浅谈提高旋挖支护排桩成桩质量

前言：旋挖桩因其具有施工速度快、精度高、噪声小、利于环保、桩机行走方便的优点，在城市深基坑的支护桩施工中日趋广泛。与此同时，旋挖桩的适用范围也有限，如何在施工过程中提高旋挖桩的成桩质量，使其得到进一步的推广，将是旋挖桩施工探讨的一个重要话题。本文结合广州市科学大道大观路隧道工程基坑支护桩的施工，浅谈旋挖支护排桩在施工过程中的质量控制。

一、工程实例

1、工程概况

科学大道大观路隧道工程位于广州市云溪路——科学大道与大观路交叉口处，全长为895m的双向6车道跨线隧道，采用支护明挖方法施工。隧道基坑支护桩采用Φ1000mm和Φ1200mm的钻孔灌注桩，桩净距为20cm，桩长10.5m～24.7m，共607根。工程原始地貌单元为珠江三角洲海陆冲积平原，场地土体结构从上至下依次为杂填土、细砂、冲积层粉质黏土、中砂、坡积层粉质黏土、全风化花岗岩和强风化花岗岩层，本工程支护桩桩底位于黏土层或中砂层中。根据勘察结果，淤泥质土属于对震陷敏感的软弱低层;饱和砂层会产生轻微液化(液化指数I1E=0.19～4.77)

2、旋挖桩施工工艺

本工程选用SANY SR250旋挖机，施工工艺除成孔过程采用旋挖成孔外，其他工艺与传统的钻(冲)孔灌注桩的施工工艺相同。

二、旋挖支护排桩施工常见问题

1、土层扰动大，孔壁护壁差

由于旋挖桩机钻进速度快，主要靠切土钻进，在旋挖钻进的过程中不存在泥浆循环，因此孔壁护壁同比钻、冲孔桩要差。特别在填土和软土地层，塌孔和缩径容易发生。对于支护排桩，土层扰动大也会导致临桩之间产生串孔等现象。

土层扰动大同时也反映在成孔过程中容易产生扩孔等现象。查阅支护桩砼灌注记录，发现实际灌砼数量超出理论数量达在10%以上，而往工程相似地质的采用钻孔或冲孔工艺的桩灌砼扩孔率一般为5%-10%之间。

2、孔底沉渣厚度大

由于旋挖桩护壁较差，成孔过程中容易发生钻斗切削过深或提升碰撞孔壁，导致清空困难和孔底沉渣厚底偏大。现场测量的沉渣厚度显示，大部分桩在一次清孔后的沉渣厚度在大于50cm。

对于深基坑的支护桩，孔底沉渣厚度对桩的使用功能影响不大，但现场采用低应变反射波动测法检测桩身质量时发现，沉渣厚度偏大的桩较难收到反射波，影响检测的成功率和合格率。孔底沉渣厚度的超标同时也影响了桩的承载力，对于旋挖桩向大孔径承载桩基的推广也是不利的。

3、临桩间距小，易产生串孔

深基坑支护工程采用钻孔灌注桩作为支护结构时，为保证土体的稳定性，设计时普遍存在临桩之间的间距和净距比较小的问题。在传统的支护排桩施工工艺中，一般采用“隔桩法”施工，桩施工过程中对临桩土体的扰动。由于旋挖桩成孔过程中对土层扰动较大、泥浆护壁差，即使在临桩砼完成灌注并达到终凝，也有可能对其造成影响。

三、旋挖桩施工质量控制措施

1、根据不同土层调整进尺和提升速度

与传统施工方法相比，旋挖钻机具有成孔速度快的优势(钻进速度最快可达到1m/min)，但也由于旋挖钻机成孔速度快，旋挖取土扰动比较大，容易增大桩孔扩孔率，从而可能导致邻桩串孔。

开钻前对护筒周围回填土进行夯实，保证护筒周围土体的稳定性，防止因钻头提升时泥浆对护筒下部与孔眼相交部位孔壁的冲刷作用而造成护筒底孔壁坍塌。在旋挖施工的过程中，应结合工程的实际土质情况，选取了合理的旋挖成孔钻进速度。控制旋挖进尺速度是，建议采取以下数值：粘性土质为0.5~1m/min，杂填土或砂层等土质为0.3~0.5m/min;由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时，要减速慢进;在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径;对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率; 砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。

