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1、浅谈旋挖成孔桩的质量控制及其优缺点 单位：滑县住房和城乡建设局 作者：杜国长 简介： 随着国家基本建设投入的增大以及高层建筑的发展，钻孔灌注桩现在被广泛地应用于高层建筑、公路桥梁、铁路桥梁等工程的基础工程。但目前钻孔灌注桩仍大量使用较为落后正反循环冲击钻进、正反循环清孔成孔工艺，本文的主旨是介绍旋挖成孔工艺的运用对于工程质量以及经济效率带来的影响。关键字：旋挖 成孔 施工 工艺一、施钻前准备工作 土壤可钻性分析,包括地质硬度小于5MPa以下的工程地质情况，其分析时应了解的相关参数一般为水文地质结构参数等土性指标。此时土壤的可钻性主要表现为土壤颗粒脆性断裂可切削能力，所使用的斗齿必须是具有锋快楔
2、入能力的线式刃口刀具。 入岩可钻性分析，应考虑岩石的成因和种类，岩石颗粒的大小和形状、岩石的构造及裂隙发育情况，胶结的性质及胶结形式等等。一般应了解岩石的压入硬度、研磨性、弹塑性三个方面的指标。此时，岩石的可钻性主要表现为岩石颗粒的可剪切断裂破碎能力。 岩石破碎的典型方式有两种：脆性剪切碎岩和动载冲击碎岩。脆性剪切碎岩广泛使用于岩石裂隙发育充分的地质情况，其机理是在岩石颗粒边界处利用两向力即加压力和扭矩或多维应力共同作用产生搓碾剪切从而导致岩石破碎的一种准静载破岩方式。常用的碎岩工具应具有点式或圆球形切削刃面。例如装有子弹头的短螺旋钻头，嵌岩筒钻等等都是较常用的有效工具。动载冲击碎岩是利用冲击
3、器的冲击能来加速岩石颗粒边界处裂隙的发育和增大岩石脆性从而实现快速断裂碎岩的一种方式。相对其它碎岩方式来说，具有单位体积比能耗小，破岩效率高的优势。常用的方式有振动锤、振动镐、冲击锤，落锤、牙轮钻头、爆破器、射流冲击器等。 二、旋挖钻成孔工艺旋挖钻成孔是利用带有斗式钻头的转杆旋转及自身的自重，将切削的土削刮入斗筒内，提升斗筒至孔外一侧，再借助斗筒的旋转振动机构弃土，重复此挖弃后即形成桩孔。用这种方式成孔可以用套筒跟进护壁，也可用泥浆护壁，当泥浆无循环时，称“静泥浆”。如土质很好，可以自立，则也可不用护壁措施即干挖成孔。1、旋挖钻成孔优点与传统的正反循环钻机相比，旋挖钻机具有成孔速度快的特点，其
4、工艺优点为：（1）孔壁不易产生泥皮。因为在成孔过程中孔壁一直都受钻斗的刮擦；在孔壁上形成较明显的螺旋线。这两点有助于增加桩的摩阻力，提高桩的质量。 （2）振动与噪声较低。成孔速度快，尤其在砂质土内成孔，斗筒取土及弃土都比较容易，每一斗都是实土，不像钻吸式钻头成孔，排出的都是泥浆，速度必然慢于斗筒取土。孔的垂直度、孔径、标高及孔地虚土等均能较好控制，对确保工程质量非常有利。机械设备较简单。2、旋挖钻成孔缺点之处（1）因为不易形成泥皮，护壁性相对较差，容易缩径、塌孔。对于黏性较高的粘土成孔，成孔速率不高，主要粘土吸附在斗筒周壁，不易卸下，斗筒底板的开启容易发生故障往往须振动斗筒或用人工帮助才能清理
5、干净。（2） 设备费用高，施工成本与其他成孔方式相比较高。砂卵石层中钻进存在成孔困难。3、旋挖钻成孔施工要点（1）确保钻机、钻杆的垂直度，是保证所成孔不倾斜的关键。在钻成前校准垂直后，一般在成孔过程中就无需再进行调配。伸缩式钻杆如果使用期过长，应检查其节间的公差配合是否过松，节间与节间的配合过松，成孔时钻杆晃动，这都会影响成孔的垂直度及孔径扩大。（2）根据不同的土质选择不同的钻头。对不同的土层，钻头的转速也应控制，在软土中可稍高，在硬土、砂卵石层中要适当放慢。旋挖钻头实际上就是一个盛土的筒式容器，只是在斗的下侧焊接切削土壤的刀片或刃口。随着旋挖钻进工艺的推广应用，在遇到沙层、硬岩基层、卵砾石层
