淺談大厚度砂卵石層旋挖鉆成孔施工方法

王 宏 山西機械化建設集團有限公司

1 問題的提出背景

旋挖鉆機由于性能好、效率高而逐漸被設計和施工部門優先選用。

但是在樁基礎工程施工過程中，旋挖成孔灌注樁常常遇到砂卵石地層，旋挖鉆機在這種地層施工時，常常發生泥漿滲漏、孔壁不穩定、坍塌，混凝土串孔等現象。使鉆機成孔困難，降低了成孔速度，增大了混凝土充盈系數，造成很多的經濟損失，存在很多不利因素。而大厚度砂卵石層旋挖鉆機施工方法完全能夠解決這個困擾我們的問題。

2 問題的解決及工程概況

本施工方法結合汾陽碧桂園一期樁基礎工程中旋挖鉆機在砂卵石層地基施工的施工方法，總結了一套旋挖鉆機在砂卵石層施工的方法。通過實際施工證明，本施工方法極大地提高了灌注樁的質量，加快了工程進度，節約了工程成本，具有良好的經濟社會效益，可為類似工程施工提供借鑒和參考。

3 關鍵技術的特點和方法

3.1 施工機具的選擇

本施工方法采用機鎖桿+雙層底桶鉆+截齒的鉆具組合。

砂卵石層土石松散，采用雙層底的桶鉆，可以很好地使切削物完整地保存在斗內，提升至孔外，較好的完成挖運工作。它的第一層底用來切削，第二層底可以相對回轉一個角度，以實現斗底進土口的打開與關閉。在順時針旋轉切削時，鉆具底部的進土口為打開狀態，當鉆進完成后，將鉆斗逆時針旋轉一個角度，致使進土口強行關閉，從而使切削物完整地保存在鉆具內，形成封閉空間，保證斗內砂卵石在提升過程中不泄露。

截齒強度和耐磨性高，體積小，曲線好，砂卵石層中有較大粒徑的卵石可以直接破碎。

機鎖式鉆桿是正轉上鎖切削，反轉解鎖泄力提升，適用于較硬地層鉆進。針對砂卵石層密實，切削擾動土石松散，易塌孔、承載力小的特點，我們不僅要做到少塌孔，保證混凝土的充盈系數的經濟要求，而且滿足施工進度的要求。

機鎖式鉆桿+雙層底的桶鉆+截齒可以有效地切削卵石并完整的使切削物保存在鉆具內并保持孔壁土體穩定，加快了施工進度，減小施工機具損耗，并且減少鉆機在施工過程中頻繁造成“卡鉆”、斗齒被快速掰斷，或者斗齒迅速磨損，加大了經濟成本和放慢了施工速度。

3.2 施工操作的方法優選。

選用液壓振動器埋設長護筒護壁的操作要領與隔孔跳打工藝相結合的施工方法，達到塌孔小的目的。

砂卵石地層是一種典型的力學不穩定地層,其結構松散、無膠結、卵石粒徑大小不等,具有土體內摩擦角大、塑流性差、滲透系數大、穩定性差的特點。如果鉆進深度過大，孔壁內砂卵石無膠結，在自重作用下出現坍塌，增大樁孔直徑，影響經濟指標。根據地質詳勘計算出每個樁位的具體砂卵石層厚度，加工長護筒，結合現場實際鉆桶撈出的土質，運用振動器埋設長護筒，使護筒埋設超過砂卵石層，緩速切削，穿過砂卵石層。雖然增加了施工時間，但擾動小，固結時間相對長，達到不易大范圍塌孔的施工目的。

砂卵石地層存在滯留水等地質條件和混凝土初凝等施工質量要求等現象，隔孔跳打的間距應≥8m，這樣的施工方法可實現排水固結，并且可以避免相鄰樁在施工時相互間振動影響而導致的塌孔和保證混凝土施工質量。

3.3 泥漿制備的特點

選取水化性能較好、造漿率高，成漿快、含沙量少的黏土。通過反復比選試驗確定泥漿性能指標：相對密度1.05～1.1，黏度16Pa·s～24Pa·s，砂率≤2mm，pH值＞7。

在施工中根據鉆進需要和地層的變化，及時調整泥漿相對密度，保持各不因泥漿過濃影響進度，過稀導致塌孔等現象的出現。

4 施工工藝流程與操作要點

4.1 工藝流程

場地平整→鋼筋籠制作→制作泥漿池→測量放線→安置護筒→復測護筒→成孔→放置鋼筋籠及導管→灌注混凝土→破樁→交工驗收。

4.2 操作要點

4.2.1 鋼筋籠制作

（1）骨架成形：制作鋼筋籠加工胎具，校隊胎具高程并加工固定主筋間距扳手，按等間距將主筋布置好，用電焊將主筋與加筋箍筋固定。（2）將骨架按規定的間距纏繞箍筋，并將主筋與箍筋采用滿綁的固定方式綁扎固定。

4.2.2 制作泥漿池

（1）泥漿成分主要有水、塑性指數大于17的粘性土、膨潤土、增粘劑、分散劑等。（2）根據地質勘察報告確定泥漿材料的初步選擇和配合比，再根據試樁作進一步修正。最終確定泥漿比重采用1.05～1.1,砂率≤2mm，pH值＞7，黏度16Pa·s～24Pa·s。（3）材料加入順序。首先加入清水，再加入黏土或膨潤土，進行攪拌，等膨潤土溶解后，再投入羧甲基纖維素，然后投入分散劑，最后加入增大比重劑與滲水防水劑。

