关键词：旋挖钻机；超深入岩钻孔；混凝土灌注桩；质量控制；要点

 

　　1引言

 

　　近年来，随着机械化程度的不断提高，各行各业生产速度加快，产品质量不断提高，建筑行业更是如此。随着旋挖钻机性能的整体提升，大功率、大扭矩的旋挖钻机可成孔直径2m以上的钻孔桩。由于旋挖钻具的不断改进和完善，使得该设备具有对中、微风化花岗岩等硬质岩的超强入岩能力，正被广泛应用于钻孔桩基施工中，并以其钻孔速度快、入岩能力强、综合成本低、绿色环保等显著特点，成为桩基施工中的主力设备。本文通过具体工程实践，介绍了超深旋挖机钻孔入岩混凝土灌注桩施工质量控制要点。

 

　　2工程概况

 

　　本工程项目占地面积5000多m2，建筑高度228m，地下室5层，地上50层；基坑开挖深度约23～25m，坑中坑局部开挖深度约32m，基坑采用地下连续墙＋钢筋混凝土内支撑支护。桩基础设计为钻孔灌注桩，抗拔桩桩径为1200mm～1800mm、抗压桩桩径为2000mm～2600mm，抗压桩设计有效桩长不小于6m，桩端持力层为入中风化花岗岩不小于2000mm，当中风化花岗岩层厚较小时，为入微风化花岗岩不少于500mm。由于旋挖钻机施工作业面的需要，钻孔桩必须布置在基坑开挖前的原地面进行施工，钻孔深度不小于35m。

 

　　3场地地层情况

 

　　根据地质勘察报告，场地自上而下为：

 

　　（1）人工填土层(Qml)，属杂填土，黄褐、褐红、褐灰等色，主要由粘性土夹杂碎石、块石、砖块、混凝土块等构成，呈松散状态，层厚1.50～3.00m；

 

　　（2）第四系冲洪积层（Qap+pl），粉质粘土层厚1.10～6.60m，粉细砂层厚1.20～3.40m，粗砾砂层厚0.80～3.40m；

 

　　（3）第四系残积层(Qel)，砾质粘性土系由花岗岩风化残积而成，原岩结构清晰可辨、不均匀，含约25～30%石英颗粒，局部夹强风化岩块，稍湿，呈硬塑～坚硬状态，层厚2.20～11.70m；

 

　　（4）燕山晚期花岗岩(r53-1)全风化花岗岩：褐黄、灰黄色，层厚1.70～14.30m；强风化花岗岩褐黄、灰褐色，风化裂隙极发育，不均匀残留少量中风化岩块，岩芯多呈砂砾状及土夹碎块状，属软岩，层厚1.00～8.90m；中风化花岗岩，呈黄褐、灰白、肉红色，部分矿物已风化变质，风化裂隙发育，裂隙面受铁锰质浸染呈暗褐色，属较硬岩，层厚0.80～7.90m；微风化花岗岩，呈黄褐、灰白、肉红色，岩芯呈柱状，属坚硬岩。

 

　　4钻孔混凝土灌注桩施工技术难点

 

　　(1)桩径大，最大桩径φ2600mm，钻孔及入岩施工时须分级扩孔。

 

　　(2)钻孔与空孔深度大，实际钻孔孔深至少为34.6m，最大钻孔深度达42.9m；空孔深度范围为23.1m～31.1m，孔底沉渣厚度要求不大于50mm，控制难度大。

 

　　(3)入岩深度大，塔楼设计要求桩端入岩深度不小于2m，岩层坚硬，中风化花岗岩饱和单轴抗压强度标准值28MPa，微风化花岗岩饱和单轴抗压强度标准值62MPa。

 

　　(4)桩顶标高低，最低标高为-31.4m，现场控制难度大。

 

　　(5)施工场地狭小，地连墙及工程桩钢筋笼于施工场地内进行，无法整体放线，桩位测量定位控制困难。

 

