樁基工程中的旋挖樁施工工藝與施工管理應(yīng)用研究

王衛(wèi)東

摘 要：隨著我國改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，特別是國家“一帶一路”宏偉建設(shè)目標(biāo)的逐步貫徹執(zhí)行，越來越多的涉及城市基礎(chǔ)設(shè)施、鐵路交通等各類建設(shè)項目孕育而生，同時帶動了工程機(jī)械以及相應(yīng)的施工技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。其中，旋挖樁施工工藝在近些年來憑借其獨特的技術(shù)優(yōu)勢在樁基施工中嶄露頭角，得到了廣大設(shè)計、施工、設(shè)備制造企業(yè)的廣泛重視，本文結(jié)合筆者近年來連續(xù)參與并管理的項目實踐經(jīng)驗，論述了旋挖樁施工工藝與施工管理應(yīng)用要點，研究成果可為相關(guān)應(yīng)用與研究提供參考。

關(guān)鍵詞：旋挖樁;施工工藝;施工管理;旋挖樁;護(hù)筒;鋼筋籠;灌注混凝土

前言

參閱有關(guān)資料我們可以了解到，國外在樁基工程旋挖工藝領(lǐng)域已經(jīng)有半個世紀(jì)以上的歷史，并多以德國、日本、意大利等歐美發(fā)達(dá)國家的設(shè)備和技術(shù)為主，我國的旋挖設(shè)備的研發(fā)始于上世紀(jì)80年代，并在自青藏鐵路工程建設(shè)以后得以迅猛發(fā)展，旋挖設(shè)備制造已從當(dāng)時的全面進(jìn)口，到目前我國北方三一重工、徐工、福田重工等眾多國內(nèi)企業(yè)能夠獨立制造和生產(chǎn)，徹底改變了過去全部依賴進(jìn)口的局面，并且隨之而來帶動了旋挖施工工藝廣泛地運用和發(fā)展。

作者結(jié)合在2016年～2017年兩年期間，先后在武漢和西安有幸參加并管理了分別由法國圣戈班和上海某國有大型企業(yè)投資建設(shè)的改擴(kuò)建工業(yè)廠房項目，在這兩個項目中，盡管設(shè)計、施工方不同，項目所在場地的地質(zhì)條件、環(huán)境等也均完全不相同，但都選擇以旋挖濕成孔、干成孔相結(jié)合的成孔方法進(jìn)行施工組織，施工工期和質(zhì)量均達(dá)到合同和設(shè)計以及規(guī)范要求，為整個結(jié)構(gòu)工程施工順利完成打下了的良好的基礎(chǔ)，在此筆者將以在西安項目旋挖成孔灌注樁為例，對旋挖樁施工工藝進(jìn)行總結(jié)，以期對同行在今后的類似施工、管理中能有所幫助。

1 工程概況

工程名稱：上海汽車聯(lián)合電子西安廠二期改擴(kuò)建工程，工程位于陜西省西安市高新開發(fā)區(qū)，是在原有一期廠房的基礎(chǔ)上毗鄰進(jìn)行建設(shè)的二期改擴(kuò)建項目，建筑面積11000平方米，單層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，層高10.8米，鋼筋砼灌注樁基礎(chǔ)，樁徑0.5/0.6米兩種類型， 樁長12米，共計200根樁，單樁設(shè)計極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別為600kN和800kN，工程樁身混凝土強(qiáng)度等級均為C30，保護(hù)層厚度為50mm。平面圖如下：

本工程樁基施工采用旋挖施工工藝，主要基于如下理由：

1）項目工期短，從2017年1月開工到2017年7月底竣工，包括春節(jié)共計7個月，如采用傳統(tǒng)鉆孔工藝，恐難達(dá)到預(yù)期進(jìn)度節(jié)點要求;

2）施工場地為二期改擴(kuò)建，廠容綠化環(huán)境好，并且地方政府對治霾、排污等環(huán)境要求非常嚴(yán)格;

3）西安建筑市場，旋挖成套設(shè)備市場條件好，設(shè)備和工藝成熟;

