灌注桩施工工艺及控制要点

钻孔桩施工工艺及控制要点张程俊2018年12月一、钻孔灌注桩的定义及分类灌注桩是指在工程施工过程中通过机械或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。在当下工程施工发展历程中，钻孔灌注桩和沉管灌注桩较为常见。（a）成孔（钻、挖）（b）下放钢筋笼（c）灌注混凝土（d）灌注完成二、灌注桩的应用灌注桩在现代建设工程施工中的应用很广泛，可做基础用于承重、稳定土壤地层，像用作桥墩、高大建筑物的桥桩时；高铁车站及大规模轨道机车停靠点的地层稳定，以及航空港下方的地层稳定。在护坡这方面，有深入地层用于防止滑坡的抗滑桩。在围护方面，像地铁车站深基坑施工、大型地下停车场、逆作法施工的高层建筑负层施工时的支护，普遍都有灌注桩的身影。用于基坑围护用于桥墩基础用于稳定地层1.回旋钻机回旋式钻机在当下小型施工现场应用较为广泛。回旋式钻孔机用于软土地区的桩基础，施工由电动机、卷扬机、传动杆和笼式钻头等组成。电动机通过传动杆驱动钻头切削土壤，泥浆护壁的条件下利用钻头旋转的力对地层进行旋转切刮从而形成桩孔。回转钻根据泥浆循环方式分为正循环和反循环两种。正循环：泥浆由泥浆泵从泥浆池里抽到钻杆里,通过钻杆不断的输送到钻井里,然后从钻井井口自然的排出来,同时把钻渣带出到地面上来.优点：护壁效果好，施工无振动无噪音无挤压。缺点：靠钻井液(泥浆)的自然循环方式排渣,所以循环能力和排渣能力都比较弱,只能排出一部分钻渣,而且颗粒比较大的钻渣也不能排出来,钻井里残留的沉渣比较多,影响了钻进速度,钻具的磨损也比较大.三、钻孔设备反循环：泥浆是用泥浆泵从钻井的井口(钻杆外面)向钻井里输送,再用压缩空气或泥浆泵,从钻杆的中间抽出来。优点：循环能力和排渣能力都比较强,不但排渣干净,而且颗粒比较大的钻渣也能排出来，使清孔时间大大缩短，且无噪音污染。缺点：水压和泥浆比重管理不当容易坍孔。回旋钻机由于因钻孔需泥浆护壁，施工场地泥泞，对泥浆制备、循环要求高。现场需挖掘沉淀池，并需处理排放的泥浆。采用反循环排渣时，土中若有大石块，容易卡管。桩径易扩大，易导致混凝土灌注超方。回旋钻机b.（潜水式，传动杆变为减速器减速后直接驱动钻杆钻孔）回旋钻机a.（转盘式）在施工发展中由于在相同位置不同地层中施工，回旋式钻机钻头在遇到岩石时效率急速变慢，且回旋钻机利因为上面带有卷扬机，所以也可换锤具进行冲孔冲击岩石，使之破碎，达到成孔目的，从而提高效率。在锤头冲桩时，由于锤头是靠自身重力向孔底锤去，这时的桩孔垂直率需要严格控制，并隔一段时间检查卷扬机的钢丝绳磨损情况，防止掉锤情况发生。回旋钻机在施工方便、费用较低、噪音小等优点外，也可配合伸缩式导杆抓斗进行地下连续墙施工，配合潜孔锤进行硬岩破碎施工；更换作业装置后也可进行旋喷施工和正循环施工，在同等钻孔设备中较为有一定的优势。然而在“钻孔”、“灌注”这两个灌注桩的核心目的前，随着各式各样的钻孔方法的出现，各种不足也凸显出来。在钻孔前，对于场地的要求比较大，钻机移位时比较缓慢，且在钻孔过程中要一直保持钻机放置位置的平稳，不能因水对土壤的软化而使钻机放置位置发生变化，引起钻机移位，轻则损坏钻杆，使施工效率降低，重则严重偏孔、塌孔，从而让不必要的时间、人力财力为其买单。钻孔过程中，产生的沉渣如果不能清理，在接下来的浇筑过程中也将影响混凝土浇筑质量。2.旋挖钻机旋挖钻机作为现代施工作业中进化的科技产物，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机是在第二次世界大战后发展起来的新型钻孔设备。我国从上世纪80年代开始引进吸收，但一直没有取得太大的进展。直到2001年中铁集团开始在青藏铁路上大面积推广应用旋挖钻进行桩基成孔。至此，旋挖钻成孔施工工艺在国内较大范围内迅速推广。主要钻进工艺有三种：干式钻进、清水孔钻进和泥浆护壁钻进。其主要特点为自带履带移动方便和成孔速度快，孔底干净。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。