中铁航空港建设集团北京章军福、
王艳东、尹少华、赵青青
1 前言
随着世界经济的快速进展,节能、环保、可持续进展已成为当今建筑事业进展的三大主题。近几十年来国内外高层建筑大量兴起，随着现代化建筑物的不断进展，其总高也越来越高、构造越来越简单，随着超高层建筑物根底等承载的需要，桩径也越来越大，桩长越来越长 ,随之技术、设备的应用钻孔桩成孔的形势越来越多,对于超高层建筑普遍承受旋挖钻机进展成孔作业，超长大直径旋挖钻孔灌注桩施工是一项专业性较强又格外重要的工程。
本工法依据中铁航空港建设集团中铁西安中心工程经理 部施工的单位工程的施工阅历与实践编制而成，根底承受钻孔灌注桩 , 设计桩径 1.0 米，有效桩长为 60 米。工法内容主要包括前期试桩、钻孔桩成孔工艺〔钻机选型、泥浆的选用配置、成孔参数的选择〕、成桩工艺、清孔、桩底及桩侧后压浆等,实践证明本工法具有施工效率高的突出优点，工程施工质量得到保证，本工法有广泛的推广和应用价值。2 工法特点 2.1 成孔速度快、效率高，平均钻进速度为：5m-8m/小时；
2.2 即可干孔作业、又可湿孔作业，且孔内沉渣少；
2.3 旋挖钻机安装拆卸简洁，自身可行走，就位、移位快，在施工场地快捷便利；
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2.4 对施工现场无泥浆污染，现场比较干净，低噪音，对施工环境的适应力量强。 3 适用范围
旋挖钻机适用于粘性土、粉质土、砂层，含泥量较少的卵石层、软石层，强风化岩层等地质状况，且可使用于60m 以下的成孔深度，桩径为 1m。 4 工艺原理
大直径超长 60 米旋挖桩承受静态泥浆护壁钻筒取土施工工艺，旋挖钻钻孔过程主要通过旋挖钻机的液压系统及自重给筒式钻头施加压 力，钻头在负载条件下通过钻杆的旋转使其旋挖钻进，当筒式钻头内装满土后，由起重机提升钻杆及钻筒至地面，拉动钻筒上的开关及翻开底门，钻筒内的土依靠自重作用自动排出，同时用泥浆泵向孔内注入制备好的泥浆，在钻进过程中快速形成一层薄膜附着在孔壁上以削减失水 率，保持孔内的水头高度，保证钻进过程中桩孔不至塌陷。成孔后进展第一次清孔，接着吊装钢筋笼、安放导管，然后进展其次次清孔，孔底沉渣满足厚度要求后，进展水下混凝土的浇筑，导管距孔 250mm-400mm， 混凝土至下而上逐步浇筑至桩顶，同时将孔内泥浆排出，利用水压使得混凝土密实。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
试桩→桩位测放→钢护筒埋设→钻机就位、泥浆配置→钻孔、泵入泥浆→成孔检测→清孔、进展沉渣厚度检测→分段安放钢筋笼→下导管
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→二次清孔→灌注水下混凝土→拔出护筒→桩基检测→后压浆。 5.2 操作要点
5.2.1 试桩：前期设计试桩一是为进一步确定所选桩型的施工可行性，避开桩机全面进场后觉察该桩型不适合本场地施工或觉察桩承载力远小于地质报告供给的计算值，此时再改桩型就会拖工期且增加费用。二是依据单桩竖向静载荷试验确定单桩竖向承载力特征值。前期试桩过程中的成孔、检测过程同旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程。
5.2.2 桩位测放：承受经检测合格的全站仪依据桩基施工图纸承受极坐标推算出坐标，放出桩位，在设出的桩位处钉上钢筋棍，且做好保护。
5.2.3 钢护筒的埋设：钢护筒承受 10mm 厚的钢板卷制焊接而成，护筒高度不小于 1.8m，护筒内径为 1.4m。
5.2.4 泥浆池及泥浆的配置：施工前确定泥浆池的位置，保证泥浆池的位置不影响后期工序的施工，依据桩基的直径及孔深确定泥浆池的大小，宜为井孔体积的 1.5 倍，且泥浆池内壁应做好防水处理。沉淀池因现场场地狭小，承受钢板轧制而成，与场地基坑内作为转换沉淀池， 泥浆经坑内沉淀池沉淀后，通过泥浆泵泵入基坑外侧泥浆池内；针对粉砂土层易坍塌的特点，要求配置的泥浆护壁速度快、效果好，因此选用由钠基膨润土、纯碱，纤维素及水搅拌而成的优质泥浆，其比例为钠基膨润土 25%，纯碱用量 0.4%、纤维素用量 0.1%。
