韩冰
江苏省交通工程集团有限公司
1 前言
河南渑池至山西垣曲高速公路河南段TJ-4标项目起自山西省垣曲县解峪乡赵家岭新村，接河南渑池至山西垣曲高速公路山西段工程，路线跨越黄河后进入河南境内，路线向南经三门峡市渑池县南乡村、段村乡、坡头乡、仰韶镇，终点在仰韶镇张沟村西侧与连霍高速公路相交。路线全长约40.081公里。河南渑池至山西垣曲高速公路河南段NO.4标段位于渑池县产业集聚区天坛工业园北侧，仰韶乡境内，本标段起自韶山南侧前窑坡附近，于韩家坑附近设置天坛服务区，经大坪，在后河附近下穿G241，设置仰韶互通（连接G241），路线向东南经甘涧，止于张沟村西侧，接改扩建后的连霍高速公路，设置渑池北枢纽。桩号范围K49+500～K60+811.266，路线长11.311km，ZK49+475.006 ～ZK52+600.000，里程长3.125km。合同工期789天。
桥梁基础均采用钻孔灌注桩，桩基形式有摩擦桩和端承桩两种。结合当地地质条件及水文情况，我部有部分桩基采用了旋挖钻干钻施工工法，并结合目前完成的工程实例，编制了以下工法；
2 工法特点
旋挖钻成孔施工工艺以其低噪音、低振动、钻进速度快、施工现场内移动就位方便、施工占地面积小等诸多优点得到了广泛推广旋挖钻机直接干挖成孔，采用此法施工适用于山区严重缺水的地方，不再采用泥浆护壁，不需要设置泥浆池，钻孔出土后，直接装车运输至路基外，既完全消除了泥浆池浸泡桥台锥坡基础或路基坡脚带来的不利影响，又避免了对周围环境污染，环保作用和安全性能明显提升。
3 适用范围
本工法适用于地质条件良好，且桩基深度内未见地下水的素填土层、亚粘土层、亚砂土层、亚粘土夹粉细砂层，强风化泥质粉砂岩层，弱风化泥质粉砂岩层、夹有卵石的砂砾地质土层等的桩基施工。。
4 基本原理
结合工程及地质条件，旋挖钻机直接干挖成孔。
5 施工工艺
5.1、工艺流程
现场调查→测量放线及埋设桩位→开挖地面表层土埋设钢护筒→检查桩中心轴线→钻机就位及钻进→成孔检查→清孔→吊放钢筋笼→安装砼导管→灌筑砼→桩成品检测、验收
以上所有流程须经监理全过程监控。
5.2、施工方法及施工要点
5.2.1、测量放样及埋设桩位（施工步骤）
①、复核全桥的桩位坐标，确认设计图纸提供的桩位数据。
②、排桩护桩放样与护桩埋设：
●由专职测量人员采用全站仪对桩位采用坐标法进行实地放样。
●沿桥宽方向一次放出整排护桩桩位，沿桥长方向放出两排护桩桩位（如图1）.
●当进行下一排桩基施工时可利用上一排排桩护桩。排桩护桩为木桩，桩顶钉钉，高度80cm，埋入地下45cm，并用砂浆或素混凝土保护。
③单桩护桩放样与护桩埋设：
●沿桩中心呈“十”字型引出四个桩位点用来控制桩位，作为单桩护桩
●单桩护桩采用木桩（３ｃｍ×３ｃｍ），桩顶钉钉，高度80cm，埋入地下45cm，并用砂浆或素混凝土保护。
④检测：
●自检：现场技术员用几何尺寸方法复核桩位，每天对桩位护桩复核一次，若护桩被破坏或发生位移及时通知测量人员进行复测。
●监理检测：桩位放样完成，经现场技术人员检查无误后及时报请监理工程师复核，监理工程师用全站仪采用坐标法对桩位进行符合，无误后进行护筒埋设工作。
5.2.2、 护筒的制作与埋设
①、护筒制作
护筒采用钢质护筒，4m以内的护筒，采用厚不小于5mm后的钢板制作，顶部、中部和底部加焊5mm厚15cm高加强圈；长度大于4m的钢护筒，采用厚不小于6mm厚钢板制作，顶部、中部和底部分别加焊6mm厚15cm高加强圈，护筒钢板接头焊接密实、饱满，不得漏浆。
制作时，钢护筒的内径比桩径大200 -400mm。
②、护筒埋设
钢护筒埋置高出施工地面0.3m。
护筒埋设：
①、埋设护筒采用挖坑法，由吊车安放。
②测量队对要埋设护筒的桩位进行放样，现场技术人员复核，旋挖钻机钻头中心对准桩位中心挖孔扩孔，所挖孔直径为护筒直径加40cm，挖孔深度为护筒长度。
