ZRT系列全回转钻机钻孔灌注桩施工工法

    近年来，为适应我国经济发展水平，满足大口径灌注桩基础施工及土木建筑市场发展的需求，桩基施工设备的先进性与施工工艺的科学性是提高桩基行业成桩效率及质量的根本保障。全回转钻机复杂地层与特殊环境灌注桩施工工法在房建桩基建设、高铁高架桥墩承台桩基建设等不同领域的施工卓有成效，完成了许多典型项目施工，体现出其独有的技术优势及经济效益，具有良好的推广应用前景。

全回转钻机钻孔灌注桩主要是利用ZRT全回转钻机的回转装置驱动钢套管进行360°回转、压入引拔装置驱动钢套管进行下压起拔动作，支腿调平装置保证钻机水平及钢套管垂直精度。施工时边回转边下压，同时利用冲抓斗、多头抓爪或旋挖钻机等进行钢套管内部取土作业，大大减小钢套管回转下压动作时的摩擦阻力，重复回转压入和取土作业工序直至套管下压到设计标高为止。成孔完毕后进行孔位中心标点校核及孔深测定，并确认桩端持力层，然后清除沉渣。清孔后将钢筋笼吊入，接着将导管竖立在钻孔中心进行混凝土灌注，边灌注边根据灌注深度及时逐节拔出钢套管及灌注导管，最后成桩。

     全回转钻机钻孔灌注桩施工与传统泥浆护壁的钻、冲击成孔或其他作业法的灌注桩施工相比具有以下优点：① 低噪音，低振动，安全性高；② 成孔过程中全程钢套管护壁，避免塌孔缩颈等施工事故，可靠近既有建筑物施工；③ 不使用泥浆，避免泥浆进入混凝土的可能性，成桩质量高，同时作业面干净，环保性好，适合于市区内施工；④ 成孔直径标准，充盈系数小，同时成孔垂直度便于掌握，垂直精度高；⑤ 配合冲抓斗和旋挖钻机作业，可在各种土层、岩层施工，钻进时能直观判别地层及岩石特性；⑥ 依靠ZRT全回转钻机自身强大的扭矩及下压力，施工速度快，钻进深度大。

4.1 适用施工环境

4.1.1 复杂地层包含但不限于：软弱地层、坚硬深厚卵石层、砾石层，流砂淤泥等强缩颈层、桩位下方存有高承压水层、喀斯特地层、设计桩位下方存在废桩、建筑垃圾等障碍物地层。

4.1.2 特殊施工地点：桩位中心紧贴地下建筑物周边或施工地点附近存有对位移敏感的构筑物。4.1.3 桩径范围：适用于直径0.8m至3.2m的不同桩径桩基施工。   

4.2 主要机具设备

4.2.1 测量设备：全站仪、经纬仪等。

4.2.2 机械设备：ZRT全回转钻机含动力站、履带吊车、挖掘机、运输车、冲抓斗（旋挖钻机）、重锤、套管、导管、电焊机、灌注斗、筒式取水器等。

4.2.3 检测设备：试块模、坍落度计、孔径检测仪、孔深检测器具等。

5.1 施工流程

ZRT全回转钻机钻孔灌注桩施工流程图

5.2 施工要点
5.2.1 全回转钻机就位对中
采用全站仪测放桩位中心，利用十字定心法将基板吊至桩位并实现桩位中心点与基板中心点对中，随后吊放全回转钻机移动至基板定位槽中，实现钻机对中，于钻机顶部平台设立十字线，校核该中心点是否与桩位中心点重合，如出现偏差，起吊做纠偏处理。

5.2.2 压入第一节套管第一节套管的施工效果是影响桩基垂直度的主要因素。下压过程中从X及Y两个轴线方向，利用测锤配合经纬仪（全站仪）检测套管垂直度，如若出现轻微偏斜现象，可通过调整全套管全回转钻机支腿油缸来确保套管垂直（调整后必须用经纬仪进行检测）；当偏斜现象过于严重时，需将套管起拔至上步套管垂直处，进行基坑内回填后重新下放。

     5.2.3 取土成孔，套管跟进

     先压入带高强度合金刀头的第一节套管， 压入深度约3米后，采用冲抓斗从套管内部取土，一边取土一边下压套管。特殊地层取土成孔的工序作业可视不同的具体地层采用相应方法进行施工：

   I 在地表软弱、流砂层中的成孔方法

      地表软弱地层应设置大型全回转钻机工作台并硬化工作面，流砂层属易塌孔缩颈地层，此时取土工序要求取土面要始终高于套管底口且深度不小于2.5米，同时穿越流砂地层施工时，需运用反复上下运动方法进行套管压入，防止始终下压动作造成流砂相对套管产生压密现象。

      II 在漂卵石层中的成孔方法

      在漂卵石层中采用边挖掘边跟进套管的方法，可超前取土400mm左右，体型较小漂石（300mm左右）可采用冲抓斗将漂石抓出，遇到体型较大漂石时，可用楔形锤顺着套管小心冲击，把漂石拨到钻孔中心后抓出，也可用重锤将其击碎后再抓出，当遇到大于桩径的漂石时，可重锤冲击、钻挖钻机取芯、人工爆破等方式予以清除。

