旋挖鉆孔灌注樁施工工法

        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。吊放鋼筋籠、灌注砼、后壓漿等同其他水下鉆孔灌注樁工藝。
此方法自動化程度和鉆進效率高，鉆頭可快速穿過各種復雜地層，在樁基施工特別是城市樁基施工中具有非常廣闊的前景。
1 旋挖鉆孔樁的施工特點
1.1可在水位較高、卵石較大等用正、反循環及長螺旋鉆無法施工的地層中施工。
1.2自動化程度高、成孔速度快、質量高。
該鉆機為全液壓驅動，電腦控制，能精確定位鉆孔、自動校正鉆孔垂直度和自動量測鉆孔深度，最大限度地保證鉆孔質量。其工效是循環鉆機的20倍，最重要的是，工程的質量和進度得到了充分的保證。目前在我國的公路、鐵路、橋梁和大型的建筑物的基礎樁施工中均有采用。
1.3伸縮鉆桿不僅向鉆頭傳遞回轉力矩和軸向壓力，而且利用本身的伸縮性實現鉆頭的快速升降，快速卸土，以縮短鉆孔輔助作業的時間，提高鉆進效率。
1.4環保特點突出，施工現場干凈。
這是由于旋挖鉆機通過鉆頭旋挖取土，再通過凱式伸縮鉆桿將鉆頭提出孔內再卸土。旋挖鉆機使用泥漿僅僅用來護壁，而不用于排碴，成孔所用泥漿基本上等于孔的體積，且泥漿經過沉淀和除砂還可以多次反復使用。目前很多城市在施工中的排污費用明顯提高，使用旋挖鉆機可以有效降低排污費用，并提高文明施工的水平。
1.5履帶底盤承載，接地壓力小，適合于各種工況，在施工場地內行走移位方便，機機動靈活，對樁孔的定位非常準確、方便。
1.6旋挖鉆機的地層適應能力強旋挖鉆機可以適用于淤泥質土、粘土、砂土、卵石層等地層。
1.7在孔壁上形成較明顯的螺旋線。
有助于提高樁的的摩阻力。
1.8吊放鋼筋籠、灌注砼等施工場地較其他工藝容易布置。
1.9自帶柴油動力，緩解施工現場電力不足的矛盾，并排除了動力電纜造成的安全隱患
2 適用范圍
旋挖鉆機一般適用粘土、粉土、砂土、淤泥質土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層，借鉆具自重和鉆機加壓力，耙齒切入土層，在回轉力矩的作用下鉆斗同時回轉配合不同鉆具，適應于干式（短螺旋）、濕式（回轉斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業。根據不同的地質條件選用不同的鉆桿、鉆頭及合理的斗齒刃角。對于具有大扭矩動力頭和自動內鎖式伸縮鉆桿的鉆機，可以適應微風化巖層的施工。目前，旋挖鉆機的最大鉆孔直徑為3m，最大鉆孔深度達120m，（主要集中在40m以內），最大鉆孔扭矩620kNm。
3 工藝原理
主要是其成孔工藝與其它樁基不同，旋挖鉆機的鉆進工藝旋挖鉆機采用靜態泥漿護壁鉆斗取土的工藝（當然也有干土直接取土工藝，視工地現場地層條件而定），是一種無沖洗介質循環的鉆進方法，但鉆進時為保護孔壁穩定，孔內要注滿優質泥漿（穩定液）。
旋挖鉆機工作時能原地作整體回轉運動。旋挖鉆機鉆孔取土時，依靠鉆桿和鉆頭自重切入土層，斜向斗齒在鉆斗回轉時切下土塊向斗內推進而完成鉆取土；遇硬土時，自重力不足以使斗齒切入土層，此時可通過加壓油缸對鉆桿加壓，強行將斗齒切入土中，完成鉆孔取土。鉆斗內裝滿土后，由起重機提升鉆桿及鉆斗至地面，拉動鉆斗上的開關即打開底門，鉆斗內的土依靠自重作用自動排出。鉆桿向下放關好斗門，再回轉到孔內進行下一斗的挖掘。
旋挖鉆機行走機動、靈活，終孔后能快速的移位或至下一樁位施工。
