旋挖鉆孔灌注樁特性及施工工藝

王 成 全

(山西呂梁路橋有限公司，山西 呂梁 033000)

旋挖鉆孔灌注樁特性及施工工藝

王 成 全

(山西呂梁路橋有限公司，山西 呂梁 033000)

論述了旋挖鉆孔灌注樁的技術(shù)特性，從土層性質(zhì)、運(yùn)行成本、工程量等方面，分析了旋挖樁在工程應(yīng)用中的局限性，并以濕作業(yè)旋挖成孔為例，介紹了旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝，為類似工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

旋挖樁，鉆孔灌注樁，泥漿，鋼筋籠

0 引言

樁基礎(chǔ)具有穩(wěn)定性好、承載力高、沉降量小的優(yōu)點(diǎn)。在各類建筑工程中得到廣泛應(yīng)用，特別是在高速公路建設(shè)和高層建筑中，樁基礎(chǔ)應(yīng)用十分廣泛。在目前樁基施工中，鉆孔灌注樁已占據(jù)重要地位。

在高速公路建設(shè)中，在一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害危險性較大的區(qū)域，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)被廣泛采用，成樁后常見的質(zhì)量事故也越來越多，例如樁身松散、裂縫、斷樁、夾泥等。樁基礎(chǔ)的作用是負(fù)責(zé)把荷載轉(zhuǎn)給持力層，其施工進(jìn)展的快慢直接關(guān)系到整個施工進(jìn)展。要確保成孔質(zhì)量和施工進(jìn)度，合理審慎選擇成孔設(shè)備就尤為重要。

旋挖樁是鉆孔灌注樁的一種。該技術(shù)具有廣泛的適用性，可在傳統(tǒng)技術(shù)難以鉆進(jìn)的地層中進(jìn)行有效使用。使用的旋挖鉆進(jìn)工藝最顯著的特性是成孔速度快,是當(dāng)今灌注樁成孔技術(shù)的最先進(jìn)水平。與傳統(tǒng)的沖擊打孔技術(shù)相比，旋挖樁施工中的噪聲非常低，產(chǎn)生的泥漿污染少，被譽(yù)為“綠色施工工藝”。在我國進(jìn)行旋挖樁施工技術(shù)的推廣和應(yīng)用，具有很好的發(fā)展前景。

1 概述

自20世紀(jì)80年代開始，鉆孔灌注樁在我國的高層建筑、地鐵站、公路及鐵路橋梁等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，使用的成孔技術(shù)和設(shè)備也在不斷的改進(jìn)。其中，旋挖鉆機(jī)是從國外引進(jìn)的一種先進(jìn)成孔技術(shù)，比我國常用的傳統(tǒng)成孔技術(shù)具有極大的改進(jìn)，代表了目前鉆孔灌注樁成孔技術(shù)的先進(jìn)水平。

旋挖鉆孔灌注樁，指由旋挖鉆機(jī)施工成樁的樁型，通過鉆斗不斷的旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，全自動化進(jìn)行挖土、提升、卸土等流程的反復(fù)循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)孔深而成孔。在工程上簡稱旋挖樁。

旋挖樁的施工原理。通過伸縮式鉆桿的自重和固定于桅架上的油缸液壓壓力的作用，利用鉆桿和鉆斗的旋轉(zhuǎn)，通過動力頭旋轉(zhuǎn)切削土體使土屑裝滿鉆斗后提升鉆斗出土，自動調(diào)節(jié)鉆桿垂直度和計(jì)量鉆進(jìn)深度，反復(fù)循環(huán)直至成孔。

旋挖樁具有適應(yīng)性較強(qiáng)，能夠在不同的地質(zhì)條件下進(jìn)行施工：

1)將旋挖鉆進(jìn)工藝應(yīng)用于粘土層、砂層、淤泥質(zhì)等地層，具有顯著的成孔速度和質(zhì)量。2)將旋挖鉆進(jìn)工藝應(yīng)用于砂巖、灰?guī)r及花崗巖等地層，比傳統(tǒng)的成孔方式快1倍以上。在單軸抗壓強(qiáng)度為30 MPa以下的硬巖中進(jìn)行鉆進(jìn)施工，其成孔速度也較為理想。3)在軟弱地層中應(yīng)用旋挖鉆進(jìn)工藝，其成孔速度也較快。其中，使用套管跟管鉆進(jìn)或鋼筒護(hù)壁法可有效預(yù)防和處理鉆進(jìn)中的坍孔難題。

2 旋挖樁施工應(yīng)用的特性和局限性

近年來，在我國樁基礎(chǔ)施工中，特別是大型的場館建設(shè)和公路鐵路工程中，旋挖樁的應(yīng)用較多。如在我國奧運(yùn)會場館修建、北京地鐵修建、青藏鐵路建設(shè)等工程中，該技術(shù)起到了重要的作用。在我省(山西)，旋挖樁的應(yīng)用還不多，可供參考的施工經(jīng)驗(yàn)較少。我省(山西)的地質(zhì)條件復(fù)雜，進(jìn)行旋挖樁技術(shù)的推廣和應(yīng)用，具有極大的發(fā)展前景。

