐中慢慢摸索出在這種地質條件下施工的方法。

3.工藝原理

旋挖鉆機的水下灌注砼成樁工藝包括成孔和成樁兩大過程。成孔采用旋挖鉆機鉆取渣土，泥漿護壁進行施工；成樁利用鉆孔灌注大漏斗采用快速開口垂直導管提升法灌注樁身水下混凝土。

4.施工工藝流程及操作要點

4.1施工工藝流程

4.2操作要點

4.2.1 旋挖鉆機成孔施工方法

1、施工準備

（1） 技術準備：按照施工設計圖紙的要求，編制施工方案，準備施工機械設備。清除雜物、淤泥，平整樁基范圍內的場地并換填山皮石壓實。

（2） 施工放樣：復測控制點及控制網和導線，測放樁位。

（3）場地平整和施工便道：合理布置施工便道，與鉆孔位置保持一定的距離，滿足施工需要亦不影響孔壁穩定。

（4） 檢修調試機械設備：對鉆孔機械、泥漿設備、樁體砼灌注設備、砼拌合及運輸設備等進行維修、調試。

（5）技術交底：對參與施工的人員進行環境保護教育及施工技術交底。

（6） 材料進場：各類鉆孔樁施工的原材料按要求進場。

（7）試驗檢驗：完成原材料檢驗及砼配合比設計及試驗等工作。

2、場地平整

由于太化工業園區的地下水位淺，一般在地表下1.3米左右，在雨季，地下水位就在地表，根據當地實際情況，通過跟甲方、監理共同確定采用換填山皮石的方法，在原地面回填1.5米厚山皮石，推平壓實。以方便下一步工程樁的施工。

3、鉆機就位

液壓多功能旋挖鉆機就位時與平面最大傾角不超過4°，鉆機平臺處必需碾壓密實。進行樁位放樣，將鉆機行駛到要施工的孔位，調整桅桿角度，操作卷揚機，將鉆頭中心與鉆孔中心對準，并放入孔內，調整鉆機垂直度參數，使鉆桿垂直，同時稍微提升鉆具，確保鉆頭環刀自由浮動孔內。鉆機的垂直度要定期進行測量調整，以保證鉆孔的垂直。

4、護筒設置

護筒采用鋼制，鋼護筒埋置深度以能隔開流塑狀地層為主要原則。本標段部分地段地下具有承壓水，護筒埋設時要高于穩定后的承壓水位2.0m以上。鋼護筒分節加工，頂部和底部各1m范圍作加強箍，現場采用4米及6米兩種護筒（長度少于4米現場實際地質條件由于塌方不能成孔），節護筒連接采用坡口焊。護筒埋設前，須對樁位四周埋設十字護樁，十字線交點對準樁位中心。利用鉆機大臂加壓使鋼護筒埋設就位后，用十字護樁拉十字線，校對護筒誤差。中心偏差不得大于50mm。若誤差大于50mm，則須重新埋設護筒，鋼護筒直徑交設計斷面大30毫米。

5、旋挖鉆機成孔

鉆機就位后，應先調試鉆機，進行試鉆。

鉆進過程中，操作人員根據機載裝置隨時觀察鉆桿是否垂直，并通過深度計數器控制鉆孔深度。當旋挖斗鉆頭順時針旋轉鉆進時，底板的切削板和筒體翻板的后邊對齊。鉆屑進入筒體，裝滿一斗后，鉆頭逆時針旋轉，底板由定位塊定位并封死底部的開口，之后，提升鉆頭到地面卸土。開始鉆進時采用低速鉆進，主卷揚機鋼絲繩承擔不低于鉆桿、鉆具重量之和的20%，以保證孔位不產生偏差。鉆進護筒以下3m可以采用高速鉆進，鉆進速度與壓力有關，采用鉆頭與鉆桿自重摩擦加壓，150MPa壓力下，進尺速度為500px/min；200MPa壓力下，進尺速度為750px/min；260MPa壓力下，進尺速度為1250px/min。下鉆及提鉆時，機械應動作輕緩，避免刮蹭孔壁，影響成孔質量。鉆進時，安排專人做好鉆孔記錄。記錄見附錄

