（泥漿護壁）旋挖成孔灌注樁的施工

趙長標

摘 要：文章扼要介紹了旋挖鉆機泥漿護壁成孔混凝土灌注樁施工。概述中簡明的歷史性比較闡明了旋挖成孔的原理，也寓意于傳統工藝與現代技術的結合方向。文中較大篇幅系結合工程實踐，對旋挖鉆成孔工藝特點做了介紹，特別是重點提出控制鉆斗升降速度，關注鉆斗與孔壁間水動力狀態，減少泥水對孔壁的豎向沖刷及粘附作用，從而確保成孔質量。文中結合現場實際，提出了部分參數參考值，有可借鑒之處。

關鍵詞：旋挖；灌注樁；施工

旋挖鉆成孔施工法，又稱鉆頭施工法或土鉆施工法。

現時采用的旋挖鉆成孔施工法，其成孔原理是在一個可閉合開啟的鉆斗的底部及側邊，鑲焊切削刀具，在伸縮鉆桿旋轉驅動下，旋轉切削挖掘土層，同時使切削挖掘下來的土渣進入鉆斗內，鉆斗裝滿后提出孔外卸土，如此循環形成樁孔。現時一般認為：該方法成孔施工具有低噪音、低振動、扭距大、成孔速度快、無泥漿循環等優點；缺點是在粘性較大的粘土、淤泥土層中施工，回轉阻力大，鉆進效率低，容易糊鉆。該施工法適用于填土、硬土、粉土、砂性土、砂卵礫石層、軟—中硬基巖等地層，樁孔沉渣少，孔壁泥皮薄，樁側摩阻力發揮好。

常用的旋挖鉆斗有圓錐底（鍋底）式、多刃切削式、抓巖式等。它又分為泥漿護壁成孔灌注和干作業成孔灌注兩類工藝。干作業成孔灌注工藝系采用套管跟進干式旋挖成孔，并邊拔套管邊灌注混凝土，施工工藝控制一般認為比較容易。相對而言，泥漿護壁旋挖成孔灌注工藝較復雜一些，筆者根據上海至西安國家高速公路江都至六合段儀征一標段工程現場施工經驗，特做總結分析如下，以期同行指正。

1 工程事例

儀征一標位于江蘇揚州儀征新集鎮，該標段長7.214Km。江六高速JL-YZ1標設計主線橋384.576m/3座，本合同段共有鉆孔樁7827米，其中1.5m鉆孔灌注樁38根1783延米、1.2m鉆孔灌注樁166根6044延米。本項目所經區域跨長江漫灘地貌單元和丘崗間坳溝地貌單元。境內地形西高東低，儀征境內丘陵山區為最高，由儀征龍河向東呈扇形逐漸傾斜。地面高程一般在4～8m左右，地勢平緩。位于儀征坳陷，界于江都隆起和寧鎮隆起之間，是一東西向延伸的斷坳。東部有茅山東側斷裂，該斷裂是區內陸地地震活動最活躍的地殼斷裂。沿線為沖積漫灘相～崗地地貌單元，地形相對平坦，河流兩岸局部稍有起伏，工程地質性質變化也較大。沿線巖土層分布自上而下可概括為：上部全新統松散層類、更新統粘性土和砂性土類、自堊系基巖。

典型地質柱狀圖描述如下

素填土：頂高程6.12，底高程5.52，層厚0.6m。宜采用中速鉆進，泥漿比重為1.1，粘度20Ps.s。

粉土：頂高程5.52，底高程3.12，層厚2.4m。宜采用低速輕壓慢轉鉆進，泥漿比重為1.1，粘度19Ps.s。

粉砂夾粉土：頂高程3.12，底高程0.12，層厚3.0m。宜采用低速輕壓慢轉鉆進，泥漿比重為1.1，粘度19Ps.s。

粉質粘土：頂高程0.12，底高程-9.68，層厚9.8m。宜采用高速增壓鉆進，泥漿比重為1.08，粘度18Ps.s。

粉質粘土：頂高程-9.68，底高程-20.38，層厚10.7m。宜采用高速增壓鉆進，泥漿比重為1.09，粘度18Ps.s。

卵礫質中粗砂：頂高程-20.38，底高程-27.58，層厚7.2m。宜采用低速輕壓慢轉鉆進，泥漿比重為1.09，粘度18Ps.s。

根據工期要求與地質情況，現場投入了XR220全液壓旋挖鉆機1臺。從現場使用效果看：設備易操作性突出、整機移動方便，施工進度快，旋挖成孔質量好，全部灌注樁均達到了A類樁標準。與同現場、同時施工的循環鉆機相比較：單樁總能耗低；無（需要做處理的）大量廢泥漿；特別是鉆進速度快。

