引言

 

　　旋挖钻机作为基础工程机械中的新型机种，经过多年的推广应用，目前已被大量应用于公路、铁路、桥梁、水利工程、城市建筑工程等桩基工程之中。由于其具有施工速度快、成孔质量好、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高及其适用性强等优点，受到越来越多的施工单位青睐，不少重点工程的业主为确保工程进度和质量，均将其作为指定施工设备。灌注桩的施工工艺，采用最多的是传统的冲（钻）孔机冲（钻）成孔，极少使用旋挖钻机成孔，结合本工程大胆采用旋挖钻成孔灌注桩的成功例子，初步研究旋挖钻机在土层地质情况较好的状态下的应用。

 

　　1、工艺原理

 

　　1.1旋挖成孔是通过钻机自有的行走功能和桅杆变幅机构使钻具能正确就位，利用桅杆导向下放钻杆并将底部带有活门的桶式钻头放置到孔位，钻机动力头装置为钻杆提供扭矩，加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆钻头，钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻头内，然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度。

 

　　1.2灌注桩后注浆是在灌注桩成桩后一定时间内，通过预设在桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体（包括沉渣、泥皮）得到加固。对桩底、桩侧一定范围的土体通过渗入（粗颗粒土）劈裂（细粒土）和压密（非饱和松散软土）注浆起到加固作用，从而增大桩端和桩侧阻力，提高单桩承载力，减小沉降。

 

　　2、旋挖钻孔灌注桩的特点

 

　　2.1成孔质量好、速度快、无噪音、无污染等优点。

 

　　2.2采用非水介质取土，只需要少量泥浆护壁和清孔，大大减少了泥浆的需求和排放，减少了环境污染，降低了施工成本。

 

　　2.3伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，提高了桩孔钻进效率。

 

　　2.4钻孔的出土随出随运，给场地运输带来很大方便，可节省运输费50%，同时节省了工程用水及用电。

 

　　3、注意事项

 

　　3.1施工注意事项

 

　　(1)旋挖钻机设备价格昂贵，运行成本较高，设备较重，施工场地必须平整、宽敞，并有一定硬度，避免钻机发生沉陷。钻机施工中应随时检查钻斗和钻头磨损情况，发现侧齿磨坏，钻斗封闭不严时必须及时整修。

 

　　(2)成孔过程不易形成泥皮，护壁性相对较差，尤其在砂岩层中容易缩径、塌孔，所以钻进过程中保持泥浆面高度，不得低于护筒顶40cm，泥浆比重控制在1.06~1.15之间，钻进时泥浆比重严格控制，不得小于1.06。

 

　　(3)钢筋笼吊入固定后，应逐步安放导管，导管在安放前应进行拼装试水，以检查导管是否有砂眼，密封是否严密，导管距孔底不宜超过500mm。

 

　　(4)泥浆初次注入时，垂直向桩孔中间进行注浆，避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部，致使护筒底部土质松散。为防止泥浆流失、移位和掉落，护筒周围土要夯实，最好粘土封口，在坑底回填夯实30~50cm粘土后，再安放护筒，护筒上口可绑扎方木或钢管对称吊紧，防止下窜。

 

　　(5)混凝土应连续浇注，中间不得停顿，由于桩内混凝土不能振捣，主要靠混凝土的自重压密和混凝土的流动成型，必须控制好配合比、浇注速度以确保混凝土的质量，随时检查混凝土的坍落度，坍落度应控制在16~20cm之间。

 

　　3.2孔桩事故预防措施

 

　　(1)护筒外壁冒水

 

　　严重的会引起地基下沉、护筒倾斜和位移，造成桩孔偏斜，甚至无法施工。

 

　　主要原因：①埋设护筒时周围土不密实。②护筒水位差太大。③钻头起落时碰撞。

 

　　预防措施埋护筒时坑底与四周要选用最佳含水量的粘土分层夯实；在护筒适当高度开孔，使护筒内保持有1~1.5m的水头高度；起落钻头时防止碰撞护筒；初发现护筒冒水时可用粘土在四周填实加固，如护筒严重下沉或位移则应返工重埋。

 

　　(2)钻进极慢或不进尺

 

　　在硬可塑粘土层中钻进极慢，一般为8~10h，占单桩钻进进间的60%~70%。

 

　　主要原因：①钻头选型不当。②合金刀具安装角度欠妥。③刀具切土过浅。④钻头配重过轻，钻头被粘土糊满。

 

　　预防措施：更换或改造钻头，重新安排刀具角度、形状、排列方向，加大配重、加强排渣、降低泥浆比重或改用钻进方式，采取反循环钻进方式。

 

