含粘性土卵石地层转盘式钻机钻进施工工法

1、PAGE 9PAGE 20含粘性土卵石地层转盘式钻机钻进施工工法 1 前 言近几年来随着城市高层建筑不断涌现，钻孔灌注桩具有满足不同承载力要求的特点，因而得到广泛应用。转盘式钻机是一种传统的钻孔桩施工设备，配备三翼钻头或牙轮钻头，在不同地层中成孔。该钻机配备施工劳动力少，成孔效率高。传统三翼钻头是一种由后三翼钻削部和前三翼钻削部构成的组合钻头，后三翼钻削部和前三翼钻削部均是由排列成棱锥形的三根翼杆及固定于这三根翼杆上的钻刀组成，并且后三翼钻削部的前钻削口径大于前三翼钻削部的后钻削口径，在实际钻削时，前三翼钻削部先将中心土层搅松，接着后三翼钻削部钻削周边土层，促使周边土层剥落，通过注入泥浆使剥落

2、的土渣排出孔外，使桩孔成型。但是钻孔灌注桩在钻孔过程中经常遇到含粘性土卵石地层，此地层往往呈密实状，由于前三翼钻削部的前端面呈锥尖状，而锥尖处的作用力小，且卵石容易打滑，导致钻进困难，施工难度大。为此，我公司开发了含粘性土卵石地层转盘式钻机钻进施工工法，对钻头的结构形式进行改进，将三翼钻头的钻尖部位改装成直径为219325mm，长度为250350mm的筒钻，形成一种新型的组合式钻头。该组合式钻头已获得了国家实用新型专利，专利号：ZL2010 20158242.0。经浙江省科技信息研究院科技查新，这种新型的组合式钻头属于填补国内空白的新技术。改进后的转盘式钻机在含粘性土卵石地层中施工，达到了很理

3、想的效果，比传统三翼钻头可缩短工期20%左右，在实际工程应用中获得很好的经济效益。2 工 法 特 点2.0.1 提高成孔速度，缩短工期。组合式钻头的筒钻易将密实状的卵石层搅松，从而提高成孔速度。2.0.2 提高成桩质量，发挥桩周土的摩擦力。成孔速度提高，减少了泥浆在孔内的循环时间，减少了孔壁泥皮厚度，从而减少了成桩后泥皮对桩周土摩阻力发挥的影响。2.0.3 减少施工成本。成孔时间缩短，则会相应地减少施工过程中的施工用电费用及相应的现场管理费用。2.0.4 节能环保。缩短工期，节约施工用电，对周围环境影响将大幅降低，节能减排效益明显。2.0.5 改进后的组合式钻头可在现场加工制作，操作简便。（见

4、图2.0.5-1、图2.0.5-2） 图2.0.5-1 传统的三翼钻头 图2.0.5-2 改进后的组合式钻头 3 适 用 范 围本工法适用于含粘性土卵石层、卵石层和一般粘性土层等地层的钻孔灌注桩钻进施工。4 工 艺 原 理4.0.1将本组合式钻头的中心杆连接到转盘式钻机上，转动时由转盘式钻机带动中心杆旋转，位于筒钻上的各个钻齿先钻削进入中心土层，各个钻齿的刀刃垂直作用于土层上，形成水平的钻削面，容易钻进含粘性土卵石地层。钻进时使中心土层松动，搅松的钻渣被注入的泥浆悬浮起来而排出孔外，当筒钻部位全部进入该地层后，后钻削部上的三翼钻齿切削周边土层，促使该土层剥落，同样通过泥浆的提携作用将钻渣排出孔

