旋挖钻机在软基地段深孔抗滑桩中的施工工法.docx

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旋挖钻机在软基地段深孔抗滑桩中的施工工法

边坡处理机械旋挖技术施工工法

编制单位：

中国水利水电第八工程局有限公司

编写人：

张水肖雄

1.前言

旋挖钻机在国际上的发展已经有几十年的历史，在中国也是最近几年才被逐渐认识和应用，但采用旋挖钻机进行深孔抗滑桩施工在国内相对较少，在不同地质情况下采用何种钻进方法效果最好、深厚覆盖层软基段孔壁稳固以及在汛期多雨季节施工塌孔处理，也是比较困难的。

目前国内采用旋挖机进行端承桩这类不需在基岩钻孔的桩基施工中使用较多，但是对于深孔抗滑桩这类需钻入完整基岩10多米以上的桩使用旋挖钻机的比较少，因此没有现成的经验可以参考借鉴，还处于实践摸索阶段。

鸡鸠水库工程右岸溢洪道边坡地质条件复杂，在变形边坡体上施工抗滑桩，抗滑桩深度大，且深入完整基岩长度为12m，绢云母板岩的基岩强度高硬度大，在覆盖层、基岩段以及基岩段不同地质情况下需采取不同的钻进方法，以达到顺利成孔的效果。

旋挖机主要适用于成孔自稳性好的地质条件，而本项目处于软基地质段，在深厚覆盖层软基段孔壁稳固问题，尤其是在汛期多雨季节施工，采用旋挖钻施工，钻孔过程中易出现塌孔，如何有效进行塌孔处理，是一大施工难题。

《边坡处理机械旋挖技术施工工法》是中国水利水电建设股份公司重大科技专项。

工法已在鸡鸠水库工程中实践摸索，并取得了不错的效果。

通过该项目的研究与应用，鸡鸠水库工程抗滑桩按预定工期完成，保证了施工安全、施工质量，也保证了施工进度和生产效益。

2.工法特点

1、本工程旋挖机成孔采用SH30H旋挖钻机，旋挖钻机就位时与平面最大倾角不超过4°，所需地面承载能力大于250KN/m2，所以钻机平台处必需碾压密实。

先采用挖掘机、推土机整平，然后用27T振动碾压机开强振碾压至密实，压实度≥94%，再铺40cm厚碎石垫层，最后浇筑20cm厚C20钢筋混凝土面层。

2、结合本工程钻孔桩的地质情况、抗滑桩数量多、工期紧等综合因素，覆盖层钻头采用旋挖斗钻头，清孔时采用旋挖捞砂钻头。

嵌岩时采用旋挖截齿桶钻，有局部砂岩的桩采用旋挖螺旋钻头。

对于部分地下水较为丰富的桩需采用泥浆护壁作为支撑，垮方较大的桩采用钢护筒支撑。

3、桩身钢筋笼先在孔外加工成单节钢筋笼，单节钢筋笼长18m，主筋采用机械连接，箍筋焊接连接。

为防止钢筋笼吊装时扭曲变形，在主筋内侧每隔2m设一道Φ25加强箍，加强箍内用Φ25三角形加劲支撑，且与主筋焊牢组成骨架。

4、根据现场实际地形条件，混凝土浇筑采用9m3混凝土搅拌车直接入仓。

桩井内采用吊挂溜筒入仓，随着混凝土浇筑上升逐段拆除。

混凝土采用平铺法进行浇筑，铺料每坯层厚不大于50cm。

入仓混凝土按先平仓后振捣的顺序进行施工，并及时平仓振捣。

振捣施工时，按“快插慢拔”要求进行，并控制振捣时间，避免过振、欠振。

3.适用范围

本工法适用于地质情况较差的边坡处理施工，同时也可供同类型工程参考。

4.工艺原理

本工法的核心部分为采用旋挖机在软地基段进行深孔抗滑桩施工，其主要原理：

在覆盖层、基岩段以及基岩段不同地质情况下采取不同的钻进方法，以达到顺利成孔的效果。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

