旋挖工艺在砂层中施工方法,以及事故的处理方法.doc

1、 孙晓华(陕西省核工业地质局，陕西西安 710054) 摘要:通过工程实例，论述旋挖工艺在砂层中施工方法，以及事故的处理方法关键词:旋挖工艺;砂层;施工方法; 事故处理在钻孔灌注桩施工中，选用旋挖工艺，是从国外引进的一种先进的施上工艺.采用旋挖工艺成孔，具有效率高，成本低，适应城市环保等特点，很快被广泛应用到生产实践中.特别在黄土层，淤泥层进行桩基础施工，旋挖工艺有较强的优势.一般黄土层都不同程度夹有砂层，在砂层中采用旋挖工艺施工，通常会遇到垮孔，孔内局部坍塌，成孔困难，成孔质量差等缺点.下面以具体施工实例，探讨旋挖工艺在砂层中的施工.1 工程概况受渭南市供电局委托，我公司承担了渭南供电局光明

2、电力集团办公楼桩基工程.该楼设计地下 1 层，地上 21 层，为钢筋碱剪力墙结构.其中桩基施工选用钢筋硅钻孔灌注成桩，成孔施工工艺采用旋挖工艺成孔.设计钻孔灌注桩 290 根，桩径必 800，桩长 32nvn，空桩 I.M，碱等级 C30，钢筋笼配筋通常配筋 .根据工程地质报告，桩长所涉及地层为杂填土，黄土层，中砂层，黄土层，粉砂层，中砂层.砂层共有 5 层，总厚度约 12-14m，最厚 3-5m 且砂层密实度大，砂层含有不均匀分布的钙质结核层地下水属潜水型，水位埋深平均 16 rt。2 工程施工2. 1 施工工艺方案的确定由于该施工场地地质情况，砂层较厚，成孔工艺易选择循环钻进成孔，考虑到业

3、主要求:价格低，施工场地小，城市环保等因素，改用旋挖工艺成孔.2.2 施工准备进入施工现场后，首先进行三通一平，临舍搭建，设备进场，材料进场，技术准备.投人旋挖钻机(日产 KH-125 型)2 台，配备泥浆泵，16 t 汽车吊等大型设备.2.3 施工技术在该场地进行钻孔灌注桩施工，钻进成孔是关键因素.2.3.1 钻头选择旋挖成孔在砂层中，普通钻斗经常会“跑空“ ，捞不来砂子 .选用自制改进的封底钻斗2.3.2 制备优质泥浆为了预防垮孔，提钻，保持孔内干净，需制备优质泥浆.选用优质黄土，膨润土，另加4%碱和.5% 纤维素2.3.3 钻进成孔开孔时，在.一 8m，钻机要轻压慢转渐渐进人正常施工.保

4、证钻斗对准桩位，预防孔斜和桩位偏差.进人正常施工后，要随时向孔内注满泥浆，平衡孔内侧压力遇到回填物，需及时处理.到砂层后，钻机操作要轻提，轻放，不要强行加压.技术人员要随时观察孔内变化，要保持孔内泥浆注满.如果不进尺或钻斗捞不来东西，要及时采取措施：检查钻斗，发现外出刃磨坏，钻斗封闭不严时应马上修理.调配泥浆质量，把含砂量大的泥浆排放掉，及时补充制备好新泥浆.在砂层中随时投人泥球.成孔后，由于砂层厚，孔内沉淀厚，部分孔孔内沉渣超标，用 3PNL 泥浆泵配用导管进行三次清孔，确保检查合格。经过精心组织施工，合理安排施工顺序，历时 56 天，圆满地完成了施工任务.3 施工中遇到了一些问题及施工总结

5、(1)在砂层中施工，旋挖工艺成孔困难，一定要控制好拢浆选择好钻斗形式，才能有效地保持正常施工.当砂层厚度 lm，旋挖工艺成孔要采用有效预防措施，严格按照工艺要求进行施工.(2)由于砂层较厚.施工中泥浆控制不合理，造成成孔孔径部分偏大，硅量局部超灌 .在后期施工中随时控制泥浆好坏.把含砂量大的泥浆排放，及时补足制备好的新泥浆.有效地控制超灌.充盈系数平均在 1. 11-1. 15(3) 9“孔施工中，由于操作不小心，在孔深 28 m 时.发生了埋钻事故 .事故发生原因:当事故到孔深 28m 时 IE 在砂层，由于操作人员第一次钻进时，钻进的砂没有捞上来，第二二次快速放下钻头，并加压钻进，导致事故

