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摘 要 旋挖钻成孔灌注桩由于振动小，噪声低，钻进速度快等优点，在一些地质条件适宜的工程，已逐渐代替回旋钻机成孔灌注桩。目前，在很多工程项目中使用旋挖钻孔灌注桩，使得工程建设速度大幅度提升，效果十分显著，本文从工业原理、流程、质量控制、安全环保措施等几个方面对旋挖钻孔灌注桩进行了详细的叙述。
关 键 词 旋钻机工艺原理施工流程质量控制安全环保措施
中图分类号： U443.15+4 文献标识码： A 文章编号：
1 工艺原理
旋挖钻成孔施工法，又称钻斗施工法。成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部和侧边，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，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。旋挖钻机成孔施工具有低噪音低振动、扭曲大、成孔速度快、无泥浆循环等优点；缺点是在粘性较大的粘性、淤泥土层中施工，回旋阻力大，钻进效率低，容易糊钻。适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及短螺旋不易钻进的含有部分卵石、碎石的地層。
2 施工准备
2．1技术准备
熟悉施工场地的工程地质和水文地质资料。领会桩基设计图纸和技术要求，编写施工方案，进行技术交底、原材料送检和混凝土配合比申请。了解施工场地及临近区域内的地下障碍物（旧基础、地下工程、管线等）的分布。
2．2机械设备准备
主要包括：旋挖钻机、自卸汽车、吊车、挖掘机、混凝土导管、隔水栓、储料斗等。
2．3现场准备
合理布置施工现场，清理场地内影响施工的障碍物，低洼处用粘土回填，达到“三通一平”，哇好稳定液搅拌池。对进场设备、几句进行安装、调试检查和试运转，确保机械正常工作，配备足够的备件。引好桩位控制线和水平高程的控制点并妥善保护好，施工中应经常复测。
原材料进场待用，根据设计要求加工钢筋笼。正式施工前应试成孔且不少于两个，以便了解场地地层情况并检查所选择的机具设备，施工工艺是否适宜。
3 施工工艺流程和施工方法
3.1施工工艺流程图
3.2施工工艺要点
3.2.1钻孔前施放桩位点，放样后四周设护桩并复测，误差控制在5mm以内。进一步确定是否有障碍物，必须待甲方或监理验收合格后方可进行成孔施工。
3.2.2钻机就位应保持平稳，不发生倾斜、位移，钻头对准孔位后开启电机进行开孔。
3.2.3设置护筒：根据桩位点设置护筒，护筒的内径应大于钻头直径100mm，护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%，护筒与坑壁之间应用粘土填实。施工中，护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。首先正确就位钻机，使其集体垂直度钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头，再用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中。护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重合，并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。护筒的埋设深度：在粘性土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m。护筒应高出地面20～30cm，随即注入稳定液，并应保证孔内稳定液面高于地下水位1m以上。
3.2.4钻机就位：旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。
3.2.5钻进：当钻机就位准确，泥浆制备合格后即开始钻进，钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差应及时进行纠正，而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度，以增加压力，保证护壁的质量。
3.2.6清孔：钻进至设计孔深后，将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需要对孔底虚土进行清理。一般用沉渣处理钻斗（带挡板的钻斗）来排除沉渣，若沉淀时间较长，则应采用水泵进行浊水循环。
3.2.7钢筋笼制作应符合设计要求，钢筋笼存放场地平整，钢筋笼应先进行隐蔽工程验收，验收合格后方能下放，下放时应保持钢筋笼顺直，严禁摆动碰撞孔壁，就位后焊制定位钢筋。
