建筑工程旋挖鉆機成樁施工技術探析

胡傳江

（貴州建工集團第二建筑工程有限責任公司，貴州 貴陽 550000）

旋挖鉆機成孔灌注樁是現階段房屋建筑、橋梁等各項工程基礎施工中經常使用的基礎形式，通過旋挖鉆機鉆頭在地基土中循環旋轉形成樁孔，安裝事先制作好的鋼筋籠，再填充澆筑混凝土形成樁基礎，從而作為上部結構的主要承重構件將荷載有效傳遞給地基基礎，確保了上部結構安全穩定。鉆孔灌注樁樁長根據地勘報告勘察建議深度以及鉆孔后基底下臥層巖石完整情況和強度情況確定[1]，特別適用于深度10 米以上孔樁和地質條件軟弱、溶洞和夾層等具有較大安全隱患的孔樁，具有開挖工藝簡單、施工速度快、安全性高、承載力大、適應性強等突出特點。

1 旋挖鉆機的特點

旋挖鉆機是一種自動化程度很高的樁基礎施工機械，在施工現場依靠履帶行走，不受現場場地好壞限制，底盤能360 度自由回轉，施工方便，施工操作也比較簡單。旋挖鉆機鉆頭取料斗采用桶式鉆頭設計，取土方便，一般機型鉆機鉆孔孔徑可達到3m，能滿足大部分工程基礎孔樁施工需要，在砂土、黏土、人工回填土、淤泥質土、粉土以及含有部分卵石、碎石的地層都可以使用旋挖鉆機施工。其主要特點有：

1.在施工過程中，現場移動方便，操作比較方便靈活；旋挖鉆機施工前用挖機將施工場地粗平、壓實后，即可進場開始施工[2]，不需要修建專用行走場地；如土質條件較差區域，在孔口地面臨時鋪設鋼板后即可施工。現場安裝和拆卸時不需要吊車等任何輔助設備，通過機械本身自帶配置可以自行完成安裝和拆卸。旋挖鉆機自帶柴油設備，旋挖作業時施工現場不單獨架設施工臨時用電，現場規范有序，避免了項目前期施工用電不到位或供電不足問題。

2.旋挖鉆機施工取料方便快捷，桶型鉆斗可直接在孔樁內部自行垂直升降取料出渣，自由旋轉卸料，旋轉半徑3～5m，堆料距離滿足安全要求；一般旋挖鉆機鉆孔深度可達到120m，鉆桿自由伸長或縮短，根據鉆孔進度不需要中途接長鉆桿，因而能大大縮短成孔時間，提高工作效率。旋挖鉆機成孔垂直度和孔位等通過機械自動垂直度控制裝置和自動回位控制裝置來控制保證，同時施工過程中鉆頭取料對已成型孔壁擾動較小，確保了孔壁的穩定。

3.旋挖鉆機通過鉆頭的不停旋轉進行取土，利用鉆頭扭矩力量將砂礫或者泥土直接進行旋轉強制切土開挖，操作人員根據鉆頭開挖情況控制料頭開關，裝滿料后將挖方料通過鉆頭提取到孔外。在無地下水的環境下作業可在沒有泥漿護壁支護的情況下進行干法施工。針對比較特殊的地質環境，需要泥漿或鋼護筒護壁，此時泥漿或鋼護筒主要起支護的作用，泥漿的含量處于較低的水平，其污染物會極大程度地減少，從而減少對地面環境或地下水資源的污染。旋挖鉆機成孔，使用人工相對較少，相應也解決了建筑業勞動力缺少的社會問題，同時也解決了人工挖孔樁施工速度慢、安全風險高的施工工藝問題。

2 成樁施工技術

旋挖鉆機成孔工藝包括孔樁中心點定位測量、場地平整和護筒埋設、泥漿制備（如施工有需要）、鉆孔成樁、過程成孔和終孔成孔檢查與終孔后清孔、提前制作鋼筋籠與成孔后鋼筋樓吊裝、混凝土澆筑等施工工序。

2.1 測量控制

根據建設單位提供的控制點，測量和復核其控制點無誤并報監理審批后建立現場控制網點。根據控制網點確定好樁位以及軸線的具體位置，開鉆之前先將樁位的設計中心點確定好，鉆機就位后，操作人員調整鉆頭垂直度，利用鉆機自帶控制電腦裝置調整鉆機桅桿的水平距離與垂直方位，依據測量控制樁拉雙向十字線進行樁中心點復核，鉆孔深度利用鉆機自帶儀器和孔樁專用測繩雙重測量控制，達到勘察報告建議深度后停止施工，由勘察單位人員確定孔底持力層承載力是否滿足設計要求；如有異常情況會同勘察等各參建單位共同處理。

