钻孔围护排桩施工技术

13-2-1钻孔围护排桩施工技术1前言1.1钻孔维护排桩概述在深基坑支护中用钢筋砼灌注桩形成排桩式挡墙，自上世纪70年代开始，在各地得到广泛应用。钢筋砼灌注桩作为支护结构刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，作为悬臂式围护结构，开挖深度可达７米，增加内支撑后，开挖深度更深。它有时既用作结构受力桩又兼做支护桩，经济效益较好。尤其是采用正反循环施工时，勿需锤击，施工时无震动，对周围邻近的建筑物、道路和地下管线不会造成危害，造价也较低，有一定优越性。但在基坑回填后，它就永久地保留在地基土中，可能为今后的地下施工造成障碍，且桩的施工速度慢，施工后需要一定养护时间才能承载，因而工期较长。1.2适用范围目前，钻孔围护排桩广泛应用于明挖基坑围护结构。2钻孔围护排桩施工工艺2.1正循环钻孔灌注桩2.1.1适用范围及原理（1）适用范围正循环钻孔施工法适用于填土层、淤泥层、粘土层、粉土层，也可在卵砾石含量不大于１５％、粒径小于１０mm的部分砂卵石层和软质基岩、较硬基岩中使用。当孔深不太深，孔径８００mm时钻进效果较好；当桩径较大时，钻孔与孔壁间的环形断面较大，泥浆循环时返流速度低，排渣能力差。孔壁泥皮厚度大，影响成孔和清孔，这是正循环回转钻机成孔的弊病。（2）工作原理正循环钻孔施工法是由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，钻孔时用泥浆护壁排渣，泥浆由浆泵输进钻杆内腔中，经钻头的出浆口射出，带动钻渣沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升到孔口溢进沉淀池后返回泥浆池中净化，再供使用。这样，泥浆在泥浆泵、钻孔和泥浆池之间反复循环运行。2.1.2施工设备及劳动力正循环回转钻机成孔设备简单，将常用的地质钻机、水文钻机等稍加改装即可，操作简单，工艺成熟。正循环成孔，专用钻机有ＧＰＳ——１０，ＸＹ５Ｇ，ＧＪＣ４０Ｈ等型号，改装钻机有SPJ——300，红星４００，SPC——３００Ｈ等型号。施工时，每台钻机每班保证3～4人即可，人员分工见下表2-1-2：表2-1-2正循环钻机劳动力分工表序号职位人数备注1机长1负责施工质量及关键问题的处理2钻机操作手1负责钻机的操作3施工协助1～2负责泥浆内砂砾清理等辅助工作22.1.3施工工艺流程图正循环钻机施工工艺流程见图2-1-3。图2-1-3正循环钻孔桩施工工艺流程图2.1.4施工工艺（1）施工准备首先进行施工场地平整，查明地下管线的位置，定出管线改移或保护方案。（2）测量放线定位根据各钻孔桩设计平面布置图，将各桩进行编号，计算出每根桩的坐标，现场测量定出每孔钻孔桩的准确位置。（3）钻孔钻机就位，在孔口埋设钢护筒，以起到定位、保护孔口及维持水头的作用。开孔钻进速度应缓慢的进行，并反复校正钻头，如有偏斜及时纠正。（4）清孔钻孔深度达到设计深度后，报监理检查合格后，应立即清孔。清孔的目的是使孔底沉渣厚度、循环泥浆中含渣量和孔壁泥垢厚度符合规范要求。清孔的方法主要采用正循环清孔和压风机清孔，清孔后各项指标由试验人员测定并检查合格经监理同意后，方可进行钢筋笼的吊装工作。（5）钢筋笼的制作和安装钢筋的制作在就近的场地上进行，采用焊接制作，先用主筋与内加强箍点焊形成笼架，桩位测量定位钻机定位及护筒设置钻孔清孔质量检查吊钢筋笼入孔插入导管设置护筒施工准备商品混凝土制备泥浆泥浆沉淀池泥浆处理排放灌注混凝土拔出护筒3然后安装外箍筋，外箍筋也须与主筋焊牢。将制作好的钢筋笼用汽车吊或钻机吊放入孔内，吊放时应垂直、缓慢下放，避免钢筋笼碰撞孔壁，引起坍孔。（6）水下混凝土灌注1）施工准备①用铁皮制作一个储料槽（漏斗），容量应能满足导管首次埋设深度（≥1m）；②检查钢导管的强度，钢导管必须作水密和涨裂实验；③检查球塞是否能顺利通过钢导管，球塞直径比钢导管内径小1～2厘米。2）灌注前的准备工作①仔细调整下料钢导管的高度，导管底至桩基底面的距离为导管内径加10厘米左右，使球塞顺利从管底排出②悬吊于储料槽（漏斗）颈口处的球塞必须用绳子或铁丝缚牢，开始灌注前在漏斗内装满混凝土。