浅海深淤深孔桩基旋挖钻成孔工艺探讨

浅海深淤深孔桩基旋挖钻成孔工艺探讨

何声军

中铁十一局集团第二工程有限公司湖北十堰442000

摘要：旋挖钻机是基础工程机械中的新型机种，在桩基工程中广泛使用，能够提高施工进度，以及成孔的质量，并且操作灵活方便，虽然增加施工成本，但是提高了施工的速度，对环境污染很小。旋挖钻成孔越来越受到施工单位的重视。旋挖站成孔技术适用于不同的地质情况，以及较深的桩基工程中，本文主要探讨在浅海深淤深孔桩基工程中，旋挖钻成孔工艺。

关键词：浅海；深淤；深孔桩基；旋挖钻成孔

近年来，旋挖站机已经广泛应用于城市建筑工程、水利工程、桥梁、公路、铁路等工程中，是常用的一种机器设备，通过底部带有活门的桶式钻头回转，将土旋入钻头中，接着将钻头提出孔外卸土，经过循环往复的工作，实现成孔的目的。旋挖钻孔在砂性土、砂卵砾石层等中都能应用，需要施工单位在施工前详细分析地质情况，选择合适的钻头应用于成孔工艺中。

一、旋挖桩定义和旋挖钻机成孔特点

旋挖桩是钻孔灌注桩的一种，一般是指由钻挖钻机施工的桩型，全称旋挖钻孔灌注桩，工程上简称旋挖桩。适用于黏性土、粉土、沙土、填土、碎石土及风化岩层。近年来，旋挖钻机在各类工程桩基施工中不断应用，旋挖成孔是利用桶式钻头，将破碎岩土回转，装入站斗内，利用钻机伸缩钻杆、提升装置，卸土，然后通过不断取土卸土，，满足深度要求，实现钻孔。在钻孔前，要对钻头的保径装置、磨损情况、直径等进行检查，施工过程中，要及时更换超标的磨损钻头。旋挖钻头有嵌岩钻头和回转钻头，在实际工程中，要根据施工地质的情况，选择合适的施工工艺和钻头，提高施工效率。通常在比较致密的卵砾石层、硬岩层等中，采用嵌岩钻头。在散体桩强风化岩层、颗粒较小的卵砾石层、黏土、砂土、粉土等中，采用回转钻头。

旋挖钻机施工有明显的优势，不需要其他机械的配合，能够自行移动，机械化程度高，使用钻斗，将钻内钻出物提升到地面，每分钟可以钻入50cm。旋挖站机属于环保钻机，施工的噪声小，操作人员能够自动调整钻机的垂直度和水平度，施工精度高。旋挖钻机自备施工动力，不需要施工场地提供动力电。旋挖钻机对不同地质适用性强，只需配备不同钻头，即可用于沙层、卵砾石层、土层等不同地质；不受地域限制；在硬土地层，更适合旋挖钻机，旋挖机使用动力头装置，钻进能力更强，如果是传统的钻机，施加压力不足，无法完成成孔需求。在施工前，如果钻孔现场是干旱区域，需要将相关杂物清除干净，平整压实土地。如果是陡坡，可以搭建相应的平台。如果是浅水地带，可以采用筑岛围堰的方式，根据机械的大小和钻孔的方法，设计相应的筑岛面积。如果在淤泥较厚的地区或者深水地区，需要搭建稳固的平台，保证平台能够承受施工的动荷载和静荷载。

二、工程概况

珠海市洪鹤大桥路线长9.654公里，起点是珠海市香洲区南屏镇洪湾，终点与鹤洲至高栏高速公路相接，与广澳高速珠海段及横琴二桥形成十字交叉，对接港珠澳大桥连接线、并与向西跨越洪湾涌、洪湾水道、磨刀门水道至鹤洲。主要工程量包括HHTJ4标桩基共745根，其中摩擦桩595根，嵌岩桩150根，桩径有Φ1.4m、Φ1.6m、Φ1.8m三种，主要以Φ1.6m和Φ1.8m为主。桩长均在60m以上，最长桩长103m。根据现场施工实际情况，桩基首件工程选用鹤洲南引桥S5#墩左-1#桩，此桩理论长度89m，结构钢护筒29m，桩顶标高-1，桩基标高-90。现场钢筋笼采用钢筋加工场集中加工。根据SCZ12地质勘探资料显示：S5#墩处由上至下分别为淤泥、淤泥质粘土、粗砂、全风化砂岩、强风化砂岩。现场拟使用SH38多功能旋挖钻钻机施工。

