樁基工程中的旋挖樁施工工藝與施工管理應用研究

王衛東

摘 要：隨著我國改革開放和經濟發展戰略的不斷推進，特別是國家“一帶一路”宏偉建設目標的逐步貫徹執行，越來越多的涉及城市基礎設施、鐵路交通等各類建設項目孕育而生，同時帶動了工程機械以及相應的施工技術的發展和進步。其中，旋挖樁施工工藝在近些年來憑借其獨特的技術優勢在樁基施工中嶄露頭角，得到了廣大設計、施工、設備制造企業的廣泛重視，本文結合筆者近年來連續參與并管理的項目實踐經驗，論述了旋挖樁施工工藝與施工管理應用要點，研究成果可為相關應用與研究提供參考。

關鍵詞：旋挖樁;施工工藝;施工管理;旋挖樁;護筒;鋼筋籠;灌注混凝土

前言

參閱有關資料我們可以了解到，國外在樁基工程旋挖工藝領域已經有半個世紀以上的歷史，并多以德國、日本、意大利等歐美發達國家的設備和技術為主，我國的旋挖設備的研發始于上世紀80年代，并在自青藏鐵路工程建設以后得以迅猛發展，旋挖設備制造已從當時的全面進口，到目前我國北方三一重工、徐工、福田重工等眾多國內企業能夠獨立制造和生產，徹底改變了過去全部依賴進口的局面，并且隨之而來帶動了旋挖施工工藝廣泛地運用和發展。

作者結合在2016年～2017年兩年期間，先后在武漢和西安有幸參加并管理了分別由法國圣戈班和上海某國有大型企業投資建設的改擴建工業廠房項目，在這兩個項目中，盡管設計、施工方不同，項目所在場地的地質條件、環境等也均完全不相同，但都選擇以旋挖濕成孔、干成孔相結合的成孔方法進行施工組織，施工工期和質量均達到合同和設計以及規范要求，為整個結構工程施工順利完成打下了的良好的基礎，在此筆者將以在西安項目旋挖成孔灌注樁為例，對旋挖樁施工工藝進行總結，以期對同行在今后的類似施工、管理中能有所幫助。

1 工程概況

工程名稱：上海汽車聯合電子西安廠二期改擴建工程，工程位于陜西省西安市高新開發區，是在原有一期廠房的基礎上毗鄰進行建設的二期改擴建項目，建筑面積11000平方米，單層鋼結構工業廠房，層高10.8米，鋼筋砼灌注樁基礎，樁徑0.5/0.6米兩種類型， 樁長12米，共計200根樁，單樁設計極限承載力標準值分別為600kN和800kN，工程樁身混凝土強度等級均為C30，保護層厚度為50mm。平面圖如下：

本工程樁基施工采用旋挖施工工藝，主要基于如下理由：

1）項目工期短，從2017年1月開工到2017年7月底竣工，包括春節共計7個月，如采用傳統鉆孔工藝，恐難達到預期進度節點要求;

2）施工場地為二期改擴建，廠容綠化環境好，并且地方政府對治霾、排污等環境要求非常嚴格;

3）西安建筑市場，旋挖成套設備市場條件好，設備和工藝成熟;

2 旋挖樁施工工藝流程和特點

2.1 旋挖工藝流程

旋挖與傳統鉆孔施工工藝大體相同，但旋挖機及配套品種多，可以據實際施工需要進行非常方便的選擇，這方面與傳統設備相比有很大的不同，旋挖施工工藝如下：

2.2旋挖優勢和特點

旋挖機是旋挖樁工藝的主要設備，具有機、電、液一體化高度集中，機械化自動化程度高，移動以及對孔方便，輔助時間少，成空效率高，施工環境更環保等優點，其以動力驅動短螺旋鉆桿帶動筒式鉆斗，在孔底切削土體，切下的泥土進入鉆頭后由鋼索將帶有后門的筒式鉆斗提升到地面倒掉，再將鉆頭降至孔底進行鉆進，如此反復進行直到到達預定設計孔深位置，其操作參數的選擇應該滿足工程設計特點、現場和操作環境等的需求，其設備主要參數包括：扭矩、發動機功率、鉆頭直徑、整機重量。