6、等各种复杂地层时，不采取特别的措施，旋挖钻机的应用也受到了一定限制。因此，在施工中应根据不同地质情况，选用合适的钻头和施工工法，这样即可以提高施工效率，节约生产成本，而且在环保、能源消耗、孔内事故等等方面能收到异想不到的效果。钻头的类型很多，常用的分为两大类：(1)回转钻头:a单底土斗b双底捞砂斗。(2)嵌岩钻头:a短螺旋钻头b嵌岩筒钻c牙轮钻头。（3）成孔过程中，钻头上下升降频繁，升降速度一定要控制。速度过快时，孔底的负压会造成部分虚土或底部塌孔。当有泥浆护壁时，大量泥浆随着斗筒的提升，从简外侧空隙中快速流入筒底部，形成对孔底的冲刷，也是造成扩孔或塌孔的原因。此外，升降速度在有泥浆护壁的孔中
7、会形成较大的扰动，影响孔壁稳定。（4）旋挖钻成孔，一般均用泥浆护壁，泥浆应具有良好的物理性能、流变性能和稳定性能。主要指标为密度、粘度、PH值、含砂量等。泥浆用粘土应选择粘粒含量大于50%，塑性指标大于20，含砂量小于5%，二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3-4倍的粘土为宜。稳定液的主要材料见表1。表1 稳定液的主要材料表材料名称成分主要使用目的水H2O稳定液的主体膨润土或粘土以蒙特土为主的粘土矿物稳定液的主要材料重晶石硫酸钡增加稳定液相对密度CNC羧甲基纤维素钠盐增加粘性、防止孔壁剥落腐殖酸族分解剂硝基腐殖酸钠盐控制稳定液变质及改善已变质的稳定液木质素族分解剂铬铁木质素磺胺酸钠盐（FCL）碱
8、类Na2CO3及NaHCO3渗水防止剂废纸浆、棉子、锯末等防止渗水 稳定液的配合比应按地基土的性状、钻机和工程条件来定。一般100L的水需加8kg的膨润土，对于粘性土层，膨润土可降低到34kg。由于情况各异，稳定液的性能指标和配合比，必须根据地层特性、造孔方法、泥浆用途而有所变化（表2）。表2 稳定液的主要性能指标项 目指 标膨润土的最低浓度8%泥浆的最小粘度（500/500ml）25s失水率的限度（0.3N/mm2）每30min20mlPH值最高限度11.0所用稳定液的必要粘度参考值如表3。表3 钻斗钻成孔法稳定液的必要粘度参考值土质必要粘度（s）（500/500cc）土质必要粘度（s）（5
9、00/500cc）砂质淤泥20-23砂（N20）23-25砂（N10)45混杂粘土的砂砾25-35砂（10N20)25-45砂砾45成孔结束后，孔底沉渣较多，如不作处理，则影响桩的承载力，甚至在上部结构施工完毕后产生极大的沉降；灌注水下砼时沉渣如浮不上来，容易出现断桩，夹泥等现象。处理方式可用专用泥浆斗捞出，也可在放钢筋笼之前，用泥浆泵配合导管换浆，用其方法清理沉渣直至达到设计允许要求。4、钻孔过程中事故的原因及处理在钻孔过程中，如发现孔壁内水（泥浆）位忽然上升溢出护筒，随即冒出气泡，出渣量显著增大而不见进尺，钻机负荷显著增加，应怀疑是坍孔现象；若泥浆突然下降或钻进进尺过快（可用探测仪或探测锤
10、进行探测，工地现场一般采用探测锤探测）。应怀疑是遇到溶洞，发生坍孔或遇溶洞后，应及时查明原因，减少人员机械损失，采取相应措施以防坍孔及继续坍孔。坍孔不严重时，可用片石与粘土回填到坍孔位以上，并采取改善泥浆性能、深埋护筒等措施，继续钻进。坍孔严重或出现溶洞泥浆全部下降时，应立即将孔全部用片石与粘土回填，待回填土沉实后，重新钻孔，并在钻进过程中采用相应措施，如改善泥浆浓度，减缓钻孔速度等。坍孔部位不深时，可采取深埋护筒，将护筒填土夯实，重新钻孔。 （1）施工前认真检查地质资料，掌握地质状况，分析可能发生的问题并制定预防措施。（2）自开孔起，在钻孔所有时段，始终要注意泥浆的质量，并确保护筒内泥浆面标
