旋挖钻机施工经验交流.docx
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旋挖钻机施工经验交流
宁波大碶疏港公路延伸段
第一合同项目经理部
钻孔灌注桩采用旋挖式钻机成孔
施工工艺及方法
浙江交工路桥建设有限公司
二ΟΟ八年六月
一、项目概述及桩基特点
宁波大碶疏港公路延伸段一合同段位于宁波市大碶镇内，是同三线起点至北仑二、三期集装箱码头的一条重要港口疏运通道。
全线采用四车道，全封闭，全立交的高速公路标准建设。
其中主线桥长1519m，互通区桥长3011m，上部结构为预应力连续箱梁或普通钢筋砼连续箱梁，下部为柱式墩台，钻孔桩基础。
本项目全线均为软土地段，表部分分布软塑冲海积亚粘土，层厚为0.5-2.8m，上部分布厚层海积软土，层厚约16.7-46.3m，中部为淤泥质粘土层，向下为粘土层或亚粘土层，再向下为持力的圆砾层。
本项目桩基共计736根，桩基为1.0m~1.8m，桩长由30m至80m不等。
由于桩基数量大，深度长，工期紧，工程质量要求高，同时又处于软基地段，需要一种高效，经济，安全的钻孔机具。
二、旋挖式钻孔工艺的选用
近年来，随着国家重点工程对桩孔质量、成孔速度及施工环保等要求的不断提高，一些新型钻孔机具已悄然兴起并应用于工程实例，其中旋挖钻机成孔工艺的兴起与完善为我项目部在钻孔机具上提供了一个很好的选择。
旋挖钻机工艺是在吸收各种成孔工艺优势的基础上发展起来的一种新型的灌注桩成孔工艺。
该工艺采用非水介质取土成孔，钻渣由钻具直接带出，不依靠泥浆输出，大大减少了泥浆的使用，因而具有成孔泥皮薄、孔径规矩、桩承载力稳定的特点，同时，钻机的安装、拆卸比较简单、方便，机械化程度高，成孔速度快；在操作过程中污染小、噪音小、振动小，适宜在环境要求较高的城区施工，
旋挖钻机成孔工艺经过杭州湾跨海大桥南岸连接线、申嘉湖高速公路湖州段工地的工程实践，具有成孔质量好、速度快、无噪音、无污染或小污染等优势。
其工艺已日趋完善和规范，综合效益良好。
综合以上优点,我公司在宁波大碶疏港公路延伸段第一合同段施工中，为确保工程进度、提高工作效率，引进意大利-迈特HR260旋挖钻机作为我项目部在灌注桩成孔工艺上的首选机具。
三、旋挖钻机成孔工艺特点
1.旋挖钻机的钻进方法是通过箱型抗扭钻桅和旋转动力头来驱动各种钻具成孔。
钻机使用可伸缩履带的全液压履带式起重机，移动和定位都很方便。
2.旋挖钻机的整机功率配置和主执行机构的输出能力较大，满足本项目桩基孔深长，孔径大，进度要求高的施工需要。
3.旋挖钻机的操作、控制采用机电液一体化，提高了机具运行的可靠性和操作的灵活性。
如电脑自动测斜偏的自动显示系统，对提高成孔效率及成孔精度作用非常大。
4.旋挖钻机对伸缩式钻杆的使用，避免了钻杆的频繁装配，减轻了劳动强度，加快了工程进度。
钻头的拆卸方便，可以根据土层的变化和钻进的需要随时更换钻头，加快了钻进速度，扩大了钻机的适用范围。
5.旋挖钻机采用非水介质取土，只需要少量泥浆护壁和清孔，大大减少了泥浆的需求和排放，减少了环境污染，降低了施工成本。
6.钻孔的钻渣成块状，减少了现场泥泞化，给场地运输带来很大方便，可节省运输费50％、同时节省了工程用水及用电。
7.由于采用了扩筒驱动器，使沉拔护筒轻松自如，同时也防止桩孔缩径，同时护筒设计为可周转的锥螺纹连接，装卸十分方便。
8.钻机采用直接挖土，自动排土。
开启桶钻斗门不需人工配合。
吊装钻头、护筒等不需吊车配合。
