钻孔灌注桩的成孔方法、施工工艺及其应用

1、钻孔灌注桩的成孔方法、施工工艺及其应用一、说明近几年来，随着我国西部的大开发，我区的高速公路新建工程迅猛开展，桥梁钻孔灌注桩根底也越来越来。一九九九年十月至二00年三月本人参加了石中高速公路南段 I 合同段的施工，当时已临近冬季，因此， 路基工程只进行了软基处理、填前碾压及两板土方的填筑工作，将工作重 点放在了桥梁下部结构的施工任务上。全段起点K107+50Q终点K112+615共有一座中桥，两座别离式立交桥，八座通道桥，均为钻孔灌 注桩根底，中桥别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1

2、7m-26m其地 质情况表层为粘土层，5 m往下为细中砂层，12m以下为卵石层。二、成孔的主要施工方法钻孔灌注桩的关键是钻孔。钻孔的方法可归纳为三种类型：即冲 击法、冲抓法与旋转法。冲击法系用冲击钻机或卷扬机带动冲锥，借助锥 头自重下落产生的冲击力，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。冲抓法采用冲抓锥 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，通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。每种方法又因动力与设备功能的不同，而分为多种。 我们可以根据各种钻孔方法的实用范围和特点，结

3、合机具设备供应情况， 设计和工期要求以及土层状况，来选择正确的钻孔方法。近几年在国内， 成孔的方法也有好几十种，下面我就简单介绍一下在 I 合同段钻孔灌注桩 施工中所采用的几种钻进方法。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，通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。 其适合的土层为粘性粉砂、细、中、粗砂，含少量砂石、卵石含量少于 20%的土、软岩等。当遇岩层时，采用牙轮钻头也可钻进。在实际施工 中，别离式立交桥 3#台，别离式立交桥 0#台共 24 根钻孔灌柱桩为典型的

4、正循环回转法牙轮三冀钻头钻进施工。其特点是钻进与排渣同时连续进 行，在适用的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，采用正循环回转法牙轮钻头施工还是比拟合理的，适合 当时的地层情况，且工作效率较高。反循环回转法与正循环回转法不同的是反循环回转法是浆泥浆输入钻孔内，然后从 钻头的钻杆下口吸进，通过钻杆中心排出至沉淀池内。其适合的土层为粘 性土、砂类土，含少量砾石卵石含量少于 20%、粒径小于钻杆内径 3/2 的土、软岩等，当遇岩层时，采用牙轮钻头也可钻进。 2-8+8 通道桥。别离式立交桥 2#墩、3

5、#台共 34 根钻孔灌注桩为典型的反循环回 转法牙轮钻头施工。从施工情况来看，其钻进与排渣效率较高，但接长钻 杆时装卸麻烦，钻渣容易堵塞管路，对机械有严重磨耗，这是反循环回转 法的缺点。另外，因泥浆是从上向下流动，孔壁坍塌的可能性较大，为此 需用较高质量的泥浆，根据地质变化与钻进速度不断调整泥浆比重，保证 钻渣的悬浮和孔内护壁。施工中，专门安排了试验工不断地检查钻进的进 度及时调整泥浆比重，以防发生意外。从结果来看，这种方法的特点为钻 进比拟快，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，经济效益一般。冲击锥法在 I 合同段中，别离式立交桥

6、 0#台、 K108+563.3(2-8+8)m 通道桥、 K110+256(6-16.0)m 惠农渠中桥共 74 根钻孔灌注桩为典型的冲击锥法钻 孔。冲击锥法适用于各类土层，在宁夏地区应用比拟普遍。冲击锥法又分 为实心锥与空心锥两种，实心锥适用于漂、卵石和软岩层；空心锥管 锥适用于其它土层。在 I 合同段冲击锥法施工中全部采用了实心锥。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与桩间的侧 摩阻力作用。但不能钻斜孔，钻普通土层时，进度比其它方法都慢，钻大 直径孔时，需采用先钻小孔逐步扩孔的方法分级扩孔法。由于设计的 钻孔灌柱桩孔径桥台桩为，桥墩桩为 1.5m,所以普通采用二级扩

7、孔法。先 是使用和 的钻头钻进，再采用和的钻头扩孔，这种方法虽然比正、反循 环转法设备、钻架矮小、轻便，但其扩孔时较难掌握，尤其是地层状况不 太好的情况下尤为明显，容易造成缩孔或孔内坍孔。所谓的缩孔就是钻孔 孔径小于设计孔径，使钢筋笼无法正常下落安放，这就要求作业队无论采 用何种钻进方法，在钻孔桩到达设计深度后，一定要先用验孔器进行验 孔，到达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，并且容易造成坍孔事故。如 K108+563.3通道桥0#台6

