旋挖钻成孔掏渣筒沉渣处理施工工艺

1 前言

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，广泛用于市政建设、铁路、公路桥梁、高层建筑等地基工程施工。配合不同钻具，适应于干式（短螺旋），或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能等特点。旋挖钻机适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围广，基本可满足桥梁建设、高层建筑地基等工程的使用。目前，旋挖钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。

由于旋挖钻机如钻筒底部的钻头齿块高度为18cm，成孔的桩底沉渣厚度约为18cm。成渝客运专线设计要求桥梁钻孔桩桩底沉渣厚度不大于5cm ,如果不对旋挖钻成孔的桩底沉渣进一步清理，势必导致桩底沉渣厚度远远超过设计要求。我们根据旋挖机的工作原理，设计出与之配套的旋挖钻掏渣筒，有效地解决了钻孔桩旋挖钻沉渣厚度远远超过设计要求的难题，保证了钻孔桩孔底沉渣厚度满足设计要求，确保了桩基施工的质量。

2 工艺特点

（1）旋挖钻机钻孔具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保等优点。

（2）掏渣筒结构简单，制作成本低。 （3）掏渣过程操作简便。 （4）掏渣效率高。 （5）掏渣效果好。

3 试验工点及适用范围

本工艺试验工点为梅江河双线特大桥45#墩1号桩基。钻孔桩旋挖钻掏渣筒适用于粘性土、砂类土及碎石类土及软弱岩层中的旋转钻成孔后的沉渣处理，钻孔桩孔底有水、无水掏渣后沉渣厚度均能满足设计要求。

4 施工原理

旋挖钻机成孔原理：旋挖机钻杆带动钻头正旋转旋挖，把桩基的土卷入钻筒中，逆旋转把钻筒底部的封板盖住，逐步提升钻杆，把钻筒中的土带出孔外以成孔。掏渣筒根据旋挖钻机钻筒装土原理进行设计，考虑到旋挖机钻头齿块高度过高，无法满足沉渣要求，故设计掏渣筒时底部进渣刀口与掏渣筒底面齐平，很好地解决了旋挖钻机成孔后沉渣厚度过大的难题。

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5 施工工艺

5.1 施工工艺流程

旋挖钻机配备掏渣筒钻孔施工工艺流程见图1。 施工准备 桩位放样 埋设护筒 钻机就位 流出渣液 旋挖成孔 桩孔验收 掏渣筒清孔 吊放钢筋笼 安装导管 灌注水下砼 拆除导管、护筒 制作掏渣筒 制作钢筋笼 预拼导管、试压 渣液沉淀池 制作护筒 图1 旋挖钻机配备掏渣筒钻孔施工工艺流程图

5.2 工艺步骤 5.2.1 施工准备

一、资料准备

1）开工前应具备场地工程地质资料和必要的水文地质资料，桩基工程施工图及图纸会审纪要。

2）场地和邻近区域内的地下管线（管道、电缆）、地下构筑物、危险建筑、精密仪器车间等的调查资料。

3）主要施工机械及其配套设备的技术性能资料，所需材料的检验和配合比试验，对所需的材料必需作材料的物理性能试验，并委托有资历的试验室根据所用的原材料作好混凝土的配合比试验。

4）具有有效的桩基工程的施工组织设计或施工方案，有关载荷、施工工艺的试验参考资料。

二、场地准备

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1）平整场地（陆地）：陆地场地平整时需压实钻机施工范围。做到“三通一平”，并做好排水设施的设置。

2）围堰筑岛（浅水）：浅水区旋挖钻孔施工一般采用围堰筑岛法。具体可分以下两种情况：

①浅水流速不大，可直接采用袋装土维护外围，用土筑岛。筑岛材料应用透水性不好、易于压实的粘土，且不应含有影响岛体受力的块体。岛面及地基承载力应满足设计要求。岛面标高宜高出施工水位2.0m以上。临水面坡度一般采用1:1.75～1:3。另外，坡面、坡脚应采取必要的防范措施。

②浅水流速较大，需用草袋填芯围堰筑岛。

3）平台施工（深水）：深水施工旋转钻孔桩可采用钢管桩施工平台、双壁钢围堰平台等固定方式，也可采用浮式施工平台。平台须牢靠、稳定，能承受工作时所有静、动荷载。 5.2.2 桩位放样

桩位放样，按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，进行钻孔的标高放样时，应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。

