1、钻孔灌注桩成孔方法、施工工艺及其应用 一、说明 近几年来，伴随中国西部大开发，我区高速公路新建工程迅猛发展，桥梁钻孔灌注桩基础也越来越来。一九九九年十月至二OOO年三月本人参与了石中高速公路南段I协议段施工，当初已临近冬季，所以，路基工程只进行了软基处理、填前碾压及两板土方填筑工作，将工作关键放在了桥梁下部结构施工任务上。全段起点K107+500，终点K112+615，共有一座中桥，两座分离式立交桥，八座通道桥，均为钻孔灌注桩基础，中桥分离式立交桥桥台桩径120cm，桥墩桩径150cm，通道桥桥墩，台桩径120cm，共228根桩基。设计桩基长度为17m-26m。其地质情况表层为粘土层，5 m往2、下为细中砂层，12m以下为卵石层。 二、成孔关键施工方法 钻孔灌注桩关键是钻孔。钻孔方法可归纳为三种类型：即冲击法、冲抓法和旋转法。冲击法系用冲击钻机或卷扬机带动冲锥，借助锥头自重下落产生冲击力，反复冲击破碎土石或把土石挤入孔壁中，用泥浆浮起钻渣，用抽渣筒或空气吸泥机排出而形成钻孔。冲抓法采取冲抓锥靠自重产生冲击力，切入土层或破碎层，叶瓣抓土、弃土以形成钻孔。旋转法系用人力或钻机，经过钻杆带动锥或钻头旋转切削土壤，用泥浆浮起排出钻渣形成钻孔。每种方法又因动力和设备功效不一样，而分为多个。我们能够依据多种钻孔方法实用范围和特点，结合机具设备供给情况，设计和工期要求和土层情况，来选择正确钻孔方法。3、近几年在中国，成孔方法也有好几十种，下面我就简单介绍一下在I协议段钻孔灌注桩施工中所采取多个钻进方法。正循环回转法所谓正循环回转法，就是利用钻具施转切削土体钻进，泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头，经过钻杆中心从钻头喷入钻孔内，泥浆挟带钻渣沿钻孔上升从护筒顶部排出至沉淀池，钻渣在此沉淀而泥浆流入泥浆池循环使用。其适合土层为粘性粉砂、细、中、粗砂，含少许砂石、卵石（含量少于20%）土、软岩等。当遇岩层时，采取牙轮钻头也可钻进。在实际施工中，K107+507.5分离式立交桥3#台，K109+839.1分离式立交桥0#台共24根钻孔灌柱桩为经典正循环回转法牙轮三冀钻头钻进施工。其特点是钻进和排渣同时连续进行，4、在适用土层中钻进速度较快，但需设置泥浆槽，沉淀池等，施工占地较大，且机具设备较复杂。钻孔时相对其它工艺钻孔工程用水量较大，从施工情况来看，采取正循环回转法牙轮钻头施工还是比较合理，适合当初地层情况，且工作效率较高。反循环回转法和正循环回转法不一样是反循环回转法是浆泥浆输入钻孔内，然后从钻头钻杆下口吸进，经过钻杆中心排出至沉淀池内。其适合土层为粘性土、砂类土，含少许砾石卵石（含量少于20%、粒径小于钻杆内径3/2）土、软岩等，当遇岩层时，采取牙轮钻头也可钻进。K108+047.8（2-8+8）m通道桥。K109+839.1分离式立交桥2#墩、3#台共34根钻孔灌注桩为经典反循环回转法牙轮钻头施工5、。从施工情况来看，其钻进和排渣效率较高，但接长钻杆时装卸麻烦，钻渣轻易堵塞管路，对机械有严重磨耗，这是反循环回转法缺点。另外，因泥浆是从上向下流动，孔壁坍塌可能性较大，为此需用较高质量泥浆，依据地质改变和钻进速度不停调整泥浆比重，确保钻渣悬浮和孔内护壁。施工中，专门安排了试验工不停地检验钻进进度立即调整泥浆比重，以防发生意外。从结果来看，这种方法特点为钻进比较快，机体较轻，便于安装运输。但因其钻进时接长钻杆装卸麻烦，影响钻进速度，且其工程用水及泥浆用量较大，经济效益通常。冲击锥法在I协议段中，K107+507.5分离式立交桥0#台、K108+563.3(2-8+8)m通道桥、K110+256(6、6-16.0)m惠农渠中桥共74根钻孔灌注桩为经典冲击锥法钻孔。冲击锥法适适用于各类土层，在宁夏地域应用比较普遍。冲击锥法又分为实心锥和空心锥两种，实心锥适适用于漂、卵石和软岩层；空心锥（管锥）适适用于其它土层。