5、外，从而达到局部突破，全面推进的效果。（如图4.0.1所示）图4.0.1 组合钻头在含粘性土卵石地层钻进示意图4.0.2新式灌注桩用组合钻头，是在传统三翼钻头的基础上，将三翼钻头前钻削部改成筒钻，筒钻呈圆筒形，前端焊有合金钻齿，各个钻齿以钻筒的中心为圆心呈圆周排列。本结构一方面使得同一水平面上的钻削力均匀，另一方面可保证各个钻齿形成的钻削面与刀架上的三翼钻头钻齿形成的圆台形钻削面同心，使得成孔的同心度好。4.0.3再在筒钻的内壁和外壁上加焊合金钻齿，本结构可减少钻筒壁面的磨损，还起到辅助搅松土层的作用。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程（如图5.1）施工准备工作施工准备工作桩位

6、测量定位埋 设 护 筒钻 机 就 位钻 进 成 孔一 次 清 孔吊放钢筋笼安 放 导 管二 次 清 孔灌注水下砼钻 机 移 位泥 浆 循 环 系 统废浆处理钢筋笼制作自拌或商品砼 图5.1 工艺流程图 5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 1、 根据施工组织设计，合理安排泥浆池、沉淀池的位置与容量，以及各台桩机的施工顺序。 2、钻头改造制作根据工程地质及桩径情况，设计制作组合式钻头。组合式钻头中的筒钻部分采用219325mm焊接钢管、天王星牌桩机合金钻头等材料制作，其余部分的构造与制作同传统的三翼钻头，（如图5.2.1-1所示）。 图 5.2.1-1 组合式钻头根据桩径的大小，将三翼钻头的钻

7、尖部位改装成不同直径的筒钻，筒钻所选用的焊接钢管为：桩直径为600mm、700mm的钻头用219mm焊接钢管，壁厚为1820mm，长度为250mm左右；桩直径为800mm、900mm的钻头用245mm焊接钢管，壁厚为2022mm，长度为280300mm；桩直径为1000mm、1200mm的钻头用299325mm焊接钢管，壁厚为2225mm，长度为320350mm。筒钻顶端镶嵌合金钻齿（合金钻齿伸出钢管顶端长度及间距根据地质报告中卵石粒径确定）。另外，在距钢管顶端适当位置的钢管内、外壁上均布置合金钻齿，主要起保护筒钻管壁磨损及辅助搅松卵石层的作用。 3、钢筋笼制作钢筋笼制作应严格按设计图纸及现行

8、规范的要求施工，制作允许偏差：主筋间距10mm，箍筋间距20mm，钢筋笼直径10mm，钢筋笼长度100mm。制作钢筋笼时主筋焊接接头连接区段的长度大于35d（d为主筋直径）且不小于500mm，同一连接区段焊接的接头面积不得超过该区段主筋截面积的50%，箍筋与主筋连接采用点焊。 5.2.2 桩位测量定位 根据规划坐标控制点、水准点数据，由测量员用全站仪在现场内设立控制网点，并依照设计施工图建立轴线控制网，埋设半永久性标志，再依据施工图用坐标法进行桩位放样，桩位放样误差小于5mm。 5.2.3 埋设护筒1、护筒具有防止孔口坍塌、抬高孔内静压水头、隔离地面水渗入孔内和控制桩位等作用。2、护筒采用钢板

9、制作，厚度一般为45mm，内径宜大于桩径100mm，长度一般为1.01.5m。护筒上端设置一排浆口2030cm，护筒的上、下端各加焊一道加劲筋，顶端焊接两个对称的吊环，并在顶端刻痕正交四道槽，以便挂十字线之用。3、埋设时，先放出桩位中心，在护筒外大于1m的位置过桩位中心的正交十字线上打入控制桩，然后挖出比桩径大50cm左右的坑，深度约为11.5m左右，再将护筒放入坑内，并用正交十字线法找出护筒中心，再将桩位中心引回，移动护筒，使护筒的中心与桩位中心重合。4、护筒周围用粘土回填，分层夯实，防止护筒偏斜。5、护筒埋设后，测定护筒口标高及护筒中心偏差，桩位中心与护筒中心的误差不得大于5cm。 5.2