5.2.3 护筒制作、埋设

长度4m以内的钢护筒，采用厚4～6mm的钢板制作，长度大于4m的钢护筒，采用厚6～8mm钢板制作；钢护筒埋置较深时，采用多节钢护筒连接使用，连接形式采用焊接，焊接时保证接头圆顺，同时满足刚度、强度及防漏的要求；钢护筒的内径应大于钻头直径，具体尺寸按设计要求选用；钢护筒埋设深度应满足设计及有关规范要求。若桩孔在河流中，应将钢护筒埋置至较坚硬密实的土层中深0.5m以上；钢护筒顶高出施工水位或地下水位1.5～2.0m，并高出施工地面0.3m；钢护筒埋设前，先准确测量放样，保证钢护筒顶面位置偏差不大于5cm，埋设中保证钢护筒斜度不大于1%；埋设钢护筒前，采用较大口径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后，提出钻斗且用钻斗将钢护筒压入到预定位置。用粗颗粒土回填护筒外侧周围，回填密实。 5.2.4 钻机就位

待测量定位和护筒埋设完成后，平移钻机到桩位上方，调整钻机立架使之垂直，然后调整钻机的钻头中心对准桩基平面中心点，完成钻机就位。 5.2.5 旋挖成孔

对粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进工艺，无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层，或有地下水分布，孔壁不稳定，必须采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。

旋挖钻成孔首先是通过底部带有活门的筒式钻头正旋转旋挖破碎岩土，并直接将其装入钻筒中，然后逆旋转把钻筒底部的封板盖住，逐步提升钻杆，把钻筒中的土带出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。

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5.2.6 桩孔验收

钻孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。

5.2.7 制作掏渣筒、掏渣筒清孔

一、制作掏渣筒

掏渣筒（见图2），以钢筒为主体，采用壁厚10mm钢板加工制作。外直径1200mm（适用于直径1250mm的桩基，其他直径的桩基相应增减钢管外直径即可），高度1m。采用厚度为20mm、10mm的钢板做钢护筒上部连接、加强及钢管下部底板。进渣口为1/8圆周的扇形进渣口，刀口高度40mm（即掏渣筒底板距离钢管底为40mm），刀口方向设置为正旋转进料，扇形进渣刀口的另一侧焊接一块高20cm的钢板挡块。在掏渣筒底板上钻φ40mm的眼孔，以利于捞渣筒提升过程中快速排水，上铺设一层眼孔为φ3mm铁丝网。

图2 旋挖钻机配备掏渣筒照片

二、掏渣筒清孔

清孔是钻孔桩施工中保证成桩质量的重要环节，通过清孔确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量等符合桩孔质量要求。采用掏渣筒的清孔方法为：桩孔终孔后，将旋挖钻机的筒式钻头移至孔外并卸下，在旋挖钻机钻杆上安装上自制的掏渣筒，将掏渣筒放至孔底后正旋转，钻杆一边旋转一边向下施压移动，旋转20～30圈后停止旋转，提升钻杆将掏渣筒提出桩孔后卸渣。如发现掏渣筒内钻渣较多，须进行下一次清孔直至将桩孔底部钻渣清理彻底，以确保钻孔桩孔底沉渣厚度符合要求。 5.2.8 钢筋笼制作、吊放

一、钢筋笼制作

钢筋笼在钢筋场分节制作，长度根据定尺钢筋长度及钢筋笼长度确定。保证接头按25%错开。同一根钢筋两个接头错开200cm以上。如设计有声测管要预埋声测管，用平车运至桩位。

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二、吊放钢筋笼

吊放钢筋笼，确保骨架垂直缓慢下放，控制好钢筋笼顶标高，用两根钢筋固定在正确的标高位置上，保证钢筋骨架不下沉不上浮。 5.2.9 安装导管

一、导管在使用前检验好水密性试验，不合格的接头不准使用。保证导管在填充水下混凝土中不漏水，不漏浆，确保桩的质量。

二、根据孔深配制好相应的导管节数，保证安装时一次性到位。 三、下放导管时，位置保证正确，卡口旋紧。

四、导管底与孔底保证有30～40cm的空间，防止导管进入沉渣中，混凝土无法涌出管外。另避免离孔底太高，使第一斗灌注混凝土无法埋住导管口或导管埋深太少，泥浆重新涌入导管内形成夹泥，影响成桩质量。 5.2.10 灌注水下砼

一、钻孔灌注桩混凝土由混凝土拌合站集中拌和，由混凝土罐车运输到施工现场，坍落度宜控制在16cm～22cm。

二、浇混凝土前，隔水塞在导管一定高度内设置好，由初灌量计算确定，初灌量确定原则：当导管离孔底30～40cm时，保证第一次混凝土下料使导管埋入混凝土中1m以上。

三、斗内灌满混凝土，剪断铁丝，混凝土连续灌注。用测绳测得导管埋深为6m，拆导管二节并保证拆导管后，导管在混凝土内埋深＞1m，再浇混凝土。注意控制导管埋深不宜过大，控制在4～6m之间，过深导管无法拔出导致埋管形成断桩。