2 旋挖樁施工工藝流程和特點

2.1 旋挖工藝流程

旋挖與傳統(tǒng)鉆孔施工工藝大體相同，但旋挖機(jī)及配套品種多，可以據(jù)實際施工需要進(jìn)行非常方便的選擇，這方面與傳統(tǒng)設(shè)備相比有很大的不同，旋挖施工工藝如下：

2.2旋挖優(yōu)勢和特點

旋挖機(jī)是旋挖樁工藝的主要設(shè)備，具有機(jī)、電、液一體化高度集中，機(jī)械化自動化程度高，移動以及對孔方便，輔助時間少，成空效率高，施工環(huán)境更環(huán)保等優(yōu)點，其以動力驅(qū)動短螺旋鉆桿帶動筒式鉆斗，在孔底切削土體，切下的泥土進(jìn)入鉆頭后由鋼索將帶有后門的筒式鉆斗提升到地面倒掉，再將鉆頭降至孔底進(jìn)行鉆進(jìn)，如此反復(fù)進(jìn)行直到到達(dá)預(yù)定設(shè)計孔深位置，其操作參數(shù)的選擇應(yīng)該滿足工程設(shè)計特點、現(xiàn)場和操作環(huán)境等的需求，其設(shè)備主要參數(shù)包括：扭矩、發(fā)動機(jī)功率、鉆頭直徑、整機(jī)重量。

旋挖成孔工藝有三個顯著的特點：（1）對粘結(jié)性好的土質(zhì)，在成孔的過程中可用干式和甚至清水，不需要泥漿護(hù)壁，即使在特殊地質(zhì)環(huán)境的條件下，泥漿護(hù)壁也僅起保護(hù)作用，鉆屑中的泥漿含量較少，泥漿抽入沉淀池到泥漿池后，可以反復(fù)使用，大大改善了的施工環(huán)境。（2）鉆頭在成孔過程中，側(cè)壁較粗糙，這樣樁體砼與土體之間的咬合較好，能較好地反映砼與土體特別是粘性土之間的相互作用效應(yīng)。（3）功效高，是傳統(tǒng)沖孔設(shè)備的4倍以上。

3 旋挖施工監(jiān)督要點

3.1 施工前技術(shù)準(zhǔn)備

1）熟悉國家有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對灌注樁的技術(shù)要求，特別是有關(guān)強(qiáng)制條文的規(guī)定;

2）熟悉樁基工程施工圖設(shè)計文件以及圖紙會審資料;

3） 編制旋挖成孔灌注樁專項施工方案并進(jìn)行審批;

4）熟悉了解現(xiàn)有場地的地下障礙物情況，對影響樁基施工的要及時予以排除;

3.2 收集并了解現(xiàn)有場地水文地質(zhì)條件狀況，查閱地質(zhì)報告和結(jié)構(gòu)施工圖有關(guān)對地質(zhì)要求。

3.2.1 本項目地質(zhì)條件狀況

旋挖機(jī)適合絕大多數(shù)的地質(zhì)條件，適用于粘土層、淤泥層、砂土層、強(qiáng)度不高的膠結(jié)砂巖層、中風(fēng)化泥巖和強(qiáng)風(fēng)化巖，在單軸抗壓強(qiáng)度30MPa以下硬巖中成孔速度較理想，能滿足絕大多數(shù)的高層建筑、橋梁、工業(yè)廠房的施工環(huán)境的要求（目前國內(nèi)已過單軸抗壓強(qiáng)度120MPa巖層中的旋挖成孔施工的成功案例）。

本項目地勘報告試驗結(jié)果表明：設(shè)計要求樁端持力層為②層黃土狀土，場地內(nèi)②層黃土狀土濕陷系數(shù)和自重濕陷系數(shù)均小于0.015。因此，地基土為非濕陷性土。按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025—2004），建筑物地基可按一般地區(qū)的規(guī)定設(shè)計。

值得注意的是，應(yīng)充分閱讀地勘報告，了解場地內(nèi)的各層土質(zhì)的狀況，特別是要注意是否有孤巖，土質(zhì)不均勻的情況存在，應(yīng)針對這些情況對號入座，本項目經(jīng)過了解在二期場平期間的土質(zhì)狀況時，在35#樁位附近有孤石，在成孔前采用洛陽鏟進(jìn)行探挖，基本確定了該孤石的位置、深度和大小，并經(jīng)過設(shè)計同意對原樁位的位置進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，為項目的順利進(jìn)行爭取了時間。

