旋挖桩施工工法.docx

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旋挖桩施工工法

旋挖桩施工工法

一、前言

旋挖机又称旋挖钻机，是进行道路交通，高层建筑物基础施工的工具。

旋挖机是一种综合性的钻机，它可以用短螺旋钻头进行干挖作业，也可以用回转钻头在泥浆护臂的情况下进行湿挖作业。

旋挖机可以配合冲锤钻碎坚硬地层后进行挖孔作业。

如果配合扩大头钻具，可在孔底进行扩孔作业。

旋挖机采用多层伸缩式钻杆，钻进辅助时间少，劳动强度低，不需要泥浆循环排渣，节约成本，无污染，特别适合于城市建设的基础施工。

旋挖机成孔后，沉渣的清理是控制桩身质量的关键。

特别是在施工有扩孔桩基时，尤其重要。

传统的清渣方法为正反循环清孔成孔工艺，而近几年出现灌注桩气举反循环清孔工艺，其工艺克服了原有工艺的一些缺点，其清孔效果远好于一般清孔工艺。

不失为一种具有发展前途的施工方法。

二、工法特点：

与以往钻孔灌注桩技术相比，该施工工法有以下特点：

1、旋挖钻机适用于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，主要用于市政、公路桥梁、工业和民用建筑等基础施工中。

2、旋挖钻机的额定功率一般为125-450kW，动力输出扭矩为120-400kNm，最大成孔直径可达1.5-3m，最大成孔深度为60-90m，可以满足各类大型基础施工的要求。

3、气举反循环清渣效果较好，沉渣层较薄。

因而单桩承载力高，沉降量小显著。

清孔时间短，每根桩清孔约减少2个小时时间，提高了劳动生产率，加快施工设备的周转周期，直接降低了工程施工成本。

4、选用的泥浆密度较小、浓度较小，对孔内压力较小，对孔壁四周作用力也小，孔壁四周泥皮较薄，增加了桩孔的侧摩阻力，也提高了单桩承载力。

5、清渣速度快，泥浆排放量减少，减少环境污染，降低施工清运处理成本。

三、适用范围：

旋挖钻机适用于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，主要用于市政、公路桥梁、工业和民用建筑等基础施工中。

四、施工工艺：

（一）

工艺流程

（二）工艺原理

a.旋挖钻机将整体自重置于可自动行走的履带式底盘上，以自带柴油发动机输出动力来提供施工现场所需要的大功率电源，利用筒式钻斗底部的斗齿，在液压油缸的加压下钻进，切削土体，并压入容器内，然后由钻杆提出筒式钻头，至孔口后快速回转倒土。

护壁泥浆采用优质膨润土、烧碱、纤维素等根据地质情况按一定比例配置而成，并随着旋挖钻进用泥浆泵持续注入孔内，起到静压护壁作用，以保证水头压力，如此反复循环完成成孔作业。

成孔达到设计深度和质量要求后，安装钢筋笼和导管，灌注水下混凝土。

b.扩孔阶段使用扩大头钻头：

使用筒钻钻至设计深度，然后换扩大头钻头进行扩底。

扩大头钻头的施工原理：

通过对动力杆加压，使扩底钻头在桩底进行展开，钻头上的牙轮向两边展开的同时破碎桩底周边的岩石，从而达到扩底的目的。

流程示意如图。

c.气举反循环清孔是沉渣从导管内排出的清渣工艺。

方法是利用空压机压缩空气，通过安装在导管内的风管将高压气送至桩孔内。

高压气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物。

浆气混合物因其比重小于泥浆而上升，在导管内混合器底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在桩孔内液柱压力的作用下,使得导管内的混合物以较高的速度向上流动。

从而形成流动。

因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，连续不断排出导管以外。

清渣工艺流程示意如下图所示：

清孔示意图：

操作工艺要点

1、桩位的测量放样

   采用全站仪坐标法来进行桩的中心位置放样，放样后四周设护桩并复测，误差控制在5mm以内。

桩位用ø10mm、长度35-40cm钢筋打入地面30cm（四周填以水泥砂浆或混凝土来保护）作为桩的中心点，然后在桩位周围做上标记，既便于寻找又可防止机械移位时破坏桩点。

   2、埋设护筒

   护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水流入孔内，保证孔内水位高出地下水位或施工水位，增加水头高度，保护孔壁不坍塌，确保成孔质量。

    a、护筒的要求

   护筒选用整体式钢制护筒，壁厚5—8mm，高度3m。

为了增加护筒的刚度，防止周转使用中的变形，在护筒的上口和中部的外侧各焊一道加劲肋。

在埋设护筒时，护筒的顶端均高出地下水位2.0m以上，以增加孔内水头压力。

    b、护筒的埋设

   护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。

首先正确就位钻机，使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头挖孔，深度略小于护筒的埋深，然后用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中。

护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重合。

   3、钻机就位

   旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。

钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。

4、钻进

   旋挖钻机钻孔取土时，依靠钻杆和钻头自重切入土层，斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土；遇硬土时，自重力不足以使斗齿切入土层，此时可通过加压油缸对钻杆加压，强行将斗齿切入土中，完成钻孔取土。