10、.4 钻机就位 钻机移位至转盘中心与桩位中心重合处，再找平使机座稳固，就位后使天车、转盘中心和桩位中心三点成一垂直线，放入钻头，接上主动钻杆，连接好泥浆循环系统，（如图5.2.4-1和图5.2.4-2）。 图 5.2.4-1 钻机就位 图 5.2.4-2 泥浆泵供浆 5.2.5 钻进成孔 开钻时轻压慢钻，待钻至护筒底下2m左右时方可用正常参数钻进。正常钻进参数受地层、孔深、桩机性能等多方面因素影响与制约。因此在钻进过程中应根据具体情况随时调整钻进参数以获取较快的钻速。（如图5.2.5-1和图5.2.5-2） 图5.2.5-1 钻孔 图5.2.5-2 接钻杆 粉质粘土层钻进时，因原状土自然造浆较

11、强，泥浆返出时，在孔口适当加入清水，防止泥浆稠化，影响钻进速度。但是，如果下部地层为圆砾石及卵石层时，则泥浆比重应控制在1.30以上，以便携带砾石等，并可抑制漏浆，保证孔壁稳定。 含粘性土卵石层钻进时，该地层呈中密至密实状，不易钻进，应采用比重大(比重在1.30以上）的优质泥浆护壁，增大排砾（卵）、岩屑的能力，保证钻进速度，并能在孔壁形成薄而致密的泥皮，使孔内产生较大的静水压力来平衡承压水头，以维持孔壁稳定。为保证在该类地层施工中有优质的泥浆可用，采用自制的方法，泥浆的主要性能指标应满足以下要求：比重：1.301.50； 粘度：2230s； 含砂率：小于6%； 胶体率：大于9095% 钻进过程

12、中应根据不同的地层情况，随时调整泥浆性能指标，保证成孔质量及成孔速率。 5.2.6 一次清孔 钻进到设计孔深后，应进行第一次清孔，清孔时应将钻具提离孔底0.30.5m，慢速回转，同时换入比重较小（1.101.20）的泥浆，并每隔10min左右停泵一次，将钻具提高35m来回串动几次，然后将钻具放回至离孔底0.30.5m处，再开泵清孔，确保第一次清孔后将孔内悬浮的钻渣和比重较大的泥浆换出。清孔完成后,拆除钻杆，（如图5.2.6）。 图 5.2.6 拆钻杆 5.2.7 吊放钢筋笼钢筋笼安装前，在自检合格后通知监理进行质量验收，合格后方可下放钢筋笼。钢筋笼接长焊接在孔口进行，具体做法如下：首先将末节钢

13、筋笼挂在孔内，吊高上一节钢筋笼进行接长焊接；逐节焊接逐节下放；上下节笼接长焊接以前，必须使上下笼各主筋位置相对应校正，并保持上下笼垂直状态，焊接时应两边对称施焊，避免变形。下放钢筋笼时必须保持垂直状态对准孔位缓慢放下，避免碰撞孔壁，防止坍孔及切削孔壁泥土入孔内。为确保钢筋笼就位准确及保证钢筋保护层厚度，沿笼长间距3m左右设置一道混凝土保护块，每道混凝土保护块数量按笼直径大小确定，一般为36块。 5.2.8 安放导管根据桩孔直径，可选用不同直径的导管，通常用直径为250mm的导管。导管使用前应进行水密、承压试验，保证在混凝土灌注过程中不漏水、渗水。导管接头连接处需加密封圈并箍上紧丝扣。导管长度根

14、据孔深进行调整，要求导管上口高出地面500mm以上，下口离孔底300500mm 。 5.2.9 二次清孔 当钢筋笼、导管安装完毕后，在灌注混凝土前应再次测定孔底沉渣厚度，当沉渣厚度超标时，用导管进行第二次清孔。第二次清孔须在测定孔底沉渣厚度符合设计规定要求时方可停止清孔，且必须控制泥浆比重在1.151.20之间。 5.2.10 灌注水下混凝土二次清孔完毕后，应立即进行水下混凝土灌注。灌注混凝土前，先从导管上部放入隔水塞，放入深度以临近水面为准。当储料斗内的混凝土储量满足首次灌注时，即保证导管底端埋入混凝土中的深度不小于0.81.3m时，即可剪栓和开启料仓门，（砼灌注情况如图5.2.10-1和图

