钻孔灌注桩旋挖成孔施工技术-secret.doc

钻孔灌注桩旋挖成孔施工技术
目前，国内钻孔灌注桩成孔主要是采用回旋钻机施工，但由于该钻机移位困难，工作效率低，成孔后伞状值太大，耗用人力多，而且为清理钻渣而需设置大面积的泥浆沉淀池及循环系统，造成现场泥泞混乱，不适应现场对文明施工越来越高的要求。为此，我局早在1999年就着手进行钻机换型的探讨，最终我们选定了由意大利土力公司生产的回旋钻机，并先后在西安绕城高速公路南段九标等工地中投入使用，该机型基本上克服了回转钻机的上述缺点。我局承建的西安绕城高速公路南段第九标段为长安互通式立交东半部分，由主线桥和4座匝道桥组成，桥梁基础设计为钻孔灌注桩，共有430根。桩径以1.2m为主，其中12根为1.5m。桩长最短27.5 m，最长48 m，平均桩长40余米，平均成孔深度45米。工程投入R412HD型和R516型旋挖钻机各1台，所有桩基全部采用旋挖成孔，成孔质量均符合标准要求。
1 特点
以旋挖钻机与传统的回旋钻机相比较，旋挖钻机有以下突出的特点：
（1）采用履带式底盘，可自行移机就位，而且不需外接动力，适合于野外施工。
（2）钻孔参数自动显示于驾驶室显示器，便于操作。
（3）由于钻机上设置的一系列设施，确保了钻杆的稳定性，从而确保了成孔质量。
（4）由于钻渣由钻头直接运出至地面装车，泥浆只用作护壁，不需为沉渣而循环，从而避免了污染环境，改善了工地工作环境，提高了文明施工程度。
（5）工作效率非常高。
2 适用范围
（1）按土质情况来分，该机型特别适合于砂土、粘土层，在换用钻头后也可适用于砂砾、砾石层。
（2）按工作场地来分，只适合于陆地作业，特别适用于野外或城区场地狭小地区作业。
（3）按成孔参数来分，适于直径不大于2米，孔深不大于61米的钻孔灌注桩工程。
3 钻机组成及性能
3.1钻机组成
旋挖钻机由底盘（履带式）、驾驶室、桅杆、钻杆、动力头和钻头等组成。驾驶室设有水平仪（测量钻机水平度）、倾斜仪（测量桅杆x、y方向倾斜率）、深度仪（测量孔深）等显示器，通过布置在钻机各部位的感应器及时传送数据，并自动校正。
3.1.1 钻机底盘采用履带式，可自行移机就位。底盘履带可伸缩，在钻机就位后可横向展开履带，从而加大钻机支撑范围，保证钻机施工时平稳。
3.1.2 该机驾驶室设有水平仪、倾斜仪、深度仪等显示器，可通过布置在钻机各部位的感应器及时将有关数据自动显示于驾驶室，使操作手能及时掌握并调整（手动）或自动（自动调整开关打开时）校正。
3.1.3 桅杆上设有钻杆导向槽，钻杆顶设有导向架，两者结合，并通过联结在钻杆下部的动力头的约束，可以保证钻杆在工作时的稳定，最大程度上避免钻头晃动，确保孔位和孔径准确。
3.1.4 钻杆采用伸缩式，可根据孔深自动调节长度，避免了回旋钻机接长和拆除钻杆这一繁重的工序，降低了劳动强度。
3.1.5 动力头是该钻机的核心部分。它的液压、控制和电气系统采用了“总功率变量＋恒功率变量＋负荷传感系统电—液比例伺服控制”技术，使钻机可根据地质软硬程度自动调整扭矩及钻进压力的比例，保持高工效，而不完全依赖于操作手的经验。并可使钻机实现“微动”，即可使钻机在就位、调整垂直度时具有非常高的准确性。同时它有一独特的锁定装置，使钻机在钻进过程中，动力头能锁定钻杆，并给钻杆以下压力；在提钻过程中则自动脱锁，使钻杆在主卷扬带动下自由上升。
3.1.6 钻头采用圆筒式，刀刃设于筒底板上，这样在钻进时，使钻下的钻渣直接旋入钻头空腔，并由钻头带出孔外。同时可以保证孔径和孔底平整。
为了便于以后施工中对钻机进行选型，下面将两种型号的旋挖钻机的性能指标列于表1：

表1
序号
型 号
最大钻径（m）
最大钻深（m）
功 率（Kw）
工作重量（t）
行走速度（Km/h）
１
R412HD
1.5
56
169
46
2
２
Ｒ516
2.0
61
224
50～55
2

