旋挖钻钻孔桩施工工艺工法
1 前言
1.1 工艺工法概况
旋挖钻机是一种适合在土建工程基础施工中快速成孔作业的施工机械，具有功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高等特点，适应我国大部分地区的土壤地质条件。其成孔工艺广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基基础钻孔灌注桩工程。 1.2 工艺原理
旋挖钻机采用动力头形式，用短螺旋钻头或旋挖斗，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后迅速提出孔外并及时运走，如此循环形成桩孔。且旋挖钻在不需要泥浆护壁的情况下，可实现干法施工。即使对特殊地层需要泥浆护壁，也只起支护作用。 2 工艺工法特点
2.1该机在常规操作及过程监控方面采用了电子控制系统，如伸缩式钻杆、工作状态的动画显示及虚拟仪表显示；故障检测、报警及信息显示等，特别是自动化控制水平及施工精度的提高，使成孔质量、工效大大提高，减轻了劳动强度。
2.2旋挖钻机的特殊成孔工艺，仅需要静压泥浆作护壁，所采用的泥浆一般用膨润土、火碱、纤维素等配置，在孔壁不形成厚的泥皮。此外由于钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙，不易产生缩径，因此提高了灌注桩的承载力。
2.3旋挖钻机可实现干法施工，即使需要泥浆护壁，也只起支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，大大减少了污染源，降低了施工成本，同时发动机转速的自动控制，减少了油耗、降低了噪音及废气排放，改善了施工环境，适用于繁华市区和自然生态保护区的桩基施工。 3 适用范围
旋挖钻机一般适用于黏土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土、含有部分(碎)卵石土层及中硬度以下岩石等地层，但不适用于含有强承压水的土层。 4 主要技术标准
《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424） 《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10752）
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《钻孔灌注桩施工规程》（DG/TJ08-202） 《混凝土结构工程施工及验收规范》（GBJ50204） 《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50） 《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80-1） 5 旋挖钻钻孔桩施工方法
旋挖钻施工法，又称钻斗施工法。钻机自身行走就位后，钻斗精确定位锁定坐标，钻机的液压系统给钻斗施加压力，可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内，然后提出孔外卸土并及时将渣土运出，如此循环形成桩孔。必要时，泥浆泵向孔内注入泥浆。 6 工艺流程及操作要点 6.1 施工工艺流程
旋挖钻钻孔桩施工工艺流程图（见图1）
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放样桩位 埋设护筒 钻机就位
图1 旋挖钻钻孔桩施工工艺流程图
拌制砼 安放隔水球 浇筑砼 测沉淤、含砂率、泥浆比重 第二次清孔 下导管 制作钢筋笼 下钢筋笼 泥浆补充 泥浆 处理 测孔深、沉淤 第一次清孔 钻孔 6.2 操作要点
6.2.1施工准备
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1平整场地（陆地）
场地为旱地时，首先平整场地，清除杂物，更换软土，夯填密实。钻机座不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷。施工用水、用电及便道等有关临时工程满足施工需要。
2围堰筑岛（浅水）
对于浅水区域的桩基施工，可采用围堰筑岛方式施工，筑岛填料宜用粘土，岛面要有足够的施工场地，岛面标高应高出施工水位1.5～2.0m。
3测量定位
依据已布设的平面控制加密导线控制点坐标和经复核计算无误的各钻孔桩中心坐标，安置全站仪在控制网点、精确定位，确定各桩位的中心桩，并根据坐标放样，钉好十字护桩，做好测量复测。
4制作、埋设护筒
钻孔前设置坚固、不漏水的孔口护筒。护筒内径比设计桩直径大约20cm，内壁平整, 竖直，壁厚不得少于 5 mm，节长一般为2 m。接缝严密，连接处筒内无突出物，应耐拉、压，不漏水。