3.2.2 對場地、水文的要求

通常旋挖機(jī)的設(shè)備自重大，場地路況條件要好。本項目旋挖樁機(jī)工作狀態(tài)自重一般在63t左右，但其履帶與地面接觸面積約6.2m2，所以要求的地基承載力在100KPa左右，本工程場地地勢平坦，地表土堅實，經(jīng)過現(xiàn)場輕便觸探，能夠滿足旋挖機(jī)運行要求，本工程地下潛水穩(wěn)定水位埋深10.4～10.9m，水位高程401.37～402.29m。室內(nèi)±0.000相對絕對標(biāo)高412.7米。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，擬建場地地下水位年變幅為1.5～2.0m，對干作業(yè)成孔有利，因施工期間為冬季枯水期，本項目大部分樁可以采用干成孔工藝。

3.3 轉(zhuǎn)換樁位平面圖并進(jìn)行樁位編號和測量定位

用CAD 相關(guān)命令將施工圖樁平面圖轉(zhuǎn)換為實際坐標(biāo)的樁位平面圖，載入插件“坐標(biāo)王”輸入“xzbh” 命令對樁位進(jìn)行編號，得出本項目可提取坐標(biāo)值的樁位平面圖。

根據(jù)規(guī)劃提供的2個BM 點坐標(biāo)和高程，用極坐標(biāo)法放線定位單個樁心位置并請監(jiān)理和規(guī)劃進(jìn)行驗收。為了保證各樁位點測量定位后不出現(xiàn)移位及便于尋找，各樁位點用鋼筋打孔，注入白灰，再用20～30cm 長的Ф8 鋼筋或竹筷作標(biāo)記，標(biāo)記固定后再進(jìn)行一次復(fù)查。在開鉆前，測量人員及現(xiàn)場技術(shù)負(fù)責(zé)人對樁點應(yīng)再次檢查復(fù)核，樁位測量定位誤差≤5mm。

關(guān)于保護(hù)層，本項目采用100mm長水泥砂漿圓柱體，每層不少于4個，豎向2米間隔，另外在下鋼筋籠時要特別注意不要刮到側(cè)壁，以免碎塊掉下增加沉渣層厚度。

3.4 旋挖工藝試樁工藝測試

在正式開始前，應(yīng)先根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行試樁，為此，首先要在空余場地采用擬成孔工藝進(jìn)行試成孔2個（一個采用干成孔工藝，一個采用泥漿護(hù)壁成孔工藝），以測試成孔參數(shù)和適用性，本項目試成孔見照片，成孔速度在1.2～1.4m/min，成孔垂直度滿足規(guī)范要求，測試孔完成后用砂石回填。

3.5 旋挖機(jī)的選擇

旋挖機(jī)結(jié)構(gòu)主要由地盤、鉆桿、鉆具、動力頭、電控系統(tǒng)這五大部分組成。

3.5.1 旋挖機(jī)的額定功率

一般為125～450kW，輸出扭矩為120～400KN.目前市場上各類機(jī)型較多，常用的有SR，SWDM 系列，對于一般以沙土、粘性土、強(qiáng)風(fēng)化巖地基的工地均可以滿足要求，本項目選擇住友旋挖機(jī)SD205 額定功率為120KW，動力頭扭矩205KN.m。在進(jìn)場前，要核查相關(guān)設(shè)備維護(hù)信息，檢查液壓、鉆頭等關(guān)鍵部件的完整性。

3.5.2 鉆具的選擇

3.6 現(xiàn)場設(shè)施的準(zhǔn)備，

1） 鋼筋加工廠和堆放場地的準(zhǔn)備;

2）? 現(xiàn)場泥漿池和沉底池的準(zhǔn)備，

泥漿一般采用膨潤土制作，摻量按照泥漿的比重進(jìn)行，并用系列泥漿檢測儀器進(jìn)行量定調(diào)整，這些儀器存放在現(xiàn)場，以備隨時測定使用。

泥漿的調(diào)制對鉆孔中的護(hù)壁效果和成孔質(zhì)量有較大影響，其主要性能指標(biāo)有：泥漿比重、粘度、膠體率、酸堿度、含砂率等，本項目按照下面泥漿比重配制表進(jìn)行調(diào)配。