9.噪音低、振动小、污染小．非常适于在繁华市区施工。
10.旋挖式成孔工艺适用于铁路、公路桥和市政高架桥等的钻孔灌注桩施工，钻机用凯式钻杆钻机，最大钻孔深度80米，最大钻孔直径大于2米，可在海拔2000米以上，环境温度-20～+40度的条件下施工。
该工艺适用于淤泥、地下水位高的粘性土、粉土、砂土、人工填土及含有卵石、碎石的地层，不适用的地层为含有强承压水的土层及岩层。
四、施工机具设备及配套设备
（一）成孔机械设备
表一旋挖钻孔工艺主要设备
序号
名称
规格
数量
备注
1
大口径旋挖钻机
意大利-迈特HR260
１
2
轮式装载机
W380
１
3
挖掘机
PC200
1
4
泥浆泵
视工程实际情况定
约3
5
泥浆测试仪器
粘度计、比重秤等
1套
6
自卸汽车及泥浆车
视工程实际情况定
共约3
泥浆搅拌机
自制
1-2
（二）测量及试验仪器的配备
1．测量仪器：
（1）SET210全站仪1台；
（2）DS3水准仪1台；
（3）50m钢卷尺若干。
2．泥浆测试仪器：
（1）波美仪；
（2）粘度仪；（3）浮筒切力仪；
（4）pH试纸；（5）含砂率仪；（6）l00rnL量筒；
（7）滤纸等。
（三）施工所需配套设备
1．钻孔机械：
根据桩基设计规格、土层条件、周围施工环境、工期要求选择适合的机型，并配备好相应的钻头；
2．混凝土搅拌和运输、灌注设备；
3．钢筋骨架加工机械：
4．造浆和清孔排水设备；
5．钢筋笼吊放机；
6，土方清理机械。
（四）、材料
1．砂宜选用含泥量不大于3％一5％的中粗砂。
2．粗骨料可选用卵石或碎石，最大粒径应不大于30mm，并不大于钢筋间最小间距的l／3。
3．泥浆（稳定液）制作材料：
（1）膨润土：
以蒙脱石为主的粘土性矿物。
粘土：
塑性指数Ip大于17，小于0.005mm的粘粒含量大于50％，为泥浆的主要材料。
（2）CMC：
羧甲基纤维素钠盐，增加粘度，防止脱落。
（3）碱类：
Na2CO3及NaHCO3，控制和改善泥浆性质。
（4）渗水防止剂：
废纸浆、锯末等，防止渗水。
（5）重晶石：
主要成分为硫酸钡，增加泥浆相对密度。
4．泥浆的性能指标
（1）相对密度：
1.l～1.15。
（2）粘度：
10～25s。
（3）静切力：
1min20~30mg／cm2；10min50～100mg／cm2。
（4）含砂率：
6％。
（5）酸碱度：
pH值为7—9。
（6）胶体率>95％。
（7）失水量<30mL／30min。
6．测量项目及要求
（1）全班工作日开始时，测定一次闸门口泥浆下面0．5m处的全套指标，以后钻进过程中，每隔2h测定一次进浆口和出浆口的比重、含砂量、pH值等指标。
（2）在停钻过程中，每天测一次各闸门出口处0.5m处的全套指标。
7．泥浆的拌制
为了有利于膨润土和羧甲基纤维素完全溶解，应根据泥浆需用量选择膨润土搅拌机，其转速宜大于200r／min。
材料的投放顺序，应先注入规定数量的清水，边搅拌，边投放膨润土，膨润土大致溶解后，均匀地投入羧甲基纤维素，然后投入分散剂，最后投入增大比重剂及渗水防水剂。
图三：
HR260旋挖钻机（施工取土a）
图三：
HR260旋挖钻机（施工取土b）
六、工艺流程及施工要点
（一）工艺流程
⏹旋挖钻孔桩施工流程框图
（二）施工准备
1．技术准备：
（1）桩基工程施工图及图纸绘审纪要。
（2）施工场地和邻近区域内的地下管道、地下构筑物、危房、精密仪器车间等的调查资料。
（3）水泥、砂石、钢筋等材料及其制品的质检报告。
