旋挖桩斗式集渣两翼钻头扩底成孔施工技术

倪晋贵;孙健

【摘 要】旋挖桩以其施工安全、快速、利于环保、机械化程度高、施工方便等优点广泛应用于建筑物基础工程。国内目前旋挖桩多采用机械旋挖成孔且成孔直径上下一致。为获得较大的桩基承载力，本文介绍了在常规旋挖钻机成孔工艺的基础上，当旋挖钻机钻孔至设计底标高后，将传统的一径到底旋挖钻头更换为自行研制的斗式集渣两翼扩底钻头进行扩底成孔施工，以达到机械旋挖扩底的目的，从而有效增加了桩端承载面积，单桩承载力或抗拔力显著增加，大大降低了桩基费用。%Rotary drilling pile construction is safe, fast, environmentally friendlier and convenient, has high degree of mechanization, and therefore is widely applied to foundation engineering of buildings. Mechanical rotary drilling is mostly used in hole-making and the hole has identical upper and lower diameters. To obtain a big pile bearing capacity, on the basis of routine rotary drilling hole-making technique, after drilling reaches designed bottom elevation, change the rotary drilling bit with a self-developed bucket muck-collecting two-flank expanding drilling bit to achieve mechanical bottom-expanding and effectively increase the pile end area for bearing, thus considerably improving single pile baring capacity or pulling resistance and then reducing pile foundation cost.

【期刊名称】《安徽地质》

【年(卷),期】2014(000)004

【总页数】3页(P291-293)

【关键词】旋挖桩;扩底钻头;斗式集渣收集筒;扩底成孔;施工工艺

【作 者】倪晋贵;孙健

【作者单位】安徽岩土工程有限责任公司，安徽合肥.230011;安徽省地质矿产勘查局，安徽合肥.230001

【正文语种】中 文

【中图分类】U445.451

0 引言

人工挖孔扩底桩具有单桩承载力高、桩身混凝土强度发挥充分等优点，如何利用机械扩孔方式增加桩端承载面积，使得旋挖桩也能达到类似于人工挖孔扩底桩的效果，又能充分发挥旋挖钻机施工安全、快速、利于环保、机械化程度高等优点，这是旋挖桩施工工艺改进的根本所在。

旋挖桩机械扩底成孔技术，是通过将一径到底的旋挖钻头改换为斗式集渣两翼扩底钻头，使得该钻头在底部进行旋转、切削扩孔，有效地增加桩端面积，在相同桩长的情况下，

显著地增加旋挖桩的承载力[1]。同时，旋挖桩作为抗浮桩时，也可显著地增加桩的抗拔力。科学地设计和合理的使用扩底钻头，在一定程度上能丰富旋挖钻机的施工工艺，拓宽旋挖钻机的施工领域。

1 工程概况

合肥星隆广场位于合肥市望江东路与二环路交叉口西南角，由3栋34层住宅楼、4～7层商业广场组成，三层地下人防车库。地下车库桩基设计共478根灌注桩，有效桩长21m，单桩承载力特征值为4000～6000kN，桩端持力层位于⑦层中风化泥岩，桩端设计为扩大头并配以桩端后压浆技术。基础工程桩基桩径有800mm、900mm、1000mm、1200mm，扩底直径900-2400mm，原桩基设计为人工挖孔成孔法，因施工中地质条件复杂易产生流沙现象、施工安全难以得到保障，后经反复论证，决定采用泥浆护壁旋挖桩机械扩底成孔施工技术，有效地解决了机械旋挖桩扩底成孔和扩底沉渣收集的技术难题，规避了采用人工挖孔成孔施工措施费用高、安全隐患多且难以实施的重大安全风险。

2 斗式集渣两翼扩底钻头

2.1 结构设计特点

（1）斗式集渣两翼扩底钻头（见图1和图2）由机械式绞链四连杆组成，上下翼板同步参与扩孔，切削刀具磨损后可随时更换焊接。

（2）控制滑套与中心杆相对滑动距离来控制扩孔直径大小，可在一定范围内（最大扩孔孔径和主孔孔径之间）根据需要任意调节，无须更换多规格尺寸钻头，使用和维护比较简单，施工方便。