旋挖施工的过程中，由于旋挖钻机的圆柱形钻头在提出泥浆液面时会使钻头下局部空间产生“真空”,因此在每次钻进取土完成后，要求钻机操作工应注意缓慢提升钻具，降低钻斗钻进及提升的速度，尤其是土质松散或进入砂层时严防空钻，同时及时补充泥浆，避免孔壁塌陷。经过调查、咨询、讨论、研究及分析，并结合工程的实际土质情况，合理的旋挖钻斗提升速度为：粘性土质为1~2m/min，杂填土或砂层等土质为0.5~1m/min。

2、适当调整泥浆比重，采用二次清孔

开钻前制备质量，数量都能满足要求的泥浆，防止在钻孔灌注桩的施工过程中发生坍孔。采用澎润土制备成泥浆进行护壁，稳定孔内水位。适当提高泥浆比重，控制好泥浆的质量，充分利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力，以确保孔壁的稳定。根据不同的土质情况，泥浆指标控制如下：

项目	成孔			清孔后泥浆
项目	粘土层	砂层	岩石层	清孔后泥浆
密度	1.05	1.2~1.3	1.2~1.25	1.15~1.25
粘度（S）	20~28	25~30	25~28	≤28
含砂率%	≤8	≤10~15	≤10	≤8

根据不同的土质采用不同的泥浆比重，并根据实际地质情况进行控制范围内的适当调整，同时严格控制泥浆质量，可以有效地增强了泥浆的护壁作用，使邻桩之间的串孔现象明显减少，并且也可从降低桩扩孔率。

清孔采用反循环法将孔底沉渣吸出，以到达清孔的目的。旋挖成孔灌注桩一般有2次清空孔，即：成孔后一次清孔，砼灌注前二次清孔。确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等符合桩孔质量要求后方可进行砼灌注。

3、采取“跳3个桩位法”，加大临桩施工时间间隔

传统的“隔桩法”施工，一般要等到临桩灌注48小时或终凝后才进行中间桩的施工。当临桩净距较小，加上旋挖桩成孔对土层扰动较大，即使隔桩施工也有可能产生塌孔或串孔情况。针对旋挖桩施工速度快、旋挖机行走方便的特点(完成一根桩的成孔后即可进入下一根桩的成孔，第1个桩的清孔与下一根桩成孔同时进行)，支护排桩施工可采用“跳3个桩位法施工”来加大临桩的施工时间间隔。即完成第1根桩的成孔后，隔3根桩进行第5根桩的成孔;待第1和第5根桩完成灌注后，进行第3根桩的成孔;第3根桩灌注并且终凝后，进行第2和第4根桩的成孔。具体施工顺序如下图1所示(数字表示成孔顺序)：
跳3个桩位法

图1

通过采用“跳3个桩位法施工”代替传统的隔桩法施工，能够保证临桩施工的时间间隔，有效地增加邻桩之间土体的稳定性，大大降低因孔内土体不稳定塌落导致邻桩串孔的可能性。经过统计计算，隔桩法施工的砼超灌量为10%以上，而本施工方法的砼超灌量为4.7%，并且采用低应变反射波动测法检测成桩质量时，一类桩占90%以上，没有出现三类桩。

四、结束语

旋挖桩机因其施工速度快、噪声小、泥浆污染少等优势，广泛应用于深基坑支护工程中。笔者结合实际工程经验，对旋挖桩机在深基坑支护排桩施工中通过控制进尺速度、调整泥浆比重、加大临桩施工时间间隔等措施来提高成桩的质量发表自己的浅见。同时，相对于基坑支护排桩施工已有完善的规范和质量标准，旋挖桩机施工目前仍未有具体的国家或行业的相关规范、规程或标准，在旋挖机工作过程中的参数控制在规范上仍是空白。希望建筑行业能及时制定相应的规范规程，更好地推广旋挖桩机在基坑支护以及各类桩基础的应用。

参考文献：

【1】赵金祥，《浅析旋挖桩机施工的优缺点》.《西部探矿工程》，2010

【2】罗彧，《浅谈旋挖桩机在基坑支护桩施工中的应用》.《广东建材》，2008

【3】孔德斌，《新型旋挖桩成孔施工技术应用》.《科技创新导报》，2009

【4】李海军，王善清，《后压浆扩底旋挖钻孔灌注桩施工工艺在工程施工中应用》.《安徽地质》，2010