3.2.8钢筋笼下放到设计深度后，应立即下放混凝土输送导管，避免导管与钢筋笼碰撞，遇导管下放困难应及时查明原因。导管一般由直径为200-300mm的钢管制作，内壁应光滑并有足够的强度和刚度，管段的接头应密封良好和便于装拆。下放导管的数量应由计算确定，布置时应使各导管的浇注面积相互覆盖，导管的有效作业半径一般为3-4m，导管第一节底管长度应不小于4m。
3.2.9二次清孔：将头部带有1m长管子的气管插入导管内，气管底部与导管底部最小距离2m，压缩空气从气管底部喷出，如能使导管底部在桩孔底部不停的移动，就能全部排除沉渣，对深度不足10m的桩孔，须用空吸泵清渣。灌注混凝土前的孔底沉渣厚度应满足要求。
3.2.10灌注混凝土成桩：配置的混凝土强度等级必须满足设计要求，应具备良好的和易性。开始灌注混凝土时，为使隔水栓顺利排出，导管底部至孔底的距离宜为30-50cm，使导管一次埋入混凝土面下0.8m以上。混凝土必须连续灌注至设计标高，灌注过程中导管埋深宜为2-6m，严禁导管提出混凝土面，应设专人测导管埋深及管内外混凝土液面高差。
4质量控制措施
4.1护筒埋设
护筒即保护好孔口壁，又是钻孔的导向，则护筒的垂直度要保证。为防止跑浆，护筒周围土要夯实，最好粘土封口。在上层土质较差时，将护筒加长至4-6m，提高护壁效果。在松散的杂填土层和流砂层成孔时，加大泥浆比重，增加粘度，以便形成较好的孔壁。
4.2对稳定液要求
一要控制泥浆的比重在1.05-1.10之间，二要粘度在18s-25s，含砂率小于6%，定期测试稳定液的各项技术指标，出现问题及时解决。
4.3孔底沉淤控制
旋挖钻斗的切削，提升上屑的机理与常见回旋钻进的正、反虚幻成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通过钻斗把底原状土切削成条状载入钻头提升出土，后者是通过钻斗把孔底原状土打碎由泥浆循环带出土面。前者底部面缓，钻至设计标高对土的扰动很小，没有聚淤漏斗，所以要加强稳定液的管理，控制固相含量，提高粘度，防止快速沉淀，还要控制终孔前二钻斗的旋挖量。
4.4复测孔深及稳定液比重
为保证灌注桩质量，浇注混凝土前，一要检查孔底泥浆的比重是否小于1.15，否则采取换浆处理；二要检查孔的深度，判断是否有孔壁坍塌现象，若有用旋钻机清孔，达到设计深度后方可安装导管。
4.5对导管的要求
导管在使用前必须作封闭性检查，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，确保首批浇注混凝土的埋管深度。
4．6浇注混凝土的要求
混凝土应连续浇注，中间不得停留。由于桩内混凝土不能振捣，主要靠混凝土的自重压密和混凝土的流动成型，必须控制好配合比、浇注速度以确保混凝土的质量，随时检查混凝土的坍落度。由于混凝土浇筑到顶时残留泥浆会与混凝土混合，则实际桩顶标高应比设计标高高0.5m-1.0m，最后机械破桩头处理。
4.7其它注意事项
4.7.1成孔时如发生斜孔、弯孔、缩孔和坍孔或沿护筒周围冒浆以及地面沉陷等情况，应停止钻进，经采取措施后，方能机械施工。
4.7.2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，也可换用短螺旋钻进，然后再下钻斗捞渣。钻进速度，应根据土层情况、孔径、孔深、钻机负荷以及成孔质量等具体情况确定，在砂砾、砂卵、卵石地层中钻进时，为保护孔壁稳定，可事先向孔内投入适量粘土球，下入孔内的钻头，其底盘进渣口必须装闭合阀板，以防提钻时砂砾石从底部漏落孔内。
4.7.3控制最后一次灌注量，桩顶不得偏低。
5安全环保措施
建立健全安全生产保证体系，设专职安全员，全面落实安全生产制度和规程加强安全生产教育和安全交底工作，进入工地必须正确佩戴安全帽、穿工作服和防滑鞋，戴防护手套。施工现场所用设备、设施、安全装置工具配件以及个人劳动保护用品必须经常检查，确保完好和使用安全。钻机钻进时，孔口人员应集中精力，钻具需要立悬或摆放时，必须牢固垫稳，操作岗位不得离人。随时检查附近地面有无开裂现象，防止机架和护筒发生倾斜和下沉。在危机人身安全设备旁设立醒目警示标志，严禁人员靠近跨越。用电设备应派专人看管，应有良好的接地，接零和漏电保护器，严禁带点作业。非电工不准随意拆卸或修理电器设备，对过路电缆应深埋或架空。搬运钻杆或抬导管、钢筋笼时应由专人统一指挥。成孔后的孔口要设盖，成桩后的孔要及时回填，防止人、物掉入孔内。废弃的稳定液、泥渣等应按环境保护的有关规定处理。
6应用实例
6.1长城窝堡矿井副井井塔工程，基础采用旋挖成孔灌注桩，工程桩桩数87根，桩直径800mm，桩长35m，ZKZ桩长39m。桩基础混凝土为C30。桩端持力层在第8层泥岩上，单桩竖向承载力特征值≥2050KN。
6.2长城窝堡矿井主通风机房工程，基础采用旋挖成孔灌注桩，工程桩桩数70根，桩直径600mm，桩长36m，桩基础混凝土为C30。桩端持力层在第8层泥岩上，单桩竖向承载力特征值≥1600KN。