5.1.1施工工艺流程

图5.1.1旋挖孔桩施工工艺流程图

5.2工艺要点

5.2.1钻孔工艺

本工程边坡处理抗滑桩采用SH30H旋挖钻机旋挖成孔、干法成孔，施工平台先采用挖掘机、推土机整平，然后用27T振动碾压机开强振碾压至密实，压实度≥94%，再铺40cm厚碎石垫层，最后浇筑20cm厚C20钢筋混凝土面层。

结合本工程钻孔桩的地质情况、抗滑桩数量多、工期紧等综合因素，覆盖层钻头采用旋挖斗钻头，清孔时采用旋挖捞砂钻头。

嵌岩时采用旋挖截齿桶钻，有局部砂岩的桩采用旋挖螺旋钻头。

对于部分地下水较为丰富的桩需采用泥浆护壁作为支撑，垮方较大的桩采用钢护筒支撑。

钻孔前先用水准仪确定护筒标高，并以此作为基点，按设计要求的孔底标高计算孔深，以钻具长度确定孔深，孔深偏差不短于设计要深度，超钻深度不大于50cm；孔径用检孔器测量，若出现缩径现象应进行扫孔，符合要求后方可能进行下道工序。

钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正。

操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。

开挖出的土石方先用挖掘机转移至不影响现场施工的位置堆放，挖掘机装车、自卸汽车运输至弃渣场。

5.2.2钢筋笼制作工艺

桩身钢筋先在孔外加工成单节钢筋笼，单节钢筋笼长18m，主筋采用机械连接，箍筋焊接连接。

抗滑桩成孔验收后，采用50吨汽车吊将加工好的单节长18m钢筋笼吊入孔内（吊装时注意周围电线的保护工作，防止触电），提起钢筋笼时，钢筋笼上端先离地，另一端贴在地面上，随着钢筋笼的慢慢提升，钢筋笼亦随着垂直起来。

转动吊车大臂，将钢筋笼移至孔口上方，调整钢筋笼对中孔位，将笼慢慢放入孔内。

当放至钢筋笼在孔口上部剩余50cm高时，调直对中后用槽钢将笼临时担于井口平台上，再绑扎上部剩余钢筋，孔外钢筋绑扎施工平台高6m，钢筋笼一次成型约7m，一次成型后采用50T汽车吊将钢筋笼整体入孔7m，调直对中后用工字钢将钢筋笼担于井口平台上，直到钢筋笼全部成型。

为防止钢筋笼吊装时扭曲变形，在主筋内侧每隔2m设一道Φ25加强箍，加强箍内用Φ25三角形加劲支撑，且与主筋焊牢组成骨架。

5.2.3模板工艺

抗滑桩护壁及桩外连系梁需要进行立模，采用P6015、P3015钢模板拼装组合模板，局部木模板拼缝，模板背楞采用φ48×3.5mm双脚手管。

护壁混凝土模板采用Φ12拉筋固定在桩内插筋上，连系梁两侧面模板采用对拉形式，拉模筋布置间排距0.75×0.75m。

5.2.4混凝土浇筑工艺

根据现场实际地形条件，混凝土浇筑采用9m3混凝土搅拌车直接入仓。

桩井内采用吊挂溜筒入仓，随着混凝土浇筑上升逐段拆除。

混凝土运输车停至离施工部位最近平台进行混凝土下料，混凝土浇筑溜筒底部高于混凝土顶面一定距离（约50cm～150cm），防止混凝土堆积在溜筒内发生过载安全隐患。

吊挂溜筒顶部设置支撑桁架，溜筒间隔3m采用锚筋进行固定，锚筋规格为Φ25，L=1m，锚筋外露0.5m，避免对桩体结构钢筋产生扰动，为确保溜筒使用过程中不发生掉落，吊挂溜筒时，采用一根8#钢丝绳对溜筒进行串联，确保浇筑过程中施工安全。