本項目試樁泥漿制作實際指標(biāo)為：泥漿比重1.25g/cm3， 粘度：20～22s，含砂率1.7%，膠體率96%，PH值8.本工程現(xiàn)場泥漿池6m*7m*2.5m， 旋挖泥漿可以反復(fù)使用，這也是與傳統(tǒng)長桿螺旋鉆的顯著的不同之處。

3.7 護(hù)筒的埋設(shè)

1）護(hù)筒的厚度要符合不少于10mm，內(nèi)徑大于鉆頭直徑200～300mm 為標(biāo)準(zhǔn);

2）埋置深度根據(jù)工程土質(zhì)情況，一般以2m～4m為宜，筒心偏差不大于50mm，垂直度不大于1%。

3）高出自然地面200mm，要有吊裝耳和泥漿溢流口;

3.8 鉆機(jī)的就位

1）旋挖機(jī)自帶水平調(diào)節(jié)裝置，以調(diào)整鉆桿的垂直度，應(yīng)將鉆機(jī)鉆頭中心對準(zhǔn)樁位中心，以保證不發(fā)生偏移（鉆機(jī)定位后，有鎖定功能，鉆機(jī)不移動，鉆桿可以自由旋轉(zhuǎn)。

2）鉆頭的配備應(yīng)根據(jù)不同的土層和功能要求進(jìn)行調(diào)換，如短螺旋鉆頭，普通鉆頭，撈渣鉆頭。

3）鉆機(jī)鉆桿中心線與樁位中心的容許偏差≤10mm。

3.9 成孔

利用泥漿池，采用泥漿泵造漿，根據(jù)試樁及施工經(jīng)驗確定各層土質(zhì)條件下的鉆進(jìn)參數(shù)成孔，成孔后對孔深、沉渣厚度、泥漿比重等指標(biāo)進(jìn)行檢查，其中孔深，一般采用測繩配合線錘、水準(zhǔn)儀進(jìn)行量測。

值得注意的是應(yīng)采用間隔成樁的施工順序，剛進(jìn)行完砼澆筑的樁與相鄰將要成孔樁的安全距離不應(yīng)小于4倍樁徑，或間隔時間不少于36小時 ，鉆斗到出的土距樁成孔的最小距離應(yīng)大于6米，并應(yīng)及時清除。

3.10 安放鋼筋籠

一般情況下，鋼筋籠長度在30米以內(nèi)可以一次在現(xiàn)場綁扎成形吊裝入孔，當(dāng)超過該長度時采用拼裝搭接后入口。利用吊機(jī)將綁扎好的鋼筋籠吊入孔內(nèi)，放置到標(biāo)高后，與臨時支架進(jìn)行固定，以避免上浮，其中要注意保護(hù)層的控制。鋼筋籠預(yù)制安裝為隱蔽驗收項，其接頭等質(zhì)量控制應(yīng)滿足鋼筋分項工程驗收規(guī)范要求。

關(guān)于保護(hù)層，本項目采用100mm長水泥砂漿圓柱體，每層不少于4個均勻綁扎在主筋外側(cè)上，豎向2米間隔，另外在下鋼筋籠時要特別注意不要刮到側(cè)壁，以免碎塊掉下增加沉渣層厚度，此時監(jiān)理旁站特別重要，應(yīng)保證在插入前，鋼筋籠的長度、搭接方法等符合要求。

3.11 安裝導(dǎo)管

在導(dǎo)管安裝時，首先檢查導(dǎo)管是否完好，使用前做水密試驗，12米孔深，按照1.5倍，即180Kpa，實際按照200Kpa做水密性測試。連接時使用橡膠密封圈，并用扳手打緊根據(jù)孔深計算出導(dǎo)管尺寸，使導(dǎo)管底端到孔底距離控制在0.3m以內(nèi)，并保持在砼澆筑時，導(dǎo)管在砼中的含入長度不少于1.2m。