泥漿采用膨潤土、火堿以及纖維素混合而制，在泥漿池中用攪漿機將泥漿攪拌好后，泵入孔內，旋挖鉆均勻緩慢鉆進，這樣既鉆進又起到泥漿護壁的作用。鉆進時掌握好進尺速度，隨時注意觀察孔內情況，及時補加泥漿保持液面高度。泥漿制備應注意兩個方面：一是泥漿的指標問題，其比重一般應控制在1.05～1.2之間，粘度控制在17～20s，砂率控制在4%以內。常用的泥漿材料，一般使用優質澎潤土加燒堿、聚丙稀酰胺或纖維素等配置；二是補漿的速度，泥漿補充一般采用泵送方式，其速度以保證液面始終在護筒面以上為標準。

用撈砂鉆頭將沉淀物清出孔位。要求沉碴厚度不大于500px。在灌注水下砼前，用高壓風（高壓水）吹底翻渣，進一步減少樁底沉碴厚度。

鉆孔前先用水準儀確定護筒標高，并以此作為基點，按設計要求的孔底標高計算孔深，以鉆具長度確定孔深，孔深偏差不短于設計深度，超鉆深度不大于1250px；若出現縮徑現象應進行掃孔，符合要求后方可進行下道工序。

6、鉆孔異常處理

（1） 坍孔處理

鉆孔過程中發生坍孔后，要查明原因進行分析處理，可采用加深埋護筒等措施后繼續鉆進?，F場盡可能合理安排各個樁基的施工順序，避免先后擾動地基。根據現場情況也可在泥漿中加入大量的干鋸末，同時增大泥漿比重（控制在1.15～1.4之間），改善其孔壁結構。鉆頭每次進入液面時，速度要非常緩慢，等鉆頭完全進入漿液后，再勻速下到孔底，每次提鉆速度控制在0.3～0.5m/s。坍孔嚴重時，應回填重新鉆孔。

（2） 縮孔處理

鉆孔發生彎孔縮孔時，一般可將鉆頭提到偏孔處進行反復掃孔，直到鉆孔正直，如發生嚴重彎孔和探頭石時，應采用小片石或卵石與黏土混合物，回填到偏孔處，待填料沉實后再鉆孔糾偏。

（3） 埋鉆和卡鉆處理

埋鉆主要發生在一次進尺太多和在砂層中泥漿沉淀過快；卡鉆則主要發生在鉆頭底蓋合攏不好，鉆進過程中自動打開或在卵石地層鉆進時，卵石掉落卡鉆等。

埋鉆或卡鉆發生后，在鉆頭周圍肯定沉淀了大量的泥漿，形成很大的側阻力。因此處理方案應首先消除阻力，嚴禁強行處理，否則有可能造成鉆桿扭斷、動力頭受損等更嚴重的事故。事故發生后，應保證孔內有足夠的泥漿，保持孔內壓力，穩定孔壁防止坍塌，為事故處理奠定基礎。

7、終孔及清孔

（1） 終孔：當鉆孔達到設計終孔標高后，請監理工程師檢查，確定終孔。

（2） 清孔：采用換漿法施工，即向孔內注入經過泥漿處理器處理過的泥漿，換出孔底沉碴及濃度較大的泥漿?？變扰懦龅哪酀{手摸無2～3mm顆粒，泥漿比重不大于1.3，含砂率小于4%，粘度20～23s。

（3） 檢孔：清孔完畢后，即組織監理、項目工程師、現場技術人員共同對成孔進行檢查，孔深和孔底沉渣用標準測錘檢測。

8、鋼筋籠的制作與安裝

鋼筋籠采用在現場鋼筋加工棚統一加工，根據成孔進度同步吊放。

（1） 鋼筋籠制作：鋼筋籠成型采用卡板成型或箍筋成型。焊接時，主筋與加強箍筋全部焊接，主筋內緣保持光滑，鋼筋接頭不侵入主筋內凈空。鋼筋籠下端墊齊，用加強箍筋封住。

