9、大直径超长60m旋挖桩施工技术

大直径超长60m旋挖桩施工技术中铁航空港建设集团北京有限公司章军福、王艳东、尹少华、赵青青1前言随着世界经济的快速发展,节能、环保、可持续发展已成为当今建筑事业发展的三大主题。

近几十年来国内外高层建筑大量兴起，随着现代化建筑物的不断发展，其总高也越来越高、结构越来越复杂，随着超高层建筑物基础等承载的需要，桩径也越来越大，桩长越来越长,随之新技术、新设备的应用钻孔桩成孔的形势越来越多,对于超高层建筑普遍采用旋挖钻机进行成孔作业，超长大直径旋挖钻孔灌注桩施工是一项专业性较强又非常重要的工程。

本工法根据中铁航空港建设集团有限公司中铁西安中心项目经理部施工的单位工程的施工经验与实践编制而成，基础采用钻孔灌注桩,设计桩径1.0米，有效桩长为60米。

工法内容主要包括前期试桩、钻孔桩成孔工艺（钻机选型、泥浆的选用配置、成孔参数的选择）、成桩工艺、清孔、桩底及桩侧后压浆等,实践证明本工法具有施工效率高的突出优点，工程施工质量得到保证，本工法有广泛的推广和应用价值。

2工法特点2.1成孔速度快、效率高，平均钻进速度为：5m-8m/小时；2.2即可干孔作业、又可湿孔作业，且孔内沉渣少；2.3旋挖钻机安装拆卸简单，自身可行走，就位、移位快，在施工场地快捷方便；2.4对施工现场无泥浆污染，现场比较整洁，低噪音，对施工环境的适应能力强。

3适用范围旋挖钻机适用于粘性土、粉质土、砂层，含泥量较少的卵石层、软石层，强风化岩层等地质情况，且可使用于60m以下的成孔深度，桩径为1m。

4工艺原理大直径超长60米旋挖桩采用静态泥浆护壁钻筒取土施工工艺，旋挖钻钻孔过程主要通过旋挖钻机的液压系统及自重给筒式钻头施加压力，钻头在负载条件下通过钻杆的旋转使其旋挖钻进，当筒式钻头内装满土后，由起重机提升钻杆及钻筒至地面，拉动钻筒上的开关及打开底门，钻筒内的土依靠自重作用自动排出，同时用泥浆泵向孔内注入制备好的泥浆，在钻进过程中快速形成一层薄膜附着在孔壁上以减少失水率，保持孔内的水头高度，保证钻进过程中桩孔不至塌陷。

成孔后进行第一次清孔，接着吊装钢筋笼、安放导管，然后进行第二次清孔，孔底沉渣满足厚度要求后，进行水下混凝土的浇筑，导管距孔250mm-400mm，混凝土至下而上逐步浇筑至桩顶，同时将孔内泥浆排出，利用水压使得混凝土密实。

5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程试桩→桩位测放→钢护筒埋设→钻机就位、泥浆配置→钻孔、泵入泥浆→成孔检测→清孔、进行沉渣厚度检测→分段安放钢筋笼→下导管→二次清孔→灌注水下混凝土→拔出护筒→桩基检测→后压浆。

5.2操作要点5.2.1试桩：前期设计试桩一是为进一步确定所选桩型的施工可行性，避免桩机全面进场后发现该桩型不适合本场地施工或发现桩承载力远小于地质报告提供的计算值，此时再改桩型就会拖工期且增加费用。

二是根据单桩竖向静载荷试验确定单桩竖向承载力特征值。

前期试桩过程中的成孔、检测过程同旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程。

5.2.2桩位测放：采用经检测合格的全站仪根据桩基施工图纸采用极坐标推算出坐标，放出桩位，在设出的桩位处钉上钢筋棍，且做好保护。

5.2.3钢护筒的埋设：钢护筒采用10mm厚的钢板卷制焊接而成，护筒高度不小于1.8m，护筒内径为1.4m。

5.2.4泥浆池及泥浆的配置：施工前确定泥浆池的位置，保证泥浆池的位置不影响后期工序的施工，根据桩基的直径及孔深确定泥浆池的大小，宜为井孔体积的1.5倍，且泥浆池内壁应做好防水处理。