8、#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，造成极大的返工浪费。因冲击锥、冲抓锥或掏渣筒的吊绳松放过长，撞击孔壁或其它原因可 能会引起坍孔。坍孔的迹象就是孔内水位骤然降落，并冒细密的水泡，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 施工不标准而屡次发生孔内坍孔事故，其防止措施为，当孔口发生坍塌，致使护筒倾斜，那么应及时用粘土回填，扶正护筒，严重时应挖起护筒，重 新按要求埋置后

9、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，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的问题就是：钻孔虽未出现坍孔事 故，但由于在掏渣时冲锥上下来回摆动，撞击孔壁，常常使孔内直径大于 设计桩径。这样在灌注水下砼时就出现了超料现象，造成极大的经济损 失。在 I 合同的钻孔灌注桩施工中，但凡采用冲锥法成孔的桩基均出现了 不同程度的超料现象，这给施工单位带来了极大的经济损失及负面影响。冲抓锥法t, 冲抓锥在钻机上由带有离合器的卷扬机提升，至一定高度后放松吊 绳，锥头借自重坠落

10、。坠落时让抓土瓣合拢，即可冲土；假设使抓土瓣张 开插入土中，在提升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，钻孔深度超过 20m后，其钻孔进度大为降低；当孔内遇到漂石或探头石时冲抓较困难， 需改用冲击锥钻进。别离式立交桥 0#台 12#桩前期采用的就是冲抓锥法施 工。当钻孔深度超过20m后，其速度大大降低，后来又遇到探石头，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 单位又组织不利的情况下，为防止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。当时

11、由于工期紧，任务重，施工单位组织的钻机种类比拟多，但成 孔的方法根本以正、反循环回转法及冲击锥法三种为主。当然，还有其他 成孔方法也逐渐开始在宁夏高等级公路上实施应用，比方人工挖孔桩在 2002 年中郝高速公路同心境内应用就比拟普遍，而且效果相当不错，这里 就不另做介绍。另外，国产及国外越来越先进的钻机类型也开始逐渐在宁 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。根据自然地面高程，桩顶设计标高来 保证钻孔各种设备、材料的摆放。搭设钻孔灌注桩工作平台应满足以下要 求：、钻孔灌注桩位于旱地时、应去除杂物，换除软土，整平夯实。 、钻孔灌注桩位于

12、斜坡时，可用枕木、型钢反搭工作平台。(3) 、钻孔灌注桩位于浅水时，宜采用围堰筑岛法施工，且岛面须高 出水位米为宜，并保证工作平台牢固稳定，承受工作时动荷载与施工机械 的平安进出2、桩位复核根据设计图纸的测量坐标，用全站仪和经过检验的钢尺在平整夯实的 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 钻进工班根据测定的桩位中心，埋设护筒程序及满足要求如下： 1、留桩挖护筒：护筒采用 0.5-0.8 厘米厚的钢板制做，护筒内 径大于桩径 30-40 厘米，护筒长度 2-6 米

13、。2、安装护筒：护筒下沉采用吊车进行，护筒就位按十字垂直线 方向检查并在护筒口用漆标点，以便随时检验钻孔偏位情况。埋设好的护 筒平面位置的偏差不大于 5 厘米，护筒垂直度的偏差不大于 1%。护筒埋设 长度根据地质应在 2.0-6.0 米范围，以保证不塌孔为宜。护筒位于旱地时 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、钻孔灌注桩成孔采用泥浆护壁，材料用塑性指数大于15 以上的优质红粘土、膨胀土与外加剂组成。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

14、座泥浆池内有泥浆泵，并备足 粘土等待用。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，根据试验结果不断及时调整孔内泥浆稠度等。5、钻具及配套设备 无论采用何种钻孔方法，如盘旋钻或冲击钻，须具备钻头两个，另外 要有配套的发电机两台，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，应对钻机的各项准备工作进行检查，包括场地 布置与钻机座落处的平整和加固，主要机具的检查，安装与调试，配套设 备的就位及水电供应的接通等。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。盘旋钻机顶部的起吊滑轮线、转盘中心和桩位中心三者 应