鋼筋籠加工制作、吊放，后壓漿工藝同其它樁基施工。
4 工藝流程及操作要點
4.1施工工藝流程

4.2施工要點
4.2.1泥漿的配比與制備
4.2.1.1泥漿的配比
泥漿配比中所用材料作用：
水：穩定液的主要成份；粘土、膨潤土：穩定液的主要材料；工業用堿：調節泥漿PH值；重晶石：增加相對密度；CMC：增加粘性，增加泥皮強度；滲水防止劑：防止滲水。
①粘土用量：配制1m3泥漿按泥漿比重要求，所需粘土重量q（kg）為

式中 —粘土的比重；
—泥漿的比重；
—水的比重。
②配漿水用量：配制1m3泥漿所需水用量V（L）
    
③加重劑用量：配制加重泥漿時，加重劑的重量W（kg）為：

式中 —加重劑比重；
—加重泥漿比重；
—原漿的比重。
④降底泥漿比重所需含水量X（m2）

式中 —原漿體積；
—原漿比重；
—加水稀釋后的泥漿比重；
—水的比重。
4.2.1.2泥漿制備
現場設泥漿池（含回漿用沉淀池及泥漿儲備池）一般為鉆孔容積的1. 5～2. 0倍，要有較好的防滲能力。在沉淀池的旁邊設置渣土區，沉渣采用反鏟清理后放在渣土區，保證泥漿的巡回空間和存儲空間。
制務泥漿的的設備有兩種，一是用泥漿攪拌機，一是有用水力攪拌器。使用粘土粉造漿時最好用水力攪拌器；使用膨潤土造漿時用泥漿攪拌機。
護壁泥漿再生處理：
施工中采用重力沉降除渣法，即利用泥漿與土渣的相對密度差使土渣產生沉淀以排除土渣的方法。現場設置回收泥漿池用作回收護壁泥漿使用，泥漿經沉淀凈化后，輸送到儲漿池中，在儲漿池中進一步處理（加入適量純堿和CMC改善泥漿性能）經測試合格后重復使用。
4.2.2埋設護筒
樁基定位后，根據樁定位點拉十字線釘放四個控制樁，以四個控制樁為基準埋設鋼護筒，為了保護孔口防止坍塌，形成孔內水頭和定位導向，護筒的埋設是旋挖作業中的關鍵。護筒選用10mm厚鋼板卷制而成，護筒內徑為設計樁徑+20cm，高度2.0m，上部開設2個溢漿孔，護筒埋設時，由人工、機械配合完成，主要利用鉆機旋挖斗將其靜力壓入土中，其頂端應高出地面20cm，并保持水平，埋設深度1.8 m，護筒中心與樁位中心的偏差不得大于50mm。護筒埋設要保持垂直，傾斜率應小于1.5％。
4.2.3鉆孔定位
在樁位復核正確，護筒埋設符合要求，護筒、地坪標高已測定的基礎上，鉆機才能就位；樁機定位要準確、水平、垂直、穩固,鉆機導桿中心線、回旋盤中心線、護筒中心線應保持在同一直線。旋挖鉆機就位后，利用自動控制系統調整其垂直度，鉆機安放定位時，要機座平整，機塔垂直，轉盤（鉆頭）中心與護筒十字線中心對正，注入穩定液后，進行鉆孔。
4.2.4鉆進成孔
成孔前必須檢查鉆頭保徑裝置，鉆頭直徑、鉆頭磨損情況，施工過程對鉆頭磨損超標的及時更換；根據土層情況正確選擇鉆斗底部切削齒的形狀、規格和角度；根據護筒標高、樁頂設計標高及樁長，計算出樁底標高，以便鉆孔時加以控制。
成孔中，按試樁施工確定的參數進行施工，設專職記錄員記錄成孔過程的各種參數，如加鉆桿、鉆進深度、地質特征、機械設備損壞、障礙物等情況。記錄必須認真、及時、準確、清晰。
鉆孔過程中根據地質情況控制進尺速度：由硬地層鉆到軟地層時，可適當加快鉆進速度；當軟地層變為硬地層時，要減速慢進；在易縮徑的地層中，應適當增加掃孔次數，防止縮徑；對硬塑層采用快轉速鉆進,以提高鉆進效率；砂層則采用慢轉速慢鉆進并適當增加泥漿比重和粘度。