埋设护筒前要先放出桩位点，过桩位中心点拉十字线在护筒外80cm～100cm处设控制桩，然后在桩位处用钻头边刀挖一个比护筒外径大20cm、深度比护筒略小30cm的圆坑，在坑底填筑20cm的粘土,然后将护筒用钢丝绳对称吊放进坑内，用水平尺（吊线锤）校验护筒竖直后，并保证护筒中心与桩位中心位移不超出2mm，方可在护筒周围回填最佳含水量的粘土，分层夯实且要防止护筒倾斜。
护筒埋设应高出地面30cm 或水面1.5～2 m，且应高于钻孔内稳定后的承压水位2m以上。护筒的定位必须准确，顶面位置偏差不大于 50 毫米，竖直线倾斜率不大于 1% ，必须将护桩十字线在护筒边作上记号，施工中要保护好护桩，以便随时校核孔位。护筒必须埋设牢固，当表层土松软时，将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。 用加压、振动等方法下沉护筒。
5钻机就位、安装
钻机钻孔的作业平台应基本水平，使主机左右履带板处于同一水平面上。钻机钻孔时的站位一般应对准孔桩位置，动力头施工方向应和履带板方向平行，钻机侧向应留有排渣场地。开钻前调整好机身前后左右的水平。
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钻机就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。开始钻进时，采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。
6泥浆制备及指标控制
施工前必须配置合格高质量的钻孔泥浆，根据施工段落的地质情况，泥浆采用膨润土或粘土或其它合格的新型材料制备，每立方米泥浆需膨润土450-500kg，为提高泥浆粘度和胶体率，在泥浆中掺入适量的碳酸钠、烧碱等，其掺量经试验决定，新材料的掺量按使用说明书和试验结果共同确定。
采用高速回转式搅拌机，搅拌时间为10min～15min，且提前12h预拌好。造浆后要试验全部性能指标，施工中应根据不同的地质情况适时调整泥浆指标。
钻孔施工时随着孔深的增加对孔内泥浆及时添制、净化，维持护筒内应有的水头，防止孔壁坍塌。对于灌注返出的泥浆，经处理后符合要求的泥浆用于后续施工的钻孔桩施工。泥浆性能指标 ，按钻孔方法和地质情况确定，符合下列规定：
表1 泥浆性能指标表
序号 1 2 3 4 5 6 7 项目名称 相对密度 黏度（Pa·s） 静切力（Pa） 含砂率（%） 酸碱度（pH） 胶体率（%） 失水率（ml/30min） 性能指标 1.1～1.15 18～24 1～2.5 ≤4 7～9 ≥95 30 备注 6.2.2钻进成孔 1成孔工艺
旋挖钻机成孔工艺是通过底部带有活门的桶式钻头利用动力头驱动钻杆、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。钻进过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。当钻头下降到预定深度后，旋转钻头并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒
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充满时，钻头底部关闭，提升钻头到地面卸土。开始钻进时采用低速钻进，钻进护筒以下3m可以采用高速钻进，根据压力调整钻进速度。钻进过程中严格控制钻进速度，避免进尺过大，造成埋钻。
钻孔过程中要保证桩孔内泥浆标高，泥浆补充一般采用泵送方式，其速度以保证液面始终在护筒地面以上为标准。
钻孔前先用水准仪定护筒标高，并以此作为基点，按设计要求的孔底标高计算孔深，且孔深不应小于设计深度，超钻深度不大于20cm，孔径用孔径仪测量，若出现缩径现象应进行扫孔，符合要求后方可进行下道工序。
2终孔检查
当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径和垂直度等进行检查，确认满足设计要求后，立即填写终孔检查证，并经检查确认后，方可进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。
3第一次清孔
钻孔完成后，用电子孔斜仪或监理工程师指定的检孔器进行检孔。孔径、孔垂直度、孔深检查合格后，再拆卸钻机进行清孔工作，否则重新进行扫孔。清孔的目的是使孔底沉碴、泥浆相对密度、泥浆中含钻渣量和孔壁厚度等指标符合规范要求。
钻至设计标高后，对孔径、孔深、垂直度进行检查确认合格后，即进行清孔。浇筑水下混凝土前沉渣厚度要满足设计要求。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。
