旋挖机施工方案和关键工序的技术措施

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旋挖钻孔灌注桩施工方法

某项目部拟投入先进的钻孔桩施工设备“旋挖钻机”。该旋挖钻机设备具有“高效（是普通钻机的十几倍）、低噪声、少泥浆、成孔事故率低、不用电”等优点。其高效的特点可以解决本工程工期短、场地狭窄、施工用电不足、可容纳的施工设备数量有限的矛盾，大大减少了现场施工设备数量，降低了施工管理难度、提高了施工效率，而且工程质量和工期更有保证。

旋挖机的主要技要点

旋挖机，适用于城市高层建筑、铁路、公路、桥梁等桩（中大型桩）基础工程施工；的超强输出扭矩，确保在不同地质状况下完成施工；电喷涡轮增压中冷柴油发动机；电脑感应负载变化，并相应调整输出功率；柴油机具有自动加速/降速功能，使燃油耗费下降5－10%；发动机噪音低、振动小、环保节能，废气排放符合欧EPACⅡ标准；液压系统主控回路、先导控制回路，可使流量按需分配到系统工作装置的各执行部件，实现各工况负荷下的最佳匹配；系统独立散热。液压泵、液压马达、液压阀，实现了系统的高可靠性；采用先进的手动与自动相互切换的电子调平装置，对桅杆进行实时监控，保持桅杆在施工作业中的铅垂状态，有效地确保了桩孔垂直度要求。

一、施工艺流程

为确保旋挖钻孔灌注桩施工质量，使施工按规定程序有序地进行作业，编制旋挖钻孔灌注桩施工流程图。

二、施工要点

（1）桩位测放及标高控制

根据设计图纸，由专业测量人员制作施工平面控制网，校测场地基准线和基准点、测量轴线、桩的位置及桩的地面标高。采用极坐标法对每根桩孔进行放样。为保证放样准确无误，对每根桩必须进行三次定位。定位和标高测定后会同有关部门和人员，对轴线、桩位、标高进行复核，并作记录，符合设计、规范要求后方可进行施工。

（2）泥浆制备、使用与管理

① 泥浆制备

由于本工程施工地质条件较好，主要地层为粉质粘土层和强风化泥质砂岩层，是很好的造浆地层，所以本工程在钻孔桩施工过程中采取原土造浆的方法制备泥浆。配比及性能指标详见表。

② 泥浆使用

a、对于正循环钻进，在一般土层中成孔时泥浆密度宜为1.3～1.40，粘度宜为16～28s，含砂率4～8%，胶体化率大于96% 。在软土层中钻进时，泥浆密度宜为1.3～1.5，粘度宜为19～28s，含砂率4～8%，胶体化率大于96% 。开孔钻进时，泥浆应适当加稠,密度宜为1.3～1.50。

b、清孔后泥浆性能指标宜为：泥浆密度宜为1.15～1.25，粘度宜为17～22s，含砂率小于8%，胶体化率大于95% 。

③ 泥浆管理

施工过程中应做好泥浆的日常维护管理，废弃的泥浆与渣应按环境保护的有关规定进行处理。

（3）成孔

1. 机械就位、护筒埋设

施工场地平整处理，保证旋挖钻机底座场地应平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生沉陷。桩位确定后，利用十字线放出四个控制桩位，并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。

护筒埋设：护筒由厚度4－6mm钢板制成，护筒直径比桩基孔径大100－150mm，每节护筒长度1.5-3.0m，护筒至少高出地面30cm。以防止杂物、泥水流入孔内。

旋挖钻机在埋设护筒时，应由人工进行辅助配合，护筒埋设利用旋挖机的钻斗挤压作用做相应的调整。

2. 泥浆调制

因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，为此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。由于地基岩土中又夹有粉砂土层、亚砂层，地面水位较高的特点，调制出良好泥浆的各项性能指标尤为重要。

泥浆相对密度：1.02－1.10，粘度：18－22s，砂率≤4％，泥皮厚度：＜2mm，PH值：大于7。

施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生施工事故。

3. 钻孔施工

旋挖钻机在土层采用筒式钻斗。钻机就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，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始终不得低于护筒底部，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。具体操作如下：

①按既定的施工顺序进行桩孔的施钻工作，未经同意不可擅自改变施工顺序而随意进行桩孔的施钻。

②启动旋挖钻机进行钻杆起立、安装钻头及调垂工作，旋挖钻机进入工作状态，检查各项仪表和显示器的工作画面，确保旋挖钻机的工作状态正常。

③移动旋挖钻机使钻头中心与桩位中心对中，对中通过钻头底部中心钻齿的尖部与护桩交出的桩位中心进行控制，桩位中心通过“十”字护桩拉线交出，两点处于同一铅垂线上的偏差在验收标准允许偏差范围内即为对中完成，对中完成后设置钻机的平面位置记忆系统记住工作位置保证工作中自动对中归位，同时采用钢板尺进行复测，做好钻机就位的偏差记录。

