1、1机械旋挖灌注桩与人工挖孔灌注桩的比较及其应用摘要：通过对机械旋挖灌注桩与人工挖孔灌注桩的经济比较及机械旋挖灌注桩应用的阐述，验证机械旋挖灌注桩既能节约工程造价，又能缩短工期，值得推广。 关键词：人工挖孔灌注桩；机械旋挖灌注桩；机械旋挖灌注桩的应用 中图分类号：U443.15+4 文献标识码： A 工程概况： 新站房建设场地位置有过两次拆建，地下有许多旧有桩基，同时调查当地同地质条件的桩基础成孔形式，原设计采用人工挖孔灌注桩。 新建沈阳至丹东铁路客运专线本溪站工程位于既有本溪站站址。位于本溪市市中心，周边为繁华的商业区域。层数为地上三层，地下一层，建筑面积：14686.31m2,设计标高0.0
2、00 绝对标高为 115.472m，本工程勘察揭露地下水为潜水，水量较大，主要由生活用水及降雨补给，勘察期间测量上层潜水埋深 1.802.40 米。 勘察结论和建议：根据设计方案和地层结构，拟建站房可采用灌注桩，建议以第层碎石层、1 层页岩（强风化）做为桩的桩端持力层；对成桩达到设计桩长而桩端未进入1 层页岩（强风化）时，建议设计方将摩擦端承桩改为摩擦桩。建议桩基设计完成后进行现场的试桩试验。 2采用人工挖孔灌注桩工艺时，对各层地基土的极限侧阻力标准值(qsik)和极限端阻力标准值(qpk)的建议如下表。 灌注桩设计参数表 工法 层号 填土 粉质 黏土 1 粉质 黏土 粉质 黏土 1 黏土 中
3、砂 碎石 页岩 （全风化） 1 页岩 （强风化） 人工挖孔灌注桩 qsik（kpa） 20 30 25 30 20 50 110 70 110 qpk（kpa） 2500 1000 1400 3人工挖孔桩设计： 人工挖孔扩底灌注桩，桩径 1200mm，扩大头直径 1600mm,单桩竖向承载力特征值 2500KN，桩长约 10.5m，桩端持力层为第五碎石页岩，桩端进入持力层深度不小于 1200mm。总桩数 168 根，桩混凝土 C30,钢筋HPB300、HRB400 本项目如采用人工挖孔桩，施工工期至少需两个月。 为保证本溪站房 2013 年 10 月份投入使用，减少旅客冬季在临时过渡站房过渡时
4、间，通过认真比选并结合前期站房地下部分围护桩施工情况，认为采用旋挖转成孔比人工挖孔能够节省约一个月的时间，既保证了工期又满足了站房工程经济、安全的要求，同时要求施工单位通过实际挖验确定了障碍桩的数量和位置，之后与设计院联系确认可以通过增大桩径以减少桩数和调整桩位的方法来躲避地下的障碍物。因此建议本溪站房基础采用旋挖转成孔灌注桩。 机械旋挖灌注桩设计： 桩基参数确定主要依据建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008）规范中表 5.3.5-1、2，按各层地基土的物理力学性指标，提出钻孔灌注桩的极限侧力标准值(qsik)和极限端阻力标准值(qpk)见下表 灌注桩设计参数表表 1 工法 层号 填土 粉质
5、 黏土 1 4粉质 黏土 粉质 黏土 1 黏土 中砂 碎石 页岩 （全风化） 1 页岩 （强风化） 泥浆护壁钻孔灌注桩 qsik（kpa） 20 30 25 30 20 50 110 70 110 qpk（kpa） 1400 600 1100 机械旋挖灌注桩单桩承载力特征值的计算表 2 钻孔编号 Z002 孔顶标高 112.98 土层编号 岩土名称 层顶深度 层顶标高 土层厚度 1 素填土 0.00 112.98 1.90 2 粉质粘土 1.90 111.08 1.40 2a 粉质粘土 3.30 109.68 1.50 3 粉质粘土 4.80 108.18 2.70 4 中砂 7.50 105