在抽渣或吸泥时要及时向孔内加注清水或新鲜泥浆保持孔内水位。 4钢筋笼制作安装
钢筋笼分部下料，分节同槽制作。根据运输、起重设备性能，分节制作。主筋间采用焊接或直螺纹套筒连接，每个断面接头数量不大于50％，相邻接头断面间距不小于1.5m。加工好的钢筋笼按安装要求分节、分类编号堆存。
为防止钢筋笼吊安运输过程中变形，每节端头、钢筋笼内环加强圈处用钢筋加焊防变形十字支撑，待钢筋笼起吊至孔口时，将支撑割除。
钢筋笼制作好后，采用汽车吊起吊就位。钢筋笼的材料、加工、接头和安装，符合铁道部现行混凝土与砌体相关施工标准的有关规定，钢筋笼主筋与加强箍筋
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要全部焊接。钢筋笼吊装时、入孔后要准确、牢固定位，平面位置偏差不大于50mm，底面高程偏差不大于±100mm。钢筋笼外侧对称设置控制钢筋保护层厚度用的耳环。应注意护筒处保护层块要根据护筒的直径而加厚、加密。
为防止钢筋骨架在浇筑混凝土时上浮，在钢筋笼上端均匀设置吊环或固定杆，支撑系统应对准中线，防止钢筋骨架的倾斜和移动。同时当灌注混凝土顶面距钢筋笼底部1米左右时降低混凝土灌注速度。当混凝土拌合物上升到距钢筋笼底口4米以上时提升导管，使底口高于骨架底口2米以上，即可恢复正常灌注速度。
5声波检测管安装
对桩长在50m及以上的钻孔桩，按设计要求在钢筋笼内侧设置通长超声波检测管，检测管接头顺直牢靠，与钢筋笼的主筋牢固连接，其下端口用钢板密封。为确保混凝土灌注后管道畅通，检测管安装后，在检测管内注水，上口用木塞封口，严禁泥浆或水泥浆进入管内。
6导管安装
导管采用Ф30的钢导管，必须保证导管内壁光滑、圆顺，内径一致，接口严密。导管使用前进行试拼和水密、承压和接头抗拉试验，按自下而上顺序编号和标示尺度。导管组装后轴线偏差，不超过钻孔深的0.5%并不大于10cm；试压压力为孔底静水压力的1.5倍。
导管长度按孔深和工作平台高度决定。漏斗底距钻孔上口，大于一节中间导管长度。导管采用螺旋丝扣型接头，设防水垫圈。
导管位于钻孔中央，在浇筑混凝土前，进行升降试验。导管吊装升降设备能力，与全部导管充满混凝土后的总重量和摩阻力相适应，并有一定的安全储备。
混凝土浇筑支架用型钢制作，用于支撑悬吊导管，吊挂钢筋笼，上部放置混凝土漏斗。
7浇注混凝土前二次清孔
浇注混凝土前，应再次量测孔深和沉渣厚度，若沉渣厚度大于20cm，则应进行二次清孔，清孔时注意保持孔内水头高程，方法采用换浆清孔法或抽浆法。当孔底沉渣厚度小于20cm，经监理工程师确认后，立即灌注水下混凝土。
8灌注水下混凝土
第二次清孔后马上灌注水下混凝土。混凝土在拌合站集中拌制，采用混凝土
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运输罐车运输，导管法灌注。初灌前在装砼漏斗底口处要设置严密、可靠的隔水装置，该装置要有良好的隔水性能并能顺利排出。备足首盘封底混凝土数量，打开漏斗阀门，放下封底砼，首批砼灌入孔底后，立即探测孔内砼面高度，计算出导管内埋置深度，如符合规范要求，即可正常灌注。
灌注开始后，应紧凑地，连续地进行，严禁中途停工，在灌注过程中要防止砼拌合物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底。使泥浆内含有水泥浆而变稠凝结。致使测深不准确。
灌注过程中，应注意观察管内砼下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内砼面高度，正确指挥导管的提升和拆除，尽量缩短拆除导管的间断时间，拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15分钟，每根桩在8小时内浇筑完成。当导管内砼不满，含有空气时，后续砼要徐徐灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。
当混凝土浇筑面接近设计高程时，用取样盒等容器直接取样确定混凝土的顶面位置，保证混凝土顶面浇筑到桩顶设计高程以上1.0m左右。
9对钻碴及废浆的处理
为确保文明施工，施工中的钻碴采用净化处理后运至弃土场。 7 劳动力组织
施工人员配置表（见表2）
表2 旋挖钻钻孔桩施工所需劳动力
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工种 领工员 旋挖钻司机 吊车司机 装载机司机 修理工 钢筋工 电焊工 电 工 混凝土工 8
人员数量 1 2 2 2 1 4 2 1 4
10 11 混凝土罐车司机 混凝土拌制 3 4 施工人员以一个班组作业考虑。 8 主要机具设备 8.1钻头选用
8.1.1 粘土，选用单层底的旋挖钻斗，如果直径偏小可采用两瓣斗或带卸土板的钻斗。