④开孔时，将钻头慢慢下落到地表高程时，通过电脑控制按钮将深度显示仪调整为零，以便钻进过程中跟踪钻孔深度。然后再将钻头放入护筒（护壁）内，正向旋转开始钻进。

⑤选用斗筒式钻头钻进时，当钻头提出孔外移至机侧以后，继续缓慢上提钻头，利用动力头下的挡板将钻头上的顶压板的顶压杆下压，通过与顶压杆相连的连接杆件将钻头的底盖打开卸落钻渣，钻渣卸落完成后，再将钻头下落至地面关闭底盖。

⑥遇有坚硬地层，斗筒式钻头钻进困难时，换用锥形螺旋钻先将土层松散，再换用斗筒式钻头进行掏渣，如此往复，直至通过坚硬地层。

⑦施工过程中应通过钻机本身的三向控制系统反复检查成孔的竖直度，确保成孔质量。钻孔过程中，应经常观察主机在地面和支腿支撑处地面变化情况，发现下沉现象应及时停机处理，保证旋挖钻机始终处于自动调垂的工作状态。

⑧钻孔过程中随着孔深的增加向孔内应及时、连续地补浆，维持护筒内应有的水头；高于护筒底脚0.5cm以上或底下水位以上1.5～2.0cm，保持足够的泥浆压力，防止孔壁坍塌。还要随时注意地质变化，准确判断地层情况，防止对地层的误判导致坍孔等事故的发生，并根据地质情况的变化随时调整泥浆的性能指标和钻进工艺，以保证成孔质量。

⑨钻孔应连续进行，因故停钻时，应注意保持孔内泥浆比重，经常检查桩孔周围地表土的变化情况，防止孔壁坍塌。钻孔完成后，应尽快浇筑混凝土。

⑩钻孔过程中应做好各种记录。

旋挖钻机钻进施工时及时填写《钻孔记录表》，主要填写内容为：工作项目，钻进深度、孔底标高、地质描述、净钻孔时间及停钻原因等；《钻孔记录表》由专人负责填写，交接班时应有交接记录。钻孔达到预定钻孔深度后，提起钻杆，及时测量孔深及沉渣厚度。

4. 控制钻斗钻进、提升速度

(1)旋挖钻机钻机过程中应严格控制钻进速度，避免钻进尺度较大，造成埋钻事故。

(2)若钻机升降钻斗时速度过快，钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁，再加上钻斗下部产生较大负压作用，造成孔壁颈缩、坍塌现象。所以钻斗提升时应严格控制其速度，经现场实践得知，钻斗升降速度保持在0.75－0.80m/s。当钻斗粉砂层或亚砂土层时，其升降速度应更加缓慢。

（3）清孔

①清孔的目的。清孔的目的是清除孔内钻渣，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留过厚沉淀砂土而降低桩的承载力，确保灌注混凝土的质量。

②清孔的质量要求。清孔的质量要求是应清除孔底沉渣不大于50mm，泥浆性能指标：含砂率为6%。比重小于1.20，漏斗粘度不大于25s。

③清孔方法和步骤：

首先，钻孔达到设计的钻深后，必须核实地质情况，同时应将孔底松散的钻渣清除干净，即将钻头放至孔底后进行原位空转后，提起钻杆卸落钻渣终孔。终孔时须提前通知现场主管技术人员以便终孔时立即进行测量孔深，该孔深为无沉渣的实际钻深。

其次，沉淀一段时间后在吊装钢筋笼之前采用掏渣法进行清孔，采用旋挖钻机将筒式钻头下至孔底进行掏渣，掏渣至终孔时的孔深时钻头进行空转清除孔底散落松渣。清孔应达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3cm颗粒，泥浆比重不大于1.1-1.2，含砂率小于6%，粘度17～25s；浇注砼前孔底沉渣厚度不大于5cm。

清孔完成后进行成孔检测，对桩孔平面位置通过护桩拉线进行复测，对孔径、孔深、沉渣厚度进行检测，确保成孔质量达到验收标准的要求。

（4）钢筋笼制作与安装

① 一般要求

a、钢筋的种类、钢号、直径应符合设计要求。钢筋的材质应进行物理力学性能或化学成分的分析试验。

b、制作前应除锈、调直（螺旋筋除外）。主筋应尽量用整根钢筋。如需接长，采用焊接接长，接头面积百分率不宜大于50%。焊接的钢材，应作可焊性和焊接质量的试验。

（5）水下混凝土灌注

混凝土灌注是钻孔灌注桩的重要工序，应予特别注意。孔底应经过质量检验合格后，才能进行灌注工作。

在水下砼灌注过程中应严格按照《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)及设计要求施工，各个施工环节互相配合，技术人员层层把关，砼灌注前应会同甲方、监理对该桩孔进行隐蔽验收、签字，合格后方可灌注。水下砼灌注采用竖向活节导管密封拉板法进行，具体要求如下：

