旋挖桩技术及应用

叮叮小文库 目录摘要.11. 引言.1 2. 旋挖桩主要施工机具旋挖桩机.2 3. 应用旋挖桩需注意问题.3 3.1 场地要求较高.4 3.2 土层制约作用明显.4 3.3 机械维修耗费较大.44. 旋挖桩主要施工工艺.5 4.1 施工准备.5 4.2 桩基定位.5 4.3 胡同埋设.5 4.4 成孔作业.6 4.5 钢筋笼及导管安装.6 4.6 灌注混凝土.6 4.7 起拔护筒.7 4.8 回填桩孔.75. 施工中常见问题及相应对策.76. 旋挖桩与其他型桩相比的优势.107. 结语.11参考文献.11-旋挖桩技术及应用摘要：旋挖桩全称旋挖钻孔灌注桩，是用旋挖钻机成孔通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。旋挖桩以成孔速度快，安全风险小，地质适应性强而倍受各方欢迎。在中国是近几年才推广使用的，广泛应用于中国的公路、铁路、桥梁和大型建筑的基础桩施工。本文首先对旋挖桩的主要构成部分做简答单的介绍，然后对旋挖桩的施工工艺及做详细介绍。针对工程实际中可能出现的问题，提出通过多种方式与手段实施预防措施。关键词：旋挖桩、旋挖钻机、施工、技术问题、对策1. 引言随着我国各地高速公路、铁路、机场、城市地铁和高层建筑建设需求的增多，人工成本又在不断地增长。在基础桩基建设中需要大量的灌注桩施工机械进行施工作业。灌注桩施工中的钻孔工艺成为制约工程施工进度的重要因素，我国灌注桩成孔工艺先后采用的有人工挖孔、冲击钻孔等。传统的钻孔方式不仅噪声大、效率低，而且污染严重。旋挖钻孔技术以高效、清洁和低噪音成为世界灌注桩钻孔领域的最先进技术。旋挖桩主要的机械设备为旋挖桩机。旋挖钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展，1948年意大利迈特公司首先开始研制，接着意大利、德国开始发展，到了7080年代在日本得到快速发展，当时日本称之为回转斗成桩，也叫阿司特利工法，在德国、日本这类工法相当普遍。中国在80年代初从日本引进过工作装置，配装在履带起重机上。1984年，天津探矿机械厂引进美国RDI公司的旋挖钻机并进行消化吸收。1987年在北京展览馆首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）产品，1988年北京城建机械厂根据土力公司的样机开发了1.5m直径的履带起重机附着式旋挖钻机。1994年郑州勘察机械厂引进英国BSP公司附着式旋挖钻孔机的生产技术，但都没有形成批量生产。1992年宝峨公司在中国北京设立了代表处，开始了对华业务并于1995年在天津成立了独资子公司宝峨天津机械工程有限公司，组装适合中国市场的宝峨BG20型旋挖钻机。旋挖钻机由于2003年青藏铁路工程以及北京奥运工程等的带动，市场认知度迅速提高，市场容量急剧扩大。市场需求的高涨吸引了国内大型工程机械企业的进入，三一、徐工、中联重科和山河智能等纷纷涉足，并迅速扩大了市场份额。2005年后，国内品牌旋挖钻机已基本替代了国外品牌。2006年以来，旋挖钻销量连年呈跨越式增长。特别是2009年，国内旋挖钻机制造企业多达30家，市场竞争空前激烈。最近几年，旋挖桩施工工艺在国内的相关建筑、道桥等项目建设中得到了较为广泛的应用，受到了多方面的认可和好评。旋挖桩的工艺对于一些地质条件复杂的情况，比如卵砾石、流沙、流泥、软土等地质条件是非常实用的，而且其影响因素较少，钻孔质量也较高，具有很强的技术优势。正因为此，我们有必要对旋挖桩施工过程中常见的技术问题进行分析和讨论，以更好促进该施工工艺的发展。随着城市建设的不断发展，市区内的各类高耸建筑物和重要建筑物日益增多，深基坑开挖也越来越多。