钻孔灌注桩施工工艺

钻孔灌注桩施工工艺1．工艺概述钻孔灌注桩时采用不同的钻孔方法，在地层中按要求形成一定形状（断面）的井孔，达到设计高程后，将钢筋骨架吊入井孔中，再灌筑混凝土，成为桩基础的一种工艺。钻孔灌注桩由于其施工速度快，质量稳定，受气候影响小，因而被普遍采用。钻孔灌注桩施工前得准备工作十分重要，只有条件充分才能保证施工顺利进行。2．作业内容钻孔灌注桩的主要内容有桩位放样、场地平整、下沉、埋设护筒、桩架竖立、钻机就位、泥浆制备、钻进、制作安装钢筋骨架、清孔、灌注水下混凝土、拔出护筒等。3．适用范围钻孔灌注桩按成孔工艺和成孔机械不同分为：正循环钻孔灌注桩、反循环钻孔灌注桩、钻孔扩底灌注桩和冲击成孔灌注桩。其适用范围如下：1）正循环钻孔灌注桩适用于粘性土、砂土、强风化、中等到微风化岩石。可用于桩径小于1.5m、孔深一般≤50m场地。2）反循环钻孔灌注桩适用于粘性土、砂土、细粒碎石土及强风化、中等-微风化岩石，可用于桩径小于2.0m，孔深孔深一般≤60m的场地。3）钻孔扩底灌注桩适用于粘性土、砂土、细粒碎石土、全风化、强风化、中等风化岩石时，孔深一般≤40m。4）冲击成孔灌注桩适应于粘性土、砂土、碎石土和各种岩层。对厚砂层软塑～流塑状态的淤泥及淤泥质土应慎重使用。4、施工准备4.1技术准备1）组织有关人员认真学习熟悉场地岩土工程勘察资料和工程设计文件，收集地下障碍物等资料。2）会同有关单位进行设计图纸会审。3）编制和报审施工组织设计或施工方案。4）向项目管理人员和施工人员进行工程施工质量技术交底和安全技术、环境保护、文明施工交底。5）进行建筑控制点、轴线测量和桩位施放。4.2现场准备1）平整施工场地，修筑临时施工道路，接通水源、接通电源及架设电线电缆。2）修筑施工及生活临时设施，修筑泥浆池、循环槽等，修筑混凝土搅拌站钢筋加工场。合理进行施工平面布置。4.3机械设备准备根据场地岩土层情况和设计要求，合理选择施工机械设备。泥浆护壁成孔灌注桩施工的机械设备可参考表1准备。钻孔灌注桩施工的机械设备表1序号设备名称用途1回转钻机钻进成孔2冲击钻机冲击成孔3砂石泵泵吸反循环4泥浆泵正循环5双腰合金钻头钻孔6扩底钻头扩底7冲击钻头冲孔8电焊机制作钢筋笼9气焊机维修设备10钢筋切割机制作钢筋笼11护筒定位、保护孔口12导管灌注混凝土13储料斗、灌注斗灌注混凝土14泥浆比重计检测泥浆质量15坍落度仪检测混凝土坍落度16试块模做混凝土试块17水准仪测量标高18经纬仪施放轴线、桩位、控制点19孔径检测仪测孔径20孔深检测器具检测孔深21泥浆、废渣运输车泥浆、废渣外运4.4材料准备1）作好钢筋、水泥、砂、石备料计划，并按计划进场。当使用商品混凝土时，应向供应商提出所需混凝土的强度、坍落度、供货到现场的时间和数量等要求。2）所需原材料应送检，并经质量检验合格。3）在有较厚的砂、碎石土等原土不能造浆的场地施工时，应备足粘土或膨润土。5．施工工艺及质量控制5.1钻孔灌注桩施工流程钻孔灌注桩的施工流程见图1。图1泥浆护壁成孔灌注桩施工流程图测量放线定位埋设护筒桩机就位成孔一次清孔安装钢筋笼二次清孔灌注水下混凝土拔出导管、护筒循环泥浆护壁、清渣废浆、废渣排放制作钢筋笼制备混凝土废浆排放制作混凝土试块终孔验收安装导管桩头混凝土养护5.2埋设护筒5.2.1护筒一般用4～8mm厚的钢板卷制而成，其内径应大于钻头直径150mm。护筒的顶部应开设溢浆口，并高出地面≥200mm。5.2.2护筒用挖埋的方法埋置，挖埋时，护筒与坑壁之间用粘性土填实，护筒中心应与桩位中心应重合，偏差不得大于50mm，护筒埋置深度在粘性土中不宜小于1.00m，在砂土中不宜小于1.50m。5.3泥浆制备5.3.1根据场地情况合理规划布置泥浆池、沉淀池、循环槽等泥浆循环系统。泥浆池的容积为钻孔容积的1.2～1.5倍，一般不宜小于8m3。沉淀池一般设2个，可串联使用，每个沉淀池体积不宜小于6m3，循环槽应能保证冲洗液正常循环而不外溢。5.3.2在粘性土层中成孔的泥浆，可在原土注入清水造浆。