浅谈广州南沙地区小口径旋挖钻孔灌注桩施工

　　旋挖钻成桩是采用静态泥浆护壁，直接旋挖钻斗(有筒式和螺旋式等)取土的成孔施工方法，与普通冲、钻孔成桩工艺的主要区别是旋挖钻不需要把岩土破碎成小颗粒再通过循环泥浆携出孔外，而是采用旋挖钻斗直接取出。此工艺在我国北方地区应用较早较多，其成孔质量好、速度快、无噪音、污染小等优势，而在广州南沙地区特殊地质条件下采用旋挖桩机施工小口径钻孔灌注桩是一个摸索阶段，特别是在淤泥层厚(>20m)、粘土层粘性大及入岩硬度较高(>35MPa)等复杂地质条件下使用该种工艺成桩，则更是少之甚少。

　　1.1工程概况

　　东方电气(广州)重型机器有限公司联合厂房(一)桩基础工程位于广州南沙区黄阁工业园,黄阁小虎沥的西岸、黄阁大道以南，水路紧靠珠江口岸，该工程主要为联合厂房：包括重型跨、中型跨、轻型跨、辅助跨共四跨的钻孔灌注桩，桩径为φ700mm、φ800mm及φ900mm，总桩数931根，钻孔深度40m～48.5m，入中风化岩石1.5m～3m。由于本工程工期紧，桩位密集且桩径小，主要采用8台旋挖桩机成孔，稳定泥浆护壁(淤泥层钢护筒护壁)，水下浇注混凝土的施工方案。

　　1.2地质概况

　　本工程施工现场地处珠江三角洲冲积平原，属河漫滩地貌。现场原为耕地和鱼塘，经吹填平整后地势平坦开阔，根据地质钻探资料，本工程场地主要地层情况自上而下依次为：

　　1、人工填土：由中细砂吹填而成，含少量泥质和砂砾，为新近填土，厚1.5-5.6米，平均2.89米，局部分布耕植土，厚0.4-4.5米，平均1.16米。

　　2、淤泥：流塑状，厚11.70-23.90米，平均17.54米，局部分布中砂，厚0.50-3.20米，平均1.67米，顶面埋深14.20-17米。

　　3、可塑状砂质粘性土：厚0.40-8.90米，平均3.50米，顶面埋深17.80-29.20米。

　　4、硬塑状砂质粘性土：厚度1.20-9.20米，平均4.87米，顶面埋深17.80-29.20米。

　　5、全风化花岗片麻岩：厚2.00-17.20米，平均9.20米，顶面埋深20.40-32.50米，为地坪管桩桩尖持力层。

　　6、强风化花岗片麻岩：厚度0.80-13.10米，平均5.00米，顶面埋深21.40-45.40米。

　　7、中风化花岗片麻岩：厚度1.30-8.80米，平均3.71米，顶面埋深32.30-51.20米，为钻孔灌注桩尖持力层。

　　以上场地地质勘探情况是广州南沙地区有代表性的地质条件。

　　2施工设备

　　旋挖桩机设备有德国宝娥BG-15型、SD-20型等，配套设备主要有DG-150振动锤(下钢护筒)、铲车和挖掘机及散体物料运输车(泥渣外运)、运浆车(泥浆外运)、砂浆泵(清孔)、吊机和导管(下笼、灌浆)等。

　　3施工工艺

　　施工工艺流程：测放桩位→移机就位→(振动)下入钢护筒→筒式钻头旋挖至岩面(孔口补浆护壁)→换专用克岩钻头钻岩→清渣→下钢筋笼→二次清孔→灌注砼→起拔钢护筒。

　　3.1桩位测定及定位施工钢护筒

　　根据业主提供的测量基准点，测放出各桩位，并作好标记。因为本工程场地在施工管桩时，对层厚约16米～23米的淤泥产生了搅动，使淤泥流塑性增加，为确保灌注桩的施工质量，每桩开钻前均由孔口地面下入钢护筒至稳定土层进行定位(要求穿过淤泥层，钢护筒总长约16米～25米，每节长约3米、6米、10米等)。钢护筒采用振动锤振动沉管，2厚×20cm×20cm钢板电焊搭接。

　　3.2成孔

　　旋挖桩施工场地必须平整且承载力满足旋挖桩机行走需要，施工时每台旋挖桩机配一定数量的钢板备用。旋挖桩机土层部分采用旋挖钻进，至岩面后，再换克岩钻头钻进，直至设计桩底。旋挖钻孔桩机在进入岩层后应适当加大给进压力，并提高转速。

　　3.3护壁

　　采用静态泥浆结合局部钢护筒护壁,泥浆的技术参数要求如下表:

　　3.4清孔

　　投入的旋挖桩机配备有专用清渣装置,在钻至设计桩底后,采用清渣装置进行清渣亦可结合正循环泥浆清孔。清孔后孔底的沉渣不得大于50mm(或按设计要求)，孔底沉渣有具有丰富的施工经验的施工员用测绳及吊锤进行检测。下入钢筋笼后在灌注混凝土前应对桩底沉渣进行复测，如孔底沉渣较厚，则采用“泥浆正循环法”进行二次清孔，直至孔底沉渣厚度达到设计要求方可灌注混凝土。

　　3.5钢筋笼

　　钢筋笼制安按设计要求配筋，主筋接头应错开，保证在同一截面内，接头数目不多于主筋总根数的50%，两接头间距应大于50cm。纵筋采用焊接，其焊接长度为大于12d。钢筋骨架主筋中心线与直线偏差不大于长度的1%。用15×20×7(cm)的预制块帮扎或用钢筋耳环焊牢于骨架外侧，用以设置保护层，靠孔壁为弧面，每2米设一道，每边沿圆周对称的设置四个垫块。钢筋笼安装采用25T汽车吊或50T履带吊，吊装钢筋笼骨架，吊点选择须合理，均不得使其变形。钢筋笼体下到设计位置后，立即用吊筋加以固定，固定时认真核对钻孔的桩顶标高、桩底标高，确保钢筋笼到位和灌注时不上浮。

　　3.6水下砼灌注

　　本工程采用商品水下砼，标号为C30，为保证灌注顺畅，砼要有良好的和易性和流动性。砼的坍落度为18cm～22cm，含砂率达到40%～45%。

　　本工程灌注桩直径为φ700mm～φ900mm，故采用直径φ219mm的导管灌注水下砼即满足要求，其最底一节长4m～5m，内壁应光滑，导管使用前均作了试拼，并作了封闭水压试验。导管安装时其底端应高出孔底沉淀层面30cm～40cm，以便隔水栓能顺利排出，初灌砼导管埋深应控制在1.0D～1.5D。初灌量必须按各桩的桩径计算确定，保证初灌的埋管深度满足规范要求。正常灌注时，导管埋入混凝土内深度一般为2.5m～3.5m,最小埋管深度为2.0m，最深不超过6m。开始灌注时，先配制0.2m3～0.3m3流动性好的水泥砂浆倾倒入导管内隔水栓以上空间。然后将首批砼倾入初灌斗内，剪断悬挂隔水栓的铁丝，使隔水栓、水泥砂浆和首批砼顺利到达孔底并上升，首批砼灌注完毕，立即转入连续灌注。灌注水下砼过程中，孔内砼面连续不断上升，导管埋深也在不断增加，需要定时测量砼面的上升情况，记下灌入的砼量，测定坍落度。测量砼面的标高需要用专业测量绳及测锤。在测量时，在导管与钢筋笼的中间部位下放测锤，至少测3点3～4个点，分别记入灌注记录本，然后取平均值，以此确定导管拆卸的数量。导管提升时不得过快过猛，以防拖带表层砼造成泥渣浮浆的侵入，或挂动钢筋笼等。导管的拆装要干净利落，并防止工具、密封圈及螺栓落入孔中。水下砼一经开始灌注，需连续进行，任何中断均不得超过30分钟，以保证砼的灌注质量。因为水下砼为自密型砼，为了保证桩顶砼的质量，需要保持一定的超灌量，具体应根据各桩所下的钢护筒的情况计算而定，确保拔起钢护筒后砼面应高出设计标高80cm，下道工序施工时将其凿除即可。本工程由混凝土车至料斗间采用直接输送。

　　3.7起拔钢护筒

　　钢护筒在灌注结束，砼初凝前拔出，并测量砼面标高，如砼面标高达不到设计要求，则需立即补灌，起吊护筒时要保持其垂直性，否则会将桩顶扭歪甚至破坏。

　　4施工要点

　　4.1场地要求由于施工场地较软无法满足旋挖桩机行走要求，须回填石渣后方可施工钻孔桩。

　　4.2桩位测放及钢护筒埋设(起拔)必须要用全站仪确定并跟踪检查各桩的桩位和垂直度,由于场区的地质有较厚的软弱层,钻孔时容易发生塌孔现象,故钢护筒须下到砂浆表面。起吊护筒时要保持其垂直性，否则会将桩顶扭歪甚至破坏。

　　4.3护壁泥浆钻进时使用的泥浆要按规范要求配制并对施工过程中跟踪检测其各参数。

　　4.4钢筋笼钢筋笼所用钢筋规格、材质、尺寸应符合设计要求，钢筋笼的制作偏差和焊接要求应符合设计和相关规范规定;钢筋笼的吊放，可用双吊点法，吊点位置应恰当，一般在箍筋处。采取措施对起吊点予以加强，保证钢筋笼起吊时不致变形，当前一段放入孔内后即用钢管穿入钢筋笼上面的箍筋底，临时将钢筋笼搁置在钻机大梁或护筒口上，在起吊另一段，对正位置焊接后逐段放入孔内至设计标高。