成孔原理旋挖钻机的成孔原理是利用可闭合开启的钻斗旋转切削土层,使钻渣进入钻斗,提升出孔外，出土后继续钻进，施工速度快、振动低、污染小、机械安装和场地内移动方便等优势，已经成为现在钻孔的主要设备。钻具——单底钻斗单底钻斗（FBB）是一种适合粘土和凝灰岩的钻具。粘土层单底钻斗凝灰岩单底钻斗钻具——单头螺旋钻头单头螺旋钻头（SSA）、即单头单螺螺旋钻头，单头螺旋钻头被设计用于岩石层和水位上土层单头土螺旋钻头混层单头螺旋钻头单头岩石螺旋钻头钻具——双头螺旋钻头双头螺旋钻头（DSA）适合大口径和岩石钻孔，它分为双头单螺螺旋和双头双螺螺旋。双头土螺旋钻头双头较硬岩螺旋钻头双头锥螺旋钻头双头硬岩螺旋钻头四、钻孔灌注桩的施工工艺钻孔灌注桩施工技术是一种施工成本低、施工操作简单、无振动及噪音及挤土效应的混凝土技术。目前，钻孔灌注桩施工技术已被广泛应用到建筑工程施工领域。钻孔灌注桩具有较高的安全性及较强的稳定性，即混凝土浆液渗透至土层深处，能使土层与灌注桩体紧密结合起来，从而使地基更加牢固可靠，同时灌注桩能够有效控制地基沉降，从而对土层产生压实效果；钻孔灌注桩对土层起着较好的渗透、压密及劈裂作用，且三者间的相互作用能使土层更加稳固。简要图示泥浆备料泥浆池终孔质量检查清孔下钢筋笼安装导管检查沉砟厚度及泥浆指标水下混凝土浇筑拔除护筒成桩质量检验泥浆沉淀池混凝土制备输送拼装导管检查钢筋笼制作检查标高施工准备平整场地桩位放样埋设护筒钻机就位开孔钻进制作试件循环造浆抽渣钻孔灌注桩施工流程1.平整场地为钻机提供稳定的作业平台，防止钻机偏移引起偏孔和钻机倾覆及罐车沉陷等问题。陆地:清除杂物、换除软土、平整压实，场地位于陡坡时，也可用枕木、型钢等搭设工作平台。水中：在浅水中，宜用筑岛围堰法施工，筑岛面积按钻孔方法、设备大小等决定。2.护筒埋置护筒是埋置于钻孔桩孔口的一个圆筒，在进行埋置护筒前必须进行测量放样，因护筒一经埋置，桩位就已确定。(1).护筒的作用：①.定位。②.避免孔口周围杂物掉入孔内。③.保持泥浆水位，防止坍孔。(2).护筒的制作要求：使用回转钻机钻孔应比钻头大约20cm，使用冲击钻机钻孔应比钻头大约40cm。(3).护筒的埋置要求钻孔前，在现场放线定位，护筒中心竖直线与桩中心线重合，平面允许误差为50mm，倾斜不大于1％。埋设护筒要采用人工挖孔埋设，外围用粘土夯填。黏性土、粉土不宜小于1m，砂类土不宜小于2m.护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m，还应满足孔内泥浆面的高度要求，在旱地或筑岛时还应高出施工地面0.5m。护筒埋置3.泥浆制备泥浆作用：在孔壁形成泥皮稳定孔壁、润滑钻具、悬浮钻渣用于循环排渣。组成及要求：(1)泥浆比重（泥浆：水【1】）：正循环回转钻机、冲击钻机使用管形钻头钻孔时，入孔泥浆比重为1.1～1.3；冲击钻机使用实心钻头钻孔时，孔底泥浆比重不宜大于：黏土、粉土1.3；大漂石、卵石层1.4；岩石为1.2。反循环回转钻机入孔泥浆比重可为1.05～1.15。(2)黏度：一般地层16～22s，松散易坍地层19～28s。(3)含砂率：新制泥浆不大于4%。(4)胶体率：不小于95%。(5)PH值：应大于6.5。含砂率泥浆比重粘度泥浆三项指标试验仪器4.钻孔施工（1）安装钻机前，底架应垫平，保持稳定，不得产生位移和沉陷。钻头或钻杆中心与护筒中心偏差不得大于5cm。（2）无论采用哪种方法钻孔，开孔的孔位必须准确，应使初成孔壁竖直、圆顺、坚实。（3）钻孔时，孔内水位宜高于护筒底脚0.5m以上或地下水位以上1.5～2.0m。在冲击钻进中取渣和停钻后，应及时向孔内补水或泥浆，保持孔内水头高度和泥浆比重及粘度。（4）钻孔时，起、落钻头速度宜均匀，不得过猛或骤然变速。（5）钻孔作业应连续进行，钻孔过程中应经常检查并记录土层变化情况，并与地质剖面图核对。钻孔到达设计深度后，应对孔位、孔径、孔深进行检验，并填写钻孔记录表。孔位偏差不得大于5cm。5.