4 工艺原理
该钻机由全液压的动力头产生扭矩，并由安装在钻架上的液压油缸提供钻压力，这两部分动力通过伸缩式钻杆传递至筒式钻头，使钻头旋入土体中，钻下的钻渣充入钻头空腔，由主卷扬将钻头拔出孔外，钻头底板自动打开，钻渣在自重作用下由钻头中自动落下。
5 工艺流程及施工要点
5.1工艺流程
施工准备 测量放样 埋设护简 钻机就位 钻进 （注浆） 检孔 （清孔）
5.2施工要点
5.2.1施工准备
5.2.1.1平整工作场地，接通水、电，修好施工所需使用的道路。
5.2.1.2复核并加密导线控制点。
5.2.1.3开挖泥浆池，根据地质情况制备相应泥浆。因该钻机施工时直接将钻渣提倒至孔外，不存在原土造浆，所以必需制泥浆。本工法中泥浆只为护壁用，若地下水位深于桩底、且地质情况良好时，可采用“干挖法”，而不需造浆护壁。
5.2.2测量放样
5.2.2.1测量放样 桩位采用全站仪以复核过的导线控制点为基准进行放样。测量时采用“两次放样法”：即先用桩位坐标测出具体桩位，然后再反测出该桩位的坐标值，与设计计算坐标校核，从而防止操作仪器输入数据时“手误”，从而导致桩位偏位。
5.2.2.2具体桩位设置后，立即用“十字线法”将桩位用护桩引出，同时对桩位、护桩进行加固、标识、保护。
5.2.3埋设护简
该工法中护筒的埋设采用机械挖埋法。
5.2.3.1将钻机移至桩位处并采用垂线法使钻头中心对正护桩中心（即桩位中心）后，下钻至护筒埋设深度后，提起钻头，将钻渣倒于原地面，再在钻头顶部装设扩孔器后下钻以使所钻孔径稍小于护筒直径。
5.2.3.2在人工配合下，用钻机上的卷扬机将护筒吊移至孔口，利用钻机钻头下压护筒至埋设深度。
5.2.3.3护筒内径应比桩径大20~40cm，护筒中心线应与桩基中心线重合。
5.2.3.4护筒高度应高出地面30cm，埋深宜为2~4m。
5.2.3.5测设护筒顶面标高，用以控制孔底标高（孔深）。
5.2.3.6现场施工员填写工艺流程卡，将有关成孔控制参数如孔号、孔口标高、孔底标高、孔深、孔径等注明，并下发至钻机操作手。
5.2.4钻机就位
5.2.4.1再次设护桩十字线，标出桩中心。
5.2.4.2开动钻机，移至桩位处，根据驾驶室内水平仪，倾斜仪显示数据，微调钻机至底盘水平、桅杆垂直，然后采用垂线法使钻头中心对正护桩中心，并下移钻头接近于护筒顶面，打开深度仪并归零。
5.2.5钻进
5.2.5.1钻机准确就位后，钻机操作手对工艺流程卡中有关参数复核确认后，放松钻机主卷扬，在钻头及钻杆自重作用下钻头随伸缩式钻杆的伸出下落至护筒内的土体表面。
5.2.5.2启动全液压动力头，使其旋转，同时动力头锁定钻杆，并在安装在钻架上的液压油缸提供的钻压力作用下，使钻头旋入土体，钻下的钻渣充入筒式钻头空腔。
5.2.5.3关闭动力头，同时钻杆自动脱锁，提升主卷扬，伸缩式钻杆回缩，带动钻头拔出孔外。
5.2.5.4转动钻架，使钻头移至卸渣区，并继续提升钻头至钻头底板自动打开，钻渣在自重作用下由钻头中落下。
5.2.5.5回转钻架，钻头回至桩位处钻架自动停转，然后进入下一次的钻进过程。
5.2.5.6在钻进过程中需泥浆护壁时，应及时向孔内注入制备好的泥浆，并确保水头高度。
5.2.5.7堆于孔口处的钻渣及时用装载车运弃至堆渣区，以保证钻孔连续进行，并确保现场整洁。
5.2.5.8钻进过程中，现场施工员应经常注意地层变化，判明渣样并认真记录钻孔施工记录。
5.2.6检孔
虽然该钻机的构造确保了成孔的直径、垂直度和孔深，为了确保准确无误，在钻进至设计孔深（由驾驶室中的深度仪所判定的）后，仍需采用测绳对孔深进行确认，并用检孔器对孔径、孔深、孔的垂直度进行检查。
5.2.7清孔
由于该钻机工作时将钻渣直接提倒至孔外，一般不需清孔。但在钢筋笼吊放后，灌注砼前，应检查孔底沉淀厚度，若超过规定，必需清孔，清孔采用换浆法，即由外往孔内注入清水或低浓度泥浆，并在孔底作砂石泵往外抽吸，如此反复循环，至满足要求为止。
6 施工机械设备
采用旋挖法成孔时，每一工作班组必须配备如表2的施工机具。
表2
序号
名称
型号
数量
备注
1
旋挖钻机
R412HD/R516
1
根据桩径选择机型
2
装载机
ZL30/40
1
多个班组同时作业时可共用
3
自卸汽车