旋挖成孔工藝有三個顯著的特點：（1）對粘結性好的土質，在成孔的過程中可用干式和甚至清水，不需要泥漿護壁，即使在特殊地質環境的條件下，泥漿護壁也僅起保護作用，鉆屑中的泥漿含量較少，泥漿抽入沉淀池到泥漿池后，可以反復使用，大大改善了的施工環境。（2）鉆頭在成孔過程中，側壁較粗糙，這樣樁體砼與土體之間的咬合較好，能較好地反映砼與土體特別是粘性土之間的相互作用效應。（3）功效高，是傳統沖孔設備的4倍以上。

3 旋挖施工監督要點

3.1 施工前技術準備

1）熟悉國家有關規范和標準對灌注樁的技術要求，特別是有關強制條文的規定;

2）熟悉樁基工程施工圖設計文件以及圖紙會審資料;

3） 編制旋挖成孔灌注樁專項施工方案并進行審批;

4）熟悉了解現有場地的地下障礙物情況，對影響樁基施工的要及時予以排除;

3.2 收集并了解現有場地水文地質條件狀況，查閱地質報告和結構施工圖有關對地質要求。

3.2.1 本項目地質條件狀況

旋挖機適合絕大多數的地質條件，適用于粘土層、淤泥層、砂土層、強度不高的膠結砂巖層、中風化泥巖和強風化巖，在單軸抗壓強度30MPa以下硬巖中成孔速度較理想，能滿足絕大多數的高層建筑、橋梁、工業廠房的施工環境的要求（目前國內已過單軸抗壓強度120MPa巖層中的旋挖成孔施工的成功案例）。

本項目地勘報告試驗結果表明：設計要求樁端持力層為②層黃土狀土，場地內②層黃土狀土濕陷系數和自重濕陷系數均小于0.015。因此，地基土為非濕陷性土。按《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025—2004），建筑物地基可按一般地區的規定設計。

值得注意的是，應充分閱讀地勘報告，了解場地內的各層土質的狀況，特別是要注意是否有孤巖，土質不均勻的情況存在，應針對這些情況對號入座，本項目經過了解在二期場平期間的土質狀況時，在35#樁位附近有孤石，在成孔前采用洛陽鏟進行探挖，基本確定了該孤石的位置、深度和大小，并經過設計同意對原樁位的位置進行了相應調整，為項目的順利進行爭取了時間。

3.2.2 對場地、水文的要求

通常旋挖機的設備自重大，場地路況條件要好。本項目旋挖樁機工作狀態自重一般在63t左右，但其履帶與地面接觸面積約6.2m2，所以要求的地基承載力在100KPa左右，本工程場地地勢平坦，地表土堅實，經過現場輕便觸探，能夠滿足旋挖機運行要求，本工程地下潛水穩定水位埋深10.4～10.9m，水位高程401.37～402.29m。室內±0.000相對絕對標高412.7米。據區域水文地質資料，擬建場地地下水位年變幅為1.5～2.0m，對干作業成孔有利，因施工期間為冬季枯水期，本項目大部分樁可以采用干成孔工藝。

3.3 轉換樁位平面圖并進行樁位編號和測量定位

用CAD 相關命令將施工圖樁平面圖轉換為實際坐標的樁位平面圖，載入插件“坐標王”輸入“xzbh” 命令對樁位進行編號，得出本項目可提取坐標值的樁位平面圖。

根據規劃提供的2個BM 點坐標和高程，用極坐標法放線定位單個樁心位置并請監理和規劃進行驗收。為了保證各樁位點測量定位后不出現移位及便于尋找，各樁位點用鋼筋打孔，注入白灰，再用20～30cm 長的Ф8 鋼筋或竹筷作標記，標記固定后再進行一次復查。在開鉆前，測量人員及現場技術負責人對樁點應再次檢查復核，樁位測量定位誤差≤5mm。

關于保護層，本項目采用100mm長水泥砂漿圓柱體，每層不少于4個，豎向2米間隔，另外在下鋼筋籠時要特別注意不要刮到側壁，以免碎塊掉下增加沉渣層厚度。

3.4 旋挖工藝試樁工藝測試

在正式開始前，應先根據設計要求進行試樁，為此，首先要在空余場地采用擬成孔工藝進行試成孔2個（一個采用干成孔工藝，一個采用泥漿護壁成孔工藝），以測試成孔參數和適用性，本項目試成孔見照片，成孔速度在1.2～1.4m/min，成孔垂直度滿足規范要求，測試孔完成后用砂石回填。