（4）主要施工机械及其配套设备的技术性能资料。
（5）桩基施工组织设计或施工方案。
2．施工场地准备：
（1）打桩施工面的设置：
打桩施工面应根据现场实际情况确定，应注意以下点：
①施工面距地下水位应大于l.5m以上。
②地下水位以上的松散杂填土层，因易跑浆、漏浆造成塌孔，最好予以清除。
当清除后的场地标高距地下水位高度太小时，可辅填一定厚度的垫层作打桩施工面，或先行降低水位后再进行打桩施工。
（2）施工前应做好场地平整工作，对于不利于施工机械运行的松软场地应进行坚实处理，施工面最好硬化。
雨季施工应做好排水措施。
（3）对于和施工场地相邻的施工管线、危房等采取相应的隔离和保护措施。
3．施工测量网的设置。
在施工场地设置井字形测量控制桩及水准点，控制点应设在不受桩基施工影响处，设明显标志及保护架，测量控制点应定期复核。
4．泥浆制备及循环系统的设置。
由于钻孔护壁和清孔的需要，需制作一定数量的泥浆，同时为了施工场地的干燥，需进行泥浆制备及循环系统的合理规划。
施工场地设置储浆池一个，容积不小于6m3，沉淀池两个，容积不小于lOm3，两个轮换使用，一个进浆沉淀，一个关闸清理，沉淀池进出口设闸门，沉淀池上口应高出造浆池0.5m。
施工场地设置环形泥浆槽，场地中间再设置若干支槽，形成泥浆循环网络和排水网络，浆池和泥浆槽均应用砖砌筑，池壁和池底用水泥砂浆抹面。
5．护筒的制作。
护筒的规格：
护筒内径宜比孔径大200mm，护筒用5mm的钢板制作，在护筒的上、中、下各加一道加劲筋，顶端焊两个吊环，一为起吊用，二为绑扎钢筋笼吊杆，压制钢筋笼的上浮，护筒顶端同时正交刻四道槽，以便挂十字线，以备验护筒、验孔之用。
（三）施工要点
1.制备泥浆
泥浆是保证桩孔孔壁稳定的最根本措施之一。
应按事先已试验验证的材料配合比，在泥浆站内搅拌泥浆。
粘土的用量
计算公式：
q=Vr1=r1［（r2-r3）/（r1-r3）］
式中：
q——每立方水泥浆所需的粘士重量（t）；
V——每立方米泥浆所需的粘土体积（m3）；
V=（r2-1）/（r1-1）
r1——粘土的容重（t/m3）；
r2——要求的泥浆容重（t/m3）；
r2=Vr1+（1-V）r3
V=（r2-1）/（r1-1）
r2=Vr1+1-V（r1-1）+1
r3——水的容重，r3=1t／m3；
2．护筒的埋设。
护筒采用δ=14的钢板卷曲而成，筒首与筒尾机加工而成，护筒与护筒间采用多个锥螺纹连接，拆装方便。
护筒数量一般准备2.5套，护筒长度根据护筒埋深度匹配，一般需5～6米的三节，3米、2米、1米的各2节。
主要是为了不影响施工进度。
护筒作为周转料具重复使用。
护筒起着固定桩位、钻孔导向、保护孔口、封水、稳定孔壁的作用，护筒埋设利用钻机动力闲驱动器旋压压入地下，起拔利用钻机本身的油缸旋升拔出。
（混凝土浇筑1小时内提拔，如超过1小时要间断摇动护筒）。
3．钻机就位：
首先做好场地的平整及压实，使主机左右履带板处于同一水平面上，动力头施工方向应和履带板方向平行，切不可垂直，开钻前调整好机身前后左右的水平。
图四：
钻机就位
4.钻进成孔
在护筒内注满泥浆后，开始钻进，钻进过程中要随时不断补充泥浆，使孔内始终保持高于地下水位lm～1.5m的水头高度，同时应根据土质情况调整泥浆配方和比重。
清孔后提出钻头，由质量员和工程监理进行孔径、孔深、垂直度检测，验收合格后，移走钻机，盖好盖板，进行下道工序施工。
①由于旋挖钻机外形尺寸和重量都很大，故在施工时工作面应开阔平坦，地面坚实，且坡度小于6º的场地条件下使用。