5.2.5 钻机就位：钻机就位前，应对钻孔各项预备工作进展检查， 旋挖钻机行走就位对中，对中完成后设置并锁定桩基中心相对坐标，设
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定桩基中心护筒顶坐标，并承受全站仪进展复核钻杆的垂直度。
5.2.6 成孔施工
（1） 在钻进过程中应随时留意土层的变化，对不同土层用不同的
旋挖速度，使其到达最正确的旋挖深度；
（2） 成孔过程中随时测定桩的倾斜率，将其掌握在 1%内；
（3） 边旋挖钻进边用泥浆泵从泥浆池中向孔内注入泥浆，保持孔
内的水头高度；
（4） 随时检查泥浆指标，主要是检测泥浆的含沙率和比重，使泥
浆满足护壁要求；
（5） 成孔检测：桩基成孔后，用测绳检测孔深，同时宜用钢尺符
合测绳的长度；
清水池
空压机 储汽罐
泥水分
离器
泥浆泵
储渣池
钻杆
高压空气输送管
循环池
泥浆储藏池
沉淀池
废浆池
钻筒
5.2.7 第一次清孔：检孔完成后用筒式钻头进展掏查清孔，清孔过
气举反循环泥浆循环图
程中速度不宜过快，同时保持孔内的水头高度，以免塌孔；
5.2.8 钢筋笼及声测管制作与安装：
〔1〕钢筋笼制作与安装：钢筋的型号、规格、尺寸及数量应进展
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检查，焊接点、焊接长度、宽度及厚度满足标准要求。钢筋笼较长需进展分段施工、分段安装。钢筋笼再孔口结实定位，以免灌注混凝土过程中发生浮笼现象，固定方法为：承受 4 根Φ20 与钢筋笼柱筋焊接结实作为吊筋，孔口已安装完成钢梁与吊筋进展固定。如此即可防止钢筋笼安放时下沉又可防止灌注砼时发生浮笼现象。
声测管的安装：声测管即可为检测用，也可作为后期后压浆管的使用，声测管安装在钢筋笼内侧，均匀分布。钢管下端与桩底平齐，上端露出钻机作业平面，声测管接缝无接茬，用套管连接〔套管长度不小于200mm〕，保证不漏浆。
5.2.9 导管安装
（1） 在沉淀速度≤5cm/h，且沉渣厚度满足设计及标准要求的条件
下安装导管；
（2） 导管安装前应进展试拼和水密、承压和接头抗拉试验，试压
力为孔底静压水压力的 1.5 倍；本工程导管在现场进展密封加压试验, 试验压力不得小于 1000KPa，以确保导管的密封性；
（3） 导管位于钻孔中心，在浇筑混凝土前，进展升降试验；
（4） 混凝土浇筑支架用型钢制作，用于支撑悬挑导管，吊挂钢筋
笼，上部防止混凝土漏斗。导管安装后，其底部距孔底有 500mm 的空间。
5.2.10 二次清孔：钢筋笼安装完成后,混凝土灌注前应测量孔底沉渣，当孔底沉渣大于设计要求时必需进展二次清孔。二次清孔承受混凝土灌注导管协作 3PN-L 泥浆泵进展正循环作业，直至孔底沉渣到达设计要求后马上进展水下混凝土灌注。
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5.2.11 灌注水下混凝土
（1） 承受垂直导管提升法灌注钻孔桩水下混凝土，导管直径为
300mm；
（2） 灌注混凝土时，导管埋入混凝土内宜为 2m-6m，大于 6m 时，
易发生埋管事故，因此掌握导管深度，直接影响成桩质量；
（3） 首次混凝土浇筑方量应使导管埋深≥1.5m，后马上探测混凝土
标高，如符合要求，马上进展混凝土正常灌注；
（4） 灌注开头后应紧凑地，连续地进展，严禁中途停工，在灌注
过程中防止混凝土从漏斗顶溢出至孔底，使泥浆内含有水泥而凝固，致使探测不准确。
（5） 在水下混凝土浇筑完毕后 24 小时后，承受土掩埋法，将桩顶
掩埋。
5.2.12 拔出护筒：在混凝土浇筑完成后，用吊车或旋挖钻机准时将护筒拔出。
5.2.13 桩基检测
（1） 声测管是灌注桩进展超声检测法时探头进入桩身内部的通道；
检测前先将导管注满清水，再将放射探头和接收探头分别放入导管底 端，放射探头和接收探头在同一高度；
（2） 依据两根导管的距离可计算出混凝土的声速，进而得到声速