15、5.2.10-2）。随着混凝土灌注，孔内混凝土面不断地上升，应及时提升和拆卸导管，并严格控制使导管底端埋入管外的混凝土面以下26m之间。为保证混凝土连续灌注、导管底端不脱离混凝土面并要有一定的埋置深度，须详细计算混凝土灌注料斗、储料斗及导管的体积，再根据不同的成孔桩径，推算导管每次上拔的高度，避免导管脱离混凝土面。导管的提升高度不应大于3m，保证导管底端埋入混凝土面以下26m。为保证桩顶混凝土质量，混凝土的灌注高度应比桩顶标高高出80cm以上。提升和拆卸导管必须有专人测量导管埋深及导管内外混凝土面的高差。灌注过程中各工种应紧密配合，灌注必须连续进行，每根桩的灌注时间按初盘混凝土的初凝时间控制，

16、并尽量缩短灌注时间。 图5.2.10-1 准备灌注 图5.2.10-2 灌注过程中6 机 具 设 备主要机具设备见表61：表61序号设备名称型号、规格功率数 量1转盘式钻机GPS10型37kw根据工程量、工期配置2转盘式钻机GPS15型30kw根据工程量、工期配置3泥浆泵3PNL22kw根据桩机台数配置4泥浆泵2PNL11kw根据桩机台数配置5潜水泵QX型1.1kw根据桩机台数配置6交流电焊机XB35015kw根据工程量、工期配置7柴油发电机75kw配备一台8组合式钻头根据桩径及桩机配置9导管25042500mm根据桩机及桩长配置10钢护筒4mm厚钢板根据桩径及桩机配置11坍落度筒配备一只12

17、泥浆比重称WTF11500配备一台13钢卷尺50m配备一把14测绳50m100m根据桩长配备若干根15试模盒15cm3根据每天完成桩数配置15全站仪NTS302B配备一台16水准仪DS3配备一台7 质 量 控 制 7.1 质量标准 7.1.1 建筑桩基技术规范（JGJ942008）。 7.1.2 建筑工程施工质量验收统一标准（GB503002001）。 7.1.3 建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB502022002）。 7.1.4 混凝土结构工程施工质量验收规范（GB502042002）。 7.1.5 钢筋焊接及验收规程（JGJ182003） 7.1.6 设计施工图中的具体要求。 7.2

18、 关键部位、关键工序的质量要求 7.2.1 钻孔垂直度误差1%桩长。 7.2.2 桩位允许偏差(mm)： 1、桩径1000mm13根、单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础的边桩，允许偏差D/6，且不大于100。条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩，允许偏差D/4，且不大于150。2、桩径1000mm13根、单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础的边桩，允许偏差1000.01H。条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩，允许偏差1500.01H。（注：H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离，D为设计桩径。） 7.2.3 桩径允许偏差：50mm 7.2.4 孔底沉渣厚度必须控制在规范要求范围以内。 7

19、.2.5 原材料如钢筋等必须有出厂合格证明及复检合格证。 7.2.6 钢筋笼制作允许误差： 主筋间距允许偏差：10mm 箍筋间距允许偏差：20mm 钢筋笼直径允许偏差：10mm 钢筋笼长度允许偏差：100mm 7.2.7 钢筋笼安装深度允许偏差：100mm 7.2.8 混凝土坍落度应控制在160220mm。 7.2.9 桩身混凝土充盈系数1。 7.2.10 每浇灌50m3混凝土必须有一组试件，小于50m3的桩，每根桩做一组试件。 7.2.11 桩身混凝土连续完整，无断桩、缩颈、夹泥及桩头混凝土疏松等现象。 7.3 质量控制措施 7.3.1 测量定位控制措施1、用于测量定位的全站仪、水准仪等相关