鉆機就位時，必須保持平整、穩固，不發生傾斜。為準確控制孔深，應備有校核后百米鋼絲測繩，并觀測自動深度記錄儀，以便在施工中進行觀測、記錄。鉆進過程中經常檢查鉆桿垂度，確保孔壁垂直。鉆進過程中必須控制鉆頭在孔內的升降速度，防止因漿液對孔壁的沖刷及負壓而導致孔壁塌方。鉆進成孔過程中，根據地層、孔深變化，合理選擇鉆進參數，及時調制泥漿，保證成孔質量。在進入沙層和卵石層時，應適當減慢進尺速度，提高泥漿的稠度，減小每個鉆進回次的進尺量，保證孔壁穩定。鉆進施工時，利用正鏟及時將鉆渣清運，保證場地干凈整潔，利于下一步施工。鉆進達到要求孔深停鉆后，注意保持孔內泥漿的漿面高程，確保孔壁的穩定。
孔底沉淤控制。旋挖鉆斗的切削、提升上屑的機理與常見回轉鉆進的正、反循環成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通過鉆斗把孔底原狀土切削成條狀載入鉆斗提升出土，后者是通過鉆頭把孔底原狀土打碎由泥漿循環帶出土面。前者底部面緩，鉆至設計標高對土的擾動很小，沒有聚淤漏斗，所以要加強穩定液的管理，控制固相含量，提高粘度，防止快速沉淀，還要控制終孔前兩鉆斗的旋挖量。成孔深度達到設計要求后，應盡快進行鉆機移位、終孔驗收工作；從清孔停止至混凝土開始澆灌，應控制在1.5-3h，一般不得超過4h，否則應重新清孔。
4.2.5鋼筋籠制作、吊放
旋挖鉆機的一個顯著優點就是成孔快，且成孔后孔底沉渣很少。所以只要在鋼筋籠制作、安裝上采取合理措施，避免安裝時鋼筋籠刮傷孔壁，就可以大大地降低沉渣厚度，有效防止塌孔的發生。
4.2.5.1鋼材規格、材質、焊條型號符合設計和規范要求，進料要有材質單、合格證。
4.2.5.2鋼筋連接采用剝肋直螺紋連接，為了保證接頭套絲質量，鋼筋采用剪切機下料，剝肋滾壓直螺紋機加工絲頭，使用螺紋環規進行檢測，用力矩扳手擰緊。接頭質量、性能符合Ⅰ級接頭的性能要求，制作好的絲頭要用鋼筋保護帽進行保護，防止螺紋被碰傷或被污物污染。
4.2.5.3鋼筋籠制作允許偏差：
主筋間距±10mm，箍筋間距±20mm，直徑±10mm，長度±100mm。
4.2.5.4主筋保護層50mm，用鋼筋耳控制，允許偏差±20mm，要確保鋼筋籠居于鉆孔中間；沿鋼筋籠每隔2m放置一組，每組設置4個，按90°均勻安放，既可避免籠體碰撞孔壁，又可保證混凝土保護層均勻及鋼筋籠在樁體內的位置正確。
4.2.5.5鋼筋籠存放、運輸、吊裝時，要謹防變形。
4.2.5.6通長鋼筋籠采用一次吊放。鋼筋籠起吊及運輸過程中用一臺履帶吊和一臺汽車吊六點起吊法起吊，應保證整體、平直起吊。鋼筋籠扶直過程中使用兩臺吊車，籠子吊離地面后，利用重心偏移原理，通過起吊鋼絲繩在吊車鉤上的滑運并稍加人力控制，實現扶直，起吊轉化為垂直起吊，以便入孔。用吊車吊放，入孔時應輕放慢放，人孔不得強行左右旋轉，嚴禁高起猛落、碰撞和強壓下放。鋼筋籠安裝完畢以后，必須立即固定；籠子到位（孔底）時要復核籠頂標高。
4.2. 6 安裝導管
安放前認真檢查導管，保證它有良好的密封性。試驗水壓為 1Mpa，不漏水的導管方可使用。導管要定期進行水密性試驗，下導管前要檢查是否漏氣、漏水和變形，是否安放了“O”形密封圈并涂抹潤滑油等。
利用吊車將導管放入，導管直徑、長度應與孔深配套（距孔底0.5m左右）；全部下入孔內后，應放到孔底，以便核對導管長度及孔深，然后提起30～50cm，進行二次清孔。初灌量應保證混凝土擴散后，導管埋入深度不小于0.8m，為防止混凝土與穩定液混合，在灌注混凝土前，用充氣球膽浮于管內。下放導管時，絲扣要對正、扭緊，不得碰撞鋼筋籠，導管直徑300 mm，標準節長3 m，調整長度0.5m、1.5m、2.0m各一節。 