及波幅与装神深度的关系曲线，通过曲线可推断桩身混凝土均匀性，缺陷部位及缺陷性质。
5.2.14 后压浆
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（1） 依据设计桩长 60.1 米，每根桩分四段进展后压浆，自桩底向
上，每段长度依次为 12、12、12、24 米。最上一段设置为 24 米，主要是封堵 24 米以上桩周空隙，以保证下部注浆压力；
（2） 注浆先外侧，后内侧；在外测隔桩进展压浆。每根桩压浆时，
应确保在其四周 20m 为半径范围内的桩已经灌注混凝土完毕。同时，依据施工状况，按上述原则可适当调整压浆挨次。 6 材料与设备
6.1 材料
6.1.1 泥浆配置
用由钠基膨润土、纯碱，纤维素及水搅拌而成的优质泥浆，其比例为钠基膨润土 25%，纯碱用量 0.4%、纤维素用量 0.1%。
泥浆配比表
材料名称 协作比〔%〕
钠基膨润土 1000+780
纤维素 780
纯碱 780
水 1560
6.1.2 后压水泥浆
后压浆注浆量按水泥干粉计算，依据地层状况及阅历本次后压浆设定桩底压浆量为 1000KG 水泥，桩侧注浆量为 65kg/m 水泥。
本次后压浆确定承受PC32.5R 水泥,水灰比为 0.5。
理论压浆量计算表
压浆段 水泥用量〔GK〕
48～60.45〔桩底〕 36～-48
1000+780
780
24～36 780
0～24 1560
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注浆量〔L〕 833+650 560 650 1300
注：压浆段位置自桩顶起算。
6.2 施工机具
机具名称 钻机 砂石泵 泥浆泵 泥浆搅拌机 泥水分别器
主要用途 钻孔 进浆 泥浆循环 泥浆搅拌 改善泥浆性能
规格 BG-18 8BS 3PN-L 1000L 250m3/h 30m3/h GJ4-40 / / 30×3m / 150t 100t 50t
0.8m3
经纬仪、水准仪
数量 两台 5 台 10 台 2 台 1 台 1 台 2 台 2 台 2 台 1 台 1 套 各 1 台 3 套 6 台 1 台 各 1 台
混凝土罐车 灌注水下混凝土 钢筋切断机 钢筋成型机 气动扳手 卷扳手 泥浆测定仪
吊车 氧割设备 电焊机 挖土机
钢筋骨架制作 钢筋骨架制作 钢筋骨架制作 钢护筒制作 测量泥浆性能 转机就位，抓土 钢护筒制作 钢护筒制作 清理废渣
测量仪器
7 质量掌握
7.1 关键工序的保证工程
7.1.1 钢护筒制作的直径误差小于 10mm，垂直度偏差小于 1/1000 护筒长度。沉入完毕后的钢护筒垂直偏差小于 1/300 护筒长度。
7.1.2 钢筋骨架制作允许偏差必需满足设计和施工标准要求，主筋应承受绑扎成型，搭接长度不小于 46 倍的钢筋直径。
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7.1.3 成桩孔直径和深度不小于设计要求，桩孔垂直度偏差小于1/100 桩长，成桩中心位移不大于 75mm。
7.1.4 最外层钢筋的保护层为 100mm。
7.1.5 灌注混凝土前，孔底岩渣应清理干净，使混凝土与孔底岩层接触良好。
7.1.6 桩身混凝土应连续完整，无断桩，夹泥等现象，桩头混凝土无松疏现象。混凝土灌注高度比设计桩顶标高高出 5%桩长，保证桩头混凝土的质量。 7.2 保证措施
7.2.1 施工原始记录必需照实填写，并按时整理，供给有关规定的资料。
7.2.2 施工质量和交工验收，必需严格执行施工图纸的设计和有关施工标准执行。
7.2.3 建立质量目标治理责任制，实行工程质量和职工的承包奖挂钩的制度。
7.2.4 依据施工工艺要求，健全岗位目标责任制，全工程实行三级检验制度，班组 100%自检，工序交接 100%互检，质检员 100%专检。
质量掌握要求
项 序 目 号
1
检查工程
允许偏差或允许值 单
数值
位 mm
±10mm
检查方法
基坑开挖前量护筒，开挖
后量桩中心
只深不浅，用重锤测，或测钻杆、套管长度，嵌岩桩应确保进入设计要求的
嵌岩深度
主 控工
2 程
桩位
