淺談旋挖鉆孔施工質(zhì)量控制

■蔡良福 ■廣州南華工程管理有限公司福建分公司，福建 廈門(mén) 361000

1 工程概況

某泊位糧食筒倉(cāng)及配套工程主要為建造16 座直徑24m 的筒倉(cāng)，筒倉(cāng)基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，每座筒倉(cāng)樁基礎(chǔ)為64 根φ800mm 鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)40-47m，為了提高樁基承載力在灌注樁混凝土澆筑后進(jìn)行樁端注漿。

該工程樁基地質(zhì)巖土層為素填土、吹填土、拋石層、淤泥、淤泥混砂、中細(xì)砂、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、中粗砂、卵石、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖。工程場(chǎng)地位于新建碼頭后方，原為灘涂吹填而成，后經(jīng)真空預(yù)壓軟基處理。樁基持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖，設(shè)計(jì)要求終孔為以下兩種情況之一:(1)進(jìn)入中風(fēng)化嵌巖不小于1 米;(2)進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化嵌巖不小于1.5 米且樁長(zhǎng)不小于最小樁長(zhǎng)47.3 米。

2 工程難點(diǎn)

本工程施工主要難點(diǎn):(1)工期較緊，樁基數(shù)量較多;(2)施工用電不足，施工區(qū)域極其狹小。

3 鉆機(jī)選型

根據(jù)地勘報(bào)告及試驗(yàn)樁施工情況基本可以判斷S1-S8 筒倉(cāng)區(qū)域灌注樁持力層為強(qiáng)風(fēng)化，針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境、地質(zhì)情況及施工難點(diǎn)，為滿(mǎn)足工期及施工質(zhì)量要求，對(duì)該區(qū)域灌注樁采用旋挖機(jī)進(jìn)行施工。S9-S16 筒倉(cāng)灌注樁持力層為中風(fēng)化巖，為確保施工質(zhì)量及進(jìn)度要求，采用傳統(tǒng)的沖擊成孔灌注樁機(jī)進(jìn)行施工。

旋挖樁機(jī)選用SR200C，扭矩200kN·m，發(fā)動(dòng)機(jī)功率125kW，鉆孔直徑0.8～1.8m，鉆孔深度60m 左右，鉆機(jī)整機(jī)質(zhì)量60t 左右。該旋挖鉆機(jī)采用液壓履帶式伸縮底盤(pán)、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動(dòng)檢測(cè)調(diào)整、孔深數(shù)碼顯示等，整機(jī)操縱采用液壓先導(dǎo)控制、負(fù)荷傳感，具有操作輕便、舒適等特點(diǎn)。本次鉆頭選用鍋底式鉆斗(用于砂、粉砂、粘土)和多刃切削式鉆斗(用于固結(jié)砂礫、軟基巖)。

4 工作原理

旋挖機(jī)成孔原理是在一個(gè)可閉合開(kāi)啟的鉆頭的底部及側(cè)邊，鑲焊切削刀具，在伸縮鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)下，旋轉(zhuǎn)切削挖掘土層，同時(shí)使切削挖掘下來(lái)的土渣進(jìn)入鉆斗內(nèi)，鉆頭裝滿(mǎn)后提出孔外卸土，如此循環(huán)形成樁孔。旋挖鉆成孔施工具有低噪音、低振動(dòng)、扭矩大、成孔速度快、樁孔沉渣少、孔壁泥皮薄、樁側(cè)摩阻力發(fā)揮更好、樁端對(duì)持力層擾動(dòng)小等特點(diǎn)。

5 旋挖鉆機(jī)施工工藝

樁位放樣→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位開(kāi)孔→泥漿調(diào)制→旋挖鉆進(jìn)→清孔→下放鋼筋籠及聲測(cè)管→插入混凝土導(dǎo)管→二次清底→灌注混凝土成樁→拔出導(dǎo)管→拔出護(hù)筒

