(泥浆护壁)旋挖成孔灌注桩的施工

1、（泥浆护壁）旋挖成孔灌注桩的施工中铁十四局集团三公司梁钊 周长进王建文272000摘要：本文扼要介绍了旋挖钻机泥浆护壁成孔混凝土灌注桩施工。概述中简明的历史性比较阐明了旋挖成孔的原理，也寓意于传统工艺与现代技术的结合方向。文中较大篇幅系结合工程实践，对旋挖钻成孔工艺特点做了介绍，特别是重点提出控制钻斗升降速度，关注钻斗与孔壁间水动力状态，减少泥水对孔壁的竖向冲刷及粘附作用，从而确保成孔质量。文中结合现场实际，提出了部分参数参考值，有可借鉴之处。主题词：旋挖灌注桩施工1概述旋挖钻成孔施工法， 又称钻头施工法或土钻施工法。据笔者了解它在国内有着悠久的历史， 它在上世纪六十年代应用时： 是采用人力推

2、动十字扭杠作为旋挖动力，采用滑轮升降钻斗钻杆。下钻钻进时，增接钻杆节段，达到一定深度；提钻卸土时，减卸钻杆节段，使钻斗出地表。因而成孔速度慢，施工效率低。而正反循环泥浆护壁钻孔施工法作为新技术，具有主导地位还是后来的事情。现时随着机械技术的巨大进步， 传统的工艺得到了继承发展， 正是现代科学技术的巨大进步使它获得了新的生命力。现时采用的旋挖钻成孔施工法， 其成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀具，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内， 钻斗装满后提出孔外卸土， 如此循环形成桩孔。现时一般认为：该方法成孔施工具有低噪音、低振动、扭距大、成

3、孔速度快、无泥浆循环等优点；缺点是在粘性较大的粘土、淤泥土层中施工，回转阻力大，钻进效率低，容易糊钻。该施工法适用于填土、 硬土、粉土、砂性土、砂卵砾石层、软中硬基岩等地层，桩孔沉渣少，孔壁泥皮薄，桩侧摩阻力发挥好。常用的旋挖钻斗有圆锥底（锅底）式、多刃切削式、抓岩式等。它又分为泥浆护壁成孔灌注和干作业成孔灌注两类工艺。干作业成孔灌注工艺系采用套管跟进干式旋挖成孔，并边拔套管边灌注混凝土，施工工艺控制一般认为比较容易。相对而言，泥浆护壁旋挖成孔灌注工艺较复杂一些，笔者根据江苏宿（迁）淮（安）高速公路淮安南枢纽立交工程现场施工经验，特做总结分析如下，以期同行指正。2工程事例淮安南枢纽互通式立交工

4、程位于江苏淮安市清浦区武墩镇北侧，该标段长2.02Km，为宿淮高速公路与宁淮公路交叉，并与宁连高速、205 国道相接而设置的。桥梁基础 1200mm、 1500mm钻孔灌注桩共 590 根。该地区为平原河网区，处黄泛区平原和淮河冲湖积平原地貌内，地势总体上较为平坦， 属于黄淮平原中东部，是黄河冲积平原地貌的主要组成部分。工程址区人工河流、 沟渠纵横交错，池塘星罗棋布，水田比邻。地表土质主要为河湖冲积、淤积形成，地表土质多为高液限粘土，具有膨胀性，局部路段有浅层软土，地下水位高。典型地质柱状图描述如下：深度（ m）地质情况01.5粘土：棕黄色，含钙质结核1.57.5粘土：棕黄色，含钙质、铁锰质结

5、核7.510.5粘土：硬塑半坚硬10.521粘土：棕黄色，铁锰结核增多，坚硬21 25.2粘土：灰褐色，结核丰富，出现砂质25.227.4粘土：棕红色夹淡兰色条纹，结核丰富，含砂量增大，坚硬27.429姜石层：岩石肉红色，坚硬，岩石间夹杂粘土29 29.7细砂层：褐黄色，主要成分为长石、石英，含少许砾石29.731.6中粗砂：褐黄色、灰黄色，含砾石31.635砂粘土：灰白色，夹褐色条纹，硬塑半坚硬，含砾石35 39.7砂粘土：灰白色，质地均匀，含铁锰质结核，坚硬，含砾石根据工期要求与地质情况， 现场共投入了 TH14-35、HR180两种共 5 台全液压旋挖钻机。从现场使用效果看：设备易操作性