深基坑工程是一个复杂的动态系统，在施工过程中应加强监测，可以使施工工艺及时调整、优化，最终确保基坑和周边环境的安全。2. 旋挖桩主要施工机具旋挖桩机如图1所示，旋挖钻机主要结构由钻具、动力头、钻桅总成、变幅机构、卷成总成、上车回转总成和行走总成组成。钻具由旋挖钻斗和钻杆组成。旋挖钻机成孔通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。底部分为单层底板（旋挖斗），适用于粘性强的地层；双层底板（捞砂斗），适合其它地层。底板进土口分为单开口和双开口两种，单开口钻头适合钻进较大粒径的各种岩石，双开口适合钻进粒径较小的砂层、岩层。钻杆的作用主要是推进钻孔的深度。动力头是旋挖钻机的关键部件，其性能好坏将直接影响钻机的整机性能的发图1 旋挖钻机的主要组成部分挥。动力头的主要作用是驱动钻杆带动钻头回转，并提供钻孔所需的压力、辅助提升力。动力头可以根据不同的土层硬度，自动调整转速和扭矩，以满足不同工况高效率钻孔。变幅机构是旋挖机中重要的支撑机构。承受钻桅、钻杆、钻具等的重量。钻孔时，还受来自动力头的扭矩作用。卷扬机构的主要作用是钻孔作业时提拉钻具，控制钻具的下降速度与提拉速度。钻孔效率的高低、钻孔事故发生的几率、钢丝绳寿命的长短都与卷扬机构有密切的联系。卷扬机构主要由支撑架和动力驱动装置构成。支撑构件是指在钻孔机中起到支撑和连接作用的构件。主要的支撑件包括钻桅机构、回转平台。上下车之间通过回转平台中的回转支撑与底盘相连，上车驾驶室、液压系统、配重等都安在回转平台上。钻桅的主要作用是支撑动力头和钻杆，为动力头提供导向作用。3. 应用旋挖桩需注意的问题由于自然的或者人为的等多方面的因素，往往会导致在进行旋挖桩的具体施工过程中出现技术方面的问题。为了对旋挖桩施工中产生的技术问题进行解决，更好保障旋挖桩施工的安全开展，确保施工质量和进度不受影响，我们必须对旋挖桩施工过程中比较常见问题进行分析。3.1 场地要求较高旋挖桩钻机对于场地的要求很高，这是存在于旋挖桩施工中的一个常见技术问题。通常用于旋挖桩施工的钻机采用的大都是履带式的运动装置，这种履带运动装置对于场地的要求是非常高的。在施工作业准备过程中，如发现施工场地的平整度和强度无法满足施工要求，就必须对场地进行整理，从而满足旋挖桩钻机对于场地的要求，以免影响了施工质量和施工效率。3.2 土层制约作用明显施工过程中受到土层的制约作用十分明显，这是旋挖桩施工非常突出的技术问题之一。虽然旋挖桩的适应能力是非常强的，适用于一些较为复杂的地质情况，不过当土层结构为粘性土壤的时候，进行旋挖桩的施工作业就不能产生很好的效果。同时在进行实际的旋挖桩施工的时候，如果遇到卵砾石、岩质较硬的岩层、孤石层或者是粘性土层时，旋挖桩施工要结合施工地的具体情况，采取行之有效的解决措施，克服旋挖桩施工受到土层制约较大的问题，这样才有助于在工程施工中取得较好的施工质量和经济效益。3.3 机械维修耗费较大旋挖桩机械进行维修的时候耗费用大、时间长，这是影响旋挖桩技术进一步发展的主要问题。一般情况下，处于全速运转工作状态的旋挖钻机具有六百个小时左右的使用寿命，当钻机的实际使用年限超出限定期限的时候，就必须维修或者更换钻机的相关部件，避免钻机在后续的使用过程中产生各种问题，防止给旋挖桩施工的开展带来影响。旋挖桩机械设备的维修关系到钻孔的质量和施工的效率，然而，用于维修或者更换的钻机部件大都是非常昂贵的，比如动力头、钻杆、钻具、主泵等，购买这些部件会带来施工费用的大幅增加，而且设备的维修和部件更换工作所需的时间也是非常长的，一般都需要一天以上的维修时间。旋挖桩施工过程中耗时、耗资巨大的机械维修问题对旋挖桩的使用效果起到了很大的影响，也带来了施工成本的增加和施工效率的降低，必须对此技术问题加强重视。4. 