由流程圖可知，旋挖鉆孔灌注樁的特別之處在于制備泥漿和補(bǔ)充泥漿，在鉆孔過(guò)程中，要制備符合性能指標(biāo)的泥漿，同時(shí)要及時(shí)補(bǔ)充泥漿，以確?？變?nèi)水頭壓力，防止塌孔。

6 質(zhì)量控制措施

6.1 樁位放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)樁位坐標(biāo)進(jìn)行樁位放樣，并對(duì)原樁位引出護(hù)樁加以保護(hù)。護(hù)樁采用十字法固定，沿護(hù)筒四周共4 點(diǎn)，用鋼筋打入地面。

6.2 埋設(shè)護(hù)筒

根據(jù)地勘報(bào)告，本工程施工區(qū)域砂層厚度9 米左右，為了避免出現(xiàn)塌孔問(wèn)題，將護(hù)筒加長(zhǎng)至9～12m，這樣基本穿透砂層，可以有效避免出現(xiàn)塌孔問(wèn)題。

護(hù)筒采用10mm 厚鋼板制作，鋼護(hù)筒長(zhǎng)度9～12m，護(hù)筒內(nèi)徑0.9m。埋設(shè)時(shí)利用50T 履帶吊機(jī)吊掛永安DZJ-120 零啟動(dòng)系列振動(dòng)錘功率90kw，直接將護(hù)筒振動(dòng)埋入土層，頂部比原地面高出0.5m，并在護(hù)筒四周用黏土夯實(shí)。一臺(tái)旋挖機(jī)配備2 個(gè)以上的護(hù)筒，一次性下2 個(gè)護(hù)筒，在挖第二根的時(shí)候，第一根的護(hù)筒拔起，預(yù)埋到下一根要挖的位置，以此類(lèi)推，連續(xù)作業(yè)。

護(hù)筒埋設(shè)過(guò)程中應(yīng)在護(hù)樁上拉上十字線(xiàn)，根據(jù)中心點(diǎn)隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證樁位中心線(xiàn)與護(hù)筒中心線(xiàn)一致，誤差控制在5cm 以?xún)?nèi)。

6.3 泥漿制備

由于旋挖鉆成孔極快，對(duì)于護(hù)壁要求就更為嚴(yán)格，在泥漿制備上一定要嚴(yán)格要求，否則極易造成塌孔。造漿材料選擇優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土，不能使用孔內(nèi)原土造漿護(hù)壁，膨潤(rùn)土作為泥漿原料一般為用水量的8%，造漿前應(yīng)根據(jù)泥漿性能指標(biāo)的要求做泥漿配合比的試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)按照泥漿配合比用制漿機(jī)拌制泥漿并存入儲(chǔ)漿池。廢棄的泥漿抽至施工區(qū)域邊設(shè)置的大泥漿坑并經(jīng)YB-200 油壓泥漿柱塞泵設(shè)備進(jìn)行固化處理，避免造成環(huán)境污染。

6.4 鉆進(jìn)

開(kāi)鉆時(shí)先由旋挖鉆頭下鉆挖土，待提起鉆頭倒土?xí)r即開(kāi)始放入泥漿，鉆機(jī)每次下鉆進(jìn)程大約為0.6m，待每次提出鉆頭時(shí)即向孔內(nèi)送入泥漿，保證孔內(nèi)泥漿水頭高度。在開(kāi)鉆初期要利用護(hù)樁對(duì)樁位進(jìn)行多次校正，同時(shí)調(diào)整鉆機(jī)位置，保證鉆桿的豎直，直到鉆機(jī)穩(wěn)定下來(lái)，不再產(chǎn)生沉降或前傾為止。由于旋挖鉆機(jī)鉆渣由筒鉆直接取出孔口，需要裝載機(jī)及運(yùn)渣車(chē)輛配合，及時(shí)將鉆渣轉(zhuǎn)移至指定堆放場(chǎng)地。