③商品混凝土的准备量为能灌注整根桩的混凝土量，灌注工作一经开始必须连续不断的进行并不得中断。3）混凝土灌注①开始灌注混凝土时，用快刀将绳子砍断或用钳子将铁丝剪断，同时开动振动器。当储料槽（漏斗）内混凝土开始下降时，立即向储料槽（漏斗）源源不断地输送混凝土。当球塞顺利地通过导管并确认已排出导管时，可将导管下降20厘米，使导管下混凝土尽快扩散和升高，可靠的埋住导管底。②灌注混凝土过程应经常用测锤探测混凝土面的高度，推算钢导管埋入混凝土的高度。一般要求导管埋入深度为2～4米，随灌随提升和拆除钢导管，上提的原则是少提、勤提。③混凝土的灌注应高出设计高度50厘米。2.2反循环钻孔灌注桩2.2.1适用范围及原理（1）适用范围反循环钻进成孔适用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂土、砂砾等地层。当采用圆锥式钻头可进入软岩，当采用滚轮式（又称牙轮式）钻头可进入硬岩。反循环成孔不适用于自重湿陷性黄土层，也不宜用于无地下水的地层。（2）工作原理反循环回转钻进是泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，来冷却钻头并携带钻屑由钻杆内腔返回地面泥浆池。与此同时，泥浆又返回孔内形成循环的一种钻进工艺。由于钻杆内腔断面积比钻杆与孔壁间的环断面积小得多，因此泥浆的上返速度大，一般达2～3m/s，是正循环泥浆上返速度的数十倍，因而提高排渣能力，保持孔内清洁，减少钻屑在孔底重复破碎的机会，能大大提高成孔效率，是一种有效的，先进的成孔工艺。（3）反循环方式反循环钻孔施工按钻杆内泥浆上升流动的动力来源、工作方式和工作原理的不同，可4分成泵吸、气举和喷射三种。泵吸反循环是根据直接利用泵的抽吸作用使杆内泥浆上升而形成反循环。气举反循环是将压缩空气与钻杆内的泥浆混合，形成重度小于1的三相混合液，在钻杆外环空间水柱压力作用下，使钻杆内三相液上升涌出地面，将钻渣排出孔外，形成反循环；射流反循环是利用射流泵的高速液流产生的负压，使钻杆内的泥浆上升而形成反循环。2.2.2施工设备及劳动力反循环成孔，常用钻机有德国SW型、美国RD-600型和CSP-820型；日本的S-200型和MD150型；我国的QZ-200型和GPS-15型等。施工时，每班保证3～4人即可，人员分工与正循环回转钻机人员分工相同，见表2-1-2。2.2.3施工工艺流程图反循环施工程序与正循环相同，见图2-1-3。2.2.4施工工艺反循环施工过程与正循环施工过程基本相同，但需注意以下事项：（1）反循环施工是在静水压力作用下进行钻孔作业的，故护筒埋设保持孔内水头压力是反循环施工作业中的关键，护筒的直径一般要比桩径大15cm左右。护筒的顶部应打入粘土层或粉土层中，一般不应在填土层或砂层或砂砾层中，以保证护筒不漏水。护筒内的水位要高出自然地下水位2米以上，确保孔壁的任何部位均保持0.02MPa以上的静水压力，以保持孔壁不坍塌。（2）开始钻进时，应先轻压慢转，待钻头正常工作后，逐渐加大转速，调整压力，并使钻头吸口不发生堵浆。钻进参数应根据地层、桩径、砂石泵的合理排量和钻机的经济钻速等加以选择和调整。（3）钻进时应认真仔细观察进尺和砂石泵的排浆出渣情况。排量减少或出浆中含钻渣量较多时，应控制跟进速度，防止因循环液比重太大而中断反循环。（4）起钻时应注意操作轻稳，防止钻头拖刮孔壁，并向孔内补入适量泥浆，稳定孔内水头高度。3劳动力组织钻孔围护桩施工劳动力一般按照工程规模、施工场地条件、工期要求等来进行组织，一个工程一般需要施工负责人1名，技术负责人1名，施工人员根据钻机数量配置，一般按每台钻机每班3～4人配置。