2 施工工藝

全液壓旋挖鉆機整機自動化程度高，其水平、垂直度和鉆孔中心由指示燈控制，操作室配置鉆進深度指示儀。由于其工作效率高，施工過程自始至終，均應做好各方面協調配合，確保工藝流程的連續均衡。并應根據旋挖成孔的成孔原理及其工藝要點，抓好關鍵工藝過程控制。

2.1 旋挖成孔（泥漿護壁）灌注樁施工工藝流程（見下圖）

2.2 鉆斗升降速度

旋挖成孔與循環鉆孔的成孔原理明顯不同：循環鉆孔的成孔是依靠泥漿循環護壁，依靠泥漿攜帶渣土沉淀于地表而實現；而旋挖成孔則靠鉆斗挖裝巖土直接提升卸到地表，護壁采用穩定液（泥漿）或套筒（主要是干挖工藝采用）。穩定液（泥漿）護壁情況下，問題的要點在于鉆斗的升降運動會帶動漿水運動，從而沖刷與粘附作用于孔壁。從水動力學的角度而論，邊壁（水力學意義的，而非指孔壁）急劇變形發生邊界層分離，引起能量損失，且邊壁變形程度不可改變的情況下，即鉆斗大小、形狀無法可變，則控制鉆斗升降速度，是很自然的選擇。

鉆斗鉆進截面積A與鉆斗外側切削刀具回轉的截面積a之比例A/a，隨樁徑增大而增大，提升鉆斗時，泥漿在鉆斗與孔壁之間的流動速度加快，并產生壓力激動，易造成孔壁坍塌。因此需要根據不同樁徑控制鉆斗升降速度，且樁徑愈大愈應加強控制。

鉆斗截面積A與外切刀回轉面積a之比A/a

樁徑 0.8 1.0 1.2 1.5

A/a 2.56 3.44 4.28 5.52

鉆斗升降速度參考值

樁徑

（mm） 空鉆斗升降（m/s） 裝滿渣土鉆斗升降（m/s）

粘土 砂層 粘土 砂層

1200 1.0 0.8 0.65 0.5

1500 1.0 0.8 0.55 0.4

2.3 穩定液（泥漿）

旋挖成孔采用穩定液（泥漿）護壁工藝時，為保證孔壁穩定和孔底沉渣符合設計要求，需采用優質化學泥漿護壁。旋挖作業時，保持泥漿液面高度，以形成足夠的泥漿柱壓力，并隨時向孔內補充泥漿；而灌注混凝土時，宜適時做好泥漿回收，以再利用并防止造成環境污染。

本工程配漿材料及配比為：水：膨潤土：碳酸納=1：0.04：0.0002

配制程序為：水→膨潤土粉→碳酸納

性能：粘度18-22秒，比重10.5-11.5，含砂率<2%，PH=8-9

成孔后泥漿指標基本如下：

a）24小時后泥漿指標：

底部 比重：1.07 粘度：19

中部 比重：1.065 粘度：19

頂部 比重：1.06 粘度：19

b）泥漿流失量：終孔8小時泥漿面下降20-25厘米；終孔16小時泥漿面下降30-35厘米。

c）泥漿的粘著力：采用18米長螺紋鋼放入成孔泥漿中，24小時后取出未發現有粘著泥漿。

2.4 旋挖作業其他要點

盡可能根據地層正確選擇鉆斗類型結構，軟土層選擇楔形齒、小切削角、小刃角、齒寬稍大；硬土層則選用較大切削角、較窄的彎曲齒套；粘土層的齒間距宜大些，以免糊鉆。

鉆進硬層，回次進尺深度太小，斗內鉆渣太少時，可換用小直徑筒形齒狀鉆斗，先鉆一小孔，然后再用鉆斗擴孔鉆進。也可換用短螺旋鉆鉆進或松動硬巖土層，然后再下鉆斗撈渣。現場鉆進姜石層時，我們即采用短螺旋鉆鉆進又反轉回鉆，以減少對孔壁撓動，起松動作用。