沉淀池因现场场地狭小，采用钢板轧制而成，与场地基坑内作为转换沉淀池，泥浆经坑内沉淀池沉淀后，通过泥浆泵泵入基坑外侧泥浆池内；针对粉砂土层易坍塌的特点，要求配置的泥浆护壁速度快、效果好，因此选用由钠基膨润土、纯碱，纤维素及水搅拌而成的优质泥浆，其比例为钠基膨润土25%，纯碱用量0.4%、纤维素用量0.1%。

5.2.5钻机就位：钻机就位前，应对钻孔各项准备工作进行检查，旋挖钻机行走就位对中，对中完成后设置并锁定桩基中心相对坐标，设定桩基中心护筒顶坐标，并采用全站仪进行复核钻杆的垂直度。

5.2.6成孔施工（1）在钻进过程中应随时注意土层的变化，对不同土层用不同的旋挖速度，使其达到最佳的旋挖深度；（2）成孔过程中随时测定桩的倾斜率，将其控制在1%内； （3）边旋挖钻进边用泥浆泵从泥浆池中向孔内注入泥浆，保持孔内的水头高度；（4）随时检查泥浆指标，主要是检测泥浆的含沙率和比重，使泥浆满足护壁要求；（5）成孔检测：桩基成孔后，用测绳检测孔深，同时宜用钢尺符合测绳的长度；气举反循环泥浆循环图5.2.7第一次清孔：检孔完成后用筒式钻头进行掏查清孔，清孔过程中速度不宜过快，同时保持孔内的水头高度，以免塌孔；5.2.8钢筋笼及声测管制作与安装：（1）钢筋笼制作与安装：钢筋的型号、规格、尺寸及数量应进行检查，焊接点、焊接长度、宽度及厚度满足规范要求。

钢筋笼较长需进行分段施工、分段安装。

钢筋笼再孔口牢固定位，以免灌注混凝土过程中发生浮笼现象，固定方法为：采用4根Φ20 与钢筋笼柱筋焊接牢固作为吊筋，孔口已安装完成钢梁与吊筋进行固定。

如此即可防止钢筋笼安放时下沉又可防止灌注砼时发生浮笼现象。

声测管的安装：声测管即可为检测用，也可作为后期后压浆管的使用，声测管安装在钢筋笼内侧，均匀分布。

钢管下端与桩底平齐，上端露出钻机作业平面，声测管接缝无接茬，用套管连接（套管长度不小于200mm），保证不漏浆。

5.2.9导管安装（1）在沉淀速度≤5cm/h，且沉渣厚度满足设计及规范要求的条件下安装导管；（2）导管安装前应进行试拼和水密、承压和接头抗拉试验，试压力为孔底静压水压力的1.5倍；本工程导管在现场进行密封加压试验,试验压力不得小于1000KPa，以确保导管的密封性；（3）导管位于钻孔中央，在浇筑混凝土前，进行升降试验；（4）混凝土浇筑支架用型钢制作，用于支撑悬挑导管，吊挂钢筋笼，上部防止混凝土漏斗。

导管安装后，其底部距孔底有500mm的空间。

5.2.10二次清孔：钢筋笼安装完成后,混凝土灌注前应测量孔底沉渣，当孔底沉渣大于设计要求时必须进行二次清孔。

二次清孔采用混凝土灌注导管配合3PN-L泥浆泵进行正循环作业，直至孔底沉渣达到设计要求后立即进行水下混凝土灌注。

5.2.11灌注水下混凝土（1）采用垂直导管提升法灌注钻孔桩水下混凝土，导管直径为300mm；（2）灌注混凝土时，导管埋入混凝土内宜为2m-6m，大于6m时，易发生埋管事故，因此控制导管深度，直接影响成桩质量；（3）首次混凝土浇筑方量应使导管埋深≥1.5m，后立即探测混凝土标高，如符合要求，立即进行混凝土正常灌注；（4）灌注开始后应紧凑地，连续地进行，严禁中途停工，在灌注过程中防止混凝土从漏斗顶溢出至孔底，使泥浆内含有水泥而凝固，致使探测不准确。