6.5 成孔

根據(jù)不同層次的土質(zhì)結(jié)構(gòu)選擇不同的鉆頭、不同的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速和進(jìn)尺進(jìn)行控制，以達(dá)到最佳鉆進(jìn)效果。樁的垂直度控制應(yīng)小于1%，根據(jù)設(shè)備自身安平系統(tǒng)和自動(dòng)調(diào)整桅桿進(jìn)行定位來(lái)控制垂直度。鉆進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化持力層時(shí)，及時(shí)通知地勘單位代表到場(chǎng)進(jìn)行定巖，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度以上1m 左右時(shí)，采用經(jīng)檢定過(guò)的鋼絲測(cè)繩進(jìn)行精確測(cè)量，避免出現(xiàn)后期超鉆深度過(guò)大。

6.6 鋼筋籠制安

鋼筋籠制作應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，鋼筋籠存放場(chǎng)地應(yīng)平整，鋼筋籠應(yīng)先進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收方能下放，下放時(shí)應(yīng)保證鋼筋籠順直，嚴(yán)禁擺動(dòng)碰撞孔壁，就位后焊制定位鋼筋，并在鋼筋籠頂端設(shè)置吊筋，同時(shí)應(yīng)確保鋼筋籠垂直度和保護(hù)層厚度。聲測(cè)管隨同鋼筋籠逐節(jié)下放，聲測(cè)管搭接處采用液壓鉗壓緊。

6.7 清孔、安裝導(dǎo)管

由于旋挖鉆的施工特點(diǎn)，能夠采用掏渣法進(jìn)行清孔，對(duì)于后期二次清孔是有利的。到達(dá)設(shè)計(jì)孔深前，最后一次下鉆時(shí)采用減壓吊鉆，并掃孔2～3 圈，將孔底鉆渣盡可能取出，并保證孔底大致平整。旋挖成孔后利用旋挖鉆機(jī)掏渣鉆斗進(jìn)行掏渣，保證樁底沉淀層厚度符合設(shè)計(jì)要求。在水下砼澆筑前，應(yīng)復(fù)查樁底沉渣厚度，不滿(mǎn)足要求時(shí)進(jìn)行二次清孔，二次清孔采用高壓風(fēng)或泥漿置換法，泥漿置換法為常規(guī)施工方法，而高壓風(fēng)或者高壓泥漿噴射，即在混凝土灌注前，對(duì)孔底進(jìn)行高壓射風(fēng)或射泥漿數(shù)分鐘，使沉淀物漂浮滿(mǎn)足沉渣厚度要求后，立即灌注水下混凝土。

鋼筋籠下放至設(shè)計(jì)深度后，立即下放導(dǎo)管，避免導(dǎo)管與鋼筋籠碰撞，遇導(dǎo)管下放困難應(yīng)及時(shí)查明原因。導(dǎo)管采用壁厚7.5mm 的無(wú)縫鋼管制作，直徑300mm，導(dǎo)管必須具有良好的密封性能，管段的接頭應(yīng)密封良好和便于裝拆，使用前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)。導(dǎo)管吊放時(shí)應(yīng)居中且垂直，下口距孔底0.3～0.5 米，頂標(biāo)高高出鋼護(hù)筒頂?shù)母叨纫赃m宜混凝土罐車(chē)澆灌混凝土為宜，最下一節(jié)導(dǎo)管長(zhǎng)度應(yīng)大于4 米，下放導(dǎo)管的數(shù)量應(yīng)由計(jì)算確定。

6.8 混凝土灌注

澆灌混凝土是灌注樁成樁的重要環(huán)節(jié)，在澆筑混凝土過(guò)程中，不時(shí)的用吊車(chē)提著導(dǎo)管上下拔插振搗密實(shí)，隨著混凝土澆筑，應(yīng)控制導(dǎo)管的拆除數(shù)量以導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)4～6 米為最佳。若在澆筑過(guò)程發(fā)生導(dǎo)管斷裂，應(yīng)終止繼續(xù)澆筑混凝土。