15、在同一铅垂线上，其偏差不得大于 2 厘米。7、钻进1、始终保持孔内水量，以维持护筒内应有水头压力，根据地质变化与钻进速度不断调整泥浆比重，保证钻渣的悬浮和孔内护壁。2、注意钻杆接头的紧固密封，防止漏水和钻杆的松脱。3、钻机运转时，随时检查孔径和钻孔倾斜度，做好钻孔记录与 交接班记录。8、成孔检验与清孔1、钻孔桩到达设计深度，对孔径、孔位、孔深和倾斜度进行检 查验收并填写详细的终孔记录。2、对检查验收合格的孔即可进行清孔，清孔方法有掏渣清孔 法、抽换浆清孔法。掏渣清孔法适用于冲击钻孔的初步清孔，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

16、。抽换浆清孔法适用于循环钻孔，将相对密 度较低，的泥浆压入，把孔内的悬浮钻渣和相对密度较大的泥浆换 出。清孔排渣时必须连续不断补水，始终保持孔内水头，防止塌孔事故。 不得用加深孔底深度的方法代替清孔。3、灌注水下砼前，孔底沉淀厚度不大于设计要求，超过时必须 重新清孔。经监理工程师检查确认桩孔满足图纸设计要求即可进行浇注水 下砼的准备工作。9、水下砼的的浇注1、对检查验收合格已清好的孔即可进行钢筋笼的安放焊接。在骨架上端，要根据护筒顶标高与骨架顶标高并考虑焊接的搭接长度设置吊 环和固定杆并牢固定位。骨架吊装前须对骨架进行全面的检验，骨架的检 验必须满足设计图纸的质量要求，骨架接头的焊接、搭接长度

17、符合标准要 求，骨架吊装用吊车进行，安放时必须保持骨架的垂直度。2、导管吊装采用吊车进行，对第一次使用的导管必须做水密 性试验，导管接头密封圈安放牢固、正确，并涂满黄油保证其不漏水、 透水。3、第一批砼浇注按要求计算须有一定的储量，砼拌合运至浇注 点时，应防止其离析结块，检查其均匀性和坍落度坍落度不小于 18cm 和不大于2icm，导管内砼必须保证无汽泡和水泡的情况下充满底部，导 管在砼中埋深不小于且不大于，随时测量并记录导管的埋置深度和砼外表 高度，导管每次撤除后必须将导管安放桩孔中心，防止提升导管时骨架上 升与影响砼的浇注质量。4、钻孔桩水下混凝土浇注应连续进行，并配备浇注混凝土时所用全部

18、电量的发电设备，配备混凝土运输设备及其它相应设备待用，防止 因停电或其它设备事故使浇注中断时间过长造成混凝土浇注质量事故。每桩砼浇注完成后，桩顶砼标咼必须咼出设计桩顶的50-100cm以上，其咼度可于砼强度到达5Mpa以后凿除一局部，但须保存不少于高出桩顶10cm 以上，以保证桩顶砼质量，钻孔桩施工完成后即可填写成质检验收报告。 5、钻孔灌注桩水下混凝土配制中的水泥用量、含砂率、水灰 比、坍落度均满足设计图纸要求或桥梁施工标准规定的要求。混凝土的含 砂率宜采用 40%-50%，水灰比采用，坍落度为 18-20cm。6、灌注首批砼时，应注意以下事项：a、导管下口至孔底的距离 一般宜为25-40c

19、m。b、导管埋入砼中的深度不得小于 1米。7、灌注砼途中发生以下故障时，在可能的条件下及时进行处理：a、首批砼灌注后导管进水时，应将已灌注的砼吸出，重新进行灌 注。b、在砼面处于井孔水面以下不很深的情况下导管进水时，可采用底 塞隔水的方法，并外加一定压力重新插入导管，恢复灌注。 8、处于地面及桩顶以下的护筒，应在灌注砼完后立即拔出；处 于地面以上的护筒，待砼抗压强度到达 5Mpa前方可拔出。四、钻孔施工中的考前须知1 .钻孔是施工中的一道重要工序，是高质量、高速度的关键。用旋转锥钻孔，初钻时应用卷扬机吊住钻具，控制钻进速度，并经常检查钻具是否垂直。在施工中的钻进速度还应按地质情况加以控制，防止钻机负荷超载、钻杆摆动、钻孔偏斜及卡钻等情况发生。例如用反循环旋转锥钻孔 时，假设为粘土层，应中速钻进，泥浆宜稀；对孔壁易坍塌的砂性土和软 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、 大摇摆和偏移的况象，故宜低速慢进。用冲抓锥或冲击锥钻进，开始时进度不宜太快，应当用小冲程，一般 提锥高度为，每分钟冲击20-25次，防止锥头撞击护筒，进钻到一定深度 后，孔壁起导向作用，起、落钻锥速度要均匀。一般用中冲程提锥高 23n, m的较小冲程。如钻机良好，土层坚硬，可用 45 m的较大冲 程