6、的发生发生埋钻事故后，马上采用 25t 吊车配合钻机强力起拔.失败后，改用 GPS-2.循环钻机，制作了一个直径 1000 mm 空心钻头，采用掏心的办法，把埋在孔内的钻具打捞上来.(4)砂层施工中易垮孔.在施工中山于各种原因.先后出现 2 次垮孔.首先把垮孔回填，经过一段时间地层稳定后，采用优质泥浆，严格按作业指导书要求施工，都顺利地处理了垮孔事故(5)在砂层中施工，由于孔内沉砂多，孔径不规则，成桩以后，经低应变检测，桩身易局部夹泥，虽然检测全部合格，但影响整体质量通过本次施工，科学地运用施工技术和施工方法，有效地克服了旋挖工艺在砂层中成孔困难，易塌孔，埋钻，孔底沉渣厚，易超灌等缺点，施工取

7、得了成功.一、施工准备 、资料准备（1）开工前应具备场地工程的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）施工现场环境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。研究工程地质情况作好全面的施工准备，施工前对工程的地质情况进行研究是必需的。这对以后施工组织安排和效益预测等有相当帮助

8、。 2、施工机械与设备用的测量仪器，如、经纬仪、水准仪、钢卷尺、旋挖钻机、电焊机等机械设备须有出厂合格证。3、中小型机具的要求（1）搅拌机机体安装坚实平稳、搭有防雨操作棚；各类离合器、制动器、钢丝绳、防护罩必须安全、可靠有效；操作手应持证上岗；必须有良好的单独接地。（2）手持电动工具必须单独安装漏电保护器；防护罩安全有效；外壳必须有接地或接零；橡皮线不准破损。（3）电焊机有可靠的防雨措施；有良好的接地或接零保护；一、二次线接线处应有齐全的防护罩；二次线应使用线鼻子；配线不许乱搭、乱拉，焊把绝缘良好；焊工持证上岗。（4）气瓶各类气瓶有明显的色标和防震圈，不准在露天曝晒；乙炔气和氧气瓶距离应大于

9、5m；乙炔气瓶在使用时必须装回火防止器；皮管应用夹头紧固；操作人员必须持证上岗。4、安装钻具钻具应有一定的刚度，在钻进中或其他操作时，不产生移动和摇晃，钻具的安装应符合生产厂家的标准。施工时可配用短螺旋钻头、回转斗，岩心钻头，岩心回转钻头等各种规格的钻头。施工时，根据不同的土壤、地质条件按下列规定选择不同的钻头：短螺旋钻具，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。岩心螺旋钻头，适用于碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层。岩心回转斗，适用于风化岩层及有裂纹的岩石。钻头规格由用户据实际工程的情况选购选配。5、常用清水施工工艺旋挖钻进成孔工艺：旋挖成孔首先是通过底部带有活门

10、的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。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。以下仅对旋挖干取土成孔法施工工艺进行探讨。（1）清水施工工艺的成孔工艺流程：在成孔过程中不需泥浆护壁，而是钻斗在慢速旋挖过程中自造的泥浆对孔壁起到一定稳定作用，在旋挖钻进过程中，钻斗往返于孔底与地表之间，所形成的孔壁比较粗糙。旋挖钻孔灌注桩的桩土之间的咬合作用较强，能较好地反映出

11、混凝土桩体与黄土及粉质粘土之间的相互作用效应。（2）场地布置原则根据设计要求合理布置施工场地，先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员，将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案；规划行车路线时，使便道与钻孔位置保持一定的距离；以免影响孔壁稳定；施工场地为旱地而且在施工期间地下水位在原地面以下时，将场地平整夯实，清除杂物；场地位于浅水时，采用筑岛后在顶面安置钻机，筑岛顶面高出施工水位 1.0m 左右；钻机底盘不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷；钻机的安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。（3）桩位放样桩位放样，按“

12、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。（4）钻机就位钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。（5）埋设钢护筒（6）在准确放样的前提下埋设护筒，埋设护筒的方法和要求，应符合 JTJ041-89（以下简称规范）的规定。如果钻孔是在陆地上进行的，则一般采用挖坑法，比较简单易行。（7）钢护筒埋设工作是旋挖钻机施工的开端，钢护筒平面位置与垂直度应准确，钢护筒周围和护筒底脚应紧密，不透水。（8）埋设钢护筒时应通过定位的控制桩放样，把钻机钻孔的位置标于孔底。再把钢护筒吊放进孔内，