图1 斗式集渣两翼扩底钻头结构示意图Fig.1 Bucket muck-collecting two-flank expanding drilling bit structure

（3）采用串接组合方式将扩孔功能（扩底钻头）和土、岩渣收集功能（筒式集渣斗）集于一体，在非循环钻进情况下，达到桩底扩孔和清渣一次完成的目的。

图2 斗式集渣两翼扩底钻头实物图Fig.2 Bucket muck-collecting two-flank expanding drilling bit material object

（4）斗式集渣两翼扩底钻头为钢制材料，强度高，可在工厂根据扩孔设计需要定型加工，配件更换方便，周转次数多，符合建筑地基基础工程施工专业化、定型化的发展趋势。

（5）扩孔和清渣可靠，施工安全，质量保证。

（6）斗式集渣两翼扩底钻头。

2.2 工作原理

将斗式集渣扩底钻头的斗底盘落于已达设计标高的孔底，利用钻杆、钻头自重并辅以

一定的钻压，使得扩底斗式集渣钻头的两翼链杆张开一定角度（扩底钻头其扩底直径可在一定范围内根据设计需要任意调节），切削齿不断旋转切削土层或岩层，同时切削出的土、岩渣落入斗中并提钻后清出孔外，达到桩底扩孔和清渣的目的。

2.3 适用范围

可广泛应用于土层、强风化岩层、中风化岩层的桩底扩孔施工[1]。

3 旋挖桩扩底成孔施工工艺流程

工艺流程：旋挖桩一径到底常规施工工艺[2]（施工准备→测量定位→护筒设置→钻机就位→钻进成孔→出土、清渣→测量孔深）→扩孔施工→扩孔出土、清渣→扩孔检验。

4 旋挖桩扩底成孔施工操作要点

4.1 扩孔施工

（1）根据图纸设计的扩大头尺寸，选择大小合适的斗式集渣两翼扩底钻头，计算钻杆不同压入深度（钻头中心杆和中心杆滑套之间的相对运动行程）所对应的两翼扩底直径规格（扩底直径可在主径和钻头结构设计的最大扩底直径之间任意选择），使其满足桩基设计扩底直径要求。

（2）将筒式钻头更换为带有筒式收集器的斗式集渣两翼扩底钻头，锁紧插销。

（3）在地面检查斗式集渣两翼扩底钻头的两翼张收情况，确保运转灵活。

（4）将斗式集渣两翼扩底钻头缓慢放入孔底后（见图3），在旋挖钻机桅杆上做好行程标记以便控制扩孔终点。

图3 扩孔施工（下入斗式集渣扩底钻头）Fig.3 Hole-expanding construction (laying down bucket muck-collecting bottomexpanding bit)

（5）扩底钻进[3]开始时，应慢速旋转和加压, 使扩底钻头两翼缓慢张开并进行扩底作业，同时扩底形成的土（岩）渣落入斗式集渣筒，扩底和清渣工序一次性完成。

（6）当钻进至钻杆下移长度达到对应设计扩底直径的计算行程后，在原位不加压的情况下慢速旋转，转动顺畅，切削无阻力时，证明已扩底至设计要求，停止旋转。

（7）扩底完毕后，慢速提动扩底钻头，在钻头、集渣筒重力作用下以及孔壁的约束作用下，收拢扩底钻头，提出孔外清渣，完成全部扩孔过程。

4.2 扩孔出土、清渣

停钻后缓慢提升钻杆，斗式集渣两翼扩底钻头在其重力和孔壁的约束作用下收拢两翼。将钻头提出孔外，使带有筒式收集器的斗式集渣两翼扩底钻头脱离地面500mm左右，打开筒底活动盖，并利用钻杆的顺逆时针往复旋转摆动，清除筒内渣土（见图4），并清除切削刀具上的渣土。

