旋挖兩次成孔大直徑鋼筋混凝土灌注樁施工

李 鋒 瑞

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)公司，山西 太原 030009)

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旋挖兩次成孔大直徑鋼筋混凝土灌注樁施工

李 鋒 瑞

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)公司，山西 太原 030009)

簡述了旋挖鉆機(jī)兩次成孔的工藝原理，從施工測量、鋼筋籠制作、灌注施工、成樁等方面，介紹了旋挖兩次成孔大直徑鋼筋混凝土灌注樁施工的操作要點(diǎn)，并闡明了施工中關(guān)鍵材料的選用原則，指出旋挖鉆機(jī)兩次成孔工藝降低了鉆進(jìn)阻力，加快了鉆進(jìn)速度，應(yīng)用前景十分廣闊。

二次成孔，旋挖鉆機(jī)，灌注樁，鋼筋籠

隨著國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，大型建構(gòu)筑物增多，隨之而來的荷載也在增大，在基礎(chǔ)類型的選用上大直徑的鋼筋混凝土灌注樁也越來越廣泛地應(yīng)用于工程實(shí)際。在施工過程中，樁徑在150 cm以下的樁基施工，已有成熟可行的經(jīng)驗(yàn)。但對于樁徑為180 cm，200 cm的大直徑樁基，樁長又較長時，普遍存在成本高、成樁效率低、成孔時間長、易塌孔等問題。我公司針對這些問題開展了技術(shù)攻關(guān)，結(jié)合工程實(shí)際，采用了旋挖兩次成孔大直徑鋼筋混凝土灌注樁。該技術(shù)通過山西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳鑒定。該技術(shù)可以有效降低成本，提高施工效率，降低塌孔概率。經(jīng)呼包高速公路留寶窯大橋、聞合公路西溝大橋及東干慶大橋的運(yùn)用，工藝先進(jìn)、組織合理，取得了明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)探索總結(jié)形成本工法，具有一定的推廣價值。

1 工藝原理

旋挖鉆機(jī)成孔工藝經(jīng)過幾年的應(yīng)用，施工工藝已成熟。施工中通過鉆斗直接切削土層，鉆孔出土由鉆頭直接帶出。當(dāng)樁基樁徑增大時，鉆進(jìn)時鉆頭切削面積隨樁徑擴(kuò)大呈平方數(shù)上升，相應(yīng)阻力呈平方數(shù)增大，鉆頭所受扭矩也呈平方數(shù)增加。成孔過程中鉆進(jìn)速度緩慢，鉆進(jìn)困難。采用旋挖鉆機(jī)兩次成孔工藝，即第一次成孔的樁徑可按設(shè)計(jì)樁徑的40%～60%進(jìn)行成孔，然后再按設(shè)計(jì)樁徑進(jìn)行第二次成孔。由于首次鉆孔形成了臨空面，二次成孔過程中，可大大減小鉆頭切削面積，從而降低鉆進(jìn)阻力，加快鉆進(jìn)速度。經(jīng)過工程實(shí)踐，效果較好，達(dá)到相關(guān)規(guī)程要求。

2 施工操作要點(diǎn)

2.1 施工測量

1)樁位測量放線。導(dǎo)線控制樁位復(fù)核無誤后，采用全站儀極坐標(biāo)法直接放出各個樁孔中心坐標(biāo)點(diǎn)，相臨孔間距可以用鋼卷尺復(fù)核，兩種測量方法可以相互校準(zhǔn)，保證準(zhǔn)確度。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的樁位平面圖，相鄰樁之間的關(guān)系，再進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后進(jìn)行標(biāo)志樁的打入。

