淺談旋挖鉆孔施工質量控制

■蔡良福 ■廣州南華工程管理有限公司福建分公司，福建 廈門 361000

1 工程概況

某泊位糧食筒倉及配套工程主要為建造16 座直徑24m 的筒倉，筒倉基礎采用樁筏基礎，每座筒倉樁基礎為64 根φ800mm 鉆孔灌注樁，設計樁長40-47m，為了提高樁基承載力在灌注樁混凝土澆筑后進行樁端注漿。

該工程樁基地質巖土層為素填土、吹填土、拋石層、淤泥、淤泥混砂、中細砂、粉質粘土、淤泥質土、中粗砂、卵石、殘積砂質粘性土、全風化巖、強風化巖、中風化巖。工程場地位于新建碼頭后方，原為灘涂吹填而成，后經真空預壓軟基處理。樁基持力層為強風化巖或中風化巖，設計要求終孔為以下兩種情況之一:(1)進入中風化嵌巖不小于1 米;(2)進入強風化嵌巖不小于1.5 米且樁長不小于最小樁長47.3 米。

2 工程難點

本工程施工主要難點:(1)工期較緊，樁基數量較多;(2)施工用電不足，施工區域極其狹小。

3 鉆機選型

根據地勘報告及試驗樁施工情況基本可以判斷S1-S8 筒倉區域灌注樁持力層為強風化，針對施工現場的施工環境、地質情況及施工難點，為滿足工期及施工質量要求，對該區域灌注樁采用旋挖機進行施工。S9-S16 筒倉灌注樁持力層為中風化巖，為確保施工質量及進度要求，采用傳統的沖擊成孔灌注樁機進行施工。

旋挖樁機選用SR200C，扭矩200kN·m，發動機功率125kW，鉆孔直徑0.8～1.8m，鉆孔深度60m 左右，鉆機整機質量60t 左右。該旋挖鉆機采用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動檢測調整、孔深數碼顯示等，整機操縱采用液壓先導控制、負荷傳感，具有操作輕便、舒適等特點。本次鉆頭選用鍋底式鉆斗(用于砂、粉砂、粘土)和多刃切削式鉆斗(用于固結砂礫、軟基巖)。

4 工作原理

旋挖機成孔原理是在一個可閉合開啟的鉆頭的底部及側邊，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，鉆頭裝滿后提出孔外卸土，如此循環形成樁孔。旋挖鉆成孔施工具有低噪音、低振動、扭矩大、成孔速度快、樁孔沉渣少、孔壁泥皮薄、樁側摩阻力發揮更好、樁端對持力層擾動小等特點。

5 旋挖鉆機施工工藝

樁位放樣→埋設護筒→鉆機就位開孔→泥漿調制→旋挖鉆進→清孔→下放鋼筋籠及聲測管→插入混凝土導管→二次清底→灌注混凝土成樁→拔出導管→拔出護筒

由流程圖可知，旋挖鉆孔灌注樁的特別之處在于制備泥漿和補充泥漿，在鉆孔過程中，要制備符合性能指標的泥漿，同時要及時補充泥漿，以確保孔內水頭壓力，防止塌孔。

6 質量控制措施

6.1 樁位放樣

根據設計樁位坐標進行樁位放樣，并對原樁位引出護樁加以保護。護樁采用十字法固定，沿護筒四周共4 點，用鋼筋打入地面。

6.2 埋設護筒

根據地勘報告，本工程施工區域砂層厚度9 米左右，為了避免出現塌孔問題，將護筒加長至9～12m，這樣基本穿透砂層，可以有效避免出現塌孔問題。

護筒采用10mm 厚鋼板制作，鋼護筒長度9～12m，護筒內徑0.9m。埋設時利用50T 履帶吊機吊掛永安DZJ-120 零啟動系列振動錘功率90kw，直接將護筒振動埋入土層，頂部比原地面高出0.5m，并在護筒四周用黏土夯實。一臺旋挖機配備2 個以上的護筒，一次性下2 個護筒，在挖第二根的時候，第一根的護筒拔起，預埋到下一根要挖的位置，以此類推，連續作業。

護筒埋設過程中應在護樁上拉上十字線，根據中心點隨時進行調整，保證樁位中心線與護筒中心線一致，誤差控制在5cm 以內。

6.3 泥漿制備

由于旋挖鉆成孔極快，對于護壁要求就更為嚴格，在泥漿制備上一定要嚴格要求，否則極易造成塌孔。造漿材料選擇優質膨潤土，不能使用孔內原土造漿護壁，膨潤土作為泥漿原料一般為用水量的8%，造漿前應根據泥漿性能指標的要求做泥漿配合比的試驗，現場按照泥漿配合比用制漿機拌制泥漿并存入儲漿池。廢棄的泥漿抽至施工區域邊設置的大泥漿坑并經YB-200 油壓泥漿柱塞泵設備進行固化處理，避免造成環境污染。