当条件恶劣时，施工和移动时应人工以致密坚硬的材料填实地面，必要时需采用路基箱。
②旋挖钻进是采用不同钻具，泥浆不循环的情况下，直接出土的方法进行。
装载机接土，然后装到汽车上或运到暂存土场中去。
图五：
钻进成孔
③旋挖钻机能精确定位，自动矫正钻孔垂直度和自动测量钻孔深度。
钻进过程中应根据地层变化控制进尺速度和扭矩。
④桩孔位过近时应采用跳钻法，防止混凝土串孔，另外排土多，进尺少时，说明孔壁局部坍塌，应采用措施后再钻进。
⑤孔深的控制采用水平仪、测绳，钻机电脑显示读数配合控制，不超钻亦不能达到深度。
⑥清孔采用常规方法清孔。
关键是控制泥浆比重。
清孔后应即时进行下道工序的施工。
5．钢筋笼的吊放
（1）钢筋笼的吊放要对准孔位、扶稳、缓慢，避免碰撞孔位，到位后立即固定。
（2）多节钢筋笼吊放时，应将钢筋笼逐步接长后再放入孔内，利用先插入孔内的钢筋笼上部架立筋将笼体固定在护筒上。
利用吊装机械将上节钢筋笼临时吊住进行两节钢筋笼的对接和绑扎，钢筋笼对接后要请质量员和工程监理对焊缝检查验收，冷却后再沉人孔内。
图六：
孔径检测
图七：
钢筋笼制作
图八：
钢筋笼吊装
（3）钢筋笼的标高定位，可采用锁定式吊杆。
6．导管安放
钢筋笼吊入固定后，应逐步按下导管，导管的壁厚不宜小于3mm，直径200—250mm，钻孔深度大时，宜选用大直径导管，以确保导管良好的通导性。
导管直径的制作偏差不应超过2mm，底管长度不宜小于4m。
导管使用前进行拼装打压，以检查导管是否有砂眼，法兰盘是否有变形、密封不严，试水压力为0.6～1.OMPa，导管安放触孔底后，上提300～500mm。
7，二次清孔。
当导管安装完毕，灌注混凝土前应再次测量沉渣厚度，沉渣厚度超标时；应进行二次清孔。
当孔径小于800mm时，二次清孔采用正循环压浆法即可取得很好的效果；当孔径大于800mm时，采用空吸泵反循环方式、导管空气升液排渣法清孔。
8．水下混凝土的灌注。
清孔完毕后，由导管上部塞入隔水塞，塞入深度以临近水为准。
当储料斗内的混凝土储量满足剪栓后首次灌注时，即保证导管底端能埋入混凝土中O．8m～1．2m时，即可剪栓和开启料仓门。
随着不断地灌注，孔内混凝土面的上升，随时提升和拆卸导管，导管底端必须保证埋入管外的混凝土面以下2m～3m。
为了保证混凝土连续灌注，导管不脱离混凝土面，且有一定的埋置深度，要求详细计算混凝土灌注料斗、储料斗及导管的体积，并根据不同的成桩孔径，以此推算每次上拔的高度，避免和禁止导管脱离混凝土面和混凝土灌注的中断。
第一次混凝土的灌注量必须满足底端能埋入混凝土中0.8m～1.2m（按上限考虑）的要求。
第二次混凝±的灌注量（即以后各次）必须满足导管底端能埋入2m～3m的要求，任何情况下不得少于1m的要求。
第一次（以后各次）的提管高度不大于3m，保证导管底端至少埋入混凝土面以下1m以上，不得产生断桩。
在任何情况下，导管的埋深不得大于6m。
为消除沉渣影响，保证桩顶灌注质量、混凝士的灌注应比桩顶控制标高高出50cm。
灌注过程中，应有专人测量导管埋深及管内外混凝土面的高差，填写混凝土灌注记录。
水下混凝土必须连续灌注施工，每根桩的浇筑时间按初盘混凝土的初凝时间控制，对浇筑过程中的一切故障均应记录备案。
图九：
水下混凝土灌注（a）
图十：
水下混凝土灌注（b）
七、施工质量控制要点
1．加强原材料试验工作，严格执行各种材料的检验制度，不合格材料严禁进场和使用，水泥、钢材均应有出厂证明和试验资料，混凝土要做配比试验，严禁套用配合比。