2)水準(zhǔn)測量。將控制網(wǎng)的水準(zhǔn)點(diǎn)引至場地附近不受干擾處，以方便測定出每一根樁的控制標(biāo)高。

3)施工放樣。埋設(shè)護(hù)筒后，將樁位位置及高程引測至護(hù)筒上，做出標(biāo)識，以便于施工控制。

2.2 鋼筋籠分段制作

鋼筋籠在現(xiàn)場集中制作，采用主筋調(diào)直平臺，骨架形成裝置。

在實(shí)際施工中根據(jù)樁長確定分段長度。在孔口采用直螺紋機(jī)械連接或焊接。

2.3 旋挖兩次成孔灌注樁施工工藝

1)埋設(shè)護(hù)筒。護(hù)筒有防止孔口地基坍塌、校正鉆具、抬高鉆孔內(nèi)水頭、樁位的定位、防止地面水滲漏入鉆孔、固定鋼筋籠和孔口墜物的防護(hù)等作用，所以在施工中要認(rèn)真埋設(shè)。在旋挖兩次成孔工藝施工中，在護(hù)筒埋設(shè)時，按照施工要求雙護(hù)筒要一次性埋設(shè)，內(nèi)側(cè)護(hù)筒直徑要大于一次成孔鉆頭直徑100 mm，外側(cè)護(hù)筒直徑要大于二次成孔鉆頭直徑100 mm以上。

2)泥漿制備及泥漿池設(shè)置。由于鉆孔護(hù)壁和清孔的需要，需制作一定數(shù)量的泥漿。對于樁徑不小于150 cm、孔深30 m以上的樁孔，且地層松散易塌孔時，宜使用優(yōu)質(zhì)膨潤土制配高級泥漿。施工場地設(shè)置泥漿池，泥漿池分組設(shè)置，每組泥漿池由一個造漿池和兩個沉淀池組成，造漿池容積不小于樁孔容積的1.5倍，沉淀池容積應(yīng)大于15 m3，兩個沉淀池交替使用，其中一個作為進(jìn)漿沉淀池，另一個關(guān)閘沉淀并進(jìn)行清理。沉淀池上口標(biāo)高應(yīng)比造漿池高出0.5 m左右，并設(shè)置進(jìn)出兩個閘門。施工現(xiàn)場應(yīng)布置連接造漿池、沉淀池和鉆孔的環(huán)形泥漿槽，在場地合適的位置布置若干支槽連接到環(huán)形槽，形成貫通的排水網(wǎng)絡(luò)和泥漿循環(huán)通道，所有的泥漿池和泥漿槽結(jié)構(gòu)均用磚砌筑，泥漿池、槽的側(cè)壁和底部都用防水水泥砂漿抹面，以保證泥漿不外溢和滲漏。