旋挖桩主要施工工艺图2 旋挖桩的主要施工流程4.1 施工准备首先对施工场地的地质情况进行深入了解，特别是新近回填土场地，必须确切掌握场地的强度是否满足钻机施工要求，防止土层由于旋挖桩机械的自身重量而出现倾斜、陷落。如发现施工场地的平整度和强度无法满足施工要求，就必须对场地进行整理，从而满足旋挖桩钻机对于场地的要求，以免影响了施工质量和施工效率。4.2 桩基定位在施工正式开始以前，技术人员要对桩基位置进行准确的定位，在进行施工作业过程中要注意对控制点以及桩位的保护措施，以免受到机械和人为破坏，致使桩位出现重大偏差而出现桩孔无法满足设计要求的事情发生。4.3 护筒的埋设在护筒的埋设过程中，一定要进行严格的测量和复核，使得护筒中心和桩位中心误差满足测量规范要求，同时严格掌控垂直度。在确定护筒位置的工作完成后就可以进行固定操作，4.4 成孔作业（1)钢护筒埋设完毕后, 经复核无误后, 钻机就位, 进行钻进。钻进时用钻头对准十字丝交点。（2)钻进速度:由于旋挖钻机的钻杆为油拉与挖斗相连, 在油缸的加压下钻进, 提升后快速回转倒土, 极大地提高了钻进效率。（3)泥浆控制:由于旋挖钻采用的是化学泥浆, 护壁钻进时每回进尺控制在50 cm , 并且及时向孔内补充泥浆, 保持孔内浆面高于护筒底部。但化学泥浆造价高, 应尽量重复使用。（4)钻深测量:钻进过程中应经常用仪器测量孔深,并对照地质图随时调整钻进技术参数, 达到设计孔深后及时清孔、提钻。（5)钻孔倾斜度:旋挖钻配备专用仪表, 能有效地保证钻孔的垂直度, 提高钻孔质量。（6)成孔质量检查:成孔后应对孔径、孔深、孔底沉渣厚度、孔斜等逐项检查并记入钻孔检查记录中。4.5 钢筋笼及导管安装（1)钢筋笼安装:两节钢筋笼间应顺直连接, 不得有突弯。钢筋笼骨架进入孔口后, 将其扶正徐徐下放, 严禁摆动碰撞孔壁。钢筋骨架的保护层, 采用水泥砂浆圆柱形垫块, 中间用绑丝与钢筋系在一起。砂浆垫块按竖向每隔2 m 设一道, 每道4 个 6 个。（2)导管安装:安装前应进行密封检验, 水压试验时的压力应不小于灌注混凝土时导管可能承受的最大压力的1.3 倍。吊放导管时, 应使位置居孔中, 轴线顺直, 稳步沉放, 防止卡挂钢筋笼和碰撞孔壁。导管上口设漏斗和储料斗, 下口距孔底30cm50cm 。4.6 灌注混凝土（1） 用导管灌注混凝土, 灌注前应复测孔深, 当沉渣厚度超过规定时应再次清孔。达标后, 经质检人员签发检查证后方可灌注混凝土。（2)首批混凝土量应使导管埋入混凝土的深度不少于1.0m , 全过程中拆除导管时应保证导管底埋入混凝土的深度保持在2m6m之间, 严禁中途将导管提出混凝土面。（3)混凝土应连续灌注, 中途不得停顿。混凝土的坍落度宜控制在18 cm 22 cm 之间, 应掺加缓凝剂以推迟混凝土初凝时间。（4)应对混凝土质量、运输机具和导管进行检查、维修、保养和试压, 确保其正常运转。（5）混凝土灌注高度高于设计桩顶0.5 m1.0m , 使凿除桩顶浮渣、浮浆和松弱层后, 设计桩顶以下全部混凝土的质量能够得到保证。（6)灌注过程中, 由专人将灌注混凝土的数量、每次灌注的时间、拆除导管的长度、导管埋入混凝土的深度等情况列入水封记录。（7)成桩后须对桩进行声测检查, 并记入质检记录。4.7 起拔护筒 混凝土浇筑结束后，即起拔护筒，并将浇筑设备机具清洗干净，堆放整齐。4.8 回填桩孔 桩孔混凝土浇筑完成后，应将上部未灌混凝土部分利用场地内护筒、沟、池、槽开挖出来的泥土、矿渣等进行回填，回填满后，用混凝土重新将孔口封住，变成整块硬地坪场地。5. 施工中容易出现的问题及相应对策旋挖钻孔灌注桩属于地下隐蔽工程，施工工序多，存在较多影响质量的因素，因此在施工中应注意以下几个问题。5.1 持力层误判（1）原因分析桩按承载形式分为摩擦桩和端承桩，端承桩其上部荷载绝大部分传递桩端持力层。