8.1.2 淤泥、粘性不强土层、砂土、胶结较差粒径较小的卵石层，可配用双层底的钻挖钻斗。
8.1.3 硬胶泥：选用单进土口的（单双底皆可）旋挖钻斗，或斗齿直螺。 8.1.4 冻土层：含冰量少的可用斗齿直形螺钻斗和旋挖钻斗，含冰量大的可用锥形螺旋钻头，需要说明的是，螺旋钻头用于土层（除淤泥外）皆有效，但一定有在没有地下水的情况下使用，以免产生抽吸作用造成卡死。
8.1.5 胶结好的卵砾石和强风化岩石：需要配备锥形螺旋钻头和双层底的旋挖钻斗（粒径较大的用单口，粒径小的用双口）。
8.1.6 中风基岩：配备截齿筒式取心钻头--锥形螺旋钻头--双层底的旋挖钻斗，或者截齿直形螺旋钻头--双层底的旋挖钻斗。
8.1.7 微风化基岩：配备牙轮筒式取心钻头--锥形螺旋钻头--双层底的旋挖钻斗如果直径偏大还要采取分级钻进工艺。 8.2机械性能及技术参数
几种常用旋挖钻机机械性能及技术参数见表3。
表3 几种常用旋挖钻机机械性能及技术参数
宝峨 性能指标 BG20 最大扭矩（KN.m） 最大钻孔桩径（m） 最大钻孔深度（m） 卷扬机拉力（t） 整机重量（t） 191 2.0 70 17 72 SF220 250 2.0 66 22 66 9
意马 土力 R-412 122 1.5 56 14.5 65 麦特 HR180 207 1.8 60 18 54 三一重工 220C 220 2.0 65 20 65
9 质量控制
9.1 易出现的质量问题
旋挖钻钻孔桩施工过程中主要出现坍孔、扩孔率过大等质量问题。 9.2 保证措施
9.2.1坍孔
1 发生坍孔事故时，应将钻具提离孔底，并尽快将钻杆钻具提出孔外。 2 处理坍孔事故前，应先弄清桩孔坍塌的深度、位置、坍孔部位的地层、孔内泥浆指标、淤塞情况等，查明坍孔原因，针对具体情况进行处理。
3 当坍孔发生在井孔上部土层时，应迅速加长钢护筒，并用黏土回填封闭，然后清除井孔下部的坍塌物，继续增大孔内泥浆的密度和黏度，继续钻进。
4 当坍孔发生在井孔下部土层时，一般可加大泥浆的密度和黏度的方法处理。若调整泥浆指标不能排除事故，则应添入黏土，将坍塌部分全部填实。然后加大泥浆密度，再重新开孔钻进。
9.2.2扩孔率的施工控制
成孔过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，钻斗进入孔内要匀速缓慢，控制钻斗提升速度，避免钻斗下产生较大负压作用，造成孔壁坍塌，钻斗挖土时钻杆不能转动过快，使桩径增大。 10 安全措施
10.1 主要安全风险分析
在旋挖钻钻孔桩施工过程中，主要出现钻杆扭裂(断)等安全问题。 10.2保证措施
10.2.1打捞断落钻具前，必须详细摸请事故钻具的位置、深度、靠壁情况及有无坍塌淤塞等情况，必要时可下入打捞器探测。
10.2.2根据事故的不同的情况，进行钩挂、拧套打捞。在接上或套住断落钻具之后，应先轻轻提动，确定套牢后再提升。
10.2.3断落钻具倒靠孔壁时，打捞工具上应带有导向器或先下人扶正器扶正后，再下打捞工具套取。
10.2.4当打捞工具已套上断落钻具而又提拔不动时，宜视孔内具体情况可先用空气压缩机或泥浆泵清除上部沉淀物后，再强行提拉。
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11 环保措施
11.1施工废水、生活污水按有关要求进行处理，不得直接排放。清洗骨料的水和其它施工废水，采取过滤、沉淀或其它方法处理后方可排放，以此避免污染河道和周围环境。
11.2合理安排施工作业时间，尽量降低夜间车辆出入频率，夜间施工不得使用噪音大的机械。
11.3施工营地和施工现场的生活垃圾和建筑垃圾，集中堆放，统一弃于指定地点，不得随意弃放。 12 应用实例 12.1 工程简介
沪杭客专N7标段，结构形式为主跨160m自锚上承式拱桥，采用转体法施工，孔跨组成为（88+160+88）m。拱肋浇筑支架为异性帽梁支架，异性帽梁承台下采用钻孔桩基础，直径1.0m，桩长55m，嵌岩20cm；采用旋挖钻施工。 12.2 施工情况
旋挖钻施工进度快，在施工过程中每天即可完成一根钻孔桩。在施工过程中，很好的控制了钻孔桩质量，最大限度的避免了斜孔、扩孔现象的发生。 12.3 工程结果评价
旋挖钻机方便灵活、成孔速度快、施工质量可靠、扩孔率小、地层适应能力强等特点都发挥了重要的作用。采用旋挖钻机成孔，使本项目的工期、安全、质量、环保得到了保证。已施工完成的钻孔桩检测后质量全部为Ⅰ类桩，其经济和社会效益均取得很好的效果。 12.4 建设效果及施工图片
图2 旋挖钻钻进 图3 旋挖钻孔作业
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图4 下钢筋笼 图5 混凝土灌注
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