钻斗内装满土后，由起重机提升钻杆及钻斗至地面，拉动钻斗上的开关即打开底门，钻斗内的土依靠自重作用自动排出。

钻杆向下放关好斗门，再回转到孔内进行下一斗的挖掘。

每一循环视孔深不同约在1～5min内完成。

每钻进一斗，入土0.5～0.8m。

50m深桩孔，在一般地质条件下约100～200斗即告完成。

软土层最高小时进尺能达到15m。

5、气举反循环清孔

a.导管下放深度以出浆管底距沉淤面300～400mm为宜，风管下放深度一般以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比的0.55～0.65来确定。

b.主要参数：

空压机的风量6～9m3/min，导管出水管直径＞Φ200mm，送风管直径（水管）Φ25mm，浆气混合器用Φ25mm水管制作，在1m左右长度范围内打6排孔、每排4个Φ8mm孔即可。

c.开始送风时应先孔内送浆（补浆），停止清孔时应先关气后断浆。

清孔过程中，特别要注意补浆量，严防因补浆不足（水头损失）而造成塌孔。

d.送风量应从小到大，风压应稍大于孔底水头压力，当孔底沉渣较厚、块度较大，或沉淀板结时，可适当加大送风量，并摇动导管，以利排渣。

e.随着钻渣的排出，孔底沉淤厚度较小，导管应同步跟进，以保持管底口与沉淤面的距离。

f.反循环法清孔时所需风压P的计算。

    P=γs·h0/1000+ΔP

    γs——泥浆比重（KN/m3），一般取1.2

    h0——混合器沉没深度（m）

    ΔP——供气管道压力损失，一般取0.05～0.1MPa

6、工艺所用护壁泥浆采用备用泥浆。

备用泥浆由膨润土、粘土等材料和清水拌合而成。

泥浆具有一定的相对密度,如孔内泥浆液面高出地下水位一定高度,泥浆在孔内就对孔壁产生一定的静水压力,可抵抗作用在孔壁上的侧向土压力和水压力，相当于一种液体支撑,以防止孔壁坍塌或剥落，并防止地下水渗入。

五、机具设备

旋挖成孔机具设备较少。

反循环工艺与正循环工艺相比，增加空压机一台、风管一套。

该风管在二次清孔时安装在导管内，故导管上部相应增加连接阀门，风管下部是气浆混合器。

反循环工艺导致沉渣从导管内反出，导管上部增加三通一套，排至接渣篮。

机具设备一览表

设备名称

规格型号

数量

技术状态

备注

旋挖机

1台

良好

成孔

空压机

WF-6.3/7

2台

良好

导管

若干

良好

风管

若干

良好

泥浆泵

3PN

4台

良好

抽泥浆

潜水泵

5个

良好

排水

排浆车

15吨

1辆

良好

排浆

自卸车

5吨

2辆

良好

排渣

吊车

20t

1辆

吊放泵，和导管

六、劳动组织

1、本工艺要求24小时连续作业，因此需两班倒或三班倒，一般采用白班和夜班两班倒作业。

单根桩成孔配1班人。

2、单根桩成孔配1班人。

每班6人，包括班长1人，起重工1人，操作工2人，力工2人。

七、质量控制

1、泥浆质量标准

指标名称

新制备的泥浆

使用过的循环泥浆

检验方法

粘度

相对密度

失水量

泥皮厚度

稳定性

PH值

19s—21s

＜1.05

＜10ml/30min

＜1mm

100%

8—9

19s—25s

＜1.20

＜20ml/30min

＜2.5mm

——

＜11

500cc/700cc漏斗法

泥浆比重称

失水量仪

失水量仪

PH试纸

2、质量保证措施

A、在松软土层或砂层中清孔时，并且注意观察浆液面的变化，同时适当加大泥浆的比重和粘度，成孔和搁置时间不宜过长，减小液面荷载。

B、专职人员应不断检查孔内泥浆的高度和质量，并作好检查记录，及时调整泥浆指标。

当发现严重坍塌时，应提出钻头，填入较好粘土重新成孔。

C、雨天地下水位上升，应及时加大泥浆比重和粘度，当需要降低地下水位时要定时观察地下水位严防地下水向孔内渗流。

D、清孔前后，都要测量孔深，沉渣厚度应小于5cm。

八、安全措施

现场施工人员，要严格遵守各项措施，牢记“安全第一、预防为主”的方针，时刻保持清醒的头脑，增强自我保护意识，做到防患于未然。

1、现场施工人员必须戴安全帽，穿工作服、工作鞋，不得穿拖鞋，穿戴的工作服必须领紧、袖口紧、下摆紧。

2、现场操作人员必须持证上岗，杜绝违章作业。

3、吊车运转导管和潜水泵时，回转半径内严禁站人，在无障碍时方可起吊，吊车的绳索刹车、抱闸要经常检查，使其保持良好的备用状态。

5、现场各种电器设备必须有良好的接零接地，对现场供电电路经常检查，不得有漏电现象。

6、空压机的风包，压力表和减压阀应校检合格后，才能适用。

7、对于潜水泵、泥浆泵等必须做到“转动有罩、转轴有套、区域有拦”。

九、经济效益分析

 根据预算定额，废浆排运费约占工程成本8%-10%。

每根桩减少2小时排放时间，且气举反循环法清孔渣分离容易，以施工的30米深孔灌注桩为例，泥浆排放成本相比以前下降约5%。

具有明显的经济效益和社会效益。

十、工程实例

本单位施工的的江夏龙湾桩基施工验证了上述观点。

该工程设计为直径800钻孔灌注桩，持力层为红砂基岩，桩基入岩深度1300。

当时对第一根桩、第二根桩有意作了对比试验。

第一根桩二次清孔时不安装风管，清孔2小时后，再安装风管，20分钟内，又清理出石渣26kg；第二根桩二次清孔时，安装风管清孔，30分钟内清理完成，对比效果明显。