（2） 鋼筋籠焊接：采取遮蔽措施，避免雨雪大風天施焊。焊后熱處理完畢，讓其自然冷卻。

（3） 鋼筋籠保護層：在鋼筋籠上、下端及中部每隔一定距離于同一橫截面上對稱設置四個鋼筋“耳環”，確保鋼筋籠與孔壁保持設計保護層距離。

（4） 鋼筋籠下放：制作好的鋼筋籠穩固放置在平整的地面上，防止變形。起吊鋼筋籠采用扁擔起吊法，起吊點設在鋼筋籠箍筋與主筋連接處，且吊點對稱并一次性起吊。鋼筋籠設置4-6個起吊點，以保證鋼筋籠在起吊時不變形。吊放鋼筋籠入孔時應對準孔位，保持垂直，輕放、慢放入孔，不得左右旋轉，若遇阻礙應停止下放，查明原因進行處理，嚴禁高提猛落和強制下入。下放鋼筋籠時要求有技術人員在場，現場測護筒頂標高，準確計算吊筋長度，以控制鋼筋籠的樁頂標高及鋼筋籠上浮等問題。

9、二次清孔

鋼筋籠安裝完畢，檢查孔底沉淀情況，為了滿足工程基礎沉降的嚴格要求，我們將控制本試驗段全部鉆孔樁在樁身砼澆筑前孔底沉碴厚度不超過300mm。

4.2.2 水下混凝土灌注成樁施工

1、灌注樁身混凝土

利用鉆孔灌注漏斗采用快速卡口垂直導管提升法灌注樁身水下砼。

（1） 導管試拼：使用前試拼、試壓，并用油漆在導管兩側做好刻度標記。試壓壓力為孔底靜水壓力的1.5倍。

（2） 導管下放：導管拼好并試壓后，利用汽車吊機吊放，導管位置居于孔中，軸線順直，穩步沉放，導管底口距孔底0.5m。

（3） 標高測量：導管入孔后技術人員做好測量標記并對測量孔深。

（4） 砼灌注：灌注前，須再次復測沉渣厚度。若沉渣超標，須進行清孔。灌注首批砼前，先配置0.1～0.3m3水泥砂漿放入料斗塞以上的漏斗中（大料斗約2m3），然后再放入砼，確認首批砼量備足后，立即上提料斗塞借助砼重量排除導管內的水，使混凝土快速沖到孔底，灌注首批砼完成，使得導管里的泥漿全部排出。

（5） 導管埋深：導管初埋深不小于2.0m，其后按2.0～6.0m掌握，可以根據澆筑砼量由反算出混凝土的澆筑深度，輔助用測繩測量埋入深度，并作好記錄。每根樁應連續灌注，不得中斷

（6）排漿：孔內溢漿通過泥漿處理器處理后回收利用。

（7）成樁：砼灌注面高出樁頂設計高程1.0～1.5m，封樁完成。

4.2.3監測技術與分析

確保工程建設安全、質量的關鍵是對旋挖造孔及水下混凝土灌注的全過程監測，及時測量各主要工序施工階段的各種數據，并與分析計算值比較，及時反饋指導設計和施工。主要的監測內容參見表5.2.5。