①把好商品砼的质量关，经常检查砼的质量，坍落度控制在18～22cm内。

②导管制作与安装。灌注导管要便于安拆，并有足够的强度和刚度。导管用钢管制作，导管壁厚不宜小于3mm，直径为250mm。每节导管长度，导管下部第一根为4500mm，导管中部为1500mm，导管上部为300～500mm。导管的驳接口必须加上止水密封胶圈，确保接头密封良好。密封形式采用橡胶圈或橡胶皮垫。

灌注前对灌浆设备进行严格检查导管要求内管光滑。下入导管一定要准确，导管底距孔底控制在0.3～0.5m。

③导管顶部应安装漏斗和贮料斗。漏斗安装高度应适应操作的需要，在灌注到最后阶段时，能满足对导管内混凝土柱高度的需要，以保证上部桩身的灌注质量。混凝土柱的高度，一般在桩底低于桩孔中水面时，应比水面至少高出2m。漏斗与贮料斗应有足够的容量来贮存混凝土，以保证首批灌入的混凝土量能达到0.8m以上的埋管高度。

④隔板：采用预制钢板，开灌前用铁线固定在导管内临近泥浆面处。

⑤灌注顺序:灌注前，应再次测定孔底沉渣厚度。如厚度超过规定，应再次进行清孔。当下导管时，导管底部与孔底的距离以能放出混凝土为原则，一般为30～50cm。

a、首批混凝土连续不断地灌注后，应有专人测量孔内混凝土面高明度，并计算导管埋置深度，一般控制在2～6m，不得少于1m或大于6m。严禁导管提出混凝土面。应及时填写水下混凝土灌注记录。如发现导管内大量进水，应立即停止灌注，查明原因，处理后再灌注。

b、水下灌注必须连续进行，严禁中途停灌。灌注中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位变化情况，及时测量孔内混凝土面上升高度和分段计算充盈系数（充盈系数应在1.05～1.2之间），不得小于1。

c、导管提升时，不得挂住钢筋笼，可设置防护三角形加筋板或设置锥形法兰护罩。

d、灌注将结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，比重增大。出现混凝土顶升困难时，可以小于300mm的幅度上下串动导管，但不许横向摆动，确保灌注顺利进行。

e、终灌时，采用捞样筒捞取砼样确定砼面高度。考虑到泥浆层的影响，实灌桩顶混凝土面应高于设计桩顶0.50m以上，以保证桩顶砼质量及不浪费材料。

f、施工过程中，要协调混凝土运输和灌注各个工序的合理配合，保证灌注连续作业和灌注质量。

g、每根桩必须随机抽样留置试块不得少于一组，并认真做好试块的养护，达龄期及时送检。

（6）桩长和桩顶标高的控制

本工程桩有空灌段，施工时要严格控制桩长和桩顶标高，既不多灌浪费混凝土，增加成本，又不少灌影响质量。

（7）废浆必须外运排走，不能排入市政管道。

三、常见事故处理及预防措施

本工程地质条件对钻孔灌注桩施工有诸多不利因素，施工过程中，常见以下几种事故。

钻进中漏浆的处理

在成孔时遇到原有的旧基础时，会发生漏浆现象。处理办法可先投放泥球，及时补浆，在孔内搅拌泥浆，使稠泥浆迅速充填在孔壁块石的间隙中，阻挡渗漏而保护孔壁稳定。漏失停止后，恢复正常钻进。

卡埋钻具

发生原因：卡埋钻具是旋挖钻进施工中最容易发生的、也是危害较大的事故，在施工过程中要采取积极主动的措施加以预防，一旦出现事故，要采取有效措施及时处理。

卡埋钻具的预防措施如下：

①较疏松的砂卵层或流砂层，孔壁易发生大面积塌方而造成埋钻。钻进至砂层后，钻机操作要慢提，轻放，不要强行加压。

②粘泥层一次进尺太深孔壁易缩径而造成卡钻。所以，在这类地层钻进要控制一次进尺量，一次钻进深度最好不超过40cm。

③钻头边齿、侧齿磨损严重而无法保证成孔直径，钻筒外壁与孔壁之间无间隙，如钻进过深，则易造成卡钻。所以，钻筒直径一般应比成孔直径小6cm以上，边齿、侧齿应加长，以占钻头筒长的2/3为宜，同时在使用过程中，钻头边齿、侧齿磨损超过15mm后要及时修复。