三、施工工艺

（一）桩基放样

待护筒打设完成，桩基开钻之前，进行桩位放样。采用RTK放出桩位中心，桩位中心通过木桩上打设钉头作为标记。确保放样准确。用施工线沿护筒拉设“十”字互桩，用油漆或钢锯条在护筒边缘做好标记，要求十字中心正对钉头。

（二）钻桩

开钻之前确保具有足够的泥浆，针对于本工程泥浆储量300m³以上。泥浆采用膨润土、火碱和纤维素制备，新制泥浆要求泥浆比重1.06-1.08，含砂率小于4%，黏度23s-24s。然后开孔报检，进行钻机就位对中。旋挖钻机采用筒式钻斗。钻机就位后，调整钻杆垂直度，用泥浆泵将调制好的泥浆送入钻孔内，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面高于护筒底脚0.5m以上或地下水位以上1.5～2.0m，保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。钻进过程中每隔20分钟测量一次泥浆的比重，在现场测定泥浆黏度、含砂率等指标。在钻进过程中每进尺2～3m应检查垂直度并做好钻孔记录；记录的内容应包括孔位、孔口高程、开钻时间、钻进速度、累计钻进深度、泥浆比重，地质情况的描述等参数。该工程地质分为填土、淤泥、淤泥质粘土、粗砂、全风化砂岩、强风化砂岩。现场钻孔过程中，淤泥和淤泥质粘土泥浆比重控制在1.15-1.18，粗砂泥浆比重控制在1.2-1.25，全风化砂岩和强风化砂岩泥浆比重控制在1.15-1.2。

（三）终孔、检孔

钻至设计孔深，试验室参与检孔，并通知监理现场确认终孔。检孔主要检测孔深、垂直度、孔径和孔位偏差。要求孔深和孔径不小于设计，垂直度小于1%且不大于500mm，孔位中心偏差不大于5cm。

（四）一次清孔

确认终孔后，开始一次清孔，现场采用滤砂器清孔。清孔后各项指标为：泥浆比重≤1.1，含砂率＜2%，黏度17-20s，沉渣厚度嵌岩桩≤5cm，摩擦桩≤15cm。

（五）钢筋笼安装

钢筋笼报检合格后，现场方可开始钢筋笼，将合格的钢筋笼分节运送至现场，由吊车起吊下放。钢筋笼安装过程中，确保主筋对位准确，套筒连接紧密；声测管接头用液压钳夹紧，每节声测管必须加清水检查密封性能，下放过程中用铁丝将其固定在加强箍上；螺旋箍安装过程中先用卷尺在主筋上划线定位，然后焊接至主筋，确保间距一致，连接紧密。每节钢筋笼安装现场报检。最后一节钢筋笼下放，控制吊筋长度，保证钢筋笼下放到设计位置，通过在护筒上的互桩标记用施工线拉出桩位中心，采用定位筋将钢筋笼定位固定在桩中心，同时保证桩身保护层厚度满足要求。

（六）下导管以及二次清孔

导管采用φ30钢管，每节3m，配1～2节1～1.5m的短管，导管使用前应进行水密性试验，严禁用压气试压。导管使用前进行试拼试压，不得漏水。试压力应要大于或者等于孔内水深的1.3倍，同时要比导管壁和焊缝能够承受灌注混凝土最大内压力的1.3倍要高。导管组装后轴线偏差不超过钻孔深的0.5%并不大于10cm，安装完导管，导管的底部距离孔底有一定的距离，大约250-400mm。完成导管的安装，进行二次清孔，达到设计的要求。