6.4 鉆進

開鉆時先由旋挖鉆頭下鉆挖土，待提起鉆頭倒土時即開始放入泥漿，鉆機每次下鉆進程大約為0.6m，待每次提出鉆頭時即向孔內送入泥漿，保證孔內泥漿水頭高度。在開鉆初期要利用護樁對樁位進行多次校正，同時調整鉆機位置，保證鉆桿的豎直，直到鉆機穩定下來，不再產生沉降或前傾為止。由于旋挖鉆機鉆渣由筒鉆直接取出孔口，需要裝載機及運渣車輛配合，及時將鉆渣轉移至指定堆放場地。

6.5 成孔

根據不同層次的土質結構選擇不同的鉆頭、不同的轉盤轉速和進尺進行控制，以達到最佳鉆進效果。樁的垂直度控制應小于1%，根據設備自身安平系統和自動調整桅桿進行定位來控制垂直度。鉆進至強風化持力層時，及時通知地勘單位代表到場進行定巖，鉆進至設計深度以上1m 左右時，采用經檢定過的鋼絲測繩進行精確測量，避免出現后期超鉆深度過大。

6.6 鋼筋籠制安

鋼筋籠制作應符合設計要求，鋼筋籠存放場地應平整，鋼筋籠應先進行隱蔽工程驗收方能下放，下放時應保證鋼筋籠順直，嚴禁擺動碰撞孔壁，就位后焊制定位鋼筋，并在鋼筋籠頂端設置吊筋，同時應確保鋼筋籠垂直度和保護層厚度。聲測管隨同鋼筋籠逐節下放，聲測管搭接處采用液壓鉗壓緊。

6.7 清孔、安裝導管

由于旋挖鉆的施工特點，能夠采用掏渣法進行清孔，對于后期二次清孔是有利的。到達設計孔深前，最后一次下鉆時采用減壓吊鉆，并掃孔2～3 圈，將孔底鉆渣盡可能取出，并保證孔底大致平整。旋挖成孔后利用旋挖鉆機掏渣鉆斗進行掏渣，保證樁底沉淀層厚度符合設計要求。在水下砼澆筑前，應復查樁底沉渣厚度，不滿足要求時進行二次清孔，二次清孔采用高壓風或泥漿置換法，泥漿置換法為常規施工方法，而高壓風或者高壓泥漿噴射，即在混凝土灌注前，對孔底進行高壓射風或射泥漿數分鐘，使沉淀物漂浮滿足沉渣厚度要求后，立即灌注水下混凝土。

鋼筋籠下放至設計深度后，立即下放導管，避免導管與鋼筋籠碰撞，遇導管下放困難應及時查明原因。導管采用壁厚7.5mm 的無縫鋼管制作，直徑300mm，導管必須具有良好的密封性能，管段的接頭應密封良好和便于裝拆，使用前應進行壓水試驗。導管吊放時應居中且垂直，下口距孔底0.3～0.5 米，頂標高高出鋼護筒頂的高度以適宜混凝土罐車澆灌混凝土為宜，最下一節導管長度應大于4 米，下放導管的數量應由計算確定。

6.8 混凝土灌注

澆灌混凝土是灌注樁成樁的重要環節，在澆筑混凝土過程中，不時的用吊車提著導管上下拔插振搗密實，隨著混凝土澆筑，應控制導管的拆除數量以導管埋入混凝土內4～6 米為最佳。若在澆筑過程發生導管斷裂，應終止繼續澆筑混凝土。

首批混凝土灌注正常后應連續不斷灌注混凝土，嚴禁中途停工，在灌注過程中，經常用測錘探測混凝土面的上升高度，并適時提升，逐級拆卸導管，保持導管的合理埋深。混凝土灌注時間必須控制在埋入導管中的混凝土不喪失流動性的時間內，必要時可摻入適量緩凝劑。樁頂以下5 米范圍灌注時，應始終保證導管內混凝土具有足夠的壓力高度，混凝土的最終灌注標高要求高出設計標高0.8～1.0 米，以保證截斷面以下的全部混凝土均達到強度標準且滿足設計的斷面尺寸。

6.9 拔護筒

為節省費用，使旋挖鉆孔施工的護筒循環利用的同時也應確保灌注樁的質量，其護筒的拔起時間點和拔起速率也是一個關鍵。在澆筑完混凝土后二個小時，及時將護筒拔起，利用50T 履帶吊機吊掛永安DZJ-120 零啟動系列振動錘(功率90kw)夾住護筒，以小于每分鐘1米的速度勻速將護筒拔起。護筒拔起后混凝土會密實下沉，除去下沉后的量，混凝土應當滿足超灌量。