在I协议段冲击锥法施工中全部采取了实心锥。在冲击锥下冲时有些钻渣被挤入孔壁，起到加强孔壁并增加土层和桩间侧摩阻力作用。但不能钻斜孔，钻一般土层时，进度比其它方法全部慢，钻大直径孔时，需采取先钻小孔逐步扩孔措施（分级扩孔法）。因为设计钻孔灌柱桩孔径桥台桩为1.20m，桥墩桩为1.5m，所以一般采取二级扩孔法。先是使用1.0m和 1.3m钻头钻进，再采取1.2m和1.5m钻头扩孔，这种方法7、即使比正、反循环转法设备、钻架矮小、轻便，但其扩孔时较难掌握，尤其是地层情况不太好情况下尤为显著，轻易造成缩孔或孔内坍孔。所谓缩孔就是钻孔孔径小于设计孔径，使钢筋笼无法正常下落安放，这就要求作业队不管采取何种钻进方法，在钻孔桩达成设计深度后，一定要先用验孔器进行验孔，达成要求孔径时才能进行清孔工作。有些作业队为了节省工序，而忽略了验孔器验孔工作。当出现缩孔钢筋笼无法下放时，便强行安放，结果造成井壁刮伤，使孔底沉淀厚度大大高于设计要求，钢筋笼保护层厚度不够，而且轻易造成坍孔事故。如K108+563.3通道桥0#台6#桩在施工中就出现了缩孔，作业队为了赶工期，未进行验孔器验孔，即进行了清孔工作，加8、上现场施工技术员责任心不强，而使钢筋笼下放几米后再也无法下落，被迫进行第二次扩孔，造成极大返工浪费。因冲击锥、冲抓锥或掏渣筒吊绳松放过长，撞击孔壁或其它原因可能会引发坍孔。坍孔迹象就是孔内水位骤然降落，并冒细密水泡，长时间内钻进深度很小，钻机负荷显著增加，甚至锥头运输不起来，尤其在砂性土等松散地基中常易发生坍孔。如K110+256惠农渠中桥就因地质及施工不规范而数次发生孔内坍孔事故，其预防方法为，当孔口发生坍塌，致使护筒倾斜，则应立即用粘土回填，扶正护筒，严重时应挖起护筒，重新按要求埋置后再钻孔。当孔内发生坍塌，但情况不严重时，可回填至坍孔位置以上1-2m，并加大泥浆比重继续钻进；情况严重时，9、应将钻孔全部用砂夹粘土或小砾石夹粘土回填，经35天稍密实后，再重新钻孔。另外，冲击锥法施工时还易出现问题就是：钻孔虽未出现坍孔事故，但因为在掏渣时冲锥上下往返摆动，撞击孔壁，常常使孔内直径大于设计桩径。这么在灌注水下砼时就出现了超料现象，造成极大经济损失。在I协议钻孔灌注桩施工中，通常采取冲锥法成孔桩基均出现了不一样程度超料现象，这给施工单位带来了极大经济损失及负面影响。冲抓锥法冲抓锥法是一个由三片六片可开闭抓土瓣所组成重抓土斗，锥头重量通常为1.52.8t,冲抓锥在钻机上由带有离合器卷扬机提升，至一定高度后放松吊绳，锥头借自重坠落。坠落时让抓土瓣合拢，即可冲土；若使抓土瓣张开插入土中，在提升10、时抓土瓣能自动合拢将土抓起，再弃于孔外。此法可用于土层较密实，用旋转法效果较差时。但不能钻斜孔，钻孔深度超出20m后，其钻孔进度大为降低；当孔内碰到漂石或探头石时冲抓较困难，需改用冲击锥钻进。K107+507.5分离式立交桥0#台12#桩前期采取就是冲抓锥法施工。当钻孔深度超出20m后，其速度大大降低，以后又碰到探石头，加之井底有钻落物无法打捞，钻孔已无法继续进行。在承包队资金困难，施工单位又组织不利情况下，为预防坍孔而被迫撤离钻机，将钻孔重新回填砂夹粘土，经3天后重新换上冲击锥鱼尾钻头进行施工，大大影响了施工进度。当初因为工期紧，任务重，施工单位组织钻机种类比较多，但成孔方法基础以正、反循环11、回转法及冲击锥法三种为主。当然，还有其它成孔方法也逐步开始在宁夏高等级公路上实施应用，比如人工挖孔桩在中郝高速公路同心境内应用就比较普遍，而且效果相当不错，这里就不另做介绍。另外，国产及国外越来越优异钻机类型也开始逐步在宁夏区内推广和应用。二、钻孔灌注桩施工工艺。三、钻孔灌注桩施工工艺 1、钻孔准备 平整场地，整修道路。依据自然地面高程，桩顶设计标高来确保钻孔多种设备、材料摆放。