2.1 旋挖樁技術(shù)特性

1)廣泛的適應(yīng)性。根據(jù)不同的地質(zhì)條件，配備不同鉆頭，即可應(yīng)用于不同的地質(zhì)條件，地域限制對樁基施工的影響降至最低，特別是在粘性土層的樁基施工中效益顯著。2)成孔速度快。旋挖鉆機(jī)的成孔速度最快能夠達(dá)到1 m/min，可有效確保工程進(jìn)度，節(jié)省工期，減少施工投入。大量的工程表明，將不同的成孔方式應(yīng)用于相同地層中的鉆進(jìn)，使用的旋挖鉆進(jìn)工藝成孔速度最快，這對有效縮短工期是非常有利的。3)安全、環(huán)保特點(diǎn)突出。旋挖樁施工中的設(shè)備自動化程度高，人員配備簡單，這對減少工地意外事故的發(fā)生是非常有利的。采用旋挖樁基施工，泥漿大大減少，噪聲污染比傳統(tǒng)沖擊鉆孔技術(shù)降低60%，極大的改善施工環(huán)境。4)成孔質(zhì)量高，樁體承載力高。旋挖鉆機(jī)采用內(nèi)伸縮全導(dǎo)桿鉆進(jìn)，能有效確保樁的垂直度，且樁徑誤差小，孔底殘?jiān)。@著提高樁體承載力。鉆進(jìn)過程中，鉆頭進(jìn)行多次掃孔，可有效避免出現(xiàn)縮孔問題。5)成孔施工的自動化程度高。在成孔施工中，旋挖鉆機(jī)的一體化和自動化程度很高，在場地內(nèi)進(jìn)行移動、立桅桿對孔位等都十分的方便。需要轉(zhuǎn)場施工時，鉆機(jī)的拆卸和安裝都無需輔助設(shè)施，在地形復(fù)雜的工地內(nèi)可自行移動，具有很強(qiáng)的機(jī)動性性能。

2.2 應(yīng)用的局限性

應(yīng)用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基施工，具有顯著的成孔速度和成孔質(zhì)量。但在工程中的應(yīng)用卻有著顯著的局限性，這一切都制約著該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

1)施工土層制約。在我國大量的工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，將旋挖鉆機(jī)應(yīng)用于硬巖層以及較致密的卵礫石、孤石層時，出現(xiàn)孔內(nèi)事故和機(jī)械事故的情況較多，難以體現(xiàn)出其鉆進(jìn)速度快的優(yōu)勢。2)整機(jī)價格昂貴。目前，無論是國產(chǎn)還是進(jìn)口的旋挖鉆機(jī)，其整機(jī)價格大約在400萬元～600萬元以上。這對于一些樁基施工企業(yè)來說，還是比較昂貴的。3)運(yùn)行成本較高。旋挖鉆機(jī)的價格昂貴。同時，其進(jìn)行全負(fù)荷的正常工作，超過大約為6 300 h的壽命后，進(jìn)行部件更換和修理的成本也不低。這一切都會造成采用旋挖鉆機(jī)施工的成本高，使得進(jìn)行樁基施工的成本大大增加。4)工程量制約。旋挖鉆機(jī)施工適合工程量大，場地開闊、平整的單項(xiàng)建設(shè)工程，才能較好地發(fā)揮其優(yōu)勢。

3 施工工藝

在本文中，以濕作業(yè)旋挖成孔為例，介紹旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝。

1)測量定位。對建設(shè)單位提供的測量控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核后，進(jìn)行各樁位中心點(diǎn)定位。在定位后的中心點(diǎn)埋設(shè)鋼護(hù)筒并固定，以雙向十字線控制樁中心，見圖1。在開鉆前，必須進(jìn)行鉆頭中心是否與樁位中心重合的校核。在鉆進(jìn)過程中，定期對鉆具位置、垂直度等進(jìn)行檢測，以確定成孔質(zhì)量。

2)護(hù)筒埋設(shè)。在旋挖樁施工中，護(hù)筒的作用在于定位、保護(hù)孔口和維持水位高差等效果，見圖2。選擇采用打埋和挖埋等方法合理設(shè)置較多。當(dāng)采用挖埋方式時，護(hù)筒與坑壁之間須使用粘土填實(shí)，應(yīng)進(jìn)行標(biāo)識牌豎立或彩帶圈圍。

3)泥漿制備。使用膨潤土制成的泥漿進(jìn)行護(hù)壁，通過泥漿與地下水之間的壓力差來有效提高孔壁的穩(wěn)定性。泥漿護(hù)壁在鉆進(jìn)施工起預(yù)防坍孔作用的同時，還具有穩(wěn)定孔內(nèi)水位及便于挾帶鉆碴的效果。

在制備的護(hù)壁泥漿中，泥漿比重是確保護(hù)壁效果的關(guān)鍵。當(dāng)其中的泥漿含量過小時，就難以起到護(hù)壁的效果。當(dāng)其中的泥漿含量過大時，則容易堵塞泥漿泵，嚴(yán)重的會影響到混凝土的置換。在施工設(shè)計(jì)中，為確保成孔質(zhì)量，應(yīng)綜合考慮施工條件，合理選擇泥漿比重，也可參照表1。