4.2.7水下澆注混凝土
水下混凝土澆筑是最后一道關鍵性的工序，施工質量將嚴重影響灌注樁的質量，所以在施工中必須注意。
4.2.7.1灌注前首先檢查漏斗、測試儀器、量具、隔水塞等各項器械的完好情況。
4.2.7.2采用商品砼，強度等級為C40，粗骨料最大粒徑不得大于25mm，坍落度200±20mm，擴散度為34cm～45cm。
4.2.7.3導管埋深：要保持在2-6m，嚴禁導管提出砼面，設專職人員測量導管內外砼高差，確保灌注連續并填寫水下砼灌注記錄。
4.2.7.4在確認初存量備足后，即可開始灌注，借助砼重量排除導管內的泥漿，首次澆灌時，初灌量應將導管底端能一次埋入0.8～1.2m并且導管內存留的混凝土高度，足以抵制鉆孔內的泥漿侵入導管。
4.2.7.5在實際澆灌混凝土過程中，經常檢查導管埋置深度。要連續澆灌混凝土，不得中斷，導管埋置深度最小不得小于2m，最大不得大于8m，超過8m容易造成鋼筋籠上浮，堵管、埋管、掛鋼筋籠等現象發生，造成質量事故；起撥導管時，應先測量混凝土面高度，根據導管埋深，確定撥管節數；要勤檢查，均勻撥管，保持埋深在2～6m。
混凝土灌注必須連續進行，中間不得間斷。拆除后的導管放入架于中并及時清洗干凈；混凝土升到鋼筋籠下端時，為防止鋼筋籠被混凝土頂托上升，應采取以下措施：在孔口吊筋固定鋼筋籠上端；灌注混凝土的時間盡量加快，以防砼進入鋼筋籠時其流動性減小；當孔內混凝土接近鋼筋籠時，應保持埋管較深，并放慢灌注進度；孔內混凝土面進入鋼筋籠l～2m后，應適當提升導管，減小導管埋置深度，增大鋼筋籠在下層混凝土中的埋置深度；在灌注將近結束時，由于導管內混凝土柱高度減小，壓力差降低，而導管外的泥漿及所含渣土的稠度和比重增大，如出現混凝土上升困難時，可在孔內加水稀釋泥漿，用泥漿泵抽出部分沉淀物，使灌注工作順利進行。
混凝土灌注過程中，應始終保持導管位置居中，提升導管時應有專人指揮掌握，不使鋼筋骨架傾斜、位移，如發現骨架上升時，應立即停止提升導管，使導管降落，并輕輕搖動使之與骨架脫開；混凝土灌注到樁孔上部6.0m以內時，可不再提升導管，直到灌注至設計標高后一次拔出。灌注至樁頂設計標高后必須多灌一倍樁徑長度，以保證鑿去浮漿后樁頂混凝土的強度。
4.2.7.6混凝土澆筑應做混凝土強度試塊，每根樁留設一組標養試塊，試塊應養護好，達到一定強度后立即拆模送往養護室標準養護；混凝土施工完畢后，及時收集混凝土出廠合格證、混凝土強度報告。
4.2.7.7斷樁的預防措施
首先混凝土配比嚴格按照有關水下混凝土的規范要求配制，并經常測試坍落度，防治導管堵塞；鋼筋籠主筋要焊平，以免提升導管時，掛住鋼筋籠；提拔導管時要經過測算，防止導管脫離混凝土面；澆筑混凝土前應使用經過檢漏和耐壓試驗的導管；澆筑混凝土要連續澆筑，供應混凝土不得中斷時間過長。
4.2.8后壓漿的施工
后壓漿是灌注樁的輔助施工方法。固化樁端沉渣和樁側泥皮；對樁周土有滲入膠結作用；對樁端有擴底、擴徑作用，能顯著提高單樁承載力特征值。
設計要求樁側壓漿管兩根，樁端壓漿管一根，正三角形設置，一根在樁端1/ 3 處，一根在樁端2/ 3 處，一根在樁端，三處鋼管下端用塑料管繞鋼筋一圈，管上按間距4cm 設置出漿口，為防止混凝土將其口堵死，下籠前應在塑料管外包裹一保護層。成樁后48h 開始壓漿，先壓深管，注漿完后6h 再將剩余漿壓入淺管。