四、导管埋深必须保证最少有2m，防止操作中稍有失误，导管提升过高、过快，出现导管埋深过小或拔空，涌入泥浆，形成断桩、夹泥的质量事故。

五、混凝土顶标高比设计桩顶标高出1米，确保设计桩顶以上0.5m内混凝土质量符合设计要求。

5.2.11 拆除导管、护筒

当混凝土灌注完成后，用一台吊车吊装拆卸导管和护筒。

6 机械设备

旋挖钻机配备掏渣筒钻孔施工机械配备见表1。

表1 机械设备配置表 序号 1 2 3 4 5

机械设备名称 旋转钻机 掏渣筒(自制) 吊车 装载机 电焊机 台/套数 1 1 1 1 2 5

备注 每台钻机同直径钻头配置1个掏渣筒 序号 6 机械设备名称 混凝土罐车 台/套数 2 备注 7 劳动力组织

旋挖钻机配备掏渣筒钻孔施工人员配置见表2。

表2 施工人员配置表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 岗位名称 管理人员 旋转钻司机 吊车司机 装载机司机 修理工 钢筋工 电焊工 电 工 混凝土工 混凝土罐车司机 人数 6 1 1 1 2 4 2 1 4 2 备注 包含：机电工程师、安全工程师、质量工程师、测量工程师、试验工程师、领工员各1名。 8 质量控制措施

（1）每道工序必须请监理验收合格后再进行下道工序施工。 （2）确保钻孔垂直，钻头带导向，孔底减压钻进。 （3）采用掏渣筒清渣,确保孔底沉渣厚度不大于5cm。

（4）混凝土严格控制坍落度及发料时间，确保混凝土连续下料。 （5）防止断桩、夹泥，备足第一斗封底混凝土。

（6）现场施工记录确保正确，每根桩均报现场监理工程师予以验收签字。 （7）为防止塌孔发生，钻孔采用梅花形间隔法（对角线）施工。 （8）若下雨浇注混凝土，斗上设防雨棚，防止雨水进入混凝土内。 （9）钻孔成孔的质量标准见表3。

表3 钻孔成孔的质量标准 项目 孔的中心位置（mm） 群桩：100；单排桩：50 孔径（mm） 倾斜度 孔 深

允许偏差 不小于设计桩径 小于1% 摩擦桩：不小于设计规定。支承桩：比设计深度超深不小于50mm 6

项目 沉渣厚度（mm） 清孔后泥浆指标 设计要求不大于50mm 允许偏差 相对密度：1.03～1.10；粘度：17～20Pa.s；含砂率：＜2%；胶体率：＞98% 9 安全管理及环境保护

（1）施工人员进入施工现场必须佩戴安全帽，工人水上作业时要穿救生衣。 （2）非工作人员不得进入施工区域，以防发生人身安全事故。 （3）注意机电安全，非专业人员不得随意接触、使用机电设备。

（4）混凝土灌注过程中排出的泥浆及灌注完毕后清洗管道、机械的废水要通过引流到沉淀池集中沉淀处理，不得随地排放或引入河流，以免造成环境污染。

（5）废弃的钻渣、混凝土等要集中处理，不得随地丢弃。

10 效益分析

旋挖钻机钻孔，配备自制掏渣筒清孔后具有施工质量可靠、适应性强、掏渣速度快、掏渣效率高、掏渣彻底、环保等优点。

得到了成渝公司及北京铁城监理公司的认可和好评，有意在成渝客运专线全线进行推广应用，取得了良好的社会效益。

11 掏渣试验及工程实例

11.1 掏渣试验

为了检验掏渣筒掏渣效果，在梅江河双线特大桥45号墩旁选一块地质较硬场地进行掏渣试验。

一、干钻试验

先做干掏试验，用旋挖机挖一个1.5米深孔，成孔后沉渣厚度如图3。再把旋挖机主杆套上掏渣筒进行掏渣，掏渣筒进渣如图4。

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图3 成孔后沉渣厚度照片

图4 掏渣筒进渣照片

二、水下掏渣试验

往孔内把掏出来的沉渣全部倒入孔内，再往孔内加水，模拟有水桩基掏渣试验。如图5、6。

图5 掏渣照片

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图6 掏渣情况照片

三、试验结论

通过做无水和有水掏渣试验后结果可以看到，在无水情况下，沉渣厚度为3cm左右；在有水情况下，沉渣厚度为4cm左右，根据试验结果可以看到，无论在有水还是无水的情况下，沉渣厚度均小于5cm，满足设计要求。 11.2 工程实例

在成渝客运专线CYSG-5标管段内梅江河双线特大桥59号墩2号桩进行了现场应用。情况如图7、8、9。

图7 掏渣前沉渣厚度对比（沉渣厚度12cm）

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图8 掏渣筒准备掏渣

图9 掏渣筒掏渣清孔后沉渣厚度对比（3cm）

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