1
多个班组同时作业时可共用
4
泥浆泵

1
多个班组同时作业时可共用

7 劳动组织
每一工作班组要求配备以下操作和管理人员
7.1机具操作人员
7.1.1旋挖钻机司机1人：负责钻机就位、钻进。
7.1.2装载机司机1人：负责清理孔口钻渣并装车。
7.1.3自卸汽车司机1人：负责运弃钻渣于堆渣区。
7.1.4泥浆泵泵手1人：负责孔内注浆。
7.2管理人员
7.2.1现场负责人1人：负责各种事务协调处理。
7.2.2现场施工员1人：负责钻机准确就位，成孔参数检测。
7.2.3测量员2人：负责桩位放设、复测。
另需2名辅工在埋设护筒时配合吊运护筒及其它工作等。
8 质量标准及检验方法
本工法采用交通部《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071—98）标准，具体标准及检验方法见表3。
表3
序号
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法
及频率
1
孔的中心位置（mm）
群桩：100；单排桩：50；
全站仪：每孔
2
孔径（mm）
不小于设计桩径
探孔器：每孔
3
倾斜率
小于1%
探孔器：每孔
4
孔深
磨擦桩：不小于设计规定
支撑桩：比设计深度超深不小于50 mm
测绳：每孔

5

沉淀厚度（mm）
磨擦桩：符合设计要求，当设计无要求时，对于直径小于等于1.5m的桩小于等于300 mm:直径大于1.5m或桩长大于40m或土质较差的桩小于等于500 mm
支撑桩:不大于设计规定
测绳：每孔
9 安全措施
9.1正在施工孔口处用标志牌标明“孔口危险”字样，夜间加挂照明灯具；已施工完孔口除采取以上措施外，应在孔口加盖防落栅栏。
9.2设有泥浆池时，其四周应采用有效围护，并标明“危险”字样。
9.3钻机回转范围内应设警戒线，线内严禁站人。
9.4钻机操作手应严格按操作规程作业，在行进或回转时要注意警示周围人员或车辆。
10 效益分析
本法与传统的回旋钻机反循环作业法相比较，成本稍高，但工作效率极高，且施工现场投入机械、人员少，钻渣直接外运，确保现场整洁，符合文明施工要求。
西安绕城高速公路南段九标合同工期为2000年12月1日至2001年11月30日，仅12个月。由于业主征地拆迁工作进展不力，直到2000年4月初我单位才进场施工。4月12日下午我们投入的2台旋挖钻机正式开钻，至当月25日（结算日）就成桩63根；5月则完成160根。平均日成桩在5根以上，最多时达9根，且成桩轴线偏位均在“标准”允许的5cm之内。完成全部430根桩基础共用有效工作日81天，为我们抢回了失去的工期。正是这一施工速度和质量使我标段在5月份获得全线17家施工单位参加的劳动竞赛活动第一名称号，并为此后连续3个月获得前三名打下了坚实的基础。也提高了我单位在陕西省公路建设市场的知名度和信誉，为我单位进军西部公路建设市场奠定了基础。
九标最长的桩为48米（孔深达52米），采用该机成孔不超过4小时。而据以往施工经验，采用传统的回旋钻机施工同样的桩，成孔则需近40小时。另外，我们投入了2台旋挖桩机完成全部430根桩基础共用有效工作日81天，按同样的工期要求我标段则至少需投入14台回旋钻机。
成孔过程中，钻渣直接通过钻头筒仓提拔倒于孔外，不需泥浆循环运渣，而泥浆只为护壁用，所以直接注入孔中，避免了回旋钻施工中泥浆运渣循环沉淀而造成的环境污染，确保现场整洁，符合文明施工要求，取得了良好的社会效益。