2.2 場地平整、鋼護筒埋設

孔樁定位后，利用挖機將孔四周進行場地平整，確保旋挖機成孔施工能順利進行，開始成孔深度0.5～1.0m時，為保證樁孔孔壁周邊土體穩定，防止地表水流入孔內、旋挖鉆機和材料重量造成孔壁塌方以及保護孔口四周地面塌陷、固定樁孔位置正確，可根據實際需要埋設鋼護筒，必須確保鋼護筒埋設誤差滿足孔偏差相關要求，同時鋼護筒還能起到鉆頭導向作用，確保樁位正確。鋼護筒內徑不得小于樁孔設計直徑，宜大于設計孔直徑20cm，為防止孔位偏差，護筒鋼板厚度不小于2cm 或根據現場孔徑和地質情況確定，護筒平面中心誤差不大于5cm。埋設護筒的頂部高度宜高于地面0.3m 以上，如在水中施工應高出水面1～2m，同時應高于樁頂設計樁頂高程0.5～1m，確保孔樁填芯混凝土高于設計樁頂高程0.5～1m，護筒埋設深度根據現場需要一般為2～4m，視具體的地質情況而定。護筒埋設采用吊車吊入事先鉆好或挖機挖好的孔中，必須埋設牢固可靠，四周使用黏土、砂礫土回填并夯實，防止鋼護筒在施工中出現軟弱土質而發生偏斜和下沉，影響成樁質量。

2.3 制備泥漿

泥漿的制備是通過泥漿攪拌機或人工和機械調和將膨潤土（或黏土）、水和適量添加劑，按相應配合比攪拌均勻后貯存在現場泥漿池內，鉆孔時用泥漿泵抽入正在施工的鉆孔內，澆筑孔樁填芯混凝土時再收集泥漿循環利用。施工場地成孔深度范圍內無地下水，采用旋挖鉆機干孔作業時，可不用制備泥漿；如施工區域鉆孔深度在地下水位以下或地表水比較豐富，需提前制備泥漿輔助成孔[3]。鉆頭同孔壁多次旋轉循環摩擦使泥漿在孔壁形成泥皮，可有效隔斷孔內外水互相滲流，起防止孔壁坍塌作用，通過鉆機作業時鉆頭不停旋轉可使鉆渣浮懸在泥漿中，減少孔底沉渣厚度；泥漿還能起降低鉆頭施工溫度，同時還可潤滑鉆頭、減小摩擦力的作用，也提高了水體容重，增大了靜水壓力的作用和孔壁的穩定性。

2.4 鉆孔成樁

旋挖鉆機就位后，鉆機操作人員調整鉆桿垂直度，如需要泥漿，用泥漿泵抽入調好泥漿，然后開始鉆孔，根據鉆孔深度連續不斷抽入泥漿以滿足施工需要。通過旋挖機鉆斗多次上下反復循環的旋轉、削土、提升、卸土四個施工過程，直至鉆孔標高。鉆孔出來的土石方可利用鉆機將土卸于施工孔樁3～5m 以外堆放，以不影響施工和確保現場安全，鉆孔過程中采用挖機全程配合鉆孔施工，能控制孔周邊堆土不影響施工安全。

鉆孔時出現孔口有沉陷開裂現象，要第一時間將旋挖鉆機移到安全區域，及時采取措施消除安全隱患[4]。孔內出現坍塌，要會同有關技術人員判明坍塌位置，坍塌位置回填粘土混合物到坍塌位置以上1～2m，回填過程中利用鉆頭適當壓實后重新鉆孔；塌孔嚴重時匯報有關參建單位后采用低標號砼回填，達到一定強度后再重新鉆孔。發現孔身偏斜、彎曲時要在偏斜處吊掛鉆錘反復掃孔，直到孔身順直，偏斜嚴重時回填低標號砼澆筑待達到一定強度重新鉆孔。

2.5 成孔檢查與清孔

施工技術人員和鉆機操作人員要在鉆孔過程中密切觀測監督，復雜地質勤于復核鉆孔直徑、深度和孔形，發現問題及時修正處理；達到地勘報告建議深度后，會同地勘和設計等參建各方檢查成孔的孔位、孔徑、孔形、孔深和傾斜度，然后地勘單位人員確認地基承載力是否達到設計要求。清孔后檢查孔底沉渣沉淀厚度，確保底部殘渣小于5cm，不得用加深鉆孔深度的方式代替清孔的錯誤行為，孔深測量采用以專用測繩檢測為主，鉆機自帶儀器復核為輔助[5]。