表1 泥漿指標(biāo)表

4)鉆孔(見圖3)。在鉆孔過程中，要根據(jù)土層情況合理調(diào)節(jié)泥漿的比重、粘度。針對不同地層情況，選擇合適的鉆頭，控制鉆進(jìn)速度。通過在鉆桿上設(shè)置導(dǎo)向環(huán)，保證鉆孔的垂直度。

5)清孔。成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時，進(jìn)行泥漿指標(biāo)測試，對發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)應(yīng)及時調(diào)整，然后進(jìn)行第一次清孔，清孔必須徹底。

將鉆頭放入孔底進(jìn)行掃孔，將其中的沉渣撈除。第一次清孔結(jié)束后，進(jìn)行孔深測量，將其作為第二次清孔后進(jìn)行沉淤測量的依據(jù)。

將導(dǎo)管吊放完成后，用標(biāo)準(zhǔn)測錘測沉淤值，測試進(jìn)、出口泥漿

指標(biāo)后，利用水泵或加氣的方法進(jìn)行第二次清孔，孔底沉渣一般控制在不大于15 cm范圍內(nèi)。

6)制作鋼筋籠并安裝。嚴(yán)格按要求進(jìn)行鋼筋加工和鋼筋籠焊接(見圖4)，確保各搭接位置焊接的牢固。

在鋼筋籠安裝過程中，要采取合理措施，以免刮傷孔壁，使得孔底沉渣厚度增加。

在鋼筋籠起吊過程中，為確?；\軸線重合，采取三點(diǎn)起吊法是一種非常有效的方式。鋼筋籠入孔時，先對準(zhǔn)孔位后，慢慢下放。在下放過程中，應(yīng)采取有效措施確保鋼筋籠的垂直和穩(wěn)定，不得出現(xiàn)大幅晃動，以避免對孔壁造成碰撞，要絕對禁止強(qiáng)行沖擊下放。當(dāng)下放遇阻后應(yīng)查明原因并處理。

7)吊放導(dǎo)管。在下放前，采用水密性試驗(yàn)對導(dǎo)管進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)是否存在著漏氣、漏水和變形等影響嚴(yán)密性的情況，經(jīng)檢驗(yàn)無誤后方可進(jìn)行下放。先將導(dǎo)管下放至孔底，再對比下放的導(dǎo)管長度和孔深并校核無誤后，將導(dǎo)管提起30 cm～50 cm，進(jìn)行第二次清孔。

8)混凝土澆筑。該工序是確保成樁質(zhì)量的關(guān)鍵，直接決定灌注樁的施工質(zhì)量。在灌注前，必須進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，拌和均勻的混凝土坍落度應(yīng)控制在180 mm～220 mm。在灌注過程中，須連續(xù)進(jìn)行混凝土的澆筑。應(yīng)設(shè)定專人進(jìn)行混凝土面上升監(jiān)控，實(shí)時進(jìn)行記錄。澆筑完成后，為確保樁身質(zhì)量，樁頭頂面應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高50 cm～100 cm。

4 結(jié)語

旋挖樁具有的高效能、高質(zhì)量、高智能、低污染等特點(diǎn)，使得其被譽(yù)為“綠色施工工藝”。我國正處于基礎(chǔ)設(shè)施大發(fā)展時期，隨著公路和鐵路建設(shè)向中西部地區(qū)推進(jìn)，該地區(qū)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，旋挖樁良好的適應(yīng)性將會得到極大的體現(xiàn)。

隨著我省(山西)大規(guī)模的城市建設(shè)，隨著文明施工、環(huán)境保護(hù)、城市綜合治理等對工程的新要求，旋挖樁施工工藝具有非常廣闊的前景，在工程中的應(yīng)用也會越來越普遍。

[1] 董志勇.旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].建材與裝飾(下旬)，2008(6)：56-58.

[2] 楊國棟.淺議旋挖鉆孔灌注樁的應(yīng)用及施工質(zhì)量控制要點(diǎn)[J].現(xiàn)代物業(yè)(上旬刊)，2015(5)：7-9.

[3] 王 強(qiáng).旋挖成孔灌注樁施工質(zhì)量控制技術(shù)探討[J].低碳世界，2015(10)：87-89.

The characteristics and construction technology of rotary digging bored piles

Wang Chengquan

(ShanxiLvliangRoad&BridgeLimitedCompany,Lvliang033000,China)

This paper discussed the technology characteristics of rotary digging bored piles,from the soil properties,operation cost,volume and other aspects,analyzed the limitations of rotary digging pile in engineering application,and taking the wet homework rotary digging pore forming for example,introduced the construction technology of rotary digging bored piles,accumulated experience for similar engineering construction.

rotary digging pile,bored pile,mud,steel reinforcement cage

2015-10-13

王成全(1974- )，男

1009-6825(2015)36-0064-02

TU473.14 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

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