6.10 樁端后注漿

后注漿工藝壓漿管采用壁厚1.5mm 無縫鋼管，在樁底設置一個單向止逆閥，壓漿管兼做聲測管。本工程注漿管采用單向截流閥工藝，在注漿管底部梅花形鉆布置φ6mm 孔9 個，在其上部設置逆止閥，并用防水密封膠布將注漿小孔包住，以防止水泥漿堵塞孔道，注漿管需隨同鋼筋籠安放到孔底，此工藝由于采用單向止逆閥下方鉆有注漿小孔作為出漿口，進行開塞時水及泥沙不會回流。

由于注漿管兼作聲測管用，根據規范要求，樁身強度達到70%以上方可進行超聲波檢測，而壓漿時間宜在2 天后進行，故需改進傳統的水泥漿開塞工藝，采用高壓水開塞工藝。具體施工工藝如下:(1)鉆孔灌注樁水下混凝土澆筑后24～48 小時內，用壓力水從壓漿管壓入，一般在10Mpa 時將防水密封膠布沖裂開。當壓入水的壓力突然下降，表明套管已裂開并釋放壓力。此時應減小進水壓力，以防止高壓回流夾帶雜質堵塞壓漿孔，當管內仍存在壓力水，不能打開閘閥，以防水射出傷人。(2)在正式壓漿前保持壓漿管內注滿水。(3)當樁身混凝土強度達到75%(預計7 天)，樁身超聲波檢測完成后，開始對每根管道進行壓漿，每根管注漿量約0.69m3，注漿壓力為5MPa，水灰水0.6，壓力持續時間為15 分鐘。(4)當鄰近樁位正在沖孔時，不得進行樁端壓漿施工，以防漿液穿孔。

7 旋挖鉆機成孔的優點

7.1 成孔速度快

旋挖鉆機的成孔速度快，與傳統的沖擊成孔鉆機相比優勢明顯，據統計，在相同的地層中，旋挖鉆機的成孔速度是傳統沖擊成孔鉆機的6～10 倍。有效地保證了工程的進度，節省了工期，減少了施工投入。

7.2 減少用電負荷

因現場施工臨時用電容量不足，采用旋挖鉆機可以顯著降低施工用電負荷。

7.3 環境污染小

施工噪音低，污染環境小，適用于環境保護要求高的施工地區。旋挖鉆機在不需要泥漿支護的情況下就可以實現干法施工，即使在特殊地層需要泥漿護壁的情況下，泥漿也只起支護作用，鉆削中的泥漿含量相當低，這使污染源大大減少，改善了施工環境，成孔效率大大提高。

7.4 提高樁的承載力

由于旋挖鉆機的特殊成孔工藝，其鉆頭的多次上下往復，使孔壁粗糙、不易產生縮徑。根據基樁靜載荷及高應變檢測結果，旋挖樁與傳統的沖擊成孔灌注樁相比，旋挖樁的承載力顯著提高。

7.5 行走移位方便

旋挖鉆機的履帶機構可將鉆機方便地移動到所要到達的位置，而不像傳統鉆機移位那么繁瑣，從而加快了施工速度，對場地的適應能力極強。

7.6 樁孔對位方便準確

在對位過程中操作手在駕駛室內利用先進的電子設備就可以精確地實現對位，使鉆機達到最佳鉆進狀態。

8 旋挖鉆機施工中應注意的問題

(1)旋挖鉆適用于土層成孔，地下硬質物對旋挖鉆成孔影響較大。施鉆前應先將地表硬物(如拋石等)進行清除，鉆進過程中遇到硬質物時停止鉆進，查明情況并處理后繼續施鉆。

(2)對于超厚砂層，其埋設的護筒底部應確保穿透砂層，這樣方能避免塌孔，保證灌注樁的施工質量。

(3)埋設的長護筒拔起時間點和拔起速率應控制好。在澆筑完混凝土后二個小時即應及時將護筒拔起，否則有可能使護筒永遠埋在地下，增加施工成本。護筒拔起后混凝土會密實下沉，除去下沉后的量，混凝土應當滿足超灌量要求。

9 結語

通過本次施工，旋挖鉆機施工方法具有施工質量可靠、成孔速度快、成孔效率高、適應性強、環保的優點。同時結合本工程的實際特點，因地制宜的采取各種施工措施，其鉆孔過程順利，成孔質量良好，經過第三方檢測，各項檢測指標均滿足規范和設計的要求，并取得了較好的鉆孔經驗，對以后同類型的旋挖鉆施工具有一定的參考價值。