（5）在水下混凝土浇筑完毕后24小时后，采用土掩埋法，将桩顶掩埋。

5.2.12拔出护筒：在混凝土浇筑完成后，用吊车或旋挖钻机及时将护筒拔出。

5.2.13桩基检测（1）声测管是灌注桩进行超声检测法时探头进入桩身内部的通道；检测前先将导管注满清水，再将发射探头和接收探头分别放入导管底端，发射探头和接收探头在同一高度；（2）根据两根导管的距离可计算出混凝土的声速，进而得到声速及波幅与装神深度的关系曲线，通过曲线可判断桩身混凝土均匀性，缺陷部位及缺陷性质。

5.2.14后压浆（1）根据设计桩长60.1米，每根桩分四段进行后压浆，自桩底向上，每段长度依次为12、12、12、24米。

最上一段设置为24米，主要是封堵24米以上桩周空隙，以保证下部注浆压力；（2）注浆先外侧，后内侧；在外测隔桩进行压浆。

每根桩压浆时，应确保在其周围20m为半径范围内的桩已经灌注混凝土完毕。

同时，根据施工情况，按上述原则可适当调整压浆顺序。

6材料与设备6.1材料6.1.1泥浆配置用由钠基膨润土、纯碱，纤维素及水搅拌而成的优质泥浆，其比例为钠基膨润土25%，纯碱用量0.4%、纤维素用量0.1%。

泥浆配比表6.1.2后压水泥浆后压浆注浆量按水泥干粉计算，根据地层情况及经验本次后压浆设定桩底压浆量为1000KG水泥，桩侧注浆量为65kg/m水泥。

本次后压浆确定采用PC32.5R水泥,水灰比为0.5。

理论压浆量计算表6.2施工机具7质量控制7.1关键工序的保证项目7.1.1钢护筒制作的直径误差小于10mm，垂直度偏差小于1/1000护筒长度。

沉入完毕后的钢护筒垂直偏差小于1/300护筒长度。

7.1.2钢筋骨架制作允许偏差必须满足设计和施工规范要求，主筋应采用绑扎成型，搭接长度不小于46倍的钢筋直径。

7.1.3成桩孔直径和深度不小于设计要求，桩孔垂直度偏差小于1/100桩长，成桩中心位移不大于75mm。

7.1.4最外层钢筋的保护层为100mm。

7.1.5灌注混凝土前，孔底岩渣应清理干净，使混凝土与孔底岩层接触良好。

7.1.6桩身混凝土应连续完整，无断桩，夹泥等现象，桩头混凝土无松疏现象。

混凝土灌注高度比设计桩顶标高高出5%桩长，保证桩头混凝土的质量。

7.2保证措施7.2.1施工原始记录必须如实填写，并按时整理，提供有关规定的资料。

7.2.2施工质量和交工验收，必须严格执行施工图纸的设计和有关施工规范执行。

7.2.3建立质量目标管理责任制，实行工程质量和职工的承包奖挂钩的制度。

7.2.4按照施工工艺要求，健全岗位目标责任制，全工程实行三级检验制度，班组100%自检，工序交接100%互检，质检员100%专检。

质量控制要求8安全措施8.1 现场施工用高低压线及设备禁止使用破损或绝缘性能差的电线，严禁电线随地拖动。

8.2上岗人员必须戴好安全帽，系好下颚带。

浇筑混凝土时，活动漏斗上和吊车起重臂下严禁站人。

8.3所有设备在使用前一定要试运行，确认正常后再正式运行。

8.4吊装时要听从指挥人员的信号，信号不明确或可能引起事故时，应暂停操作。

8.5夜间施工必须保证充足照明。

9环保措施9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、废水、泥浆等的控制与治理。

9.2各种施工水上设备的废弃物及使用剩余泥浆按相规范及要求集中进行处理，严禁直接排放入江中。

9.3施工现场应及时清理，避免浆液、油污等乱排乱放。

9.4、采用声测管作为压浆管，节省钢材。

9.5根据注浆量、配比精确计算水泥投放量，一桩一拌。

拌制好的泥浆宜在2h之内压注。

9.6对于散落的废料及时进行清扫收集，保证了施工环境的整洁，使得工作效率得到有效的改善。

10效益分析本工程60m超长桩采用旋挖钻孔灌注桩大大加快了施工进度，从钻机就为、埋设护筒至开始钻孔只需40分钟，对于一般土层钻进速度平均为5-8m/小时，是一般冲击钻的10倍左右，且旋挖钻孔灌注桩机械化程度高，相对人工挖孔桩、冲击钻、回旋钻大大降低了劳动力的投入使用。