4机具设备配置针对不同的工程地质和水文地质条件，常用的钻（冲）孔围护排桩，大多采用泥浆护壁、正反循环钻孔或冲抓成孔的施工工艺，各种类型的钻（冲）孔机具的适用范围，可按下表选用（表4-1）：表4-1钻（冲）孔机具的适用范围成孔机具适用范围潜水钻粘性土、粉土、淤泥、淤泥质土、砂土、强风化岩、软质岩回转钻（正反循环）碎石类土、粘性土、粉土、砂土、强风化岩、软质岩冲抓钻碎石类土、粘性土、粉土、砂土、强风化岩、砂卵石冲击钻适用于各类土层及风化岩、软质与硬质岩螺旋钻地下水以上的粘性土、粉土、黄土、密实的砂土层55、质量控制要点5.1钻孔的质量控制5.1.1孔桩定位施工前，根据设计施工图计算出钻孔围护排桩的控制坐标值，经复核无误后到现场准确放样，并作好护桩。施工时，桩位偏差：轴线和垂直轴线方向均不超过50mm。竖向垂直度偏差不大于0.5%。5.1.2泥浆浓度（1）在粘性土中成孔时，应注入清水以原土造浆护壁，循环泥浆比重控制在1.1～1.3；（2）在砂土或较厚的夹砂层中成孔时，应采用制备泥浆，或在孔中投入泥团造浆，泥浆比重控制在1.2～1.3；在砂卵石层或容易坍孔的土层中成孔时，泥浆比重应加大至1.3～1.5。（3）泥浆制备应选用高塑性粘土或膨润土，制备泥浆性能指标见下表5-1-2。表5-1-2循环泥浆指标控制表序号项目性能指标检验方法1比重1.1～1.3泥浆比重计2粘度18～25s500cc/700cc漏斗法3含砂量＜5%4胶体率＞95%量杯法5失水量＜30ml/30min失水量仪6泥皮厚度1～3mm/30min失水量仪7静切力1min10min2～3N/m25～10N/m2静切力计8稳定性≤30g/m39PH值7～9PH试纸（4）在钻进成孔过程中，应根据不同的地质条件，经常测定泥浆比重、粘度、含砂率和胶体率等主要指标性能。5.1.3钻孔过程中的定向与纠偏（1）定向钻孔过程中必须保证钻杆垂直度，检查方法一般采用事先在钻架上做一垂直标记，用垂球悬挂在钻架上，当垂球线与标记重合时，表示钻杆正常，反之，需调整纠偏。（2）纠偏当钻机钻杆垂直度有偏差时，需采取纠偏措施，当偏差较小时，可往复扫孔修正，偏差过大时，填入石子、粘土至偏孔处上部50cm，重新钻进。5.2混凝土灌注质量控制（1）水下混凝土必须具有良好的和易性，其配合比应通过试验确定，坍落度宜为160～220mm，每立方混凝土水泥用量不小于350kg，当掺减水缓凝剂或粉煤灰时，可不少于300kg。（2）混凝土拌和物细骨料宜选用级配良好的中至粗砂，含砂率控制在40～50%；粗骨料宜选用卵石或碎石，其粒径不得大于40mm。6（3）施工配合比的强度应比设计要求的强度高配一级。（4）混凝土贯注中要适时提升和拆卸导管，导管底部埋入混凝土面一般保持2～4m，不宜大于6m，并不得小于1m，严禁把导管底部提出混凝土面，避免造成断桩。（5）混凝土灌注应连续进行，不得中断，因此灌注前有严密的施工组织措施和应急处理方案，施工过程还应派专人作好施工记录。（6）控制好混凝土灌注量，保证凿除桩顶浮浆层后，桩顶标高符合设计要求，为保证桩身质量，一般桩顶标高比设计桩顶标高高50cm。5.3质量检测（1）试件强度检测：每根灌注桩按规定制作混凝土抗压强度试件不少于1组，每组3块试件。每组试件在标准养护条件下强度应满足设计、规范要求。（2）抽芯检测：钻孔围护排桩完成28天后，选择不少于2%，并不少于3根的围护桩进行抽芯检测，依此判断桩的完整性、实际桩长、桩底沉渣情况是否符合设计要求。（3）实际强度检测：将抽芯后的混凝土进行检测，判断实际强度是否符合设计要求。6、安全注意事项6.1施工现场的安全措施（1）围护排桩施工范围外的场地要硬化，泥浆池、探沟设防护围栏和明显的警示牌，防止车辆、行人坠落在池、坑内，造成伤害事故。（2）加强安全检查，实行安全生产承包责任制，施工现场要经常有安全员巡查。（3）住房、库棚、料场、修理间等消防安全距离应符合《消防法》有关规定，严禁在室内存放易然品，严禁在加工棚、料库、修理间等场所吸烟。（4）施工人员进入施工场地必须佩戴安全帽。高空作业戴好安全绳。6.2施工机械的安全措施（1）进场的钻机要有出厂合格证，年检证证明，进场后，项目部组织相关人员进行验收，验收合格后报监理同意后方可使用。（2）钻机操作员，必须持证上岗，严禁无证操作，对钻机操作员定期进行安全管理规定的教育。（3）指挥机械作业的指挥人员，指挥信号必须准确，操作人员必须听从指挥，严禁蛮干作业。（4）设