　　(3)桩孔局部缩颈

 

　　局部缩颈是指局部孔径小于设计孔径。

 

　　主要原因：①泥浆性能欠佳，失水量大。引起塑性，土层吸水膨胀，或形成疏松，蜂窝状厚层泥皮；②邻桩施工间距不当，土层中应力尚未消散，新孔孔壁软土流变；③钻头直径磨损过大。

 

　　防治措施：采用优质泥浆，控制泥浆比重和粘度，降低失水量；当设计桩距<4D时应跳隔1~2根桩施工；新桩尽可能在邻桩成桩36h后开钻；选用双导正环保径的笼状钻头；用泥浆和足尺寸钻头扫孔；扫通清孔后尽快灌注砼。

 

　　(4)桩孔偏移倾斜

 

　　成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。

 

　　主要原因：①钻机安装不平或钻台下有虚土产生不均匀沉陷；②桩架不稳，钻杆导架垂直，钻机磨损，部件松动；③护筒埋设偏斜，钻杆弯曲，主动钻杆倾斜；④遇旧基础或大石等地下障碍物，土层软硬不均或基岩倾斜。

 

　　预防措施：钻机安装周正、水平、稳固、无束前缘切点，转盘中心和护筒中心三点面一线；护筒不偏斜，钻杆不弯曲，主动钻杆保持垂直，增添导向架，控制提引水龙头，尽可能采用钻挺加压；清除地下障碍物；除软硬互层采用轻压慢转技术参数外，从软塑粘土层，尤其流塑粘土层和砂层进入硬塑粘土层或从粘土层进入基岩时，笼装钻下端的锥形导向小钻头需改用平底导向小钻头，或者直接用不带导向小钻头的平底钻头钻进；采用沉井、控孔桩等方式清除地下障碍物；在硬塑料粘土层发生偏斜时，用砂、料土混合物回填偏斜以上1~2m，待密实后用平度合金钻头轻压慢转倾斜；在基岩面发生偏斜时，可投入20~40mm粒径碎石，略高于偏斜处，冲击密实后用平底合金钻头、牙轮滚刀钻或平底钢粒钻头纠斜。

 

　　(5)沉渣过厚

 

　　桩端沉渣过厚是由于清渣不够彻底所造成的。沉渣不符合要求会使桩的承载力和变形能力受到很大程度的削弱。主要原因：①清孔不到位，灌注混凝土之前，孔底清渣不彻底。若清孔后等待灌注时间长，因泥浆比重大、沉淀较快，容易形成沉渣。②初灌量不足，足够的初灌量以便混凝土具有较大动势能使沉渣返流，初灌量不足便不能使沉渣返流。

 

　　预防措施：保证半小时以上的清孔时间；采用适应比重和黏度的优质泥浆；吊放钢筋笼保持垂直、缓慢；采用导管二次清水冲孔，以使沉渣厚度达到规范要求为准；初灌量混凝土时，导管底端距孔底距离在30到40cm，初灌量应保证导管底端能埋入混凝土中1.0以上，以便更有效的冲刷残留沉渣。

 

　　(6)孔壁坍塌

 

　　在成孔过程中，当排出的泥浆不断出现气泡，或护筒内的水位突然降低，均预示形成塌孔。原因有：①土质松散，泥浆护壁不好；②护筒埋设不当，筒内水位低；③钻孔方式不当；④成孔后灌注不及时。

 

　　预防措施：增加护筒埋深，并回填密实；增加泥浆比重和黏度，保证水位；吊下钢筋笼时，不得碰撞孔壁；成孔后应在3h内灌注混凝土，并尽量减少灌注时间。

 

　　4、结束语

 

　　旋挖成孔灌注桩的施工方法具有施工工期、质量、安全可靠、成孔速度快、成孔率高、从钻机、钻杆及钻头的安、拆卸及使用上，它节省了大量的人力，提高了机械化程度，减轻了劳动强度，取得了良好的效果，不仅保证了工程质量、减少了环境污染，加快了施工进度，也降低了成本消耗，创造了较好的经济效益和社会效益。

 

　　参考文献：

 

　　[1]周红军，我国旋挖钻进技术及设备的应用与发展[J].探矿工程，2003(2)：18-21.

 

　　[2]贺婷.浅谈旋挖钻机在地铁工程中的应用[J].广东土木与建筑，2007(4)：49-51.

 

　　[3]岗俊炎，孙俊志.旋挖钻机施工质量控制与常见灌注故障排除[J].福建建筑，2008(7)：121-122.