首批混凝土灌注正常后應(yīng)連續(xù)不斷灌注混凝土，嚴(yán)禁中途停工，在灌注過(guò)程中，經(jīng)常用測(cè)錘探測(cè)混凝土面的上升高度，并適時(shí)提升，逐級(jí)拆卸導(dǎo)管，保持導(dǎo)管的合理埋深?；炷凉嘧r(shí)間必須控制在埋入導(dǎo)管中的混凝土不喪失流動(dòng)性的時(shí)間內(nèi)，必要時(shí)可摻入適量緩凝劑。樁頂以下5 米范圍灌注時(shí)，應(yīng)始終保證導(dǎo)管內(nèi)混凝土具有足夠的壓力高度，混凝土的最終灌注標(biāo)高要求高出設(shè)計(jì)標(biāo)高0.8～1.0 米，以保證截?cái)嗝嬉韵碌娜炕炷辆_(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)且滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的斷面尺寸。

6.9 拔護(hù)筒

為節(jié)省費(fèi)用，使旋挖鉆孔施工的護(hù)筒循環(huán)利用的同時(shí)也應(yīng)確保灌注樁的質(zhì)量，其護(hù)筒的拔起時(shí)間點(diǎn)和拔起速率也是一個(gè)關(guān)鍵。在澆筑完混凝土后二個(gè)小時(shí)，及時(shí)將護(hù)筒拔起，利用50T 履帶吊機(jī)吊掛永安DZJ-120 零啟動(dòng)系列振動(dòng)錘(功率90kw)夾住護(hù)筒，以小于每分鐘1米的速度勻速將護(hù)筒拔起。護(hù)筒拔起后混凝土?xí)軐?shí)下沉，除去下沉后的量，混凝土應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足超灌量。

6.10 樁端后注漿

后注漿工藝壓漿管采用壁厚1.5mm 無(wú)縫鋼管，在樁底設(shè)置一個(gè)單向止逆閥，壓漿管兼做聲測(cè)管。本工程注漿管采用單向截流閥工藝，在注漿管底部梅花形鉆布置φ6mm 孔9 個(gè)，在其上部設(shè)置逆止閥，并用防水密封膠布將注漿小孔包住，以防止水泥漿堵塞孔道，注漿管需隨同鋼筋籠安放到孔底，此工藝由于采用單向止逆閥下方鉆有注漿小孔作為出漿口，進(jìn)行開(kāi)塞時(shí)水及泥沙不會(huì)回流。

由于注漿管兼作聲測(cè)管用，根據(jù)規(guī)范要求，樁身強(qiáng)度達(dá)到70%以上方可進(jìn)行超聲波檢測(cè)，而壓漿時(shí)間宜在2 天后進(jìn)行，故需改進(jìn)傳統(tǒng)的水泥漿開(kāi)塞工藝，采用高壓水開(kāi)塞工藝。具體施工工藝如下:(1)鉆孔灌注樁水下混凝土澆筑后24～48 小時(shí)內(nèi)，用壓力水從壓漿管壓入，一般在10Mpa 時(shí)將防水密封膠布沖裂開(kāi)。當(dāng)壓入水的壓力突然下降，表明套管已裂開(kāi)并釋放壓力。此時(shí)應(yīng)減小進(jìn)水壓力，以防止高壓回流夾帶雜質(zhì)堵塞壓漿孔，當(dāng)管內(nèi)仍存在壓力水，不能打開(kāi)閘閥，以防水射出傷人。(2)在正式壓漿前保持壓漿管內(nèi)注滿(mǎn)水。(3)當(dāng)樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%(預(yù)計(jì)7 天)，樁身超聲波檢測(cè)完成后，開(kāi)始對(duì)每根管道進(jìn)行壓漿，每根管注漿量約0.69m3，注漿壓力為5MPa，水灰水0.6，壓力持續(xù)時(shí)間為15 分鐘。(4)當(dāng)鄰近樁位正在沖孔時(shí)，不得進(jìn)行樁端壓漿施工，以防漿液穿孔。