3)分兩次成孔。a.一次鉆孔：根據(jù)施工能力或者現(xiàn)有鉆具的鉆頭直徑，埋設(shè)了內(nèi)護(hù)筒，內(nèi)護(hù)筒直徑一般為設(shè)計(jì)樁徑的40%～60%。開孔時選用合適的鉆頭進(jìn)行一次鉆孔，在內(nèi)護(hù)筒內(nèi)先注入足夠的泥漿量，即保證泥漿面高出地下水位1 m～2 m，然后鉆機(jī)就位，開始用旋挖鉆頭鉆進(jìn)，將鉆孔內(nèi)的鉆渣挖出，根據(jù)鉆進(jìn)的速度來決定泥漿量的補(bǔ)充量，補(bǔ)充量的標(biāo)準(zhǔn)是始終保持護(hù)筒內(nèi)的泥漿水頭高度相對不變，在整個鉆孔過程中，孔內(nèi)泥漿面始終要高出地下水位1.0 m以上，在水位有漲落不穩(wěn)定的地區(qū)施工，泥漿面始終要高出最高地下水位的1.5 m以上。在施工過程中，要用裝載機(jī)將旋挖鉆機(jī)挖出的鉆渣及時清理并運(yùn)到施工場地以外，鉆頭倒出的鉆渣距樁孔口的最小距離應(yīng)大于6.0 m，并應(yīng)及時清除。b.一次鉆孔停鉆標(biāo)準(zhǔn)。一次鉆孔至設(shè)計(jì)孔深后，將鉆具提離孔底0.5 m左右繼續(xù)旋轉(zhuǎn)約15 min，確保護(hù)壁形成后停止鉆進(jìn)。 c.二次鉆孔。先將內(nèi)護(hù)筒拔出，換用與設(shè)計(jì)樁徑相等直徑的鉆頭，再次用拉線法校對鉆頭中心與樁中心的偏差，滿足要求后進(jìn)行二次鉆孔。鉆進(jìn)時，根據(jù)鉆孔速度及時調(diào)整并補(bǔ)充泥漿，保證護(hù)筒內(nèi)泥漿水頭壓力。每次提升鉆具或掏渣時，嚴(yán)格控制升降速度，確保鉆具回位準(zhǔn)確，并避免鉆具拖碰孔壁形成塌孔。d.二次鉆孔停鉆標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)鉆渣確定樁底是否達(dá)到持力層，當(dāng)二次成孔至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高后，與一次成孔方法相同，再次將鉆具提離孔底0.5 m左右繼續(xù)旋轉(zhuǎn)約15 min，確保護(hù)壁形成后停止鉆進(jìn)。e.鉆孔清理。當(dāng)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，提升鉆桿，把原來的鉆頭卸下，更換帶有活門的筒形鉆頭，對鉆孔底部沉渣進(jìn)行清理。清理沉渣結(jié)束后，根據(jù)情況使用掃孔鉆頭對泥漿皮沉淀較厚的孔壁進(jìn)行上下往復(fù)的掃刷，直到達(dá)到要求。清理沉渣的合格標(biāo)準(zhǔn)：對于端承樁不得大于50 mm，對于摩擦樁不得大于100 mm，或者有設(shè)計(jì)要求時符合設(shè)計(jì)要求即可。清孔后提出鉆頭，對成孔的孔徑、孔深和傾斜度等進(jìn)行檢查，滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行工序報驗(yàn)，請監(jiān)理工程師進(jìn)行檢查驗(yàn)收，經(jīng)現(xiàn)場檢查驗(yàn)收合格后，進(jìn)行下一道工序的施工。為保證施工安全，對鉆孔孔口要加蓋鋼筋篦子或蓋板，防止現(xiàn)場施工人員不慎掉入。

2.4 成樁

成樁過程中的吊放對接鋼筋籠，安放導(dǎo)管，二次清孔和灌注混凝土等施工工序和普通灌注樁施工一致，不做累述。

3 關(guān)鍵材料的選用

3.1 泥漿(穩(wěn)定液)制作材料

1)膨潤土。以蒙脫石為主的粘土性礦物，分鈉質(zhì)膨潤土和鈣質(zhì)膨潤土兩種。一般用量為水的8%，即8 kg膨潤土可摻100 kg的水，對于粘質(zhì)土地層，可降低到3%～5%。2)CMC羧甲基纖維素，其作用是在鉆孔側(cè)壁表面形成一層強(qiáng)化后的薄膜，起到保護(hù)孔壁減少塌孔和減少孔內(nèi)水分流失的作用，一般摻加量是膨潤土質(zhì)量的0.05%～0.1%。3)FCI(鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽)分散劑，其作用是使土、粉砂、泥漿和鹽分的混合液得到改善，使泥漿中的固體顆粒物聚集并加速沉淀，F(xiàn)CI可重復(fù)使用，性能穩(wěn)定且質(zhì)量較高，摻加量為0.1%～0.3%。4)堿類：Na2CO3及NaHCO3，控制和改善泥漿性能，摻入量為孔中泥漿的0.1%～0.4%。5)滲水防止劑：廢紙漿、鋸未等，防止?jié)B水。6)加重劑：增加泥漿相對密度。其摻加量由試驗(yàn)確定。a.重晶石，主要成分為硫酸鋇，r=4.2～4.6；b.方鉛礦，r=6.8；c.珍珠巖，r>4.5；d.石灰石，r=2.2～2.9。以上泥漿組分的摻加量，在正式使用前須做試配實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行驗(yàn)證，保證泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