13、找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒坚直。此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土，要分层夯实，达到最佳密实度。以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落，如果护筒底土层不是粘性土，应挖深或换土，在孔底回填夯实 300-500mm 厚度的粘土后，再安放护筒，以免护筒底口处渗漏塌方，夯填时要防止钢护筒偏斜。护筒上口应绑扎木方对称吊紧，防止下窜。（9）钢护筒的制作及埋设的原则长度 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

14、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1.5-2.0cm，并高出施工地面 0.3cm；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。（10）钻孔施工

15、钻机成孔一般为清水施工工艺，无需泥浆护壁；若有地下水分布，且孔壁不稳定，可制作护壁泥浆或稳定液进行护壁。以下是旋挖钻机钻孔施工的基本操作：清水施工时，将钥匙开关打到电源档，旋挖钻机的显示器显示旋挖钻机标记画面，按任意键进入工作画面。先进行旋挖钻机的钻桅起立桅及调垂，即首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，旋挖钻机的显示器显示桅杆工作画面。从桅杆工作画面中可实时观察到桅杆的 X 轴、Y 轴方向的偏移。操作旋挖钻机的电气手柄将桅杆从运输状态位置起升到工作状态位置，在此过程中，旋挖钻机的控制器通过采集电气手柄及倾角传感器信号，通过数学运算，输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环起立桅控制。实现桅杆平稳同

16、步起立桅。同时采集限位开关信号，对起立桅过程中钻桅左右倾斜角度进行保护。在钻孔作业之前需要对桅杆进行定位设置，一般情况下，做直孔作业，所以需要对桅杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在桅杆相对零位5范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而桅杆超出相对零位5范围时，只能通过显示器上的点动按钮或左操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，操作人员可通过显示器的桅杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使桅杆最终达到作业成孔的设定位置。在施工过程中，有时也需要斜孔作业。操作人员需要通过显示器上的自动定位按钮进行自设定零位，然后再进行相同的调垂操作。清水施工钻孔时通过显

17、示器按钮直接进入主工作界面，然后进行钻孔作业。钻孔时先将钻斗着地，通过显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置，此时，显示器显示钻孔的当前位置的条形柱和数字，操作人员可通过显示器监测钻孔的实际工作位置、每次进尺位置及孔深位置，从而操作钻孔作业。在作业过程中，操作人员可通过主界面的三个虚拟仪表的显示一一动力头压力，加压压力、主卷压力，实时监测液压系统的工作状态。开孔时，以钻斗自重并加压作为钻进动力，一次进尺短条形柱显示当前钻头的钻孔深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，操作回转操作手柄使机器转到土方车的位置，将钻渣装

18、入土方车，完毕后，通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到钻孔作业位置，或通过手动操作回转操作手柄使机器手动回到钻孔作业位置。此工作状态可通过显示器的主界面中的回位标识进行监视。开孔后，以钻头自重并加压作为钻进动力。当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，装入土方车，同时观察监视并记录钻孔地质状况。（11）地质情况记录地质情况记录按相应的地质的相关的表记录；旋挖钻机钻进施工时及时填写钻孔记录表，主要填写内容为：工作项目，钻进深度，钻进速度，及孔底标高；钻孔记录表由专人负责填写，交接班时应有交接记录；根据旋挖钻机钻孔钻进速度的变化和土层取样认真做好地质情况记录，绘制孔桩地质剖面图，每处孔桩必

19、须备有土层地质样品盒，在盒内标明各样品在孔桩所处的位置和取样时间；旋挖钻机孔桩地质剖面图与设计不符时及时报请监理现场确认，由设计单位确定是否进行变更设计；钻孔时要及时清运孔口出渣，避免妨碍钻孔施工、污染环境；钻孔达到预定钻孔深度后，提起钻杆，用测量孔深及虚土厚度（虚土厚度等于钻深与孔深的差值）。（12）成孔检查成孔达到设计标高后，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。成孔检查方法根据孔径的情况来定，当钻孔为干孔时，可用重锤将孔内的虚土夯实，采用直接用测绳及测孔器测，若孔内存在地下水，可采用泵吸反循环抽浆的方法清孔，则采用水下灌注混凝土施工的方法进行钻孔的测孔工作，清孔时合