　　(6)桩基础与基坑支护地下连续墙交叉作业，现场施工协调工作量大。

 

　　5超深旋挖钻孔入岩混凝土灌注桩施工质量控制要点

 

　　5.1严格审查施工方案，把好施工机械选择关

 

　　桩基直径大、入岩深，岩层坚硬，中风化花岗岩饱和单轴抗压强度标准值28MPa，微风化花岗岩饱和单轴抗压强度标准值62MPa，进场的旋挖钻机必须具备施工大桩径、能入微风化岩层的能力。施工方案选用三一重工SR360及以上型号旋挖钻机，从目前国内外各种旋挖机型性能的进行综合分析，基本具备本工程的需要。现场初期实际进场三一重工SR420Ⅱ型旋挖钻机，该机动力头配备有3组马达、减速机，最大提供420kN.m的超强输出扭矩，最大成桩直径φ3000mm，最大钻孔深度为110m；具有“标准”、“低速大扭矩”、“高速小扭矩”三种钻进模式，满足各种工况条件下的施工要求。同时，该机首创自动脉冲加压破岩技术，通过给岩层施加符合岩石破碎机理的周期脉冲压力，大幅提高入岩效率，并最终实现“自动入岩”，施工效果较好；后期进场一台德国宝鹅BG30型旋挖钻机，其性能接近SR360。

 

　　5.2加强现场测量放线的复核控制，多次定位复核

 

　　由于施工场地狭小，地连墙及工程桩钢筋笼制作均在施工场地内进行，无法整体放线，只能采用多次施放桩位的方法进行。根据定位轴线的坐标计算出每一根桩的坐标，待桩位工作面出现，即采用全站仪施放桩位点，再根据该桩位点埋设护筒。正式钻孔前，在护筒顶面铺放模板并采用全站仪进行二次定位，拉十字线引至护筒顶便完成定位，控制桩位偏差在规范允许范围之内；同时测量护筒顶标高，为钢筋笼定位提供依据。

 

　　5.3成孔过程中泥浆稠度、比重的控制

 

　　本工程灌注桩钻孔主要采取旋挖钻机施工。钻头自身取土，不靠泥浆携带，取土界面与孔内泥浆互不掺混，泥浆仅起支撑固壁之用。固壁泥浆选用中粘度钠基膨润土，细度较高，细度模数选择220目，含砂率低，护壁效果好。配制泥浆具有能充分发酵、胶体率高、不分层等特点。优质钠基膨润土加分散剂Na2CO3及掺合料CMC、烧碱等用高速制浆机搅拌而成，配合比在试桩过程中由现场试验确定。经试验泥浆密度在1.08-1.15g/cm3时孔壁稳定性能够得到保证。本工程泥浆性能控制指标：新鲜泥浆密度为1.08g/cm3，粘度控制在18s，循环泥浆密度为1.15g/cm3，粘度控制在22s；新制泥浆在膨化池内膨化24h后方可使用；烧碱、CMC掺加比例按膨润土用量控制在0.2-0.4%。在浇筑混凝土时，应将桩孔内的泥浆回收，回收泥浆经沉淀净化等处理后，变为合格浆液重复利用。

 

　　在施工过程中，要对泥浆性能定期检测，包括流变特性、密度、含砂量、泥浆流失、过滤板厚度和pH值等，适当添加相应掺合料以调整泥浆性能适用于不同地层，除CMC、烧碱外，还包括添加高分子包被剂、降失水剂、防塌剂等。泥浆池内的泥浆通过内循环方式，使泥浆充分搅动循环发酵。在钻机钻进提拔钻杆时及时补浆，保证孔内泥浆液面高度必须高于护筒底1m以上，避免引起护筒下孔壁的坍塌。

 