2.6 鋼筋籠制作與安裝

在制作鋼筋籠時，要對鋼筋規格、品種、間距、焊接質量以及鋼筋籠直徑進行自檢驗收合格后，會同監理等參建方進行再次驗收合格后使用。鋼筋籠安裝采用汽車吊安放，吊裝時采用雙吊點起吊并保持鋼筋籠處于垂直狀態，安裝中保持鋼筋籠平穩，防止鋼筋籠與孔壁相撞。鋼筋籠采取四周固定墊塊等有效定位措施，減少鋼筋骨架中心與樁中心的偏位，使鋼筋籠骨架的砼保護層厚度滿足要求，不得直接將鋼筋籠骨架支承在孔底，要距孔底5～10cm，應將其吊掛在孔口的鋼護筒上，不應采用鋼絲繩或其它容易變形的材料進行吊掛。

2.7 混凝土澆筑

2.7.1 準備工作

將導管孔用型鋼固定在孔口，導管接口的地方要將密封圈設置好，然后將導管按照順序平穩地下放到距孔底部30～50cm，最后安裝接料斗。澆筑導管采用鋼導管，內徑宜為300mm，使用前用水對導管淋水潤滑，應使用經水密承壓和接頭抗拉試驗合格的導管，水密試驗的水壓力應大于最大孔深的孔內水深壓力的1.3 倍及以上，嚴禁采用壓氣試驗檢測導管。導管安裝長度應經技術人員計算確定，距孔底高度應控制在2m 以內。

2.7.2 混凝土配制要求

配置混凝土使用水泥應經檢驗合格，一般采用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，如采用礦渣硅酸鹽水泥時，應采取防離析措施；粗集料宜用卵石，采用碎石地區，根據試驗確定含砂率，粗集料最大粒徑控制在37.5mm 以內，細集料采用集配良好的中砂。砼配制摻用外加劑、粉煤灰等材料時，摻用量應經實驗室試驗確定；如需要延長混凝土初凝時間，可經試驗確定摻配適量緩凝劑；澆筑時確保和易性良好，坍落度宜控制在16～22cm，配制時應充分考慮澆筑時氣溫、運距及灌注時間長短、塌落度損失等因素。

2.7.3 混凝土灌注

樁身混凝土必須一次性連續灌注完成，中間等料或取管中斷間歇時間必須小于混凝土初凝時間；如孔內有水，需采用水下混凝土澆筑，首批混凝土灌注時間不得超過首批混凝土的初凝時間。導管埋入已澆筑混凝土深度控制在2～6m 之間，最大埋深不超過9m，保證在提管過程中不形成斷樁。混凝土澆筑高度要嚴格按設計要求進行，設計未要求時應高出設計樁頂高程不小于0.5m，以避免樁頂混凝土因含泥量大影響樁身混凝土強度，多余部分采用人工截樁將其截去。

2.7.4 樁身混凝土質量檢測

每樁填芯混凝土試塊的取樣組數、檢驗要求、樁身的完整性檢測均應符合有關規定，選擇荷載較大或有特殊性的樁進行無破損法檢測，重要部位或重要工程的樁宜全部檢測；檢驗柱樁的樁底沉淀與地層的結合情況時，鉆芯鉆至樁底50cm 以下。

2.7.5 成樁質量問題和防治措施

1.澆筑過程中鋼筋籠上浮。為防止在澆筑混凝土時鋼筋籠上浮，在孔口上設置槽鋼或、鋼筋網蓋板固定鋼筋籠在孔口護筒上，防止鋼筋骨架的傾斜、位移和上浮。開始澆筑填芯混凝土時，需控制澆筑速度，減小混凝土面上升產生的浮力，以免鋼筋籠被頂托上浮；混凝土頂面高于骨架底部4m 以上時，緩慢提升導管，使其導管底口高于骨架底部2m 以上時再按正常速度澆筑。

2.樁身斷樁。樁身斷樁是樁身局部有空洞、混凝土振搗不密實或存在泥土夾層或樁身斷裂的現象，直接影響樁身承載力，是最嚴重的成樁質量缺陷。拌制時應嚴格控制配合比，施工中多測試塌落度，塌落度不符合要求，立即進行調整，不準使用不合格料；每次提拔導管經計算后確定提拔高度，防止導管埋置深度小或脫離混凝土頂面造成斷樁，應有防止混凝土供料不及時出現脫料的保證措施。

3.樁身混凝土質量差。嚴禁樁身出現蜂窩、空洞、夾泥層或級配不均等質量缺陷問題。混凝土澆筑時應邊澆筑邊提管振搗，杜絕漏振；安裝鋼筋籠或澆筑混凝土時，不要碰撞孔壁，造成孔壁土石塌落后樁身混凝土夾泥；澆筑時嚴格控制混凝土塌落度，保證和易性符合要求，采用串筒下料，防止混凝土發生離析現象。

3 結語

旋挖鉆孔成樁施工技術具有較高的自動化操作水平，成孔的速度快、質量高，安全有保障，能極大程度地提高工作效率，從而減少了大量勞動力的投入，大大降低了安全事故的發生率，縮短了建設工期，使得工程施工成本降低，有利于促進建筑行業的良性競爭發展。