現(xiàn)場配制施工用泥漿時，各組分摻加劑應(yīng)分別制備成若干小劑量的溶劑，按照由少到多的順序逐漸地均勻加入到泥漿中，同時技術(shù)人員從泥漿中取樣進(jìn)行指標(biāo)測定，達(dá)到要求的性能指標(biāo)后停止摻加，防止過量，每一步摻加完成后的泥漿相對密度差值不宜超過0.01。

3.2 拌制泥漿

1)應(yīng)根據(jù)施工中泥漿的需求量選擇相應(yīng)的膨潤土攪拌機(jī)，來保證膨潤土和CMC的充分溶解，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速宜不小于200 r/min。2)泥漿各組分的投放順序：根據(jù)一次性配置的泥漿數(shù)量，計(jì)算出各組分的摻加量，按照試配的參數(shù)先加入規(guī)定數(shù)量的清水，然后進(jìn)行攪拌，同時加入膨潤土，待膨潤土充分溶解，隨后均勻地加入CMC，接著加入分散劑，在最后加入起增大比重作用的比重劑和起防滲作用的滲水防止劑。

4 結(jié)語

旋挖兩次成孔大直徑鋼筋混凝土灌注樁施工工藝，適用范圍較廣，可用于土層、砂層，以及較松散的、粒徑較小的卵礫石層、粘性土層的施工。本工藝是施工實(shí)踐中發(fā)展起來的一種實(shí)施方便、效益明顯的施工工藝。降低塌孔概率，成樁質(zhì)量好。降低工程造價，節(jié)約材料。從施工操作上，具有工藝簡單、便于操作的優(yōu)勢?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有的施工機(jī)械，通過施工工藝的改進(jìn)，節(jié)省了大量的人力物力，勞動強(qiáng)度也大大減輕，避免了小型鉆機(jī)帶動大直徑鉆頭帶來的工效的降低，大大提高了施工速度和機(jī)械化程度。從施工效率上，通過兩次成孔，可實(shí)現(xiàn)施工效率的大幅度提高，既能減少設(shè)備投入量，又可以縮短工期。以樁徑2 m、樁長60 m的灌注樁為例，當(dāng)主要地質(zhì)情況為粘土層、粘土與粉細(xì)砂互層時，按傳統(tǒng)的施工方法，采取一次性沖孔的施工工藝，一個鉆孔的平均連續(xù)作業(yè)時間在28 h左右，采用兩次成孔的施工工藝，平均的連續(xù)作業(yè)時間則縮短至15 h左右，施工的效率提高了46%。從施工機(jī)具上，實(shí)現(xiàn)了以小功率機(jī)械完成大直徑樁基成孔作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械費(fèi)用的大幅度節(jié)約，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。同時，與一般旋挖成孔工藝一樣，具有費(fèi)用低、成本低、環(huán)境污染小，噪聲低、振動小，適用于多種土層的優(yōu)勢。

Construction technology of large-diameter steel reinforced concrete bored pile with rotary drilling and second time well completion method

Li Fengrui

(ShanxiMechanizedConstructionEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030009,China)

With a brief introduction of technological principles of rotary drilling and second time well completion method, starting from aspects of construction measurement, steel reinforcement cage fabrication, casting construction and pile forming, the paper introduces the construction operation points of large-diameter steel reinforced concrete bored pile with rotary drilling and second time well completion method, illustrates its critical materials selecting principles in construction, and finally points out that: rotary drilling and second time well completion technology reduces drilling resistance, and speeds up drilling speed. Therefore, it has wide application prospect.

second time well completion, rotary drill, bored pile, steel reinforcement cage

1009-6825(2016)10-0071-02

2016-01-20

李鋒瑞(1977- )，男，高級工程師

TU473.13

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