　　为调整泥浆的PH值需适量加入烧碱，促进粘土的水化分散和增稠。为解决泥浆污染防治问题，可以通过加入一定比例的陶瓷熔块改善泥浆性能，去除泥浆由于所添加的外加剂带来的有害性。钻头磨岩过程中，钻具周围岩石被磨成粉细颗粒，钻头产生的热能将粉细颗粒胶结在钻具周围，增大了摩擦阻力，配制的高性能泥浆能够有效降低钻具产生热能，对磨岩产生的岩屑悬浮置换效果好，减少机械磨损，提高钻进效率。泥浆对槽壁产生静水压力，在槽内相当于液体支撑，高细度低含沙量泥浆能够深入土壁形成一道低透水性的泥皮，可维护土壁的稳定性。

 

　　5.4终孔条件的控制与孔深验收

 

　　本工程塔楼抗压桩均在施工前进行了超前钻探，现场根据超前钻岩层的深度、设计要求的入岩深度及护筒埋设的顶标高，计算终孔孔深。在钻进过程中及时跟进旋挖钻机进入持力层的深度，联系地勘单位负责人判别岩样及桩孔深度是否与超前钻样吻合，相吻合时按计算孔深进行终孔验收。由于本工程桩径较大，“一孔一钻”不能完全反映持力层的情况，若与超前钻资料差异较大时，应以地勘单位现场负责人判定的持力层标高或实际取出岩样的特性，确定终孔标准及深度，从而保证了桩端持力层验收的可靠性。

 

　　5.5钢筋笼与吊筋的质量控制及钢筋笼就位标高控制验收

 

　　（1）钢筋笼的钢筋品种、规格、数量应符合设计要求，钢筋笼直径及其制作质量应符合施工规范规定，其长度应按对应的终孔孔深验收。另外，在起吊钢筋笼前应检查吊点的牢固程度及钢筋笼加劲箍的数量。大直径桩钢筋笼的加劲箍采用三角形加强处理，在吊装时为防止大直径钢筋笼弯曲变形，现场采用工字钢扁担吊装。

 

　　（2）由于桩顶标高在-23.0～-31.4m之间，空桩较深，钢筋笼就位时必须按实际孔深、桩顶标高及护筒标高准确计算吊筋长度，以确保钢筋笼就位标高符合设计要求。首先将钢筋笼准确地吊放于孔口，再根据实际孔深、桩顶标高、有效桩长制作吊环、吊筋，并在孔口与钢筋笼主筋进行现场焊接，两根吊筋应对称布置在钢筋笼加筋箍的中心线上。

 

　　（3）钢筋笼入孔后，根据吊筋与护筒之间的距离及开孔时护筒上的十字定位线，检查其是否处在桩孔中心；钢筋笼入孔就位后，检查吊筋吊环位置是否与护筒顶标高一致，如吊筋长度超出护筒面较多，则表明钢筋笼未到位，应立即吊出钢筋笼，查明原因并纠正后重新就位；钢筋笼正常就位后应穿放定位钢管进行固定，以防止钢筋笼标高发生变化。

 

　　5.6孔底沉渣的检查验收

 

　　钻孔钻至设计标高经现场验收并确认终孔深度后，及时进行钢筋笼吊装就位。同时，应及时安装灌浆导管。浇筑混凝土前尚应复测孔深，当与终孔验收深度一致或少于50mm时，方可浇筑混凝土；如若终孔后不能及时吊装钢筋笼就位，则应在下次吊装前必须重新清孔。清孔时，应将旋挖钻机钻头提离孔底10～500px空转，保持泥浆正常循环进行第一次清孔换浆，再次吊装钢筋笼就位；在钢筋笼和灌注导管下入孔底后灌注混凝土前，应进行孔底沉渣检查，若沉渣厚度超过规范要求的50mm厚时，必须利用灌浆导管采用气举反循环清孔工艺进行第二次清孔；因塔楼桩径较大，在第二次清孔时采用12m³以上的空压机，气体管道应深入孔深的三分之二左右，以确保桩孔孔壁的稳定并使孔底沉渣被完全清除；在进行第二次反循环清孔的过程中，导管应由吊机吊起从桩孔中心向周边适当缓慢提升移动，清孔时应随时用测绳测量孔深变化和基底沉渣厚度，检查循环吸出泥浆含沙量，直至吸出的泥浆浓度、含沙量与孔内泥浆一致时，测量基底沉渣满足设计规范要求后应立即关闭空压机，防止因过度清孔导致塌孔现象，当清孔泥浆比重小于1.10g/cm3，含沙量小于4%，孔底沉碴厚度小于50mm时，达到设计和规范要求，立即组织浇筑混凝土。