鉆進砂礫石層，為保證孔壁穩定可事先向孔內投入適量粘土球；下入孔內的鉆斗，裝閉合閥板，以防提鉆時砂礫石從底部漏落。

2.5 清孔

旋挖鉆進至設計終孔標高后，將鉆斗留在原處繼續旋轉數圈，將孔底虛土盡量裝入斗內，起鉆后仍需在孔底虛土進行清理。下入鋼筋籠后，再測孔底沉渣是否超標，如超標則進行二次清孔。從工程實際看，一般成孔24小時后，沉渣厚度為25厘米左右。

3 現場管理

誠然，全液壓旋挖鉆機設備自動化水平高，但同樣離不開有效的現場管理。首先要重視施工的前期準備工作。特別是由于設備自重較大，總動力大，現場樁位的地基加固是一個重要的問題。其次，應重視現場的各項檢測與記錄，特別是地質層的判定與記錄。由于鉆進快，而各種資料是迅速調整其各工藝細節的當然依據。另外，鉆斗升降速度的嚴格管理，穩定液（泥漿）的管理，鋼筋籠及混凝土的作業管理都是現場管理的重點。

4 結語

通過泥漿護壁旋挖成孔灌注樁的施工實踐，筆者深有體會：

4.1 現時旋挖成孔法，不僅具有低噪音、低振動、扭矩大、成孔速度快、無泥漿循環等優點，硬土地質條件下，單樁總能耗也較小。由此，可推論其推廣前景極佳。

4.2 泥漿護壁旋挖成孔施工中，根據樁徑與地質層情況，控制鉆斗升降速度是成敗的關鍵。

4.3 旋挖鉆機作為現時性能突出的新設備，在使用時應做好相配套的現場管理，方可使其性能得到充分發揮。

4.4 旋挖成孔法，現時能再領風騷，可謂是傳統工藝與現代科技結合的典范，確有方法論意義。

本工程配漿材料及配比為：水：膨潤土：碳酸納=1：0.04：0.0002

配制程序為：水→膨潤土粉→碳酸納

性能：粘度18-22秒，比重10.5-11.5，含砂率<2%，PH=8-9

成孔后泥漿指標基本如下：

a）24小時后泥漿指標：

底部 比重：1.07 粘度：19

中部 比重：1.065 粘度：19

頂部 比重：1.06 粘度：19

b）泥漿流失量：終孔8小時泥漿面下降20-25厘米；終孔16小時泥漿面下降30-35厘米。

c）泥漿的粘著力：采用18米長螺紋鋼放入成孔泥漿中，24小時后取出未發現有粘著泥漿。

2.4 旋挖作業其他要點

盡可能根據地層正確選擇鉆斗類型結構，軟土層選擇楔形齒、小切削角、小刃角、齒寬稍大；硬土層則選用較大切削角、較窄的彎曲齒套；粘土層的齒間距宜大些，以免糊鉆。

鉆進硬層，回次進尺深度太小，斗內鉆渣太少時，可換用小直徑筒形齒狀鉆斗，先鉆一小孔，然后再用鉆斗擴孔鉆進。也可換用短螺旋鉆鉆進或松動硬巖土層，然后再下鉆斗撈渣。現場鉆進姜石層時，我們即采用短螺旋鉆鉆進又反轉回鉆，以減少對孔壁撓動，起松動作用。

鉆進砂礫石層，為保證孔壁穩定可事先向孔內投入適量粘土球；下入孔內的鉆斗，裝閉合閥板，以防提鉆時砂礫石從底部漏落。

2.5 清孔

旋挖鉆進至設計終孔標高后，將鉆斗留在原處繼續旋轉數圈，將孔底虛土盡量裝入斗內，起鉆后仍需在孔底虛土進行清理。下入鋼筋籠后，再測孔底沉渣是否超標，如超標則進行二次清孔。從工程實際看，一般成孔24小時后，沉渣厚度為25厘米左右。

3 現場管理

誠然，全液壓旋挖鉆機設備自動化水平高，但同樣離不開有效的現場管理。首先要重視施工的前期準備工作。特別是由于設備自重較大，總動力大，現場樁位的地基加固是一個重要的問題。其次，應重視現場的各項檢測與記錄，特別是地質層的判定與記錄。由于鉆進快，而各種資料是迅速調整其各工藝細節的當然依據。另外，鉆斗升降速度的嚴格管理，穩定液（泥漿）的管理，鋼筋籠及混凝土的作業管理都是現場管理的重點。