（七）混凝土灌注

二次清孔完成，沉渣厚度满足要求方可进行混凝土灌注。要对首批封底混凝土的数量进行计算，下落时会产生冲击能量，从导管中排出泥浆，导管的下口也会埋入混凝土中，深度大约1-3m。将漏斗阀门打开，封底砼放下，灌入孔底，及时对孔内的砼面高度进行探测，然后计算导管的埋置深度，符合要求之后，可以进行灌注操作。

桩基混凝土灌注利用罐车运输和导管，开始作业后注意不能中途停下，要连续紧凑地完成灌注。因设备故障等造成混凝土供应不连续，可适当降低现有混凝土灌注速度，等下一趟混凝土运输至现场后方可恢复正常灌注速度。导管的埋深在2-6m。在施工中，对孔内的水位情况，以及混凝土的下降情况要及时观察掌握，并对孔内混凝土面的高度进行测量，正确指导导管作业。提升导管需要保持居中的位置，轴线竖直，逐渐提升。在拆除导管的过程中，不能超过十五分钟，速度要快。在桩顶设计标高以上，再加灌1m以上的高度，保证桩顶的质量，方便结束后凿除混凝土。

四、注意问题

（一）坍孔

坍孔就是孔内的水位突然降低，在孔口的地方，出现细密的水泡，明显增加了出渣量，但高度没有变化，钻机在工作中的负荷明显增加。坍孔是一种比较普遍的事故，任何钻孔的方法，都有可能出现坍孔的问题。导致坍孔的原因有很多，第一出渣以后，没有及时补充泥浆，或者孔内出现了承压水，或者河水上涨，或者孔内水流失导致的高度不够；第二泥浆相对密度不够，或者其他指标不符合，没有形成坚实的泥皮；第三在松软的砂层中作业，钻进的进尺太快；第四护筒的埋置比较浅，由于水侵湿孔口附近地面，或者下孔口漏水，或者钻机直接在护筒上接触等；第五由于空转时间太长，或者回转速度太快等等，都有可能导致坍孔。

在项目施工中，要加强预防坍孔，出现坍孔后要及时处理。作业地质在流砂或者松散的粉砂土中时，要控制钻进的进尺速度。泥浆要使用高质量的，黏度、密度、胶体率都相对较大的泥浆，做好坍孔的预防，避免发生坍孔事故。如果出现孔口坍塌，可以将护筒立刻拆除，对钻孔进行回填吗，重新埋设，并将护筒加长，到合适距离再钻。如果是孔内坍塌，首先要判断位置，然后进行回填，使用粘质土、砂等混合物，到坍孔处以上的1-2m。如果坍孔比较严重，需要全部回填再钻进。

（二）扩孔和缩孔

扩孔在工程施工中比较常见，主要表现是局部孔径过大。扩孔容易出现在土质松散地层处，地下水处于运动状态，或者钻锥摆动多大的情况下，都会出现扩孔。发生扩孔的原因，与坍孔基本相同，表现严重的就是坍孔，如果比较轻，就是扩孔。如果孔内局部出现扩孔、坍塌，但是钻孔仍然能够达到设计的深度，可以不用处理，只需要增加混凝土的灌注量。如果对钻进形成影响，就按照坍孔的方式处理。

缩孔就是孔径缩小，通常是超常缩小，当提不出钻头，或者发生卡钻，或者提外鸣叫等迹象，都可能是缩孔。导致缩孔的主要原因是，地层中有橡皮土，由于遇水膨胀，孔径随之缩小。要使用失水率小的优质泥浆进行作业，并在操作中快而慢地进入，复钻，预防缩孔。如果孔位有缩孔的迹象，当钢筋笼就位，就要立刻进行灌注。

总之，旋挖钻机是现代建筑基础工程施工中，理想的成孔作业机械，不同的施工机械，成孔质量不同，旋挖钻机灵活方便，机械化和自动化程度高，对环境污染小，作业效率高，比传统钻机有更大的技术优势。旋挖钻成孔工艺在浅海深淤深孔桩基工程中有重要的作用，在施工中要严格按照工艺操作，根据施工设计进行作业，保证工程的质量和安全性。

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