成孔检查对孔径、孔深、孔位、垂直度进行检查。用探孔器对孔径和垂直度进行检查。用测绳对孔深进行检查，测绳必须用钢尺进行校核。护桩交叉拉线对孔位进行检查（GPS或全站仪）。6.清孔钻孔过程中会有一部分泥浆和钻渣沉于孔底，必须将这些沉积物清除干净，才能使灌注的混凝土与地层或岩层紧密结合，保证桩的承载能力。清孔可选用以下方法：（1）抽渣法适用于冲击或冲抓法钻孔。（2）吸泥法适用于土质密实不易坍塌的冲击钻孔。（3）换浆法适用于正、反循环回旋钻孔。清孔应达到以下标准（根据不同地质情况会有所标准，或按设计要求）：a.孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，b.泥浆比重不大于1.1。c.含砂率小于2%。d.粘度17～20s。清孔后孔底沉渣厚度：端承桩不大于5cm，摩擦桩不大于20cm。或按设计要求.（连续梁、钢构等特殊跨桥墩桩基≤5cm）严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。7.钢筋笼的制作和安放注意事项：（1）.钢筋骨架一般每隔2米设置加强箍筋一道；（2）.焊接定位钢筋或滚轮确保保护层厚度；（3）.吊装过程中不得使骨架变形。(4).钢筋骨架起吊机吊起，对准护筒中心缓慢下放至设计标高,钢筋笼入孔后应准确、牢固定位，平面位置偏差不大于5cm，底面高程偏差不大于±10cm。(5).下放钢筋骨架应徐徐下放严禁摆动碰撞孔壁;(6).在安装钢筋笼时，宜采用三点起吊。(7).在最下方吊点下放到孔口处将其拆除，接下来缓缓放入钢筋笼。钢筋笼下方应向内弯折15-30度，防止在下放过程中下方钢筋插入孔壁一般钢筋笼吊装长大钢筋笼吊装8.混凝土浇筑钢筋笼下放完成后，抓紧时间浇筑混凝土桩体，这是钻孔灌桩混凝土浇筑最后一道关键性工序。（1）采用泥浆下直升导管法浇筑。下设导管前，应进行密封性试验。导管开浇顺序为自低处至高处，逐管开浇。导管距孔底30cm，采用压球满管法开浇，即向导管内一次连续注入熟料将隔离球压至导管底口岩面，此时混凝土注满整根导管，在备足熟料后，提升导管开浇，待混凝土面上升至下一根导管底端高程时，此根导管开浇，并与前根导管保持连续均匀浇筑。（2）浇筑时严格控制孔内混凝土面高差和导管埋深，以防混浆和夹泥，同时也要控制好进料速度以防止产生压气现象。各导管保持均匀进料，以保证孔内混凝土面高差不大于0.5m，导管埋深宜为2～6m。（3）开浇时应检查导管内是否渗进泥浆。浇筑过程中每间隔30min测一次孔内混凝土面，测点设置在两导管间及孔位两端头。每隔2h测量一次导管内的混凝土面，及时核对浇筑方量，分析浇筑中出现的问题，以此作为浇筑工作和拆卸导管的依据。在开浇和终浇阶段应缩短测量混凝土上升面的间隔时间。（4）终浇高程：经测量孔内混凝土面达到设计超灌量50cm顶部时即可停止浇筑（上方压力小，泥浆与混凝土的置换效果减弱，超灌50公分作为其保护层）。连续向料斗里装满后提升卷扬机进而拉动料斗下方导管进行灌注五、质量通病及处理措施1.坍孔主要原因：(1)冲击成孔中使用的泥浆不符合要求，粘土质量不符合标准或泥浆比重不足，起不到护壁的作用。(2)孔内的水头高度不够，低于地下水位，致使孔内水位压强降低，造成坍孔。(3)在混凝土理入前，吊入钢筋骨架时，骨架偏位摆动碰坏孔壁造成坍孔。(4)清孔后放置时间过长，没及时浇入混凝土，而且没有采取预防措施，造成坍孔。应对措施发生坍孔后，应立即查明坍孔处位置，分析地质情况，然后采取如下措施：(1)坍孔发生在护筒底脚处，根据实际情况，可以立即拆除护筒，回填钻孔，重新埋设护筒后，再钻进；采用加长护筒，使护筒通过震动锤继续下沉，直至埋于坍孔位置以下，外围用黏土或装有黏土的草袋回填夯实，重钻时，控制好泥浆稠度和水头高度。(2)若坍孔位置较深，若不严重，则可以加大泥浆比重，继续钻进；若坍孔较为严重时，则应立即用砂或小砾石加黏土回填至坍孔以上位置，甚至将整个钻孔全部回填，暂停一段时间，使回填土沉积密实，水位稳定后，重新钻进，时刻注意不良