7 旋挖鉆機(jī)成孔的優(yōu)點(diǎn)

7.1 成孔速度快

旋挖鉆機(jī)的成孔速度快，與傳統(tǒng)的沖擊成孔鉆機(jī)相比優(yōu)勢(shì)明顯，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在相同的地層中，旋挖鉆機(jī)的成孔速度是傳統(tǒng)沖擊成孔鉆機(jī)的6～10 倍。有效地保證了工程的進(jìn)度，節(jié)省了工期，減少了施工投入。

7.2 減少用電負(fù)荷

因現(xiàn)場(chǎng)施工臨時(shí)用電容量不足，采用旋挖鉆機(jī)可以顯著降低施工用電負(fù)荷。

7.3 環(huán)境污染小

施工噪音低，污染環(huán)境小，適用于環(huán)境保護(hù)要求高的施工地區(qū)。旋挖鉆機(jī)在不需要泥漿支護(hù)的情況下就可以實(shí)現(xiàn)干法施工，即使在特殊地層需要泥漿護(hù)壁的情況下，泥漿也只起支護(hù)作用，鉆削中的泥漿含量相當(dāng)?shù)?，這使污染源大大減少，改善了施工環(huán)境，成孔效率大大提高。

7.4 提高樁的承載力

由于旋挖鉆機(jī)的特殊成孔工藝，其鉆頭的多次上下往復(fù)，使孔壁粗糙、不易產(chǎn)生縮徑。根據(jù)基樁靜載荷及高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果，旋挖樁與傳統(tǒng)的沖擊成孔灌注樁相比，旋挖樁的承載力顯著提高。

7.5 行走移位方便

旋挖鉆機(jī)的履帶機(jī)構(gòu)可將鉆機(jī)方便地移動(dòng)到所要到達(dá)的位置，而不像傳統(tǒng)鉆機(jī)移位那么繁瑣，從而加快了施工速度，對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)能力極強(qiáng)。

7.6 樁孔對(duì)位方便準(zhǔn)確

在對(duì)位過(guò)程中操作手在駕駛室內(nèi)利用先進(jìn)的電子設(shè)備就可以精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)位，使鉆機(jī)達(dá)到最佳鉆進(jìn)狀態(tài)。

8 旋挖鉆機(jī)施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

(1)旋挖鉆適用于土層成孔，地下硬質(zhì)物對(duì)旋挖鉆成孔影響較大。施鉆前應(yīng)先將地表硬物(如拋石等)進(jìn)行清除，鉆進(jìn)過(guò)程中遇到硬質(zhì)物時(shí)停止鉆進(jìn)，查明情況并處理后繼續(xù)施鉆。

(2)對(duì)于超厚砂層，其埋設(shè)的護(hù)筒底部應(yīng)確保穿透砂層，這樣方能避免塌孔，保證灌注樁的施工質(zhì)量。

(3)埋設(shè)的長(zhǎng)護(hù)筒拔起時(shí)間點(diǎn)和拔起速率應(yīng)控制好。在澆筑完混凝土后二個(gè)小時(shí)即應(yīng)及時(shí)將護(hù)筒拔起，否則有可能使護(hù)筒永遠(yuǎn)埋在地下，增加施工成本。護(hù)筒拔起后混凝土?xí)軐?shí)下沉，除去下沉后的量，混凝土應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足超灌量要求。

9 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次施工，旋挖鉆機(jī)施工方法具有施工質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合本工程的實(shí)際特點(diǎn)，因地制宜的采取各種施工措施，其鉆孔過(guò)程順利，成孔質(zhì)量良好，經(jīng)過(guò)第三方檢測(cè)，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求，并取得了較好的鉆孔經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后同類(lèi)型的旋挖鉆施工具有一定的參考價(jià)值。