2．钢筋笼成形绑扎点焊引弧不得在主筋上进行。
3．护筒的埋设、泥浆的制备、钻孔的清孔要有专人负责，严禁缩颈、夹层、歪斜等质量通病。
4．为防止钻斗内的土砂掉落到孔内，使泥浆性质变坏或沉淀到孔底，斗底活门在钻进过程中始终应保持关闭状态。
5．为防止快速地上下移动钻斗，水流以较快的速度在钻斗外侧和孔壁之间的空隙中流动导致冲刷孔壁，和上下提钻斗时在其下方产生负压而导致孔壁坍塌，应按孔径的大小及土质的情况来调整钻斗的升降速度。
6．钻机因故停止钻孔时，应设专人值班补浆，防止塌孔事故。
7．钻孔成孔后要及时灌注，不得过夜，以免造成缩径和塌孔。
8．测绳要定期用钢尺校验，当更换测绳、搭接测绳或其他不明情况发生时，要随时用钢尺检验。
9．混凝土灌注时，要防止钢筋笼上浮，必须对钢筋笼采取足够的压制力，司时在湿凝土灌注到钢筋笼位置时，要勤拨导管，使导管埋深保持在I．5m。
减少因混凝土上升时的磨擦力。
10．混凝十灌注完毕，开始初凝，即割断钢筋笼挂环，使钢筋骨架不影响混凝土的收缩及钢筋与混凝土的粘结力。
11．灌注导管使用后要及时用水清洗，管璧、法兰盘要经常检查，随时清除砂眼、接口变形等隐患，破损的胶垫和连接螺栓要及时更换。
12．离析和停滞时间较长的混凝土应进行二次搅拌。
13．每个台班做两次塌落度试验．并检测砂石含水量、调整水灰比和塌落度。
14．每浇注50m3混凝土必须有一组试件，小于50m3的桩，每根桩必须有一组试件。
15．做好测量控制，保护好测量控制点，经常进行复测。
16．认真做好施工记录和各项原始记录管理，做到完工资料齐全，并及时整理归档，成孔记录和灌注记录应做到一桩一表。
八、施工劳动力组织
序号
工种
数量
主要职责
1
旋挖机操作手
3
操作、记录、保养、维修等
2
拌浆工
2
浆液配制、拌浆、设备保养等
3
辅助工
4
拆装护筒、泥浆控制、清孔等
4
电焊工
1
钻具、钻杆补焊、护桶筒焊接等
5
施工、测量员
1
施工技术、桩孔定位、标高控制
6
材料、设备员
1
备件、油料供应、监督维修保养
以上劳动组织为一班施工人员，如两班制则乘以2。
九、应注意的安全事项及具体措施
1．贯彻“安全第一、预防为主”的安全工作方针，加强安全教育，严格执行安全生产制度和操作规程，做好安全交底工作。
2．健全安全管理组织，各级管理组织设立专职质量安全员，对安全关键部位进行经常性检查。
3．加强机械设备的维护、检修、保养，机电设备由专人操作保管。
4．严格用电管理，施工现场的一切电源电路的安装和拆除，必须由持证电工操作，电器必须严格接地、接零和漏电保护器，场地电缆应架空，严禁拖地和埋压土中。
5．旋挖钻机操作应严格遵守操作规程。
做好防雨、防雷和防洪措施工作，现场工人作业需戴安全帽。
6．当遇到暴风雨天气时，施工须格外注意，特别是当风速达到20m／s时，应采取停钻措施，将钻头或负荷放在地面，动力头驱动器移到桅杆的下部。
7．未浇筑的桩孔要采取跳板铺盖或围栏等保护措施。
混凝土灌注完后的空桩孔位，要及时回填压实。
8．避免钻机在10º以上的斜坡上作业，不要在斜坡上旋转机器、转向、丁字方向上行驶，以防发生倾覆危险。
9．确认施工现场无电缆、光缆、地下管道等掩埋物，设备安装距高压线不得少于25米。
10．钻机上、下坡道如坡度超过允许范围应解体上、下。
特制软弱的地面上行走、钻孔应采用钢制路基箱。
11．严禁酒后操作机械和上岗工作。
十、质量要求
（一）桩基施工所采用的施工技术规范