11、高不低于地下水位或河中施工水位，这是防止“坍孔”的基本保证。（3）在易缩径的淤泥质粘土和易垮孔的松散杂填土地层和沙层以及严重透水地层必须使用长护筒或全护筒护壁，下护筒的方式有两种：振动锤下护筒和动力头驱动器下护筒。护筒要埋入不透水土层中，宁可深不可浅。对不能埋入不透水土层中的护筒要增加泥浆的相对密度和粘度，以增加黏土土层厚度，防止漏浆。振动锤下护筒：用汽车吊或履带吊吊挂电动或液压振动锤夹持护筒，通过高频振动使护筒周边沙土液化，在护筒重力作用下使护筒插入土层。该方法的优点是下放和起拔护筒速度快，在成孔时可用干式成孔法或天然水，降低造浆成本。但在埋设开始时需注意调整护筒的垂直度。动力头驱动器下护筒
12、：利用动力头反正转搓动和加压油缸加压使护筒切入土中。操作方便 ，并能确保护筒埋置夯实性，缩短挖坑埋置时间，提高成孔效率。 （4）施工前注意钻机安装平稳，施工中经常检查钻架位移量并测量其倾斜度，当发现有倾斜趋势时，及时处理控制，以防扩孔。 5、灌注水下砼时导管出现问题的处理方法（1）导管下孔前要检查法兰连接的密封性，以免管内形成高压气囊，而形成导管漏水，出现这种情况可拔换导管，重新安装导管。操作时必须用清水将管内的清洗干净，并用1：2的水泥砂浆先灌注润滑；首批砼的数量应能满足导管首次埋置深度2m，以及填充导管底部的要求。灌砼前一定要对导管进行减压，如导管内气压过大，砼会灌不下去。（2）塞管分初期
13、导管堵塞和中期导管堵塞。初期塞管多因隔水栓卡管，有时也可能由于砼本身原因，如坍落度过小、流动性差、夹有大颗粒石块、拌和不均匀，以及运输途中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，超集料集中而造成堵管。处理办法可采用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管，或提升下落振冲，或在导管上安装附着式振捣器。如仍不能下落时，则需将导管连同其内的泥凝土提出钻孔进行清理，散落在孔底的砼一定要清除干净。 中期塞管多因灌注时间过长，表层砼已初凝，或因砼在管内停留过久而发生堵塞。处理方法是将导管或提升、降落，但提升时导管不准提出砼面，降落时不准低于导管没提升时的标高，过低怕孔内混凝
14、土已经初凝，至使导管堵塞，如还是不能解决，此时应将导管拔出，重新安设钻机，用较小钻头将钢筋笼以内的混凝土钻挖吸出，用钻架将钢筋骨架拔出，然后回填重新钻孔成桩。（3）混凝土拌和物运至灌注地点时，应检查其均匀性和坍落度等，如不符合要求，进行第二次拌和，二次拌和后仍不符合要求时，不得使用。（4）首批混凝土拌和物下落后，混凝土应连续灌注。在灌注过程中，导管的埋置深度应控制在2 m6 m。当导管内的混凝土不饱满时，应慢慢地灌注，禁止在导管内形成高压气带。在灌注过程中，应经常测探井孔内混凝土面的位置，及时地调整导管的埋深，导管拆除要迅速。（5）为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1 m左右
15、时，应降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌和物上升到骨架底口4 m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2 m以上高度，即可恢复正常的灌注速度。（6）灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为50cm100 cm，以保证混凝土强度，多余部分接桩前必须凿除，残余桩头应无松散层。结束语：由于旋挖施工工艺对班组操作工人要求较高，实施起来有一定的难度，笔者建议加强班组操作工人的培训，加以推广。当然旋挖钻进也有自身的缺点，如遇硬岩层及卵石层钻进困难，以及成孔后容易缩径导至下探孔器困难等，但这些问题会随着研究和应用的深入逐步解决。参考文献1、北京市三一重机有限公司发布的旋挖钻机施工工法通用规程2 公路桥涵施工技术规范作者：杜国长单位：滑县住房和城乡建设局地址：滑县道口镇桥东北路13号手机：13939971488邮编：456400