在砂土中成孔的泥浆，应先在泥浆池中投入高塑性粘土或膨润土造浆。5.3.3以原土造浆的循环泥浆比重应控制在1.1～1.3；以高塑性粘土或膨润土造浆的循环泥浆比重在砂土层中控制在1.2～1.3，在砂卵石层或容易塌孔的土层应加大至1.3～1.5，泥浆的控制指标：粘度18～22S；含砂率不大于8%；胶体率不小于90%。5.4成孔5.4.1正循环钻进成孔1）钻机安装时，转盘中心、提升滑轮、立轴钻杆和护筒中心重合，其偏差不得大于20mm，钻机安装应平稳牢固。2）钻进时，在护筒内存放一定数量的泥浆或粘土球并开泵注浆循环，钻具下入孔内后要低档慢速轻压，钻头全部进入土层后逐渐增加速度和加大压力钻进。3）正常钻进时，应根据地层岩性合理调整和掌握钻压、钻速、泵量等钻进参数，在粘性土中宜用中等速度、中等压力、大泵量钻进，在砂土中宜用低速、轻压、大泵量钻进，在碎石土中宜用低档慢速，控制进尺、加大泥浆比重和增加泵量的方法钻进。4）加钻杆时，应先将钻具稍提离孔底，待冲洗液循环3～5min后再拧卸加接钻杆。钻进过程中若发生孔斜、缩径、塌孔或护筒周围冒浆等情况时应停止钻进，经采取有效措施后方可施工。5）清孔采用正循环换浆方法，一般分两次清孔，第一次清孔在钻进至设计深度后，使钻头慢速空转不进尺，不断循环换浆。清孔后在粘性土中的孔底附近泥浆比重控制在1.1左右，在砂土、碎石土中孔底附近泥浆比重控制在1.15～1.25。第二次清孔在安装导管后，利用导管输送循环泥浆。清孔后孔底泥浆的含砂率应≤8%，粘度≤28S，泥浆比重＜1.25。灌注混凝土之前孔底沉渣厚度应符合下列规定：端承桩≤50㎜，摩擦端承桩、端承摩擦桩≤100㎜，摩擦桩≤300㎜。5.4.2反循环钻进成孔1）开钻前要合理规划布置好泥浆池、沉淀池和循环槽，以保证反循环作业时，冲洗液循环通畅，泥浆排放彻底，钻渣清除顺利。2）泵吸反循环钻进成孔应遵守以下操作要领：①为保持孔壁稳定，孔内水位应高出地下水位2.0m。控制冲液孔沿孔壁下流的速度不超过10m/min。合理控制起下钻速度。②据不同地质条件合理选用钻头。一般要求钻头的吸水口断面开敞、流阻小、防止堵塞，钻头吸口距钻头底端不宜大于250㎜；前导钻头直径比中心钻杆直径大160～200㎜，超前距离为200㎜。3）泵吸反循环回转钻进应注意以下事项：①水泵起动前钻头离孔底大于0.2m。②吸水系统的连接严密、牢固、通顺。③砂石泵启动后，应待形成正常反循环，才能开动钻机慢速回转，下放钻头至孔底。开始钻进时，应先轻压慢转至钻头正常工作后，逐渐增大转速调整钻压，以不造成钻头吸水口堵塞为限度。④钻进中应认真掌握钻进速度和排渣情况，排量减少或出水中含钻屑较多时，应控制给水速度。防止管道堵塞而中断反循环。⑤在砂砾石层钻进时，可采用间断给进，间断回转的方法来控制钻速。⑥加接钻杆时应先停止进尺，将钻头提离孔底100～200㎜。维持冲洗液循环1～2min，以清洗孔底，并将管道内的钻渣排除干净，然后停泵加接钻杆。⑦钻进时出现坍孔、涌砂等情况，应立即将钻具提离孔底，并保持空转和冲洗液循环，同时，向孔内加入泥浆，保持水头压力；恢复正常钻进后，控制泵排量不宜过大，避免吸垮孔壁。⑧钻进达到设计深度要求后，将钻具提离孔底50～80㎜维持冲洗液正常反循环清孔，直到清孔达到有关标准为止。5.4.3冲击钻进成孔1）冲孔前，应在钢丝绳上作记号控制冲程。开始冲孔时，应低锤密击，锤高0.4～0.6m，并及时加碎石和粘土，使孔壁挤压密实，直至孔深达到护筒以下3～4m后，将锤高提高到1.5～2.0m以上转入正常冲击。正常冲击时，应控制好钢丝绳放量，勤放少放，防止钢丝绳放多减少冲程，放松过少，则不能有效冲击，形成“打空锤”，损坏冲击机具。冲击钻头到底后要及时收绳提起冲锤、防止钢丝绳缠卷冲击钻具或反缠卷扬机。2）在冲孔中应根据岩土层情况合理调整冲程和泥浆比重。冲程和比重可按表2选择。