6、.48 0.10 5 卵石 7.60 105.38 7.40 515.00 97.98 桩顶标高 113.022 桩长(M) 15.00 室内外高差 0.15 0.00 绝对标高 115.472 以孔 2 为例（见上表）单桩竖向承载力特征值 Ra 确定 Ra=qpaAP+upqsiali GB50007-2002(8.5.5-1) 对于 800 的桩：AP=R2=0.42=0.50265（m2） up=D=0.8=2.5133（m） 根据表 1 表 2 土层分布与特性： 单桩竖向承载力为： Ra=0.502651400+2.5133(1.920+1.430+1.525+2.730+0.150+
7、7.4110)=703.71+2557.28=3260(KN) 桩身强度验算 桩轴心受压时：QApfcc GB50007-2002(8.5.9) 选用 C30 混凝土：fc=14.3N/mm2 c=0.7 6AP=0.50265 m2 Apfcc=0.5026510614.30.7=5.031106(N)=5031(KN)Q 满足要求 为确定单桩竖向承载力特征值，现场采用旋挖钻做三根试验桩，桩长 10.7m。经检测 S-1:Ra=2500KN; S-2:Ra=3000KN; S-3:Ra=3000KN。 静载荷试验结果表明，单桩竖向抗压承载力特征值为 2800 KN 结合理论计算及现场试验检测
8、结果，确定机械旋挖灌注桩（桩径800mm）, 单桩竖向承载力特征值 2500KN 设计桩长不小于 10.5m,桩端持力层为第 5 层碎石，桩端进入持力层深度不小于 1200mm。 总桩数 179 根，桩混凝土 C30,钢筋 HPB300、HRB400 人工挖孔桩与机械旋挖灌注桩经济比较（桩形式改变对上部承台及筏板尺寸影响不大） 类别桩形式 桩数量 混凝土量 （m3） 钢筋数量 (t) 总 价 (元) 人工（扩孔） 挖孔桩 168 2658.5 98.33 4033366.61 767.7（护壁） 17.96（护壁） 机械旋挖灌注桩 179 1123.2 72.9 3017719.32 7机械旋
9、挖灌注桩的应用 旋挖钻机是近几年来钻孔灌注桩施工中较先进的一种施工方法，其高效、环保、效益高的特点，适用于工期紧、工程量大、地质条件较好的工程。 2 钻孔设备简介 2.1 钻孔设备选择 由于本工程工期紧、质量标准高、环保要求严，为保质保量按期完成，必须采用具有成孔速度快、施工效率高、施工质量好、移动灵活方便、不使用循环泥浆、产生废浆少、对环境污染小等优点的较为先进的钻孔设备，传统的旋转或冲击钻机很难满足本工程的需要，而旋挖钻机恰好符合这个要求。本工程共投入了 2 台旋挖钻机，为湖南山河智能机械有限公司研制的 SWDM22 型钻机。 2.2 旋挖钻机成桩原理 在钻杆的扭矩作用和加压系统的合力作用
10、下使带有活门的桶式钻斗旋转进尺，在钻斗旋转过程中旋起的钻渣从钻斗下方的底口进入钻斗内，当钻斗内装满钻渣时，扭矩反力显著加大，并通过操作室内传感装置反映出来。随后在机组人员操作下，使钻杆反向旋转，由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土。如此循环反复，不断取土、卸土，直钻至设计深度。 2.3 旋挖钻机施工特点 机械化程度高 旋挖钻机集机、电、液于一体，操作灵活方便，机械自动化程度高，8施工现场可自行移动，自立桅杆，孔位对中方便，施工中采用的伸缩钻杆节省了人力和辅助时间，工效大增。另外，自身有起吊功能，在无吊车时，能自行完成钢筋笼吊装就位、吊接导管；施工后，又可将护筒及时拔出倒用。 钻进速度高