表4.2.3  監 測 項 目 匯 總 表                

4.3勞動力組織（見表4.3）

表4.3  勞 動 力 組 織 情 況 表     

5.設備

表5   機  具  設  備  表

6.質量控制

6.1工程質量控制標準

表7.1.1   鉆孔樁鉆孔允許偏差表

鉆孔樁鋼筋骨架允許偏差見下表：

表6.1.2    鉆 孔 樁 成 樁 允 許 偏 差

6.2質量保證措施

6.2.1泥漿比重嚴格根據現場土質進行配比，保證泥漿能夠起到護壁作用。

6.2.2鉆孔前每根樁都要專業人員測量護筒標高，并計算鉆孔深度，防止出現短樁。

6.2.3成孔后直至灌裝前隨時測量孔深，查看孔深有無變化，防止沉渣量超標。

6.2.4成孔后仔細計算需要混凝土灌注量。防止因補灰時間過長引起的埋管或斷樁事故。

6.2.5仔細計算首盤混凝土灌注量，確保首盤混凝土能夠封住導管口。

6.2.6下鋼筋籠應緩慢進行，防止刮碰孔壁，水下混凝土應一次灌注成樁。

6.2.7水下混凝土灌注樁施工必須按隱蔽工程要求做好施工記錄。

7.安全措施

7.1認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電負責人參加的安全生產管理網絡，執行安全生產責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產。

7.2施工現場按符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規定及安全施工要求進行布置，并完善布置各種安全標識。

7.3對成孔處及時增設警示標志。并用細鋼筋焊成三腳架，用紅白相間的油漆涂刷，扣在孔口上

7.4在旋挖鉆機旋轉區域設置警戒線，防止碰傷。

7.5旋挖鉆成孔的泥渣應及時清理、外運。

7.6吊放鋼筋籠時，鋼纜必須由專業人員系綁。

7.7氧氣瓶與乙炔瓶隔離存放，嚴格保證氧氣瓶不沾染油脂、乙炔發生器有防止回火的安全裝置。

7.8電纜線路應采用“三相五線”接線方式，電氣設備和電氣線路必須絕緣良好，場內架設的電力線路其懸掛高度和線間距除按安全規定要求進行外，將其布置在專用電桿上。

7.9室內配電柜、配電箱前要有絕緣墊，并安裝漏電保護裝置。

7.10建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業中的安全檢查，確保作業標準化、規范化。

8.環保措施

8.1成立對應的施工環境衛生管理機構，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規章制度，做好交通環境疏導，充分滿足便民要求，認真接受城市交通管理，隨時接受相關單位的監督檢查。

8.2將施工場地和作業限制在工程建設允許的范圍內，合理布置、規范圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。

8.3對施工中可能影響到的各種公共設施制定可靠的防止損壞和移位的實施措施，加強實施中的監測、應對和驗證。同時，將相關方案和要求向全體施工人員詳細交底。

8.4設立專用排漿溝、集漿坑，對廢漿、污水進行集中，認真做好無害化處理，從根本上防止施工廢漿亂流。

8.5定期清運棄渣，做好棄渣及其它工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，廢水除按環境衛生指標進行處理達標外，并按當地環保要求的指定地點排放。棄渣及其它工程廢棄物按工程建設指定的地點和方案進行合理堆放和處治。

8.6優先選用先進的環保機械。采取設立隔音墻、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允許值以下，同時盡可能避免夜間施工。

8.7對施工場地道路進行硬化，并在晴天經常對施工通行道路進行灑水，防止塵土飛揚，污染周圍環境。

9.效益分析

本工法中鉆孔技術核心是采用大扭矩旋挖鉆機。旋挖鉆機因其具有裝機功率大，輸出扭矩大，軸向壓力大，機動靈活、施工效率高、環保等特點，配合不同鉆具，適應我國大部分地區的地質條件，成為適合建筑基礎工程中成孔作業最理想的施工機械。在清徐太化的樁基施工中，通過積極想辦法，在克服了軟地基、地下水淺、有近十米液化土等不利的地質條件，采用了在地面換填山皮石、加長鋼護筒、控制合理的泥漿比重、合適的旋挖機鉆速等方法，使得在太化工地我們的施工旋挖鉆機樁基施工能一枝獨秀。今年從年初到現在，在清徐太化工地我們累計完成的樁基34726米（直徑一米），各種工程樁在試驗中全部合格。產值約880 萬元，受到了甲方和同行的好評

混凝土灌注樁施工現場記錄表

記錄人：                                                技術員：                                               監理：      

旋挖鉆機SR250R型技術參數