混凝土采用平铺法进行浇筑，铺料每坯层厚不大于50cm。

入仓混凝土按先平仓后振捣的顺序进行施工，并及时平仓振捣。

振捣施工时，按“快插慢拔”要求进行，并控制振捣时间，避免过振、欠振。

振捣结束时间一般以粗骨料不再显著下沉，并开始泛浆为准，具体时间根据混凝土拌和物实际性能现场确定。

振捣棒应近乎垂直插入混凝土中，且棒头插入下坯层混凝土5cm，振捣棒插入混凝土的间距不超过振捣有效半径的1.5倍。

模板周围细心振捣，并适当延长振捣时间。

模板在混凝土强度达到2.5MPa时才可拆除，不允许混凝土表面及棱角因拆模而受到损伤。

混凝土表面采用麻袋覆盖，采取洒水养护养护期不少于14天或至上层混凝土覆盖为止。

养护期间须保持混凝土表面处于湿润状态，不允许“时干时湿”的现象发生。

6.人员与设备

6.1旋挖抗滑桩施工人员

旋挖抗滑桩施工人员配备情况如表6.1-1所示。

表6.1.1每班人员配置表

序号

工种

数量

备注

1

汽车司机

2

2

吊车司机

2

3

挖掘机操作手

1

4

旋挖机操作手

4

5

焊工

10

6

电工

2

7

测量工

2

8

模板工

8

9

混凝土工

8

10

钢筋工

10

11

挖桩工

10

12

专职安全员

2

13

试验工

2

14

现场管理人员

2

15

砂石拌合人员

15

6.2旋挖抗滑桩施工机械设备配置表

表6.1.2主要设备配置表

序号

设备名称

规格

单位

数量

备注

1

挖掘机

1.4m3、1.8m3

台

4

2

装载机

3m3

台

1

3

旋挖机

SH30H

台

1

4

高压风钻机

CM351

台

2

5

潜孔钻

YQ100B

台

10

6

移动空压机

21m3/min

台

2

7

潜水泵

2.5KW

台

10

8

提升吊机

500Kg

套

5

9

低压防水照明灯

12V

盏

20

10

载重汽车

15t

台

2

11

8t运输车

8t

台

1

12

电焊机

BX3-500

台

4

13

混凝土搅拌车

9m3

台

3

14

混凝土输送泵

HBT60

台

2

15

插入式振捣棒

Φ100

台

2

16

插入式振捣棒

Φ70

台

2

17

汽车吊

16T

台

1

18

汽车吊

50T

台

1

19

振动碾

27T

台

1

20

拌合站

HZS90

套

1

21

砂浆搅拌机

400L

台

2

22

移动式搅拌机

JZC350

台

2

23

钢筋调直机

GTJ-4/14

台

1

24

钢筋切断机

GQ40

台

1

25

钢筋弯曲机

GJ7-40

台

1