11、 由于钻头直接从孔内提取岩土故成孔速度快，在土层和砂层的钻进速度可达 6m/h，在岩层可达 0.51.5m/h，钻孔速度比普通回转钻机快几倍。 成孔质量好 旋挖钻施工中采用人工造浆护壁，泥浆性能好，成孔后孔底沉渣少，对桩底质量控制有保证；旋挖钻孔对地层扰动小，所生成的孔壁泥皮薄，生成的孔壁相对于回转钻机施工生成的孔壁相对要粗糙，有利于保证设计桩基承载力。 环境污染小 旋挖钻孔施工中不需要进行泥浆循环，所掏出的土层利于整体堆放外运，施工现场整洁，浆体可以循环利用，施工产生的噪音低，对环境污染小。 3 旋挖钻孔施工工艺 3.1 施工场地布置 施工场地根据现场地形情况进行合理安排，平整场地，修筑施工
12、便道，水、电运输及机械设备材料要到位，泥浆排放、钻渣外运也要进行布置安排，必须全面满足施工要求。 93.2 钻机就位、护筒埋设 旋挖钻机底座场地应平整、夯实，确保在钻进过程中钻机不产生基础沉陷。钻机为自行式，就位方便。护筒埋设主要由人工、机械配合完成，利用旋挖钻机的动力头把护筒压入地面，护筒由厚度 16mm 钢板制成，护筒直径比桩基孔径大 150mm，每节护筒长度 4.0m。护筒顶至少高出地面 30cm，同时要满足比地下水高出 2m 的要求，以保证水头压力，并防止杂物、泥水流入孔内。 3.3 泥浆制备 制备泥浆是旋挖钻机能否成孔的关键，也是影响钻孔进度和桩基质量的关键。旋挖钻机钻孔速度快，钻孔
13、过程中采用静浆护壁，所以普通粘土制备的泥浆不能满足护壁要求。选用优质膨润土，加入纯碱等配制出高质量的复合泥浆，这种泥浆颗粒悬浮均匀、沉淀少、性能稳定，能满足钻孔要求。泥浆由拌浆机搅拌后存于泥浆池内，钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆，维持护筒内应有的水头，防止孔壁坍塌。为了回收泥浆原料和减少环境污染，现场设置泥浆循环净化系统，在钻孔结束和灌注混凝土时，将泥浆排水固定的泥浆池中，循环净化后可重复利用。 泥浆制备应注意两个方面：一是泥浆的指标问题，其比重一般应控制在 1.11.2 之间，粘度控制在 1822s，砂率控制在 2%以内。二是补浆的速度，泥浆补充一般采用泵送方式，其速度以保证
14、液面始终在护筒面以上为标准。 3.4 钻孔施工 10钻斗中心与桩位中心对正后，调整钻杆垂直度，将钻杆走行臂位置锁定，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部，保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆护壁，反复循环直至成孔。 钻进过程中配备专人清理钻头四周夹带的泥块，确保钻头下入孔底有泥浆通道使下钻顺利。由于钻孔速度快，为确保孔壁稳定不出现坍塌，由专人对地质情况进行复查并经常进行泥浆指标的测定，及时调整泥浆性能。 在开始钻进或穿
15、过软硬层交界处时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的 20%，以保证孔位不产生偏差。在钻孔过程中，应根据具体情况对钻杆进行竖直度检测，防止钻杆因不可控制因素而变动，影响成孔质量。 根据不同的地层选配不同的钻头钻进，在粘性土层选用长钻筒，在砂、卵石含量较高的地层可选用短钻筒，控制泥浆质量和钻速，对于含孤石、漂石和较硬岩石地层时，换用长、短螺旋钻头进行处理，松动后换钻筒继续钻进。 3.5 清孔 当钻进至设计高程时，终止钻进，钻头空转无进尺掏渣，同时向孔内注入经过泥浆分离器处理过的泥浆，换出孔底沉碴及浓度较大的泥浆，直至泥浆各项指标、孔底沉渣等符合设计及规范、验标的要求为止，严