3.12 清孔

清孔要分兩次進(jìn)行，第一次清孔應(yīng)在成孔完成后采用清孔鉆頭進(jìn)行，第二次應(yīng)在安放鋼筋籠和導(dǎo)管后進(jìn)行，一般干成孔作業(yè)不需要清孔，清除底部沉渣用雙層撈底鉆斗，在不進(jìn)尺的情況下，回轉(zhuǎn)鉆斗時沉渣盡可能流入斗內(nèi)，反轉(zhuǎn)，封閉斗門，提升鉆斗，即可達(dá)到清孔的目的;泥漿護(hù)壁成孔，二次清孔指標(biāo)為孔內(nèi)泥漿性能和沉淀厚度，泥漿比重小于1.1，含砂率小于2%，黏度17～20s，沉渣厚度端承樁不大于5cm ，即滿足標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場量測方法一般使用測繩、線錘，靠經(jīng)驗和手感量測。

3.13 砼澆筑

（1）澆灌砼前要安裝好導(dǎo)管，并現(xiàn)場檢測砼塌落度12～16cm為宜。

（2）首罐砼澆筑，導(dǎo)管要懸空30～40cm，為防止導(dǎo)管內(nèi)滯留空氣，提升導(dǎo)管要緩慢，提升到地面時，應(yīng)單節(jié)拆除，并用水沖洗干凈對方整齊，以備再用，重要是檢查橡膠圈是否有損壞漏水現(xiàn)象，如有老化要及時更換。

（3）質(zhì)檢員在澆灌現(xiàn)場直接參與管理，勤測砼面深度（測繩），判斷理論值與已澆灌砼量反算，確定測量數(shù)據(jù)無誤后方可卸導(dǎo)管。根據(jù)本工程的具體樁結(jié)構(gòu)特點，澆注砼頂面標(biāo)高應(yīng)高出樁基設(shè)計砼面標(biāo)高不小于0.60m。

（4）按規(guī)范要求制做砼試塊，砼試塊脫模后應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（5）澆注砼時，要準(zhǔn)確記錄砼量，計算充盈系數(shù)，本項目充盈系數(shù)為1.15。

4 旋挖樁豎向承載力

經(jīng)過有關(guān)研究和本項目的靜載檢測報告結(jié)果表明，西安地區(qū)黃土、粉質(zhì)粘土地基中采用旋挖成孔工藝完成的樁，樁土作用效應(yīng)顯著，其單樁豎向承載力的試驗結(jié)果比按照《樁基規(guī)范》的計算結(jié)果要高30%左右。

本項目經(jīng)過低應(yīng)變和靜載測試，結(jié)論為達(dá)到一類樁標(biāo)準(zhǔn)，單樁豎向承壓承載力特征值滿足設(shè)計要求。

5 常見問題的預(yù)防和處理措施

6 成本分析對比

本項目一期工程（2012年竣工）采用傳統(tǒng)螺旋長桿鉆，設(shè)計孔徑和深度等均與本項目二期相同，通過對比得出如下結(jié)論：在相同地質(zhì)條件下，沖擊成孔的施工成本低于旋挖成孔，其單價最大差值換算成砼為240元/m3，但樁徑越大，差價隨之縮小。

綜合功效對比可以看出，旋挖成孔相對于沖擊成孔而言，其功效為后者的4倍左右（以相同設(shè)備數(shù)量，絕對完成工期考慮），成孔費用為后者的約1.2倍，也就是說在比沖孔費用適當(dāng)增加的情況下，其功效卻有顯著增加，對于工期緊的項目，采用旋挖工藝對整體項目工期順利完成十分有利。

7 結(jié)論與建議

鑒于旋挖樁適應(yīng)性強(qiáng)、成孔速度快、環(huán)保特點突出、移動方便、可提高樁的承載力（與傳統(tǒng)工藝相比）等有優(yōu)點，在項目成本和當(dāng)?shù)匦跈C(jī)市場條件許可的情況下，旋挖工藝可以廣泛地運用到工業(yè)建筑砼灌注樁基礎(chǔ)施工中但在方案編制階段，應(yīng)對地勘報告認(rèn)真閱讀，特別是對硬巖層和孤石層，要認(rèn)真對待，因其成孔速度慢，鉆頭損耗大，旋挖的優(yōu)勢不能得到明顯體現(xiàn)，因此，在遇到此類地質(zhì)狀態(tài)地基土層時應(yīng)有謹(jǐn)慎采用。

參考文獻(xiàn)：

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