6、突出、整机移动方便，施工进度快，旋挖成孔质量好，全部灌注桩均达到了 A 类桩标准。与同现场、同时施工的循环钻机相比较：单桩总能耗低；无（需要做处理的）大量废泥浆；特别是钻进速度快，是国产 200 型循环钻机的 20 倍以上。3施工工艺全液压旋挖钻机整机自动化程度高，其水平、垂直度和钻孔中心由指示灯控制，操作室配置钻进深度指示仪。由于其工作效率高，施工过程自始至终，均应做好各方面协调配合， 确保工艺流程的连续均衡。 并应根据旋挖成孔的成孔原理及其工艺要点，抓好关键工艺过程控制。31 旋挖成孔（泥浆护壁）灌注桩施工工艺流程（见下图） ：32 钻斗升降速度旋挖成孔与循环钻孔的成孔原理明显不同：循环钻

7、孔的成孔是依靠泥浆循环护壁，依靠泥浆携带渣土沉淀于地表而实现；而旋挖成孔则靠钻斗挖装岩土直接提升卸到地表，护壁采用稳定液（泥浆）或套筒（主要是干挖工艺采用）。稳定液（泥浆）护壁情况下，问题的要点在于钻斗的升降运动会带动浆水运动，从而冲刷与粘附作用于孔壁。从水动力学的角度而论，边壁（水力学意义的，而非指孔壁）急剧变形发生边界层分离，引起能量损失， 且边壁变形程度不可改变的情况下，即钻斗大小、形状无法可变，则控制钻斗升降速度，是很自然的选择。钻斗钻进截面积A 与钻斗外侧切削刀具回转的截面积a 之比例 A/a ，随桩径增大而增大， 提升钻斗时， 泥浆在钻斗与孔壁之间的流动速度加快， 并产生压力激动，

8、易造成孔壁坍塌。 因此需要根据不同桩径控制钻斗升降速度， 且桩径愈大愈应加强控制。钻斗截面积 A 与外切刀回转面积a 之比 A/a钻斗升降速度参考值桩径空钻斗升降（ m/s）装满渣土钻斗升降（ m/s）（mm）粘土砂层粘土砂层12001.00.80.650.515001.00.80.550.433 稳定液（泥浆）旋挖成孔采用稳定液（泥浆）护壁工艺时，为保证孔壁稳定和孔底沉渣符合设计要求，需采用优质化学泥浆护壁。旋挖作业时，保持泥浆液面高度，以形成足够的泥浆柱压力， 并随时向孔内补充泥浆； 而灌注混凝土时， 宜适时做好泥浆回收，以再利用并防止造成环境污染。本工程配浆材料及配比为：水：膨润土：碳酸

9、纳=1：0.04 ：0.0002配制程序为：水膨润土粉碳酸纳性能：粘度 1822 秒，比重 10.5 11.5 ，含砂率 2%，PH=8 9成孔后泥浆指标基本如下：a)24 小时后泥浆指标：底部比重: 1.07粘度 : 19中部比重:1.065粘度 : 19顶部比重:1.06粘度 : 19b)泥浆流失量：终孔 8 小时泥浆面下降 20 25 厘米；终孔16 小时泥浆面下降 30 35 厘米。c)泥浆的粘着力：采用18 米长螺纹钢放入成孔泥浆中，24小时后取出未发现有粘着泥浆。34 旋挖作业其他要点尽可能根据地层正确选择钻斗类型结构，软土层选择楔形齿、小切削角、小刃角、齿宽稍大；硬土层则选用较大

10、切削角、较窄的弯曲齿套；粘土层的齿间距宜大些，以免糊钻。钻进硬层，回次进尺深度太小，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。也可换用短螺旋钻钻进或松动硬岩土层，然后再下钻斗捞渣。现场钻进姜石层时，我们即采用短螺旋钻钻进又反转回钻，以减少对孔壁挠动，起松动作用。钻进砂砾石层，为保证孔壁稳定可事先向孔内投入适量粘土球；下入孔内的钻斗，装闭合阀板，以防提钻时砂砾石从底部漏落。3 5 清孔旋挖钻进至设计终孔标高后，将钻斗留在原处继续旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需在孔底虚土进行清理。下入钢筋笼后，再测孔底沉渣是否超标，如超标则进行二次清孔。从工程实际看，一般成孔 24 小时后，沉渣厚度为25 厘米左右。4现场管理诚然，全液压旋挖钻机设备自动化水平高，但同样离不开有效的现场管理。首先要重视施工的前期准备工作。特别是由于设备自重较大，总动力大，现场桩位的地基加固是一个重要的问题。其次，应重视现场的各项检测与记录，特别是地质层的判定与记录。由于钻进快，而各种资料是迅速调整其各工艺细节的当然依据。另外，钻斗升降速度的严格管理，稳定液（泥浆）的管理，钢筋笼及混凝土的作业管理都是现场管理的重点。5几点体会通过泥浆护壁旋挖成孔灌注桩的施工实践，笔者深有体会：1现时旋挖成孔法，不仅具有低噪音、低振动、扭矩大、成