3.5 旋挖機的選擇

旋挖機結構主要由地盤、鉆桿、鉆具、動力頭、電控系統這五大部分組成。

3.5.1 旋挖機的額定功率

一般為125～450kW，輸出扭矩為120～400KN.目前市場上各類機型較多，常用的有SR，SWDM 系列，對于一般以沙土、粘性土、強風化巖地基的工地均可以滿足要求，本項目選擇住友旋挖機SD205 額定功率為120KW，動力頭扭矩205KN.m。在進場前，要核查相關設備維護信息，檢查液壓、鉆頭等關鍵部件的完整性。

3.5.2 鉆具的選擇

3.6 現場設施的準備，

1） 鋼筋加工廠和堆放場地的準備;

2）? 現場泥漿池和沉底池的準備，

泥漿一般采用膨潤土制作，摻量按照泥漿的比重進行，并用系列泥漿檢測儀器進行量定調整，這些儀器存放在現場，以備隨時測定使用。

泥漿的調制對鉆孔中的護壁效果和成孔質量有較大影響，其主要性能指標有：泥漿比重、粘度、膠體率、酸堿度、含砂率等，本項目按照下面泥漿比重配制表進行調配。

本項目試樁泥漿制作實際指標為：泥漿比重1.25g/cm3， 粘度：20～22s，含砂率1.7%，膠體率96%，PH值8.本工程現場泥漿池6m*7m*2.5m， 旋挖泥漿可以反復使用，這也是與傳統長桿螺旋鉆的顯著的不同之處。

3.7 護筒的埋設

1）護筒的厚度要符合不少于10mm，內徑大于鉆頭直徑200～300mm 為標準;

2）埋置深度根據工程土質情況，一般以2m～4m為宜，筒心偏差不大于50mm，垂直度不大于1%。

3）高出自然地面200mm，要有吊裝耳和泥漿溢流口;

3.8 鉆機的就位

1）旋挖機自帶水平調節裝置，以調整鉆桿的垂直度，應將鉆機鉆頭中心對準樁位中心，以保證不發生偏移（鉆機定位后，有鎖定功能，鉆機不移動，鉆桿可以自由旋轉。

2）鉆頭的配備應根據不同的土層和功能要求進行調換，如短螺旋鉆頭，普通鉆頭，撈渣鉆頭。

3）鉆機鉆桿中心線與樁位中心的容許偏差≤10mm。

3.9 成孔

利用泥漿池，采用泥漿泵造漿，根據試樁及施工經驗確定各層土質條件下的鉆進參數成孔，成孔后對孔深、沉渣厚度、泥漿比重等指標進行檢查，其中孔深，一般采用測繩配合線錘、水準儀進行量測。

值得注意的是應采用間隔成樁的施工順序，剛進行完砼澆筑的樁與相鄰將要成孔樁的安全距離不應小于4倍樁徑，或間隔時間不少于36小時 ，鉆斗到出的土距樁成孔的最小距離應大于6米，并應及時清除。

3.10 安放鋼筋籠

一般情況下，鋼筋籠長度在30米以內可以一次在現場綁扎成形吊裝入孔，當超過該長度時采用拼裝搭接后入口。利用吊機將綁扎好的鋼筋籠吊入孔內，放置到標高后，與臨時支架進行固定，以避免上浮，其中要注意保護層的控制。鋼筋籠預制安裝為隱蔽驗收項，其接頭等質量控制應滿足鋼筋分項工程驗收規范要求。

關于保護層，本項目采用100mm長水泥砂漿圓柱體，每層不少于4個均勻綁扎在主筋外側上，豎向2米間隔，另外在下鋼筋籠時要特別注意不要刮到側壁，以免碎塊掉下增加沉渣層厚度，此時監理旁站特別重要，應保證在插入前，鋼筋籠的長度、搭接方法等符合要求。