冲孔桩冲程和比重选择表表2岩土层名称冲程（m）泥浆比重施工要点在护筒刃脚以下3m11.2～1.5土松软时，投小片石及粘土块粘性土，粉土1～21.1～1.3加清水或稀释泥浆砂土1～31.2～1.4向孔内投入粘土，勤捞渣碎石土2～31.3～1.5向孔内多投粘土，勤捞渣，注意打斜孔或卡钻头淤泥0.8～1.51.2～1.4投碎石和粘土，边击边投基岩2～41.3加大冲击能量和冲击频率，勤捞渣塌孔回填土1～1.51.3～1.5加粘土、碎石、低冲程反复冲击3）遇孤石、块石时，可抛填相似硬度的碎石，用高冲程或高低冲程交替冲击，将孤石、块石挤入孔壁或将孤石、块石冲碎成渣。4）岩溶发育的岩层中冲孔，容易发生偏孔、卡钻、掉钻、泥浆流失等情况，应采取下列措施：①发生孔斜应用回填片石处理后重新冲击；②发生溶洞宜填充灌浆处理后重新冲击；③储备足够的泥浆和填充堵漏的材料，以便及时补浆和堵漏；④为预防卡钻、掉钻，应经常检查钻头，钻头直径磨损时应及时修补。5）冲孔中应经常检查纲丝绳磨损情况、卡扣松紧程度和转向装置是否灵活，以免突然掉锤。6）排渣可用泥浆循环或抽渣筒方法。如用抽渣筒排渣，在冲击钻进4～5m深以后，每进尺0.5～1.0m捞渣一次，并及时补充泥浆。7）冲击大直径桩孔时可分级成孔。第一级钻头直径宜为第二级钻头直径的0.6～0.8倍。冲击进入坚硬岩石进尺300～500mm取一次岩样装箱，进入持力层后，每隔100～200mm取一次样。终孔岩样应装袋保存。8）清孔可用循环泥浆或空气压风机方法。清孔过程中应及时补给足够的泥浆并保持孔内浆液面稳定。清孔后孔底泥浆比重控制在1.15～1.25，粘度≤28s，含砂率≤10%。孔底沉渣允许厚度应符合设计要求。5.5钢筋笼制作与安装5.5.1钢筋笼宜在平整的地面钢筋圈制台上制作。制作质量必须符合设计和有关规范要求，钢筋净距必须大于混凝土粗骨料粒径3倍以上。加劲箍设在主筋外侧，钢筋笼的内径应比导管接头处外径大100mm以上，钢筋外径应比钻孔设计直径小140mm。5.5.2分段制作钢筋笼，以保证钢筋笼在吊装时不变形为原则。两段钢筋笼搭接符合相关规范要求，其接头应互相错开，35倍钢筋直径区段范围内的接头数不得超过钢筋总数的一半。5.5.3在钢筋笼主筋外侧设置定位钢筋环、砂浆垫块，其间距竖向为2m，横向圆周不得少于4处，并均匀布置。钢筋笼顶端应设置吊环。5.5.4钢筋笼可用吊车或钻机吊装，吊装时应防止钢筋笼变形，安装时要对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。钢筋笼下放到设计位置后立即固定，防止移动。5.6水下混凝土灌注5.6.1水下混凝土必须具有良好的可易性，坍落度宜为180～220mm。混凝土含砂率宜为40%～45%，选用中粗砂。粗骨料的最大粒经应＜40mm.水灰比宜采用0.5～0.55，每立方混凝土中水泥用量不宜少于380kg。5.6.2导管宜用无缝钢管制作，导管壁厚不宜小于3mm，直径宜为200～300mm，直径制作偏差不应超过2mm，导管的分节长度按工艺要求确定，配置若干1.0～1.5m的短管，导管每节长度一般2.0～3.0m。底管长度不宜小于4m。接头用法兰盘连接。法兰盘周围对称设置连接螺栓孔不宜少于6个。螺栓口径不宜小于12mm。导管连接处用厚度为4～5mm的橡胶垫圈密封，严防漏水、漏气。连接导管时要使导管平直，内壁光滑平整，安装后的导管轴线偏差不得超过20mm。下孔前应作试压试验，试验压力为0.6～1.0MPa，保证导管密封性能可靠和在水下作业时导管不漏水。5.7用导管进行清孔合格后立即进行水下混凝土灌注。开灌时，导管底端应提离孔底30～50cm，以保证隔水塞能顺利排出。5.8开灌前储料斗内必须有足够的混凝土量，其体积必须满足将导管底端一次性埋入混凝土中80cm以上的深度为宜。5.9在混凝土灌注过程中，要经常测量混凝土面上升高度，保持导管在混凝土中的埋深在2～6m。严禁把导管底端提出混凝土面，灌注水下混凝土应连续进行，不得中途停止，并边灌注混凝土边按规定上下穿插导管（上提高度一般≤1㎝），以保证桩身混凝土密实，无断桩、缩