20、测量器具需经有关部门检验合格后方可使用。2、开工前，会同建设、监理单位做好测量定位及复核工作，把控制点设立在不受施工影响的地方，建立测量控制网。3、桩位定位，采用三次校正措施，保证定位误差控制在5mm内。第一次用全站仪放样定出桩位中心，并用十字交叉法确定护筒的挖掘位置；第二次校正护筒位置，再用全站仪复测桩位，并打入桩位定位钢筋后请监理复核；第三次钻机就位时，使用重锤校正，使转盘中心与桩位中心重合。 7.3.2 成孔施工质量控制措施1、钻进过程中，根据桩机性能及土层状况，合理地选择施工参数。钻进中应经常检查转盘的水平状况和钻杆的垂直度，发现偏差及时调整；对弯曲钻杆应及时更换，确保成孔垂直度。2、

21、根据不同地层，合理调配泥浆性能。在粘土和亚粘土中成孔时，应采用低粘度、比重小的泥浆，排渣泥浆的比重应控制在1.11.2；在易塌孔的砂土层和较厚的夹层中成孔时，应采用高粘度、比重1.151.3的泥浆护壁；在穿越卵石层或含粘性土卵石层时，应采用高粘度、比重大于1.3的泥浆护壁。在钻进过程中，每隔2h测定一次进浆口和出浆口的泥浆比重、粘度、含砂率等指标，发现泥浆性能指标不符相关地层的钻进参数时应及时加以调整，以防缩颈和坍孔，减少孔壁泥皮厚度，提高桩身侧摩阻力。3、开孔或钻进换层时，采取轻压慢钻，发现有暗井、块石等地下障碍物时，立即采取合理措施，不盲目钻进。4、经常检查钻头直径，发现磨损的及时修复，确

22、保成孔桩径符合设计要求。 7.3.3 桩径和桩形保证措施1、开孔时，施工技术人员要用卷尺测量钻头直径，符合要求才能开孔。2、埋设护筒时，护筒四周用粘土填实，防止护筒底部向周边漏水而造成孔内泥浆水头下降引起坍孔。3、采用优质泥浆护壁，防止缩颈和坍孔。4、根据不同地层的可钻性和护壁特点，选择合理的钻进技术参数和相应的操作技术，如开孔时低档慢速钻进，淤泥地层低档慢速稠泥浆钻进，粘土地层中高速稀泥浆钻进等。 7.3.4 含粘性土卵石层的钻进保证措施1、检查组合式钻头中的合金钻头是否完好，确保钻头中的各切削片（刃齿）受力均匀。2、钻入该地层时，回转阻力会增大，钻机跳动明显加大，因此应采用慢速钻进，以防损

23、坏钻杆等设备。3、由于该地层中的卵石含量较大，相应的钻渣量将增大，因此采用优质泥浆（比重在1.30以上）护壁，以维持孔壁的稳定，并提高排渣能力，保证钻进速度。4、钻进中出现漏水、漏浆，可采用惰性材料，如粘土球、草秸、锯末粉等充填堵漏。5、经常检测泥浆性能，一旦发现承压水侵入泥浆，应立即在泥浆中加入膨润土和化学试剂改善泥浆的性能，确保护壁效果。 7.3.5 桩端进入持力层（卵石层）保证措施1、施工前认真研读工程地质勘察报告，作出持力层顶面等高线图，以此作为各桩孔的深度控制的参考依据，指导施工。2、通过桩机的跳动、声音、现场取样等判断是否进入持力层。3、钻头进入持力层时应取出渣样，经监理验收、确认