 

　　5.7水下混凝土浇筑的质量与钢筋笼上浮的控制

 

　　混凝土浇筑采用水下直升导管法，下放导管前应在孔口设置浇筑平台并固定导管料斗，以保证在浇筑过程中施工人员的安全；导管应顺桩孔中心而下，避免挂住钢筋笼。

 

　　混凝土浇筑前应根据不同桩径、桩长等，计算出混凝土的初灌量，分别采用不同的灌注斗进行初灌。初灌量保证最小埋管高度1.0m，选定Ф300mm灌注导管，保证初灌量达到封底埋管的要求。

 

　　混凝土灌注前，要对各作业环节认真检查，制定有效的预防措施；严格遵守操作规程；根据清孔情况和浇筑过程及时联系混凝土搅拌站保证灌注作业连续紧凑；每车混凝土到场后，应注意检查其塌落度、和易性。另外，由于空孔深度较大，下料速度应适当控制，否则易造成钢筋笼上浮；另外，要加强施工现场管理，防止违规操作。导管提升应匀速平稳，控制灌注时间在适当的范围内；如遇突发事件导致浇筑停滞时间较长时，应不断提升导管防止出现卡管、堵管现象；灌注混凝土时，项目部应安排专人负责桩顶混凝土标高和超灌注高度的控制。

 

　　6施工安全

 

　　本工程现场旋挖钻机布置的数量较多，施工前应做好旋挖钻机成孔桩工艺的三级教育和安全技术交底。施工单位应合理布置每台旋挖钻机与灌注桩的作业范围，尽量使旋挖钻机对桩孔的覆盖达到最大化。明确各台旋挖钻机的行走路线，合理布设泥浆池、循环沟。旋挖钻机行走时应安排专人指挥，应注意不要在坡地上改变行驶方向；旋挖钻机施工作业面应铺设砖渣、碎石垫层，并铺垫14mm以上钢板，确保场地平整，以保证在入岩作业时较大的震动不致造成孔壁坍塌。同时在桩口埋入3000mm的加长护筒，以加强孔壁的整体稳定性；在钻孔入岩的过程中，为减少钻机对孔壁的影响，提高机械效率并延长机械使用寿命，现场采用分级钻、扩孔施工工艺，取得了良好的效果。

 

　　现场人员必须佩戴安全帽及穿戴其他劳保用品，旋挖钻司机及辅助机械的操作人员必须经过培训，须持证上岗，熟悉设备所有的安全标志、警示牌的作用和内容，熟悉使用说明书，掌握设备的性能及操作规程，并遵照执行；工前必须认真检查设备，定期对机械进行检查维修保养，做好施工前的各项准备工作，严禁“带病”作业。

 

　　对现场混凝土浇筑完成的成桩孔洞应及时回填，如未能及时回填应做好安全防护措施，四周设专用的围挡围护，防止人员不慎掉入。对填埋的孔洞应在周围做好标识，防止车辆机械行走陷入。

 

　　现场工完场清。在完成一定区域范围内的桩基施工后，应及时进行场地清理、回填平整，保持场地干净、整洁。

 

　　7结束语

 

　　超深旋挖钻孔入岩混凝土灌注桩施工质量的好坏，关键在于各道工序的质量控制点，措施、方案是否得到了有效落实，如果监理工程师对施工过程中的各环节严格把关，将各项方案、措施落实到位，就能保证整个桩基的施工质量，最终实现监理目标。