26

全站仪

中玮ZT80

台

1

7.质量控制

（1）桩心点控制：

开挖前，从桩中心位置向桩四周引出四个桩心控制点并保护固定。

（2）垂直偏差过大：

由于开挖过程未按要求每节核验垂直度，致使挖完以后垂直超偏。

每挖完一节，必须根据桩孔口上的轴线吊直、修边、使孔壁圆弧保持上下顺直。

（3）孔壁坍塌：

因桩位土质不好，或地下水渗出而使孔壁坍塌。

开挖前应掌握现场土质情况，必要时可在坍孔处用砌砖，钢板桩、木板桩封堵；操作过程要紧凑，不留间隔空隙，避免坍孔。

（4）孔底残留虚土太多：

成孔、修边以后有较多虚土、碎渣，未认真清除。

在放钢筋笼前后均应认真检查孔底，清除虚土杂物。

必要时用水泥砂浆或混凝土封底。

（5）孔底出现积水：

当地下水渗出较快或雨水流入，抽排水不及时，就会出现积水。

开挖过程中孔底要挖集水坑，及时下泵抽水。

如有少量积水，浇筑混凝土时可在首盘采用半干硬性的，大量积水一时又排除困难的情况下，则应用导管水下浇筑混凝土的方法，确保施工质量。

必要时，采用灌浆堵水措施，确保干地施工条件。

（6）钢筋笼扭曲变形：

钢筋笼加工制作时点焊不牢，未采取支撑加强钢筋，运输、吊放时产生变形、扭曲。

钢筋笼应在专用平台上加工，主筋与箍筋点焊牢固，支撑加固措施要可靠，吊运要竖直，使其平稳地放入桩孔中，保持骨架完好。

（7）桩身混凝土质量差：

有缩颈、空洞、夹土等现象。

在浇筑混凝土前一定要做好操作技术交底，坚持分层浇筑、分层振捣、连续作业。

必要时用铁管、竹杆、钢筋钎人工辅助插捣，以补充机械振捣的不足。

（8）工程所有材料要有出厂合格证，并经质检部门试验室试验合格后方能使用。

混凝土设计强度等级应由质检部门认可的试验单位，以配合比作施工依据，砂、石、水泥含泥量均应符合规范要求，每进场一批不同的砂、石均要及时作好相应的试验和调整工作。

（9）埋钻和卡钻处理

干法成孔埋钻主要发生在一次进尺太多时，卡钻则主要发生在钻头底盖合拢不好，钻进过程中自动打开或在碎石地层钻进时，碎石掉落卡钻等。

埋钻或卡钻发生后，在钻头周围形成很大的侧阻力。

因此处理方案应首先消除阻力，严禁强行处理，否则有可能造成钻杆扭断、动力头受损等更严重的事故。

事故发生后保持孔内压力，稳定孔壁防止坍塌，为事故处理奠定基础。

（10）其它注意事项

1）成孔时，发生斜孔、弯孔、缩孔和坍孔或沿护筒周围冒浆以及地面沉陷等情况，应停止钻进，经采取措施后，方能继续施工。

2）钻进硬层，每次进尺深度太小，斗内钻渣太少时，可换用小直径筒形齿状钻斗,先钻一小孔，然后再用钻斗扩孔钻进，也可换用短螺旋钻进，然后再下钻斗捞渣，钻进速度，应根据土层情况、孔径、孔深、钻机负荷以及成孔质量等具体情况确定，在砂砾、砂卵、卵石地层中钻进时，为保护孔壁稳定，可事先向孔内投入适量粘土球，下入孔内的钻头，其底盘进渣口必须装闭合阀板，以防提钻时砂砾石从底部漏落孔内。