搭设钻孔灌注桩工作平台应满足以下要求：、钻孔灌注桩在旱地时、应清除杂物，换除软土，整平扎实。、钻孔灌注桩在斜坡时，可用枕木、型钢反搭工作平台。 (3)、钻孔灌注桩在浅水时，宜采取围堰筑岛法施工，且岛面须高出水位米为宜，12、并确保工作平台牢靠稳定，承受工作时动荷载和施工机械安全进出。2、桩位复核依据设计图纸测量坐标，用全站仪和经过检验钢尺在平整扎实工作平台上按设计桩位定出桩位中心，并用十字垂直线固定延长护桩不少于四根，护桩上钉上铁钉并用混凝土灌注保护，经监理工程师复核认可后，交钻进班组保护现场桩位。3、护筒埋设钻进工班依据测定桩位中心，埋设护筒程序及满足要求以下：（1）、留桩挖护筒：护筒采取0.5-0.8厘米厚钢板制做，护筒内径大于桩径30-40厘米，护筒长度2-6米。（2）、安装护筒：护筒下沉采取吊车进行，护筒就位按十字垂直线方向检验并在护筒口用漆标点，方便随时检验钻孔偏位情况。埋设好护筒平面位置偏差小于5厘米13、，护筒垂直度偏差小于1%。护筒埋设长度依据地质应在2.0-6.0米范围，以确保不塌孔为宜。护筒在旱地时顶端高度高出地面30厘米，并高出地下水位米。（3）、挖掉中心留土。（4）、在井口5m以外开挖泥浆池和沉淀池，在护筒缺口和泥浆池之间用泥浆沟连接起来。4、泥浆（1）、钻孔灌注桩成孔采取泥浆护壁，材料用塑性指数大于15以上优质红粘土、膨胀土和外加剂组成。冲击钻成孔应在孔口备足红粘土待用，旋转钻成孔应准备1座以上沉浆池，每座泥浆池内有泥浆泵，并备足粘土等候用。（2）、对孔内泥浆或池内泥浆随时检验其比重、粘度、含砂率、失水率，依据试验结果不停立即调整孔内泥浆稠度等。5、钻具及配套设备不管采取何种钻孔方14、法，如回旋钻或冲击钻，须含有钻头两个，另外要有配套发电机两台，强制式砼搅拌机一台，滚筒式搅拌机一台，12吨以上吊车一辆。6、钻前准备（1）、钻机就位前，应对钻机各项准备工作进行检验，包含场地部署和钻机座落处平整和加固，关键机具检验，安装和调试，配套设备就位及水电供给接通等。（2）、钻机就位时，底座和顶端应平稳，在钻进和运行过程中不应产生位移和沉陷。回旋钻机顶部起吊滑轮线、转盘中心和桩位中心三者应在同一铅垂线上，其偏差不得大于2厘米。7、钻进（1）、一直保持孔内水量，以维持护筒内应有水头压力，依据地质改变和钻进速度不停调整泥浆比重，确保钻渣悬浮和孔内护壁。（2）、注意钻杆接头紧固密封，预防漏水和15、钻杆松脱。（3）、钻机运转时，随时检验孔径和钻孔倾斜度，做好钻孔统计和交接班统计。8、成孔检验和清孔（1）、钻孔桩达成设计深度，对孔径、孔位、孔深和倾斜度进行检验验收并填写具体终孔统计。（2）、对检验验收合格孔即可进行清孔，清孔方法有掏渣清孔法、抽（换）浆清孔法。掏渣清孔法适适用于冲击钻孔初步清孔，掏渣前可投入水泥1-2袋，再用钻头冲击数次，使孔内泥浆、钻渣和水泥形成混合物，然后用掏渣筒掏渣。抽（换）浆清孔法适适用于循环钻孔，将相对密度较低，（）泥浆压入，把孔内悬浮钻渣和相对密度较大泥浆换出。清孔排渣时必需连续不停补水，一直保持孔内水头，预防塌孔事故。不得用加深孔底深度方法替换清孔。（3）、灌16、注水下砼前，孔底沉淀厚度小于设计要求，超出时必需重新清孔。经监理工程师检验确定桩孔满足图纸设计要求即可进行浇注水下砼准备工作。9、水下砼浇注（1）、对检验验收合格已清好孔即可进行钢筋笼安放焊接。在骨架上端，要依据护筒顶标高和骨架顶标高并考虑焊接搭接长度设置吊环和固定杆并牢靠定位。骨架吊装前须对骨架进行全方面检验，骨架检验必需满足设计图纸质量要求，骨架接头焊接、搭接长度符合规范要求，骨架吊装用吊车进行，安放时必需保持骨架垂直度。（2）、导管吊装采取吊车进行，（对第一次使用导管必需做水密性试验），导管接头密封圈安放牢靠、正确，并涂满黄油确保其不漏水、透水。