4.3 扩孔检验

采用桩径检测仪检查桩的成孔直径、扩大头直径、及孔底沉渣是否满足设计和规范要求。扩底桩的扩底直径检测是确保扩大头达到设计要求的重要技术环节，由于无法直接用肉眼观察，所以必须依靠先进的仪器设备来进行检测。本工程使用JJC-1D灌注桩孔径检测系统进行检测，该检测系统通过电脑显示，能清楚的反映出桩底扩孔的效果及桩径的变化。通过检测，本工程所有的扩孔直径均符合设计要求。

图4 清除斗式集渣筒内渣土Fig.4 Removal of muck from bucket barre

5 设备及机具

根据桩基设计图中的桩径、桩深、扩大头结构尺寸，岩土工程勘察报告中的地层情况选用合适型号的旋挖钻机及配套设备。星隆广场地下人防工程桩基主要机械设备及机具选用如下：SR-200C型旋挖钻机、筒式旋挖钻头、自行研制的斗式集渣两翼扩底钻头、3PNL泥浆泵、挖掘机等。

6 经济效益分析

（1）以本工程478根桩基为例：旋挖扩底灌注桩成孔工艺与人工挖孔扩底灌注桩成孔工艺相比：节约人工挖孔混凝土护壁C30砼量约3312m3，共计节约直接费约184万元。

（2）本工程若采用人工挖孔扩底灌注桩约需53天，其中15天施工降水井及降水，38天施工成桩（含处理流沙及小模施工）；采用旋挖扩底灌注桩成孔工艺，实际42天完成桩基施工任务（前20天完成210根桩并提前提供场地近一半工作面给土建单位施工），仅成桩节约工期11天，综合节约工期31天，节约管理费约45万元。

（3）本工程478根桩经超声波、小应变，桩基静载荷检验，均满足设计和相关规范要求。

可见，采用旋挖扩底灌注桩成孔工艺施工速度快，安全可靠，成孔质量保证，无须人工下挖、提土，无须浇筑混凝土护壁，机械化程度高，大大降低了劳动强度，而且解决了复杂地层人工挖孔桩难以施工的问题，本工程若必须采用人工挖孔扩底成桩，则需增加30多口降水井且需增加基坑止水帷幕，仅此两项需增加施工措施费超过300多万元。

7 推广应用实例

旋挖桩机械扩底成孔施工技术，2009年5月应用于滁州扬子路安置小区（共计11栋高层、1196根桩），桩径800，扩底直径1200，扩头高度1300，桩长25m，孔深30m，桩端进入中风化砂质泥岩；2011年3～4月应用于滁州创业南苑安置小区（共计3栋高层、272根桩），灌注桩桩径为800mm、1000mm、1200mm、1300mm，扩底直径1200～1800mm，桩长22m，孔深27m，桩端进入中风化砂质泥岩。此后，该施工技术在合肥市蓝鼎·星河府、矿产资源检测中心科研实验基地科研楼、交通银行金融服务中心（合肥）等项目中得到了成功应用，解决了合肥市全民体育中心、名人御苑、滨水花城等项目的人工挖孔桩无法继续施工的难题。

8 结语

（1）工程实践已反映出该施工技术具有良好的经济效益和社会效益，有较高的使用价值和推广应用前景，以旋挖桩机械扩底成孔施工技术（关键技术部分：斗式集渣扩底钻头）为基础已形成了施工工法。

（2）实践证明，该施工技术具有机械化程度高，施工效率高，地面作业，人员安全，施工快速、方便，无泥浆外运排放，环境污染小，清渣方便，单桩承载力和抗拔力高的特点，扩底直径可按设计要求在一定范围任意调节。

（3）该技术不仅直接应用于基础工程施工，还处理了相当数量人工挖孔桩无法继续施工的工程疑难问题；在人工挖孔桩为限用技术情况下，已为结构设计人员提供出一条能用机械扩底成孔施工技术来替代人工挖孔扩底方法。

参考文献：

[1]周红军.旋挖钻进技术适用性的初步研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程）,2009,36(8).

[2]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社.

[3]邓江和,董惠民.惠州市广播电视新闻中心大直径钻孔扩底灌注桩施工技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程）,2008,35(4).