因此钻孔桩进入持力层是确保桩竖向承载力的关键。持力层地质起伏，泥浆护壁钻孔桩桩底受泥浆覆盖，持力层为非完整基岩的容易误判持力层造成未进入持力层或进入持力层深度不够，持力层为完整基岩的容易因旋挖机钻岩的局限性造成嵌岩深度不够。（2）预防措施施工前应认真阅读地勘报告，绘制各桩位地质剖面图，拟定各桩位的钻孔初步控制深度。试成孔应会同地勘技术人员进行，地勘技术人员应对地质情况进行交底并确认持力层。施工时桩持力层土样应与试成孔留置土样进行比对，嵌岩桩应按照试成孔入岩钻进参数作业。5.2 孔壁坍塌（1）原因分析泥浆护壁钻孔桩桩壁土在地下水的作用下，土体黏聚力小，极易失稳。当孔内泥浆压力与地下水位压力失去平衡后，泥浆护壁泥皮破坏，孔壁坍塌。在成孔、钢筋笼安装及灌注混凝土过程中均可能出现。（2）预防措施为防止孔壁坍塌，在成孔施工中应根据土层情况提高泥浆密度和黏度，保证护壁泥浆形成一定的厚度，增加泥浆护壁承受水头压力的能力。旋挖钻孔泥浆护壁属于静态护壁，施工中自行造浆能力弱。因此在钻进过程中应及时加注泥浆，不得怀有侥幸心理不加注或不控制其泥浆指标钻孔。在钢筋笼安装过程应注意对泥浆护壁的保护，不得强行下放钢筋笼。清孔合格后应及时、低速、连续的灌注混凝土，防止灌注混凝土过快冲击破坏护壁。（3）处理方法在成孔过程中、钢筋笼安装或灌注混凝土前出现孔壁局部坍塌，应拔起钢筋笼后加注高密度、高黏度的泥浆，并低速旋转钻斗，恢复护壁，检测泥浆指标合格后继续钻孔或清孔; 当孔壁坍塌严重时，应用黏土夯实回填至孔口或用低强度等级水泥砂浆回填至稳定孔壁1 000mm 以上，黏土夯实回填静置7d 以上，低强度等级水泥砂浆回填静置2d 以上，重新定位钻孔。在灌注混凝土过程中出现的坍塌，对质量影响较大，因此应根据坍塌部位、坍塌程度及灌注混凝土量综合确定。可采用泥浆泵吸上部垮塌泥渣继续灌注待检测后会同设计处理。也可用泥浆将已经灌注的混凝土清洗排除拔起钢筋笼重新泥浆护壁成孔。5.3 缩孔（1）原因分析 地质构造中含有软弱层，在钻孔通过该层中，软弱层在土压力的作用下，向孔内挤压形成缩孔。 地质构造中塑性土层，遇水膨胀，形成缩孔。 钻头磨损过快，未及时补焊，从而形成缩孔。预防措施加强对孔径的检测与控制, 提高泥浆质量, 增大泥浆粘性及稠度, 钻头应焊扩孔器, 来适当加大直径。此外在易于发生缩孔的土层中施工, 减少空孔时间也是非常重要和有效的措施。5.4 沉渣（1）原因分析沉渣产生的原因是多种多样的，主要有： 旋挖钻具取土效果差，残留钻渣在孔底; 钻具底部变形或者磨损过大，渣土掉落生成沉渣; 钻底结构本身限制，如钻齿布置高度、间距等原因造成渣土残留过多产生沉渣堆积。泥浆性能参数不合格，护壁效果不佳; 泥浆循环池、沉淀池混用，造成废渣循环进入孔内; 泥浆含砂率过高; 灌注前等待时间过长，泥浆发生沉淀。预防措施 定期检查旋挖钻具性能，特别是旋挖钻斗筒体下方的2 块底板，保持上下底板回转自如，以实现斗底进土口的正常开启和关闭，以保证取土效果，减少钻渣残留; 选用合适旋挖钻具，定期检查钻具钻底结构情况，如出现变形或磨损，及时进行修复; 在终孔时，钻具减小旋转底和固定底间隙，缩小钻齿布置高度，并使用孔径小一级的钻具入孔底捞渣，同时增加清渣捞渣次数，以减少桩底残留。 根据场地地层特性，采用优质膨润土配制泥浆，控制好泥浆密度，并及时检测、调整泥浆性能;将泥浆循环池和沉淀池分开设置，确保施工中的钻渣随泥浆从孔内排出经泥浆沟进入沉淀池，沉淀后的泥浆经泥浆池返回孔内循环使用；调整好泥浆密度，提高泥浆的携渣能力，同时可采用泥浆分离净化装置对排出的泥浆进行浆渣分离，并适时对含砂率进行测试，及时调整泥浆性能；事先做好灌注桩身混凝土的各项准备工作，控制好混凝土进场时间和初凝时间，尽可能缩短灌注等待，避免泥浆沉淀。