3.11 安裝導管

在導管安裝時，首先檢查導管是否完好，使用前做水密試驗，12米孔深，按照1.5倍，即180Kpa，實際按照200Kpa做水密性測試。連接時使用橡膠密封圈，并用扳手打緊根據孔深計算出導管尺寸，使導管底端到孔底距離控制在0.3m以內，并保持在砼澆筑時，導管在砼中的含入長度不少于1.2m。

3.12 清孔

清孔要分兩次進行，第一次清孔應在成孔完成后采用清孔鉆頭進行，第二次應在安放鋼筋籠和導管后進行，一般干成孔作業不需要清孔，清除底部沉渣用雙層撈底鉆斗，在不進尺的情況下，回轉鉆斗時沉渣盡可能流入斗內，反轉，封閉斗門，提升鉆斗，即可達到清孔的目的;泥漿護壁成孔，二次清孔指標為孔內泥漿性能和沉淀厚度，泥漿比重小于1.1，含砂率小于2%，黏度17～20s，沉渣厚度端承樁不大于5cm ，即滿足標準，現場量測方法一般使用測繩、線錘，靠經驗和手感量測。

3.13 砼澆筑

（1）澆灌砼前要安裝好導管，并現場檢測砼塌落度12～16cm為宜。

（2）首罐砼澆筑，導管要懸空30～40cm，為防止導管內滯留空氣，提升導管要緩慢，提升到地面時，應單節拆除，并用水沖洗干凈對方整齊，以備再用，重要是檢查橡膠圈是否有損壞漏水現象，如有老化要及時更換。

（3）質檢員在澆灌現場直接參與管理，勤測砼面深度（測繩），判斷理論值與已澆灌砼量反算，確定測量數據無誤后方可卸導管。根據本工程的具體樁結構特點，澆注砼頂面標高應高出樁基設計砼面標高不小于0.60m。

（4）按規范要求制做砼試塊，砼試塊脫模后應進行養護。

（5）澆注砼時，要準確記錄砼量，計算充盈系數，本項目充盈系數為1.15。

4 旋挖樁豎向承載力

經過有關研究和本項目的靜載檢測報告結果表明，西安地區黃土、粉質粘土地基中采用旋挖成孔工藝完成的樁，樁土作用效應顯著，其單樁豎向承載力的試驗結果比按照《樁基規范》的計算結果要高30%左右。

本項目經過低應變和靜載測試，結論為達到一類樁標準，單樁豎向承壓承載力特征值滿足設計要求。

5 常見問題的預防和處理措施

6 成本分析對比

本項目一期工程（2012年竣工）采用傳統螺旋長桿鉆，設計孔徑和深度等均與本項目二期相同，通過對比得出如下結論：在相同地質條件下，沖擊成孔的施工成本低于旋挖成孔，其單價最大差值換算成砼為240元/m3，但樁徑越大，差價隨之縮小。

綜合功效對比可以看出，旋挖成孔相對于沖擊成孔而言，其功效為后者的4倍左右（以相同設備數量，絕對完成工期考慮），成孔費用為后者的約1.2倍，也就是說在比沖孔費用適當增加的情況下，其功效卻有顯著增加，對于工期緊的項目，采用旋挖工藝對整體項目工期順利完成十分有利。

7 結論與建議

鑒于旋挖樁適應性強、成孔速度快、環保特點突出、移動方便、可提高樁的承載力（與傳統工藝相比）等有優點，在項目成本和當地旋挖機市場條件許可的情況下，旋挖工藝可以廣泛地運用到工業建筑砼灌注樁基礎施工中但在方案編制階段，應對地勘報告認真閱讀，特別是對硬巖層和孤石層，要認真對待，因其成孔速度慢，鉆頭損耗大，旋挖的優勢不能得到明顯體現，因此，在遇到此類地質狀態地基土層時應有謹慎采用。

參考文獻：

[1]劉偉.旋挖鉆機的發展和應用[J].建筑機械化，2004，（11）。

[2]張煒、茹伯勛 ，西安地區旋挖鉆孔灌注樁豎向承載力特性的試驗研究，《巖土工程技術》1999年第4期，第40～43頁。

[3]旋挖成孔灌注樁工程技術規程（DBJ50-156-2012）。