③、在孔内回填30—50cm粘土，并用旋挖钻钻头夯击密实。
④、利用护桩拉线绳定出桩位中心，再用线锤将桩位中心点引至孔底。
⑤、用吊车吊放护筒至空内，用线绳连接护筒顶部，吊垂线，用吊车挪动护筒，使护筒中心基本与桩位中心重合，其偏差不大于3cm。
⑥、护筒位置确定后，吊垂线，用钢卷尺量测护筒顶部、中部、底部距离垂线的距离，检查护筒的竖直度。护筒斜度不大于1％。
⑦、符合要求后在护筒周围对称填土，对称夯实。
⑧、四周夯填完成后，再次检测护筒的中心位置和竖直度。
⑨、测量护筒顶高程，根据桩顶设计高，计算桩孔需挖的深度。
5.2.3、钻机就位及钻孔
①、确定钻机位置，在钻机位置四周洒白灰线标记。
②、标记位置，定位。将旋挖钻机开至白灰线标记位置，不再挪动。
③、连接护桩、拉十字线调整钻头中心对准桩位中心。通过钻机自身的仪器设备调整好钻杆、桅杆的竖直度并锁定。
④、开始钻孔作业，钻进时应先慢后快，开始每次进尺为40-50cm，
确认地下是否不利地层，进尺5米后如钻进正常，可适当加大进尺，
每次控制在70-90cm。
⑤、成孔、成孔检查
●成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁垂直度、沉淀厚度等进行检查，检测前准备好检测工具，测绳、检孔器等。检孔器应按如下要求制作：
●检孔器的外径D为钢筋笼直径加10cm，长度为6D。
●标定测绳，测绳采用钢丝测绳，20米以内测锤重2Kg，20米以上测锤重3Kg。??
●测量护筒顶标高，根据桩顶设计标高计算孔深。以护筒顶面为基准面，用测绳测量孔深并记录，测量时测量五处（中心一处，四周对应护桩各测量一处）孔深按最小测量值，当最小测量值小于设计孔深时继续钻进。现场技术人员应严格控制孔深，不得用超钻代替钻渣沉淀。
●用检孔器检测孔径和孔的竖直度，检孔器对中后在孔内靠自重下沉，不借助其他外力顺利下至孔底，不停顿，证明钻孔符合规范及设计要求，如不能顺利下至孔底时，用钻机进行扩孔处理。
●检测标准：孔深、孔径不小于设计规定；钻孔倾斜度误差不大于1％；沉渣厚度符合设计规定：
对于直径≤1.5m的桩，≤300mm；
对于直径＞1.5m的桩或桩长＞40m或土质较差的桩，≤500mm。
桩位误差不大于50mm。
钻孔过程中钻机操作要领和注意事项：
①、在钻进过程中应时刻注意钻机仪表，如仪表显示竖直度有变化，应及时进行调整，调整后钻进。
②、钻进时记录每次的进尺深度并及时填写钻孔施工记录，交接班时应交待钻进情况及下一班的注意事项。
③、因故停钻时，严禁钻头留在孔内，提钻后孔口加盖防护。
④、旋挖钻孔应超挖30cm，以保证桩长，同排桩超挖深度应基本一致，要控制在±5cm以内。
⑤、在钻进过程中，设专人对地质状况进行检查。
⑥、在钻进过程中，要根据地质情况调整钻机的钻进速度。在粘土层内，钻机的进尺控制在80-90cm/次旋挖，在砂土层中，钻机的进尺控制在40-50cm/次旋挖。
⑦、在钻进过程中，钻杆的提升速度控制在0.4米/s。
清孔：
①、孔底清理紧接终孔检查后进行。钻到预定孔深后，必须在原深处进行空转清土（10转/分钟），然后停止转动，提起钻杆。
②、注意在空转清土时不得加深钻进,提钻时不得回转钻杆。
③、清孔后，用测绳检测孔深。
6 材料与设备
旋挖钻成孔施工作业的主要配套设备大致见下表：
表6.1 旋挖钻成孔主要配套设备
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7 质量控制
7.1钢护筒埋设：护筒既保护孔口壁防止坍孔，又是钻孔的导向，因此护筒的垂直度要保证不得大于施工技术规范要求。护筒周围土要夯实，最好是采用粘土封口。在上层土质较差时，可将护筒加长至4～6m以提高护壁效果。
7.2复测孔深：为保证灌注桩质量，浇筑混凝土前，要检查孔的深度，判断有否孔壁坍塌现象，若有可用旋钻机清孔，达到设计深度后方可安装导管。
