三一旋挖钻机工法讲座_8_扩底灌注桩的旋挖钻机成孔工法.docx

三一旋挖钻机工法讲座(8)扩底灌注桩的旋挖钻机成孔工法王 磊 高春华 卢英明(三一工法研究院，北京 102206)钻孔扩底灌注桩是在普通灌注桩基础上发展起来的一种新桩型，钻孔扩底灌注桩工 法是把按等直径钻孔方法形成的桩孔钻进到 预定的深度后,换上扩孔钻头,撑开钻头的扩 孔刀刃使之旋转切削地层以形成扩大孔底,待 成孔后放入钢筋笼,灌注混凝土形成扩底桩以 获得较大承载能力的施工方法。国内使用的工程实例表明，采用扩底桩 能节约混凝土20%40%，节约钢材40%50%，一般能节约工程总投资的15%35%不等。从投资经济性上可以预见，钻孔扩底灌注桩的市场前景非常广阔。 目前，扩底桩成孔的施工方式有3种：(1) 人工挖孔。这种施工方式做出的扩 大孔底质量很高，但是效率很低，并很容易 出安全事故；(2) 反循环扩底和清渣。大多数的扩底 灌注桩均采用该方法来完成，设计院也以此 施工方法为设计依据。但该施工方式存在效 率低、泥浆污染大的弊端。图1 三一sr250r型入岩旋挖钻机配备的土层双底捞砂钻斗及两翼扩底钻头572011.08 (上) 三一工法 sany图2 扩底钻头提出孔外(3) 采用专用的旋挖钻机进行扩孔和清渣。施工效率很高、施工质量也能得到保 证，但是过高的造价限制了它的推广。该设 备主要用于日本等发达市场。问题分析扩底灌注桩的成孔质量主要取决于两个方面，一是扩底部分的形状，二是孔底沉渣 的清理程度。为达到有效增大桩端承载力的目的，扩 大孔底的形状要能满足设计，并在成孔后进 行桩形检测；对桩底沉渣的控制也有严格的要 求。现阶段多采用旋挖钻机成孔、扩底结合反 循环清渣的施工工艺。清渣工艺多采用气举反 循环而非泵吸反循环，主要是由于渣土不能及 时排出孔外而积聚在孔底，将对扩底钻头的 回缩及旋转产生较大阻力，钻头扩孔效率降 低，钻头回缩困难，易出现孔底事故。而且 气举反循环使用不当很容易造成塌方。案例分析2010年10月，四川成都雅颂居地产开发 项目。地质条件主要是含粘性土卵石、粉质 粘土、全风化泥岩、强风化泥岩、中风化泥 岩、弱风化泥质粉砂岩。该工程基础采用钻 孔扩底灌注桩设计，孔深为16m，扩底部分的 桩径由 1.0m扩大至 1.4m，扩底部分的高 度为1.7m，扩孔钻头行程330mm，最大桩径 位置( 1.4m)距设计持力层850mm。成孔和扩孔均采用三一s r250r型入岩 旋挖钻机。配套钻杆 是 445-413机锁 式钻杆，配套钻头 是 1.0m土层双底捞砂 钻斗，以及1.0m扩到1.4m两翼扩底钻头, 见图1。清空采用的空压机流量是13m3、压 力8k g，并配有导管、气管等辅助清空装 置。成孔后采用超声波桩形检测仪来检测 是否合格。解决措施1 保证扩底成型质量桩基设计表明，该地质在深1218m为 强至中风化泥岩(强度在28m p a)，地层较 稳定适合做扩底成孔，故选择此地层为扩孔 地层。根据客户提供的地质报告，该工地的58地下水位较深，可以采用旋挖钻机干作业成孔，无需泥浆护壁。(1) 直孔钻进。先用 1.0m 土层双底捞 砂钻斗进行直孔钻进，钻到16m预定深度后换 为扩底钻头开始扩底。(2) 更换扩底钻头钻进。更换钻头后要 检查扩底钻头的伸闭灵活性及有无容易卡死 的坏点，如有应予以消除。扩底钻进过程中要 测量扩底钻头的扩底行程并实时记录，要和操 作机手及时沟通以便掌握操作要领。扩底钻头 提出孔外后可以根据钻头上钻齿磨损程度判 断其吃土情况进而推测桩形。扩底完成后用 1.0m 土层双底捞砂钻斗进行孔底清渣。(3) 扩底时操作要领：缓慢下放钻头， 避免钻头与孔壁相刮蹭；在下放钻头至孔底 时轻微加压，记下此时的下放深度；缓慢加 压，低速钻进直至达到扩底行程；达到扩底行 程后要继续多钻510圈以有利于保证孔底形 状；扩底完成后上提钻头，在上提的过程中不 能硬提，如遇卡滞等现象要正反转几圈缓慢上 提，直到扩底钻头提出孔外，见图2。2 保证孔底沉渣清理合格 扩底成孔后要清渣和检测，因此要协调清孔和检测设备。(1) 根据计算，清孔及孔形检测需泥 浆为20m3，开挖5m5m1.3m泥浆池和3m3m1.3m沉淀池各一个，并且在泥浆池和沉淀池之间开通水槽。泥浆密度要求在1.01.1之间就可以，粘度大约为25s。(2) 检测扩底形状。把事先配置好的泥 浆注入桩孔内，然后用超声波检测仪进行孔 形检测，见图3。(3) 气举清渣。气举清渣的原理是利用 高压空气打入导管内的泥浆中，使导管内泥 浆和桩孔内泥浆形成密度差，孔底沉渣就会 被气举出来排到沉淀池中，在气举的过程中 要保证桩孔内泥浆液面的高度以便于清孔顺 利进行。还可以用起重机把导管吊起，在桩 孔内来回移动可以清孔更彻底。解决效果通过对成孔进行超声波桩形检测，扩大孔底质量很高，施工方以及成都建委来现场 观摩的相关负责人、安监局负责人对检测结 果非常满意。工法小结采用旋挖钻机配合扩孔钻头在合理的施 工工法操作下能够高质量地满足扩底桩的成 孔要求。一般而言，在干成孔工况下，旋挖 钻孔扩底灌注桩成孔工艺可以总结为：开孔- 下护筒-竖直孔成孔-扩大头施工-补浆-气举 反循环清渣。如果施工地质不容许干成孔的话，则在 旋挖钻机的直孔钻进阶段需要做泥浆护壁， 从而导致整个成孔工艺要调整为：开孔-下护 筒-补浆-竖直孔成孔-扩大头施工-气举反循 环清渣。三一工法研究院在2008年就开始了旋挖 钻机扩底桩方面的技术研究。立足于开发 适用于旋挖钻机的扩孔钻头以及在不同种地 质情况下合理的施工工法，通过钻头