作者简介：
刘睿（1966-），男，汉族，1992年毕业于辽宁工程技术大学（原阜新矿业学院），现为铁煤集团大强煤矿土建科主任工程师，高级工程师。
关 键 词 旋钻机工艺原理施工流程质量控制安全环保措施
中图分类号： U443.15+4 文献标识码： A 文章编号：
1 工艺原理
旋挖钻成孔施工法，又称钻斗施工法。成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部和侧边，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，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。旋挖钻机成孔施工具有低噪音低振动、扭曲大、成孔速度快、无泥浆循环等优点；缺点是在粘性较大的粘性、淤泥土层中施工，回旋阻力大，钻进效率低，容易糊钻。适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及短螺旋不易钻进的含有部分卵石、碎石的地層。
2 施工准备
2．1技术准备
熟悉施工场地的工程地质和水文地质资料。领会桩基设计图纸和技术要求，编写施工方案，进行技术交底、原材料送检和混凝土配合比申请。了解施工场地及临近区域内的地下障碍物（旧基础、地下工程、管线等）的分布。
2．2机械设备准备
主要包括：旋挖钻机、自卸汽车、吊车、挖掘机、混凝土导管、隔水栓、储料斗等。
2．3现场准备
合理布置施工现场，清理场地内影响施工的障碍物，低洼处用粘土回填，达到“三通一平”，哇好稳定液搅拌池。对进场设备、几句进行安装、调试检查和试运转，确保机械正常工作，配备足够的备件。引好桩位控制线和水平高程的控制点并妥善保护好，施工中应经常复测。
原材料进场待用，根据设计要求加工钢筋笼。正式施工前应试成孔且不少于两个，以便了解场地地层情况并检查所选择的机具设备，施工工艺是否适宜。
3 施工工艺流程和施工方法
3.1施工工艺流程图
3.2施工工艺要点
3.2.1钻孔前施放桩位点，放样后四周设护桩并复测，误差控制在5mm以内。进一步确定是否有障碍物，必须待甲方或监理验收合格后方可进行成孔施工。
3.2.2钻机就位应保持平稳，不发生倾斜、位移，钻头对准孔位后开启电机进行开孔。
3.2.3设置护筒：根据桩位点设置护筒，护筒的内径应大于钻头直径100mm，护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%，护筒与坑壁之间应用粘土填实。施工中，护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。首先正确就位钻机，使其集体垂直度钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头，再用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中。护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重合，并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。护筒的埋设深度：在粘性土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m。护筒应高出地面20～30cm，随即注入稳定液，并应保证孔内稳定液面高于地下水位1m以上。
3.2.4钻机就位：旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。
3.2.5钻进：当钻机就位准确，泥浆制备合格后即开始钻进，钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差应及时进行纠正，而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度，以增加压力，保证护壁的质量。
3.2.6清孔：钻进至设计孔深后，将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需要对孔底虚土进行清理。一般用沉渣处理钻斗（带挡板的钻斗）来排除沉渣，若沉淀时间较长，则应采用水泵进行浊水循环。
3.2.7钢筋笼制作应符合设计要求，钢筋笼存放场地平整，钢筋笼应先进行隐蔽工程验收，验收合格后方能下放，下放时应保持钢筋笼顺直，严禁摆动碰撞孔壁，就位后焊制定位钢筋。
3.2.8钢筋笼下放到设计深度后，应立即下放混凝土输送导管，避免导管与钢筋笼碰撞，遇导管下放困难应及时查明原因。导管一般由直径为200-300mm的钢管制作，内壁应光滑并有足够的强度和刚度，管段的接头应密封良好和便于装拆。下放导管的数量应由计算确定，布置时应使各导管的浇注面积相互覆盖，导管的有效作业半径一般为3-4m，导管第一节底管长度应不小于4m。