      II 在硬岩层中的成孔方法

       在硬岩层中成孔时，需采用超挖法进行套管跟进。超挖施工即挖掘深度大于套管下放深度，超挖施工可利用重锤配合冲抓斗进行，同时也可以利用旋挖钻机截齿或牙轮钻头进行取芯超挖。

 IV 在溶洞（喀斯特）地层中的成孔方法

       遇到溶洞（喀斯特）地层时，需放慢全套管全回转钻机套管回转下压施工，利用设备自身良好的垂直度调节性能及钻速、钻压与扭矩的自动控制性能，仔细认真的完成穿过溶洞的钻进任务。（根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况，按照先短后长，先易后难，先外后内的原则确定各桩施工顺序）

  V 在含水层中的成孔方法

        当遇到含水层时，应将套管先下压至相对隔水层，再进行冲抓作业，如果孔内含水量较大时，则需要采用筒式取水器辅助排水。

5.2.4 吊放钢筋笼

成孔达到设计标高后，再次检查孔的深度、垂直度是否符合设计要求，同时清理孔底沉渣，经检查合格后，采用多点起吊法起吊钢筋笼下放至基坑中，同时采取有效措施保证钢筋笼标高。

5.2.5 灌注混凝土

孔内有水时，采用水下混凝土法灌注施工。孔内无水时，采用干孔灌注施工，此时需要振捣。开始灌注混凝土时，为确保混凝土能封堵孔底，应一次性灌注2-3m3混凝土，混凝土灌注过程中确保混凝土面高出套管和导管底部端口不小于2-2.5米，防止起拔过快影响成桩质量。

5.2.6 逐节拔管

逐节拔管包含套管及混凝土灌注导管，混凝土灌注一定方量时应进行拔管工序，即要保证混凝土面高出套管和导管底部端口不小于2-2.5米，同时也要注意及时拔管，防止混凝土凝固在套管内部产生“闷管”现象。

6.1 桩垂直度控制根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299－1999第3.1.5条规定，地下桩基工程中桩的垂直度允许误差为3‰。桩基垂直度控制也是施工技术重点及难点，具体控制方法可从以下几方面进行：6.1.1 套管自身垂直度检测在平整的场地上测放出两条相互平行的直线，将套管放置在两条直线之间，然后用线锤和直尺进行检验，要求套管垂直度要控制在2‰以内；检测包含单节套管及按照桩深将套管配置连接到一起的整体套管。6.1.2 成孔过程中桩的垂直度检测在套管四周选取两个正交方向（X及Y两个轴线方向），采用测锤配合经纬仪不断校核套管的垂直度，发现偏斜现象立即处理，该检测工序需要贯穿整个成孔过程，同时在每一节套管对接前，需要用直尺及线锤进行孔内垂直度检查，检测合格后并做好记录方可进行下节套管对接。6.1.3 纠偏措施

当套管起始入土时（5m左右），若出现轻微偏斜现象可通过升降全套管全回转钻机四个支腿油缸调整套管垂直度；当套管入土深度过深时，通过调节全套管全回转钻机支腿油缸已无法进行垂直度调整，此时应该进行管内回填，一边回填一边起拔套管，将套管起拔至上次检查垂直度合格位置，调整套管垂直后，重新下压施工。

    6.2 地下障碍物处理控制

遇到较大的障碍物不能正常施工时可以先将冲抓斗换成重锤击碎障碍物将其清除，或采用旋挖钻机截齿或牙轮钻头配合钻进施工。

    6.3 清孔控制

灌注水下混凝土前要求孔底成渣厚度不得超过10cm，泥浆残渣颗粒大小不得超过3mm。孔内虚土不多且孔内无水或水位很浅时，可轻放抓斗，细心清底，孔内水位较高且沉淀物多时采用掏渣法即利用冲抓斗配合沉渣桶进行残渣清除（或利用旋挖钻机双翼钻筒进行），如若以上方法均不能将孔底处理充分时，需在下放混凝土灌注导管后利用导管采用正反循环法进行清孔处理。

    6.4 钢筋笼上浮现象处理控制钢筋笼上浮是指在混凝土灌注过程中，套管及导管起拔带动钢筋笼上升或混凝土顶托上升的现象，预防及处理措施如下：① 严格控制混凝土质量，混凝土中骨粒大小应小于20mm；② 灌注混凝土之前先起拔一段套管，查看钢筋笼是否上浮，并做相应处理；③ 钢筋笼焊接时安装钢筋笼导正器；④ 钢筋笼底部焊接一块比钢筋笼直径略小的薄钢板（或钢筋笼底部做成锥形），增加抗浮能力。    6.5 混凝土灌注控制6.5.1 混凝土灌注前，要清理套管内壁上粘连的泥土，防止其影响成桩质量；6.5.2 混凝土灌注过程中要经常根据灌注高度起拔套管及导管，既防止套管及导管凝固在混凝土中，也要严格控制防止套管及导管起拔过快露出混凝土面；6.5.3 混凝土灌注不得低于设计标高。    6.6 成孔成桩质量检测控制成孔成桩质量检测按现行国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002和现行国家行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008执行。

来源：中联中科全回转钻机

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