　　4.5清孔及孔底沉渣控制采用二次清孔法清孔，沉渣的测定须由有经验的人员操作，达到设计和规范要求后方可下笼灌砼。

　　4.6水下砼灌注灌注水下砼须保证质量合格，要求用有信誉的商品砼厂的材料，每车砼到现场须作坍落度等检查，不合格的料不得下灌。灌注水下砼是钻孔灌注桩的重要工序，应特别注意。成孔和清孔质量检验合格后，才可开始灌注工作。灌注砼过程中，初灌量必须保证初灌的埋管深度满足规范要求，灌注须连续，导管的提升要控制在合理的砼埋深，不得提升过快且确保砼的埋深至少有2m～3m。在灌注将近结束时，由于导管内砼柱高度减少，导管外泥浆重度增大，沉渣增多，超压力降低，如出现砼顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土或增大漏斗提升高度，使灌注工作顺利进行，在拔出最后一节长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的浓泥浆挤入形成泥心。为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上加灌一定高度，以便灌注结束后，将上段砼清除。

　　4.7导管的要求对导管的基本要求是，通过混凝土的能力满足施工要求，联接要直，接头处密封可靠，不漏水不漏气。导管在使用前和使用一个时期后，除应对规格、质量和拼接构造进行认真检查外，还需做拼接、过球和水密、承压等试验。导管提升时应保持轴线竖起和位置居中，逐步提升，如果导管法兰卡挂钢筋笼，可转动导管，使其脱开钢筋笼后，移到钻孔中心。随着孔内砼的上升，需逐节(或两节)拆除导管。拆除导管的动作要快，时间不宜超过15分钟，拆下的导管应立即冲洗干净。

　　5难点分析及处理措施

　　5.1淤泥层较厚的问题及处理措施

　　场区土层情况较差，吹填砂、淤泥及砂层等软弱土层较厚，容易发生孔斜、偏桩等质量通病。针对上述情况采用下孔口管的措施，钻孔桩常规孔口管为2m左右，本工程全部桩孔口管均下至砂层底(约16m～23m)。加长孔口管能起到良好的导管作用。另外，孔口管加长后可避免上部吹填砂层塌孔和淤泥及砂层等软弱土层塌孔。

　　5.2桩径小施工难度大的问题几处理措施

　　本工程设计桩径较小，穿过的淤泥层很厚，成孔的难度相对较大，若采用常规的冲击法或正循环钻进法施工由于钻杆小摆动大，钻孔又深，很难控制桩孔垂直度，因此，综合对比了各种施工方案，选用了旋挖钻的成孔工艺，其有成孔钻杆摆动小，容易控制好桩孔垂直度的优点。

　　5.3粘性土卸土难的问题及处理措施

　　在旋挖桩机施工过程中，由于该场区的粘土层粘性较大，且钻头小，卸土十分困难，20分钟还卸不出一钻斗土，致使工作效率较低;另外为卸掉钻具内的粘土，钻机操作手不得不多次正反旋转动力头，使钻杆反复撞击，致使钻杆受到较大的磨损甚至遭到损坏。经我项目部研究改成耙式钻齿以及在钻斗内加设反土、碎土装置，成功解决了该难题，使卸出一钻斗土的时间不到2分钟，大大提高了工作效率。

　　5.4旋挖硬岩的问题及处理措施

　　该工程由于设计要求进入中风化花岗片麻岩2倍桩径，该场区的中风化岩抗压强度均达25.5MPa，最高的达41.6MPa，采用常规的冲击法施工由于冲锤自重较少，冲击破碎的能力相对较差，施工进度难以保证。采用正循环钻进法施工，由于受桩机本身扭矩的限制，在岩层部分的钻进速度也较慢。而采用旋挖桩机施工如采用常规的克岩钻头亦是无法满足克岩要求的。经研究，通过改进钻头的旋转角度，提高钻齿硬度，并螺旋分级布齿，使其能分级接触阶梯破碎克取硬岩。经改进后实现了单机一天成孔一个的高效率。

　　6结束语

　　经过一年多的工程实践，积累了一定的经验，逐步探索出旋挖钻机在广州南沙地区土层钻进的新方法。针对该地区的土层情况，通过改进旋挖钻机及配套设备，解决了旋挖钻机在小口径桩基工程中特殊地质情况下(较厚淤泥层、粘性土层及硬岩钻进)遇到的施工难题。用事实证明了旋挖钻机具有其他桩基施工设备无法比拟的优点：施工质量可靠，成孔率高，环境污染小，适应性强等。是一种新型的理想的施工工艺，值得推广应用。