④因机械故障而使钻头在孔底停留时间过长，导致钻头简壁四周沉渣太多或孔壁缩径而造成卡埋钻。因此，平时要注意钻机本身的及时保养和维修，同时要调整好泥浆的性能，使孔底在一定时间内无沉渣。

卡埋钻具的处理措施如下：

①直接起吊法，既用吊车或液压顶升机直接向上起吊。

②钻头周围疏通法，既反旋转或水下切消等方法，清理钻筒四周沉渣，然后再起吊。

③高压喷射法，即在原钻孔两侧对称打2个小孔（小孔中心距钻头边缘0.5m左右）然后下入喷管对准被卡的钻头高压喷射，直至两孔喷穿，使原孔内沉渣落入小孔内，即可回转提升被卡钻头。

④护壁开挖法，即卡钻位置不深时，用护筒、混凝土等进行护壁，人工直接开挖清理沉渣。

坍孔

发生原因：泥浆比重太小或其它泥浆性能指标不符合要求，护筒埋设不稳固或漏水，钻头撞击孔壁，孔内水头压力不够或补浆时泥浆冲击孔壁。坍孔的预防和处理措施：

①准确判断地层情况，及时调整泥浆的性能指标。在松散的粉砂土或流砂土中钻进时，应控制一次进尺深度并选用较大比重、粘度和胶体率的泥浆。

②护筒埋设时周围用灰土夯填密实，确保护筒稳固和不漏水。钻头下放时待正确归位后再行慢速下放，防止钻头撞击孔壁。

③开孔即发生孔口坍塌时，立即拆除护筒并回填，重新换用长护筒加深埋设后再行钻进。

④如发生孔内坍塌，应判明坍塌位置，回填砂和黏土（或砂砾和黄土）混合物到坍孔处以上1～2m再继续施钻，如坍孔严重应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。

⑤补浆时应指定专人进行，防止冲刷孔壁，保证钻孔内必要的水头高度和压力。

钻孔偏斜产生原因：

①钻孔中遇到较大的孤石或探头石。

②在有倾斜度的较硬地层交界处、岩石倾斜处钻进或者粒径大小悬殊的砾卵石层中钻进钻斗受力不均。

③施工过程中钻机底座产生不均匀沉陷没有通过钻机本身的三向垂直控制系统反复检查成孔的垂直度，导致钻机发生倾斜。

钻孔偏斜的预防和处理措施：

①遇有孤石或探头石以及在有倾斜的软硬地层钻进时，应低速钻进。

②钻机就位前将场地平整压实，钻进过程中经常观察钻机底座，防止地基沉陷导致钻机倾斜，超出钻机自动调垂范围，施钻时反复检查成孔的竖直度，确保钻孔的竖直性。

③发现钻孔倾斜后，立即通过调整钻机的垂直控制系统，上下反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时回填黏土到偏斜处，待沉积密实后再继续缓慢钻进纠偏。

孔形不规则

孔形不规则，主要表现在扩孔和缩孔，扩孔实质为孔壁坍塌未处理而造成严重后果的孔，应按坍孔事故预防和处理。

缩孔产生的原因：

①斗筒在钻孔中，斗筒下缘的保证孔径的凸块补焊不及时，严重磨耗导致钻出的孔较设计桩径稍小。

②由于地层中夹有软塑土，遇水膨胀后孔径缩小。

缩孔的预防和处理措施：

①经常检查斗筒凸块的磨损情况，并及时进行补焊，以保证孔径的准确性。

②用斗筒上下反复扫孔的方法扩大孔径，并尽可能缩短从成孔到灌注混凝土的时间。

四、施工注意事项

(1) 由于钻机设备较重，施工场地必须平整、宽敞，并有一定硬度，避免钻机发生沉陷。

(2) 钻机施工中检查钻斗，发现侧齿磨怀，钻斗封闭不严时必须及时整修。

(3) 泥浆初次注入时，垂直向桩孔中间进行入浆，避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部，致使护筒底部土质松散。

(4) 因粘土层中钻进过深易造成颈缩现象，在钻机施工时应严格一次钻进深度。

(5) 钢筋笼或探孔器向孔内放置时，应由吊车吊起，将其垂直、稳定放入孔内，避免碰坏孔壁，使孔壁坍塌，在砼浇筑时出现废桩事故。

五、旋挖钻机成孔优点

(1) 因该钻机操作由全液压系统控制，能保证桩基垂直度、孔位、孔深、沉淀厚度等各项指标全部达到施工规范要求。

(2) 该钻机适用不同地质情况，成孔效率高，约3h左右即可成孔，1天成孔8个，是普通回旋钻机成孔的5-10倍，因此使用于工期要求紧的工程项目。

(3) 孔壁稳定性好，成孔后清孔彻底，施工进度快。

(4) 施工噪音低，不污染环境，使用于环境保护要求高的施工地区。

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