壓漿要求。壓漿所用材料必須過篩，為保證漿液均勻，漿液攪拌時間不少于5min。注漿前先注入清水，將壓漿管開通，再灌砂漿，壓力應控制在1. 2MPa內。單樁壓漿量設計值需要通過現場實驗驗證，如果通過幾根樁的試壓均達不到設計值，其設計壓漿量根據試壓值調整。壓漿控制標準是將規定的壓漿量全部壓進，可通過一次壓漿或二次壓漿達到進漿量的目的。就是說第一次壓漿如果壓力達到1. 2MPa 而壓漿量達不到規定停止壓漿，停12h 后進行第二壓漿；如果達到規定要求，則停止壓漿；如果仍達不到規定，則壓力達到1. 2MPa 時即可終止壓漿。 
5 主要材料
膨潤土、火咸、纖維素、鋼筋、焊條、商品混凝土、柴油、潤滑油、液壓油、鋼絲繩等。
6 主要機具設備
山東利達旋挖鉆機兩臺；磨阻式五節鉆桿（5節×14.5米），有效鉆深70米，兩根；吊車、電焊機、泥漿泵(排污) 、砂石泵(清孔) 、攪漿桶、壓漿泵、混凝土輸送泵、鏟車(泥渣外運) 、運漿車(泥漿外運) 、導管、擴筒等。
7 勞動組織及安全
7.1勞動力組織
機手1名/機 臺班：旋挖機的操作、維護；
小工6名/機 臺班：泥漿制作、灌注砼、吊放鋼筋籠；
電焊工1名/機：維修旋挖鉆斗；
機管員1名/機：旋挖機的是常維護，零部件的采購；
鋼筋工：加工制作鋼筋籠；
注漿工：后壓漿施工。
7.2安全注意事項
7.2.1地面條件。由于旋挖機的自重大，應平整場地，清除雜物，換除軟土或鋪墊鋼板，鉆機履帶不宜直接置于不堅實填土上，以防不均勻沉降。
7.2.2鉆機施工現場的地上、地下管線，包括市政、自來水、天然氣管道、電力、電訊等部門的各種地下管線應及時弄清并排除。
7.2.3鉆機施工場地坡度不應大于2。，地耐力不小于100kPa，若是地面松軟，要平整壓實或墊枕木、墊板，確保場地堅實，場地內要有較好的排水條件。鉆機5m風無高壓線，泥漿池、樁孔等作業區要有明顯標志及護欄，夜間施工要有足夠的照明。
7.2.4卷揚機的鋼絲繩應排列整齊，不得擠壓，啟動后應仔細檢查液壓系統、油管接頭是否漏油，有無異常，當確認無誤后方可正式作業。
7.2.5如遇大雨、雪、霧和六級以上大風等惡劣氣候，應停止作業。風力超過七級或有強臺風警報時，應將鉆機順風向停置，并將立柱下降至地面，動力頭降至最底點，雷電天氣，人員要遠離鉆機。
7.2.6保持孔內水頭壓力，維持孔壁穩定，防止埋鉆事故發生。
8 質量要求
本工法必須遵照執行下列標準、規范：
《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）；
《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（GB50202-2002）；
《鋼筋焊接及驗收規程》(JGJ18-2003、J253-2003)；
《建筑樁基技術規范》(JGJ94-94)；
《建筑樁基檢測技術規范》(JGJ106-2003)；
《鋼筋機械連接通用技術規程》JGJ107-2003。
9 效益分析
旋挖成孔灌注樁的施工方法具有施工質量可靠、成孔速度快、成孔率高、適應性強大大縮短了工期，廢漿少、低噪音、污染小保護了環境，克服了機械成孔時孔底沉淤土多，樁側摩阻力低，泥漿管理差的缺點，極大地提高了施工質量。盡管一次投入費用較大，但成孔費用消耗等經濟技術指標比其他方法成孔費用低，是一種理想的施工工藝，同其它工藝相比綜合考慮是降低了成本。從目前看該工藝有著相當可觀的經濟效益和社會效益。
山東利達旋挖鉆機生產廠家歡迎與您合作！