4 結語

通過泥漿護壁旋挖成孔灌注樁的施工實踐，筆者深有體會：

4.1 現時旋挖成孔法，不僅具有低噪音、低振動、扭矩大、成孔速度快、無泥漿循環等優點，硬土地質條件下，單樁總能耗也較小。由此，可推論其推廣前景極佳。

4.2 泥漿護壁旋挖成孔施工中，根據樁徑與地質層情況，控制鉆斗升降速度是成敗的關鍵。

4.3 旋挖鉆機作為現時性能突出的新設備，在使用時應做好相配套的現場管理，方可使其性能得到充分發揮。

4.4 旋挖成孔法，現時能再領風騷，可謂是傳統工藝與現代科技結合的典范，確有方法論意義。

本工程配漿材料及配比為：水：膨潤土：碳酸納=1：0.04：0.0002

配制程序為：水→膨潤土粉→碳酸納

性能：粘度18-22秒，比重10.5-11.5，含砂率<2%，PH=8-9

成孔后泥漿指標基本如下：

a）24小時后泥漿指標：

底部 比重：1.07 粘度：19

中部 比重：1.065 粘度：19

頂部 比重：1.06 粘度：19

b）泥漿流失量：終孔8小時泥漿面下降20-25厘米；終孔16小時泥漿面下降30-35厘米。

c）泥漿的粘著力：采用18米長螺紋鋼放入成孔泥漿中，24小時后取出未發現有粘著泥漿。

2.4 旋挖作業其他要點

盡可能根據地層正確選擇鉆斗類型結構，軟土層選擇楔形齒、小切削角、小刃角、齒寬稍大；硬土層則選用較大切削角、較窄的彎曲齒套；粘土層的齒間距宜大些，以免糊鉆。

鉆進硬層，回次進尺深度太小，斗內鉆渣太少時，可換用小直徑筒形齒狀鉆斗，先鉆一小孔，然后再用鉆斗擴孔鉆進。也可換用短螺旋鉆鉆進或松動硬巖土層，然后再下鉆斗撈渣。現場鉆進姜石層時，我們即采用短螺旋鉆鉆進又反轉回鉆，以減少對孔壁撓動，起松動作用。

鉆進砂礫石層，為保證孔壁穩定可事先向孔內投入適量粘土球；下入孔內的鉆斗，裝閉合閥板，以防提鉆時砂礫石從底部漏落。

2.5 清孔

旋挖鉆進至設計終孔標高后，將鉆斗留在原處繼續旋轉數圈，將孔底虛土盡量裝入斗內，起鉆后仍需在孔底虛土進行清理。下入鋼筋籠后，再測孔底沉渣是否超標，如超標則進行二次清孔。從工程實際看，一般成孔24小時后，沉渣厚度為25厘米左右。

3 現場管理

誠然，全液壓旋挖鉆機設備自動化水平高，但同樣離不開有效的現場管理。首先要重視施工的前期準備工作。特別是由于設備自重較大，總動力大，現場樁位的地基加固是一個重要的問題。其次，應重視現場的各項檢測與記錄，特別是地質層的判定與記錄。由于鉆進快，而各種資料是迅速調整其各工藝細節的當然依據。另外，鉆斗升降速度的嚴格管理，穩定液（泥漿）的管理，鋼筋籠及混凝土的作業管理都是現場管理的重點。

4 結語

通過泥漿護壁旋挖成孔灌注樁的施工實踐，筆者深有體會：

4.1 現時旋挖成孔法，不僅具有低噪音、低振動、扭矩大、成孔速度快、無泥漿循環等優點，硬土地質條件下，單樁總能耗也較小。由此，可推論其推廣前景極佳。

4.2 泥漿護壁旋挖成孔施工中，根據樁徑與地質層情況，控制鉆斗升降速度是成敗的關鍵。

4.3 旋挖鉆機作為現時性能突出的新設備，在使用時應做好相配套的現場管理，方可使其性能得到充分發揮。

4.4 旋挖成孔法，現時能再領風騷，可謂是傳統工藝與現代科技結合的典范，確有方法論意義。