7.3对导管的要求：导管在使用前必须作水密承压试验和接头抗拉试验，确保接头严密，不漏水、不漏浆。导管上料斗的体积，由桩径、桩长和导管埋入混凝土中的深度来确定，料斗体积应大些为好，确保首批浇筑混凝土的埋管深度。
8 安全措施
8.1 建立健全安全生产保证体系，配备专职安全员，全面落实安全生产责任制度和各项安全操作规程。
8.2 加强施工人员的安全生产教育、培训和安全交底工作，进入工地现场必须戴好安全帽、穿工作服、防滑鞋、戴防护手套。
8.3 桩基施工现场所有设备、设施、安全装置、工具配件以及个人劳保用品必须经常检查或维护保养，确保完好和使用安全，严禁机械带故障或人员带病作业。
8.4 钻机钻进时，操作人员应集中精力，旋挖钻机旋转半径内不得站人。
8.5 随时注意检查桩基施工附近地面有无开裂现象，防止钻机和护筒等发生倾斜和下沉。
8.6 在危及人身安全设备旁设立醒目警示标志，严禁人员靠近跨越。
8.7用电设备应派专人看管，应有良好的接地、接零和漏电保护装置，严禁带电作业，非电工不准随意拆卸或修理电器设备，对过路电缆应深埋。
8.8搬运、安装或拆卸导管时动作要一致，吊装桩基钢筋笼时应安排专人统一指挥。
8.9成孔后的孔口要设盖，成桩后的孔要及时回填，防止人、物掉入孔中。桩基施工结束后。
9 环保措施
9.1桩基施工中产生的弃渣等应按环境保护的有关法律法规规定处理，严禁向河流或农田排放，以保护环境不受污染。
9.2采取有效的措施和积极采用新工艺，使在施工中产生的废气、噪声、振动等不超过国家规定的标准。
9.3施工中产生的建筑垃圾按当地有关规定运弃，项目部驻地产生的生活污水、粪便等可采用化粪池处理，作为农田菜地提供肥料，生活垃圾集中堆放，定期送到当地指定地点处理。严格保持驻地周围的环境卫生，保证每个员工的身体健康。
10 资源节约
10.1旋挖钻机由自带的柴油发动机输出动力来完成钻机的行走移动和钻进成孔工作，摆脱了常规回旋钻机等对大功率电源的依赖，资源利用率较常规回旋钻机高。
10.2旋挖钻机成孔速度较快,一般是常规回旋钻机成孔速度的5～10倍，施工周期较短，有利用降低施工管理成本。
11 效益分析
以一根直径1.6米、桩长30长的桩基为例：
旋挖钻机施工：纯钻进成孔时间约2小时，钢筋笼焊接时间约5小时，下导管约1小时，混凝土浇注约2小时，合计用时约10小时。用水量约55 m3。旋挖钻机施工承包单价约345元/米，施工内容包括清理平整场地、成孔、钻渣清理运输、焊接钢筋笼、辅助灌注水下混凝土。
回旋钻机施工：纯钻进成孔时间约20小时，钢筋笼焊接时间约5小时，下导管约1.5小时，混凝土浇注约2.5小时，合计用时约29小时。用水量约275 m3，泥浆循环池大小约需350m3，需另外征地约0.17亩。回旋钻机施工承包单价约340元/米（自发电单价），施工内容仅包括造浆、成孔、焊接钢筋笼、辅助灌注水下混凝土，其他辅助工作全部由项目部负责。如采用承包施工内容与旋挖钻机相同，每延米需增加措施费约30元。
由此可以看出，采用旋挖钻机施工与常规回旋钻机相比可以节省约25元/米，同时还可以相应减少安全防护和环境保护方面的资金投入和安全生产隐患。
12 工程实例
泗县至宿州高速公路第三合同段钻孔灌注桩施工便是采用旋挖成孔施工工艺，泗宿高速公路第三合同段位于泗县屏山镇境内，全线共计桩基426根，桩径从1米至1.8米不等，设计全部采用摩擦桩，合同造价近1300万元。2008年5月6日开始首根试桩作业，2008年9月15日全部结束，历时133天，共配备两台Z200型旋挖钻机。扣除汛期阴雨天气、设备检修等因素影响，平均每天完成4.5根，最多一天完成8根，并提前半个月完成建设单位下达的节点工期目标。
河南渑池至山西垣曲高速公路河南段TJ-4标部分钻孔灌注桩施工采空旋挖成孔干钻的方法，目前工程质量优良。