8.安全措施

（1）建立以项目经理、技术负责人为领导的安全生产机构。

（2）加强对进场施工人员的安全技术交底和培训，提高自我保护的安全意识。

（3）落实班前5分钟安全教育和下井施工登记制度。

抗滑桩部位设置专职安全员在左右期间进行安全巡视，杜绝习惯性违章和违章操作。

（4）做好边坡截、排水和竖井防雨的措施，竖井顶部采用钢筋砼圈梁作为锁口，圈梁高出地面10cm，兼做拦水坎，雨季施工时在顶部设置一个防雨棚。

（5）开挖出渣过程中，应专人负责进行吊装信号指挥，同时在竖井底部设置防护棚，施工人员在吊装过程中必须隐蔽在防护棚内部，避免落石砸伤或其他突发事件发生。

吊渣期间严禁无关人员进入工作场地，吊车大臂运行轨迹范围严禁站人。

（6）施工用电、通风、供风等在竖井内的线路布置必须规划整齐、加固可靠，管、线路在开挖爆破期间必须撤离至洞外安全位置，避免损坏后发生漏电打击事故。

（7）每天开工前电工要检查施工用电及漏电保护装置是否可靠，检查井下作业的36V以下低压照明安全灯或安全矿灯是否正常。

潜水泵每台、每天要检查漏电情况，并签名作好记录。

（8）挖出的土石方应及时运走，孔口四周2m范围内不得堆放余泥杂物。

机动车辆通行时，做出预防措施或暂停孔内作业，以防挤压塌孔。

（9）成孔或作业下班后，在孔的周围设80厘米高的护栏或盖孔口板，且安设警戒牌。

（10）下孔人员必须戴安全帽和系安全带、安全带扣绳由孔上人员负责随作业面往下松长。

上、下孔使用刚性爬梯、严禁用手脚爬踩孔壁或乘吊桶上下。

（11）挖孔人员经健康检查和井下、高空、用电、简单机械和吊装等安全培训考核。

所有员工必须持有“平安卡”方可进入现场作业，每孔作业人员不少于三人。

作业人员应自觉遵章守纪，严格按规定作业。

（12）挖孔、起吊、余渣运输等所使用的一切设备、设施、安全装置、工具、配件、材料和个人劳动防护用品等，必须经常检查，做好管、用、养、修、换，确保完好率和使用安全度。

（13）孔桩开挖过程中，必须有专人巡视各开挖桩孔的施工情况，严格做好安全监护，同时配备对讲机以保证上下通讯畅顺。

（14）孔桩开挖应交错进行。

桩孔成型后即应验收浇注桩心混凝土。

正在浇注混凝土的孔十米半径内的其他桩孔下严禁有人作业。

（15）严格执行各类机械设备的专人管理和操作制度，各类机械有安全防护设备，机械设备要定期保养，经常检修，使其处于良好的状态。

（16）现场材料、机械、临设按施工平面图整齐放置或搭设。

施工现场的坑、洞、危险处，设防护设施和明显的警示标志，不准任意移动。

（17）施工区城内按有关规定建立消防责任制，按照有关防火要求布置临设，配备足够数量的消防器材，并设立明显的防火标志。

（18）严格用电管理，现场临时用电线路按《施工临时设施用电安全技术规范》要求布设，必须由持证的专职电工上岗操作。

9.效益分析

雷山县鸡鸠水库边坡处理软基地质段采用旋挖钻机快速施工深孔抗滑桩与传统人工挖孔桩相比，在工程安全、环境效益、工程进度、工程质量等方面均具有较大优势，尤其是工程进度取得的经济效益是巨大的，传统的人工挖孔工期为140天，运用本工法后抗滑桩施工的总工期为75天，即比传统人工挖孔施工可缩短工期65天，工期缩短期间可节约的设备、材料及人工投入约20万元。

该工法在雷山县鸡鸠水库右岸溢洪道边坡处理施工中，在保证了抗滑桩工程质量的前提下，大大减小了抗滑桩施工的危险系数，缩短了施工时间，有利于满足工程的工期要求，同时创造了明显的经济效益和社会效益。

总结出边坡处理机械旋挖技术施工工法，为类似边坡处理工程中的软基地质采用旋挖钻机施工深孔抗滑桩提供一定的施工经验。

10.应用实例

根据雷山县鸡鸠水路工程溢洪道右岸边坡处理设计方案，1010m高程抗滑桩桩断面为圆形，长35m，桩身直径150cm，中心距4m，排距3m，共18根，抗滑桩顶部布置C30混凝土连系梁，厚50cm，宽1.5m。

水电八局在雷山县鸡鸠水库工程右岸溢洪道边坡处理施工中，通过应用《边坡处理机械旋挖技术施工工法》，按预定工期完成右岸溢洪道抗滑桩施工，保证了施工安全、施工质量和施工进度，提高了经济效益、成孔质量。

已完成的抗滑桩各项技术质量指标均满足设计及有关标准、规程规范要求。