4.2.3 測量放線

開工前，以建設單位提供的現場控制測量成果資料并現場實物交接作為測量放線的依據。測放時現場樁位釘入HRB400級C10螺紋鋼筋，埋深長度300mm，地面外露長度20mm，并系紅布條做標記。每批測放點，應由不同控制點進行復核，并由第二人進行現場復核，確保樁位準確。未經驗收樁位點嚴禁施工。

4.2.4 安置護筒

先放出樁位中心點，過樁徑中心點拉正交十字線在護筒外80cm～100cm處設置4個護筒控制樁，然后采用比樁身直徑大20cm的鉆頭，旋挖2m深后放置護筒，對齊護筒中心。使用液壓振動器振動壓制長護桶至預設砂卵石層底后鉆機就位開鉆。

4.2.5 成孔

（1）鉆機就位。平整場地后，使旋挖鉆機水平放置，采用垂直儀校正鉆桿的垂直度，使鉆機桅桿調整至垂直于孔口的水平面，使鉆頭中心置于護筒內的樁中心位置。（2）鉆孔。開孔時將護筒內注入足夠的泥漿（即保證高出地下水1m～2m），然后用旋挖鉆斗將孔內鉆渣依次挖出，并在成孔中間隨時補充泥漿，保證護筒內泥漿水頭壓力，安排裝載機將鉆斗挖出的鉆渣清理到場外。（3）清孔。鉆至設計標高時用帶有活門的筒形鉆清理沉渣，即一次清孔。當孔壁泥漿皮沉淀較厚時，可用掃孔鉆頭上下往復，掃刷孔壁。清孔后提出鉆頭，由質量員和工程監理進行孔徑、孔深、垂直度檢測，驗收合格后，移走鉆機，蓋好蓋板，進行下道工序施工。

4.2.6 吊放鋼筋籠

（1）根據設計樁長和空樁深度，制作吊筋。鋼筋籠的吊放采用汽車吊，在專職人員指揮下對準孔位徐徐放入，避免碰撞孔壁。（2）當鋼筋籠送入孔中外漏1m時，用插桿將鋼筋籠固定，用鋼管吊筋吊起，將鋼筋籠下放到設計標高，將吊筋采用鋼管穿杠固定，放置在枕木上，避免壓住護筒。調整鋼筋籠中心和樁位中心重合，準備吊放導管。（3）插入導管。導管在使用前應進行打壓，以檢查導管是否有砂眼，法蘭盤連接是否密封，膠皮墊是否需更換。及時調整導管在樁孔內的位置防止碰撞鋼筋籠并損壞導管。第一節導管應不小于4m，導管下放與孔底接觸后上提300mm～500mm。

4.2.7 混凝土灌注

第一次灌注混凝土的方量應滿足導管底端埋入混凝土中1m的要求。第二次混凝土的灌入量（即以后每次）應滿足導管底端能埋入2m的要求。

第一次（以后每次）的提管高度不大于4m，保證導管底端至少埋入混凝土面以下2m以上，徐徐提管避免出現斷樁。

5 材料與設備

5.1 本工程所用主要材料

灌注樁商品混凝土：試樁、錨樁、工程樁均采用C35P6，及時向混凝土供應商提供設計參數。

鋼筋：鋼筋進場前，廠家提供出場合格證，進場后根據進場批次復檢，并向監理提供復檢報告；及時進行鋼筋焊接試驗并提供復檢報告。

水泥：采用普通硅酸鹽32.5級水泥，水泥進場必須有合格證，并分批量抽查。

5.2 本項目投入設備

本項目投入旋挖鉆機YTR180/150共4臺，詳情見表1。

表1 本項目投入設備

6 效益分析

根據旋挖鉆機實際完成的灌注樁，可統計出以下數據。

6.1 施工效果

（1）混凝土充盈系數：1.12～1.28，平均充盈系數1.2。（2）成孔效率：孔深29.5m～30.8m約6h/樁孔，每天可完成6～7根樁作業。（3）成樁質量：每棟樓抽取3根樁進行單樁承載力試驗，全數進行低應變動測法來檢查成樁質量。檢測結果：樁的完整性、承載力、均滿足設計要求。

6.2 經濟效益

用旋挖鉆機和目前最常用的HCZ-8型沖擊成孔鉆機來作比較，據統計，HCZ-8型沖擊成孔鉆機平均成孔時間（包括洗孔）約18h/樁孔～24h/樁孔，平均充盈系數為1.23。旋挖鉆機成孔成本比HCZ-8型沖擊成孔鉆機高5%左右，但其成孔效率是GPF-200型鉆機的6倍以上，具有良好的經濟社會效益。

7 應用實例

實例一：汾陽碧桂園一期樁基礎工程建設項目。由于本工程工期緊、地質條件復雜。為了保證項目夠順利進行和按期完工，我們使用旋挖成孔灌注樁施工工藝進行施工。

該經汾陽質監站驗收質量良好，獲得業主監理的一致好評。

實例二：離石碧桂園一期樁基礎工程建設項目

該工程采用旋挖成孔灌注樁施工工藝進行施工。提前完成了施工任務，確保了主線的正常施工，并且一次通過中間驗收，得到了業主的認可。