20、理控制泥浆的粘度与含砂率；经质量检查合格的桩孔，及时灌注混凝土。（13）清孔清孔是钻孔灌注桩施工保证成桩质量的重要一环，通过清孔确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等符合桩孔质量要求，采用正循环回转钻进技术的清孔方法为：桩孔终孔后，将钻具提高 20-50m，采用大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆，并维持正循环 30min 以上，直到清除孔底沉渣且使孔壁泥质、泥浆含砂量小于 4为止。工程桩孔因有较厚的松散易坍土层，清孔后不能立即终孔，而在孔内下入钢筋笼，安装好灌浆导管后施行二次清孔作业，以使砼灌注前孔底沉渣厚度符合要求，保证砼成柱质量。我手头上也有些资料，我看一下能否帮你

21、！之一：钻孔灌注桩由于对各种地质条件的适应性、施工简单易操作且设备投入一般不是很大，因此在各类房屋及民用建筑中都得到了广泛的应用。钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收。施工中的任何一个环节出现问题，都将直接影响整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大经济损失和不良社会影响。必须防治在钻孔过程中及水下混凝土灌注过程中经常出现的施工质量问题，保质、保量地完成桩基施工任务。 一、钻孔过程中出现的施工质量问题及防治措施1、护筒冒水护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉，护筒倾斜和移位，造成钻孔偏斜，甚至无法施工。造成原因：埋设护筒的周围土不密实，或护筒水位差

22、太大，或钻头起落时碰撞。防治措施：在埋筒时，坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实。在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持 1.0-1.5m 的水头高度。钻头起落时，应防止碰撞护筒。发现护筒冒水时，应立即停止钻孔，用粘土在四周填实加固，若护筒严重下沉或移位时，则应重新安装护筒。2、孔壁坍陷钻进过程中，如发现排出的泥浆中不断出现气泡，或泥浆突然漏失，则表示有孔壁坍陷迹象。造成原因：孔壁坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。防治措施：在松散易坍的土层中，适当埋深护筒，用粘土密实

23、填封护筒四周，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度，保持护筒内泥浆水位高于地下水位。搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。成孔后，待灌时间一般不应大于 3 小时，并控制混凝土的灌注时间，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。3、缩颈缩颈即孔径小于设计孔径。造成原因：塑性土膨胀。防治措施：采用优质泥浆，降低失水量。成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，在成孔一段时间内，孔壁形成泥皮，则孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀。或在导正器外侧焊接一定数量的合金刀片，在钻进或起钻时起到扫孔作用。如出现缩颈，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径

24、。4、钻孔偏斜成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。造成原因：钻机安装就位稳定性差，作业时钻机安装不稳或钻杆弯曲所致；地面软弱或软硬不均匀；土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形。防治措施：先将场地夯实平整，轨道枕木宜均匀着地；安装钻机时要求转盘中心与钻架上起吊滑轮在同一轴线，钻杆位置偏差不大于 20cm。在不均匀地层中钻孔时，采用自重大、钻杆刚度大的钻机。进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，钻速要打慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。钻孔偏斜时，可提起钻头，上下反复扫钻几次，以便削去硬土，如纠正无效，应于孔中局部回填粘土至偏孔处 0.5m 以上，重新钻进。5、桩底沉

25、渣量过多造成原因：清孔不干净或未进行二次清孔；泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起；钢筋笼吊放过程中，未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底；清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。防治措施：成孔后，钻头提高孔底 10-20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30 分钟。采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不要用清水进行置换。钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。可采用钢筋笼冷压接头工艺加快对接钢筋笼速度，减少空孔时间，从而减少沉渣。下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，直至孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求。开始灌注混凝

26、土时，导管底部至孔底的距离宜为 30-40mm，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下 1.0m 以上，以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣，达到清除孔底沉渣的目的。二、水下混凝土灌注过程中出现的施工质量问题及防治措施1、卡管水中灌注混凝土过程中，无法继续进行的现象。造成原因：初灌时，隔水栓堵管；混凝土和易性、流动性差造成离析；混凝土中粗骨料粒径过大；各种机械故障引起混凝土浇筑不连续，在导管中停留时间过长而卡管；导管进水造成混凝土离析等。防治措施：使用的隔水栓直径应与导管内径相配，同时具有良好的隔水性能，保证顺利排出。在混凝土灌注时，应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必须具备良好的和易性，配合比应通过实验室确定，坍落度宜为 18-22cm，粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的 1/4，且应小于 40mm。为改善混凝土的和易性和缓凝，水下混凝土宜掺外加剂。应确保导管连接部位的密封性，导管使用前应试拼装、试压，试水压力为 0.6-1.0MPa，以避免导管进水。在混凝土浇筑过程中，混凝土应缓缓倒入漏斗的导管，避免在导管内形成高压气塞。在施工过程中，应时刻监控机械设备，确保