3.2.9二次清孔：将头部带有1m长管子的气管插入导管内，气管底部与导管底部最小距离2m，压缩空气从气管底部喷出，如能使导管底部在桩孔底部不停的移动，就能全部排除沉渣，对深度不足10m的桩孔，须用空吸泵清渣。灌注混凝土前的孔底沉渣厚度应满足要求。
3.2.10灌注混凝土成桩：配置的混凝土强度等级必须满足设计要求，应具备良好的和易性。开始灌注混凝土时，为使隔水栓顺利排出，导管底部至孔底的距离宜为30-50cm，使导管一次埋入混凝土面下0.8m以上。混凝土必须连续灌注至设计标高，灌注过程中导管埋深宜为2-6m，严禁导管提出混凝土面，应设专人测导管埋深及管内外混凝土液面高差。
4质量控制措施
4.1护筒埋设
护筒即保护好孔口壁，又是钻孔的导向，则护筒的垂直度要保证。为防止跑浆，护筒周围土要夯实，最好粘土封口。在上层土质较差时，将护筒加长至4-6m，提高护壁效果。在松散的杂填土层和流砂层成孔时，加大泥浆比重，增加粘度，以便形成较好的孔壁。
4.2对稳定液要求
一要控制泥浆的比重在1.05-1.10之间，二要粘度在18s-25s，含砂率小于6%，定期测试稳定液的各项技术指标，出现问题及时解决。
4.3孔底沉淤控制
旋挖钻斗的切削，提升上屑的机理与常见回旋钻进的正、反虚幻成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通过钻斗把底原状土切削成条状载入钻头提升出土，后者是通过钻斗把孔底原状土打碎由泥浆循环带出土面。前者底部面缓，钻至设计标高对土的扰动很小，没有聚淤漏斗，所以要加强稳定液的管理，控制固相含量，提高粘度，防止快速沉淀，还要控制终孔前二钻斗的旋挖量。
4.4复测孔深及稳定液比重
为保证灌注桩质量，浇注混凝土前，一要检查孔底泥浆的比重是否小于1.15，否则采取换浆处理；二要检查孔的深度，判断是否有孔壁坍塌现象，若有用旋钻机清孔，达到设计深度后方可安装导管。
4.5对导管的要求
导管在使用前必须作封闭性检查，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，确保首批浇注混凝土的埋管深度。
4．6浇注混凝土的要求
混凝土应连续浇注，中间不得停留。由于桩内混凝土不能振捣，主要靠混凝土的自重压密和混凝土的流动成型，必须控制好配合比、浇注速度以确保混凝土的质量，随时检查混凝土的坍落度。由于混凝土浇筑到顶时残留泥浆会与混凝土混合，则实际桩顶标高应比设计标高高0.5m-1.0m，最后机械破桩头处理。
4.7其它注意事项
4.7.1成孔时如发生斜孔、弯孔、缩孔和坍孔或沿护筒周围冒浆以及地面沉陷等情况，应停止钻进，经采取措施后，方能机械施工。
4.7.2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，也可换用短螺旋钻进，然后再下钻斗捞渣。钻进速度，应根据土层情况、孔径、孔深、钻机负荷以及成孔质量等具体情况确定，在砂砾、砂卵、卵石地层中钻进时，为保护孔壁稳定，可事先向孔内投入适量粘土球，下入孔内的钻头，其底盘进渣口必须装闭合阀板，以防提钻时砂砾石从底部漏落孔内。
4.7.3控制最后一次灌注量，桩顶不得偏低。
5安全环保措施
建立健全安全生产保证体系，设专职安全员，全面落实安全生产制度和规程加强安全生产教育和安全交底工作，进入工地必须正确佩戴安全帽、穿工作服和防滑鞋，戴防护手套。施工现场所用设备、设施、安全装置工具配件以及个人劳动保护用品必须经常检查，确保完好和使用安全。钻机钻进时，孔口人员应集中精力，钻具需要立悬或摆放时，必须牢固垫稳，操作岗位不得离人。随时检查附近地面有无开裂现象，防止机架和护筒发生倾斜和下沉。在危机人身安全设备旁设立醒目警示标志，严禁人员靠近跨越。用电设备应派专人看管，应有良好的接地，接零和漏电保护器，严禁带点作业。非电工不准随意拆卸或修理电器设备，对过路电缆应深埋或架空。搬运钻杆或抬导管、钢筋笼时应由专人统一指挥。成孔后的孔口要设盖，成桩后的孔要及时回填，防止人、物掉入孔内。废弃的稳定液、泥渣等应按环境保护的有关规定处理。
6应用实例
6.1长城窝堡矿井副井井塔工程，基础采用旋挖成孔灌注桩，工程桩桩数87根，桩直径800mm，桩长35m，ZKZ桩长39m。桩基础混凝土为C30。桩端持力层在第8层泥岩上，单桩竖向承载力特征值≥2050KN。
6.2长城窝堡矿井主通风机房工程，基础采用旋挖成孔灌注桩，工程桩桩数70根，桩直径600mm，桩长36m，桩基础混凝土为C30。桩端持力层在第8层泥岩上，单桩竖向承载力特征值≥1600KN。
作者简介：
刘睿（1966-），男，汉族，1992年毕业于辽宁工程技术大学（原阜新矿业学院），现为铁煤集团大强煤矿土建科主任工程师，高级工程师。