1．《公路工程技术标准》（JTJ001-97）。
2．《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1—2004）。
3．《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。
（二）质量标准要求
1．钢筋笼制作允许偏差：
（1）主筋间距±20mm；
（2）箍筋间距±10mm；
（3）钢筋骨架长士10mm；（4）主筋保护层土10mm
2．灌注桩施工的有关允许偏差：
（1）桩位放样允许偏差为：
群桩100mm，单排桩50mm，极值100mm。
（2）孔深：
不小于设计
（3）桩径：
不小于设计
（4）钻孔倾斜度：
1％桩长，且不大于500mm；
（5）沉淀厚度：
摩擦桩符合设计规定，设计未规定时按施工规范要求。
支承桩不大于设计规定。
（6）钢筋笼骨架底面高程：
土50mm
十一、社会经济效益
该旋挖钻机工艺是在吸收各种成孔工艺优势的基础上发展起来的一种新型的灌注桩成孔工艺。
1．HR-260旋挖钻机，由于有垂直精度显示装置和自动调直装置，故成孔部垂直度精度非常高，从而大大减小了为保证桩孔内净尺寸而留放的施工余量，减少了浪费，采用长护筒施工保证了桩的完整性，减少超灌量。
2．旋挖钻机附在履带上运动，移位自如，本身副卷扬具有吊装功能，钻杆自由伸缩，大量节约了辅助施工费用和时间。
从钻机、钻杆及钻头的安装、拆卸及使用上，它节省了大量的人力，提高了机械化程度，减轻了劳动强度，从而加快了工程进度；
3．工艺上它代替了水介质成孔取土工艺，大大减少了泥浆的需求和排放。
取土随出随运，节省了场地，方便了其他作业施工，同时节省了运输费、水费、电费，降低了施工成本，减少了环境污染。
4．同等地质条件下，旋挖钻机的工效是普通回转钻机的6～8倍，只更换钻具可适应艰难、复杂的地理、地质条件下施工。
5．该工艺施工时，还有一最大优势就是噪音低、振动小，适用于各种土层，对周围居民影响不大。
6．该工艺由于其施工速度快，施工质量好，土层适应性广，也常常是公路、铁路桥梁受灾害抢险时的首选工艺。
十二、旋挖钻机成孔常见问题及处理
1、孔内缩径，由于本项目部桩基处于软土地基中，旋挖钻机成孔速度极快，在泥浆粘度不足的情况下，孔壁泥皮厚度不足，如果等待浇筑的时间过长，较易发生孔内缩径。
主要的解决方法是：
缩短砼浇筑等待及浇筑时间
2、钻孔偏位，主要是由于放样不准确或搞错桩位造成。
主要解决的方法是：
采用复核制。
浇筑前需准确测定钢筋笼位置。
3、顶部砼松散，主要是由于本合同桩基处于软基中，护筒埋置深度较大，砼浇筑完成后，较难将护筒拔出，在拔除护筒的过程中如果摇动护筒，则极易造成顶部砼松散。
主要的解决方法是：
加大护筒钢度，采用大吨位吊机或双吊机操作。
4、声测管不通，主要是在声测管接口不密封或断裂造成。
主要的解决方法是：
加大声测管钢度及强度，加强接口焊接质量管理，采用长钢筋穿孔的方法，或采用小钻机打孔。
十三、施工成果说明
经不同项目相同施工条件桩基施工的各项指标检测，采用旋挖钻机成孔能提高工效6-8倍以上，经济效益提高1.5倍以上，同时具有质量好，噪音小，污染小等优点。
经浙江省工程勘察院进行的成孔及成桩超声波检测，均达到I类桩的要求。
宁波大碶疏港公路延伸段
第一合同项目经理部
2008年6月
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