（3）、第一批砼浇注按要求计算须有一定储量17、，砼拌合运至浇注点时，应预防其离析结块，检验其均匀性和坍落度（坍落度大于18cm和小于21cm），导管内砼必需确保无汽泡和水泡情况下充满底部，导管在砼中埋深大于2.0m且小于6.0m，随时测量并统计导管埋置深度和砼表面高度，导管每次拆除后必需将导管安放桩孔中心，预防提升导管时骨架上升和影响砼浇注质量。（）、钻孔桩水下混凝土浇注应连续进行，并配置浇注混凝土时所用全部电量发电设备，配置混凝土运输设备及其它对应设备待用，预防因停电或其它设备事故使浇注中止时间过长造成混凝土浇注质量事故。每桩砼浇注完成后，桩顶砼标高必需高出设计桩顶50-100cm以上，其高度可于砼强度达成5Mpa以后凿除一部分，但须保18、留不少于高出桩顶10cm以上，以确保桩顶砼质量，钻孔桩施工完成后即可填写成质检验收汇报。（5）、钻孔灌注桩水下混凝土配制中水泥用量、含砂率、水灰比、坍落度均满足设计图纸要求或桥梁施工规范要求要求。混凝土含砂率宜采取40%-50%，水灰比采取，坍落度为18-20cm。（6）、灌注首批砼时，应注意下列事项：a、导管下口至孔底距离通常宜为25-40cm。b、导管埋入砼中深度不得小于1米。（7）、灌注砼途中发生下列故障时，在可能条件下立即进行处理：a、首批砼灌注后导管进水时，应将已灌注砼吸出，重新进行灌注。b、在砼面处于井孔水面以下不很深情况下导管进水时，可采取底塞隔水方法，并外加一定压力重新插入导管19、，恢复灌注。（8）、处于地面及桩顶以下护筒，应在灌注砼完后立即拔出；处于地面以上护筒，待砼抗压强度达成5Mpa后方可拔出。四、钻孔施工中注意事项钻孔是施工中一道关键工序，是高质量、高速度关键。用旋转锥钻孔，初钻时应用卷扬机吊住钻具，控制钻进速度，并常常检验钻具是否垂直。在施工中钻进速度还应按地质情况加以控制，预防钻机负荷超载、钻杆摆动、钻孔偏斜及卡钻等情况发生。比如用反循环旋转锥钻孔时，若为粘土层，应中速钻进，泥浆宜稀；对孔壁易坍塌砂性土和软土，应低速钻进，泥浆比重应大些；对粉砂土层，更应注意控制钻进速度，以防坍孔；如遇亚粘土并夹有卵石、砾石时，可能会出现钻杆跳动、大摇摆和偏移况象，故宜低速慢20、进。用冲抓锥或冲击锥钻进，开始时进度不宜太快，应该用小冲程，通常提锥高度为，每分钟冲击20-25次，预防锥头撞击护筒，进钻到一定深度后，孔壁起导向作用，起、落钻锥速度要均匀。通常见中冲程（提锥高23m）,但在砂土层中冲抓时，宜用0.51.0 m较小冲程。如钻机良好，土层坚硬，可用45 m较大冲程，方便把卵石、岩石击碎。当钻到靠近孔底标高时，要尤其谨慎小心，预防发生坍孔意外事故。注意钻杆接头紧固密封，预防漏水和钻杆松脱。钻机运转时，依据地质改变和钻进速度，合适调整钻杆压力和锥头补焊，随时检验孔径和钻孔倾斜度，做好钻孔统计和交接班统计。在整个钻孔过程中，依据钻孔方法、地质改变和钻进速度不停调整泥浆21、比重（各项泥浆性能指标见下表），以保持钻渣悬浮和孔内护壁。一直保持孔内水位高于孔外，以保持护筒内应有水头压力。泥浆性能指标钻孔方法地层情况相对密度粘度（S）含砂率（%）失水率（ml/30min）正循环、冲 击粘性土16-228-425砂土、碎石土、卵石、漂石19-288-415粘性土16-20420反循环砂土19-28420碎石土20-35420 当钻到设计标高时，通常要再下钻，经现场检验确定孔底土质已符合设计要求，应立即进行下一遍工序清孔。清孔目标是把沉淀在孔底钻渣和泥浆尽可能清除掉，以免影响混凝土质量和桩承载力。清孔排渣时必需连续不停补水，一直保持孔内水头，预防塌孔事故。不得用加深孔底深度方法替换清孔。总来说，钻孔必需在孔位，孔径、孔形、孔深等方面全部能满足设计要求。所以在钻孔中必需采取有效方法，合理选择钻进方法，以尽可能降低事故发生。尤其尤其注意确保钻进垂直度。施工单位要充足考虑本身情况、工程地质特点，认识到地域差异，因地制宜地合理进行施工组织设计方案，从而确保工程质量，更经济、更有效地完成钻孔施工任务。