5.5 夹层和断桩（1）原因分析夹层及断桩是指桩身混凝土存在于部分截面或整个截面有夹泥层或混凝土完全离析，基本无水泥浆黏结导致桩承载力下降或丧失承载力。其产生的主要原因在于水下混凝土灌注过程中导管进水、提升导管使导管脱离混凝土面、灌注间隔时间过长混凝土产生离析。（2） 预防措施灌注混凝土前，检查导管有无漏水、漏气现象，采取必要措施，防止导管卡、挂钢筋笼，堵管、埋管等易引起导管进水质量通病的发生; 提升导管应匀速、平稳、缓慢进行，随时掌握导管埋入深度，避免导管埋入过深或过浅，防止导管脱离混凝土面; 灌注混凝土应连续，采取必要的备用人、材、机等措施防止灌注间隔时间过长混凝土产生离析。6. 旋挖桩与其他型桩相比的优势人工挖孔桩施工方便、不需要大型机械设备，挖孔桩比木桩、混凝土打入桩抗震能力强，造价比冲锥冲孔、冲击锥冲孔、冲击钻机冲孔、旋挖机冲孔节省。在公路、民用建筑中应用广泛。但是挖孔桩井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大、施工周期大、安全和质量等问题突出。随着人工费的增加，人孔挖孔桩逐渐已经退出了历史的舞台。冲孔桩是直接在施工现场桩位上成孔，然后放入钢筋笼在灌注混凝土而成，冲孔灌注桩中冲孔机冲击成孔，为泥浆护壁成孔。优点是：对邻近建筑物及周围环境的有害影响小；桩长和直径可按设计要求变化自如；桩端可进入持力层或者嵌入岩层；单桩承载力大等。缺点是：灌注桩成孔工艺复杂，操作要求较严，易发生质量事故，且技术间隔时间长，不能立即承受荷载，冬季施工困难较多，对环境影响较大。旋挖桩和其他桩相比具有如下优点:（1）成孔速度快，质量高。旋挖钻机的回转扭矩大，并可根据地层情况自动调整，钻压大，易于控制。同时由于旋挖钻机的钻头是直接从孔内提取岩土，故其钻进速度非常高。一般情况下，在土层、砂层的钻进速度可达10m/h,在黏土层可达46m/h。旋挖钻机钻进时对地层扰动小，孔壁泥皮薄，形成的孔壁为粗糙型，有利于增加桩侧摩阻力，保证桩基设计承载力。（2）环保特点突出，施工现场干净。这是由于旋挖钻机通过钻头取土，再通过钻杆将钻头提出孔内再卸土。旋挖桩虽然有时也使用泥浆，但仅仅使用泥浆来护壁，而不用于排渣，冲孔所用泥浆基本等于孔的体积，且泥浆经过沉淀除砂之后还可以反复利用。使用旋挖桩可以有效降低排污费用，提高文明施工程度。（3）、旋挖钻机行走位移方便，其上具有行驶履带，可以自由行走，而传统钻机的移动往往需要借助吊车，即使有步履机构移动起来也非常缓慢。旋挖钻机钻进钱对孔的定位非常准确，方便。而传统钻机对孔进行定位时非常的不方便。（4） 旋挖钻机能广泛应用于各种建筑工程项目的施工。传统循环钻井的适用范围有限，不能有效应用于硬质土地且钻孔效率低。相反，旋挖钻机钻孔速度高，成孔速度是传统循环钻机的510 倍，而且因为旋挖钻机使用的是先进的动力钻头，在进行钻孔时，旋挖钻机能保证钻头对岩土施加足够的压力，从而保证钻进的强度。旋挖钻机在复杂条件( 如软土、卵砾石、流砂等) 的建筑施工中也能很好地发挥其作用。7. 结语随着我国经济的高速发展，各地对高速公路、铁路、机场、城市地铁和高层建筑建设的逐渐需求增多，然而人工成本却又在不断地增长。在基础桩基建设中需要大量的灌注桩施工机械进行施工作业。我国灌注桩成孔工艺先后采用的有人工挖孔、冲击钻孔等。传统的钻孔方式不仅噪声大、效率低，而且污染严重。旋挖钻孔技术以高效、清洁和低噪音成为世界灌注桩钻孔领域的最先进技术。旋挖桩用旋挖钻机成孔通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。旋挖桩以成孔速度快，安全风险小，地质适应性强而倍受各方欢迎。旋挖桩和其他桩相比具有如下优点:（1）成孔速度快，质量高。（2）环保特点突出，施工现场干净。（3）、旋挖