孔深 mm ＋300
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按基桩检测技术标准。如岩芯取样，大
按基桩检测技术标准 3 桩体质量检验
直径嵌岩桩应钻至桩尖下 50cm
试块报告或钻芯取样送检 设计要求 4 混凝土强度
按基桩检测技术标
按基桩检测技术标准 5 承载力
准
测套管或钻杆，或用超声
桩长的 1% 1 垂直度
波探测。干施工时吊垂球井径仪或超声波检测，干 施工时用尺量，人工挖孔2 桩径 ± 50mm
桩不包括内衬厚度 用比重计测，清孔后在距
〔粘土或砂性土中〕 1.15-1.20 — 3 泥浆比重
孔底 50cm 处取样 般
4 泥浆面标高〔高于地下水位〕 m 0.5-1.0 目测 项
混凝土坍落度〔水下灌筑〕 mm 160-220
目 5 坍落度仪
〔干施工〕 mm 70-100
6 钢筋笼安装深度 mm ±100 尺量 7 混凝土充盈系数 ＞1 检查每根桩的实际灌筑量
＋30 水准仪，需扣除桩顶浮浆
8 桩顶标高 mm
－50 层及劣质桩体
9 沉渣厚度：端承桩 mm ≤50 用沉渣仪或重锤测量
8 安全措施
8.1 现场施工用凹凸压线及设备制止使用破损或绝缘性能差的电线，严禁电线随地拖动。
8.2 上岗人员必需戴好安全帽，系好下颚带。浇筑混凝土时，活动漏斗上和吊车起重臂下严禁站人。
8.3 全部设备在使用前肯定要试运行，确认正常后再正式运行。
8.4 吊装时要听从指挥人员的信号，信号不明确或可能引起事故时， 应暂停操作。
8.5 夜间施工必需保证充分照明。9 环保措施
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9.1 成立对应的施工环境卫生治理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、废水、泥浆等的掌握与治理。
9.2 各种施工水上设备的废弃物及使用剩余泥浆按相标准及要求集中进展处理，严禁直接排放入江中。
9.3 施工现场应准时清理，避开浆液、油污等乱排乱放。9.4、承受声测管作为压浆管，节约钢材。
9.5 依据注浆量、配比准确计算水泥投放量，一桩一拌。拌制好的泥浆宜在 2h 之内压注。
9.6 对于散落的废料准时进展清扫收集，保证了施工环境的干净， 使得工作效率得到有效的改善。 10 效益分析
本工程 60m 超长桩承受旋挖钻孔灌注桩大大加快了施工进度，从钻机就为、埋设护筒至开头钻孔只需 40 分钟，对于一般土层钻进速度平均为 5-8m/小时，是一般冲击钻的 10 倍左右，且旋挖钻孔灌注桩机械化程度高，相对人工挖孔桩、冲击钻、盘旋钻大大降低了劳动力的投入使用。旋挖钻机自带动力，节约了大量的线路费用及电费，同时还节约了大量去除泥浆的费用。过程中低噪音，现场干净。 11 应用实例
中铁·西安中心工程桩根底设计直径为 1m，有效桩长 60m。相对桩高度地下土层状况为杂填土 5～6m，黄土状土 4m～6m，古土壤 2.90～ 4.40m，粉质粘土 12～20m，砂土层 10～16m。承受德国 BG18 旋挖钻机
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〔158kw，极限钻深 79.5m，最大成孔直径为 2.0m〕施工，共计施工完成 201 根桩，其中前期有十根桩进展试桩，经过静载试验、大应变及小应变检测，桩基承载力特征值均到达设计要求，桩身完整性均到达二类桩以上。由于桩基承受旋挖钻机成孔，协作过程中的各项标准施工方法及工艺，同时保证了施工质量，又大大加快了施工进度，取得了良好的综合效益。
桩基过程全景
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静载试桩 旋挖钻机开挖
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钢筋笼吊装
清孔
混凝土浇筑
装载机清土
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