旋挖桩机钻孔灌注桩垂直度控制研究

旋挖桩机钻孔灌注桩垂直度控制研究

侯杰

中铁七局集团有限公司郑州市450000

摘要：旋挖钻机在地铁车站围护结构中施工领域被大量使用，但在旋挖桩机施工钻孔灌注桩的过程中，经常出现桩身垂直度偏差较大，不能满足设计要求。因此对于桩身垂直度的控制有重要的意义。本文分析了旋挖机钻孔灌注桩出现垂直度偏差的结果和原因，并据此提出了相应的控制措施。

关键词：旋挖桩机；垂直度；钻孔灌注桩；控制；

1、工程概况

1.1工程概况

经开第三大街站位于航海东路与经开第三大街交叉路口，位于现状航海东路中，与13号线经开第三大街站呈“T”型换乘。车站主体围护结构标准段采用Φ1000@1400钻孔桩，盾构段采用Φ1000@1300/1400mm钻孔桩，桩顶设冠梁。外围采用三轴搅拌桩水泥搅拌桩作止水帷幕，13号线车站为地下三层三跨岛式车站，5号线车站为地下两层、双柱14m岛式车站，车站总长313.1m，标准段宽23.1m；标准段基坑深为17.950m，顶板以上覆土约3.3～3.5m。车站设置4个出入口、两组风亭。

1.2工程水文地质情况

郑州市区出露地层全部为第四系地层，自下更新统至全新统均有沉积，地层总厚度50～200m，自西南向东北由薄变厚，与下伏上第三系地层呈角度不整合接触。

根据岩土的时代成因、地层岩性及工程特性，本场地勘探揭露深度范围内地层岩性主要为人工填土、粉土、粉质粘土、粉砂、细砂等。区间穿越地质主要为粉土、粉砂、细砂等。

本场地地下水分为两层，第一层为第四系孔隙潜水，勘察期间测得第一层地下水稳定水位埋深为11.80～15.60m，高程为82.69～86.69m，主要赋存于②36粉土、②51细砂、②52细砂层及其亚层中。第二层地下水为承压水，主要赋存于②52细砂层中，含水层厚度为1.80～12.40m，承压水顶板埋深为18.50～31.10m，含水层上方隔水层为②52A粘质粉土层，隔水层厚度为0.40～8.20m，本层地下水实测埋深为28.5m，测压水位为79.04m，位于车站结构底板以下，承压水头约为9m。

1.3旋转钻机的选用

根据施工进度和设备施工效率，我们共选用三台旋转钻机施工围护结构的钻孔桩，分别为YTR220旋挖钻机1台，YTR230旋挖钻机1台、YTR280C旋挖钻机1台。

2、钻孔桩垂直度的重要性分析

桩的垂直度控制对基坑的后续施工有重要的意义，若基坑周边的钻孔灌注桩的垂直度偏差较大，将导致基坑四周的围护结构受力不均，给基坑的安全带来较大的隐患。同时若钻孔灌注桩的垂直度偏差较大，对后期主体结构的施工和使用带来较大的影响，由于主体结构周边的钻孔灌注桩垂直度偏差较大，导致主体结构周边的受力不均匀，进而导致主体结构出现裂缝，对主体结构的后续使用带来隐患。

按照设计意图，维护结构的钻孔桩内沿就是车站主体结构的外边沿，钻孔桩外边沿就是三轴搅拌桩止水帷幕，考虑地质原因及施工误差控制等因素，钻孔桩施工时，统一向车站周围外放50mm。

精确控制围护结构的位置，并保证车站主体结构的施工净空的方法就是确保钻孔桩垂直度不超限，图纸明确要求钻孔桩垂直度偏差不超过1%。如果钻孔桩垂直度超过1%，就会出现以下几种情况：

⑴钻孔桩向车站外部倾斜，车站主体开挖后，钻孔桩下部会侵入车站主体结构，造成车站主体结构厚度不能满足设计要求。处理的办法就是，在开挖土体的过程中，及时破除侵入的桩体部分混凝土，导致围护结构的整体性和强度受到破坏。

⑵钻孔桩向车站内部倾斜，钻孔桩下部会侵入围护结构的三轴搅拌桩，破坏三轴搅拌止水帷幕的整体性，使止水帷幕的止水效果大大降低。

⑶钻孔桩向两侧倾斜，相邻钻孔桩间距变化，钻孔桩下部在施工中可能发生咬合情况，局部桩间土体暴露面积过大，影响开挖后的挂网喷护。

3、垂直度出现偏差的原因

经过对实际工程项目的分析，从机械选择到最后成孔，总结出下列原因：

⑴钻头的选择，旋挖桩机钻进过程中地质软硬不均匀，钻头的选择不能满足不同地质情况的需求，导致钻头发生偏位，进而出现桩的垂直的偏差不符合规范要求。

⑵护筒埋设位置和垂直度的差异。

⑶钢筋笼定位出现偏位，原因有控制钢筋笼的垫块设置不当导致偏位、钢筋笼就位后没有进行对中复核造成偏位、混凝土灌注过快或导管挂住钢筋笼导致钢筋笼偏移产生偏位。

4、垂直度偏差控制措施

⑴钻头的选择

根据地层情况选用单层底的旋挖钻斗，采用两瓣斗或带卸土板的钻斗。

⑵护筒埋设

钢护筒埋设前，采用全站仪准确测量放样，保证钢护筒顶面位置偏差不大于2cm，埋设钢护筒斜度不大于1%；钻机就位，由测量人员引导钻机使钻头精确对准桩位点，埋设钢护筒前，采用与护筒同直径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后，使用挖掘机挖斗作为吊臂吊起护筒入孔口，用挖掘机挖斗将钢护筒压入到预定位置。护筒的平面位置采用钻孔桩的十字护桩精确控制。

⑶钻孔过程

钻孔桩开孔后缓慢钻进，形成良好稳固的护壁。在钻孔过程中定期用距离交汇校核钻杆位置，发现偏位立即调整，直到孔位定型时，方可停止校核。

在钻孔作业之前需要对桅杆进行定位设置，作业的过程中也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，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。

钻孔过程中采用测斜笼对已成孔进行垂直度检查。

⑷钢筋笼定位

垂直度偏位检测是通过钢筋笼的中心与设计桩中心的偏差来确定，所以钢筋笼的定位是桩位偏位控制中的重要的一项。

①钢筋笼下放时采用两条吊筋，保证钢筋笼起吊后的垂直度。

②按照规范要求加保护垫块。

③钢筋笼下放至孔中后，在钢筋笼骨架钢筋上拉十字线确定中心点，通过吊机微移钢筋笼，使钢筋笼中心与钢护筒中心重合，然后焊接定位筋，使定位筋抵在护筒壁上，以达到稳固钢筋笼的目的。

④灌注水下混凝土时控制灌注速度，确保钢筋笼不会因为混凝土的反冲力造成钢筋笼上浮偏移，同时导管位置居于孔中心，避免偏向一侧，以免灌注过程中混凝土反力不均而造成骨架移位。

5、结语

由于旋挖钻的诸多优点，使得它在桩基施工领域的应用越来越广泛，不断的在施工过程中总结控制桩位垂直度的措施，对旋挖机钻孔灌注桩的施工工艺有着很重要的意义。

参考文献

[1]《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）