24、定出持力层界面。终孔时再取一个渣样。每根桩的渣样要编号封存备查。 7.3.6 清孔质量保证措施1、成孔到设计要求深度后，利用钻杆在原位进行第一次清孔，慢速回转，并逐步换入比重较小的泥浆，将孔内悬浮的钻渣排出，直到孔口返浆的比重持续小于1.20，且孔底沉渣厚度符合要求。 2、由于孔内的泥浆在下放钢筋笼及导管的过程中，原处于悬浮状态的钻渣会再次沉到孔底，利用导管进行第二次清孔，清孔时应经常移动导管在孔底的位置，以便使孔底边缘处沉渣被排出，直至泥浆比重及沉渣厚度均符合设计及规范要求。 7.3.7 钢筋笼质量控制措施1、建立钢筋进场验收制度。所有进场钢材的材质、规格型号必须符合设计要求，并有出厂质保书

25、和合格证。按规范要求进行复检。2、钢筋笼制作。钢筋笼应根据设计配置长度分段制作，主筋分布与加劲箍连接在专用胎模上点焊成形，主筋分布应均匀、平直，确保其成形质量，箍筋按螺距螺旋缠绕，并与主筋点焊。点焊时要合理控制电流，既要保证点焊牢固，又要防止烧伤主筋。3、现场制作成形的钢筋笼，使用前进行制作质量检查。检查项目：钢筋笼长度、直径、主筋根数和主筋、加劲箍、箍筋的间距，同时还要检查其焊接质量。4、钢筋笼定位标高控制。为确保其定位的准确性，安装前用水准仪测量桩位地面标高，计算吊筋长度，用吊杆（或钢筋）将钢筋笼定位，并把吊杆（或钢筋）固定在机台上，可有效压制灌注混凝土时产生的钢筋笼上浮。 7.3.8 水

26、下混凝土灌注质量控制措施1、开始灌注水下混凝土时，导管底端距孔底的距离应为0.30.5m。2、灌注过程中确保埋管深度控制在26m。3、混凝土灌注应紧凑连续进行，中途不得停工；灌注过程中经常检查混凝土的坍落度、和易性，注意观察导管内混凝土下落和孔口返浆等情况，经常探测混凝土面上升高度，及时拆卸导管，保持导管合理埋深，严禁将导管拔出混凝土面，以防断桩等事故的发生。4、混凝土灌注时，为防止钢筋笼上浮，必须对钢筋笼采取足够的压制力，同时，在混凝土面接近钢筋骨架时，放慢灌注速度，减小混凝土对钢筋骨架的冲击力及混凝土上升时对钢筋骨架的摩擦力。5、每根桩浇灌时，须做好混凝土取样，取样组数按规范规定执行，并做

27、好试块的养护工作。8 安 全 措 施 8.0.1 施工现场各类机械设备、用电线路、管线、道路、料场、泥浆池、钢筋笼制作棚及生活设施等要按审核批准后的施工组织设计要求进行布置。工地内的危险区域做好相关警示标识，重要部位做好防护工作。 8.0.2 各种施工机电设备用电必须采用三级配电三级保护，并用三相五线制绝缘电缆，严禁乱拉乱接，并由专职电工按时检修。 8.0.3 桩机操作人员、电工、电焊工等相关特殊工种必须持证上岗作业。 8.0.4 进入施工现场必须戴好安全帽，上班不准穿拖鞋、不准喝酒。 8.0.5 夜间施工应配有安全的照明设施。9 环 保 措 施 9.0.1 加强设备保养，确保设备正常运行，将

28、施工产生的噪声降低到最低限度。 9.0.2 夜间施工在获得有关管理部门审批后，方可组织夜间施工，并公告附近居民。夜间施工时应尽量避开产生高噪音的混凝土灌注施工工序，将此工序尽量安排在白天施工，以减少对周围居民的影响。 9.0.3 施工现场设置冲洗平台，对驶离现场的工程车辆进行冲洗，以免污染环境。 9.0.4 施工中产生的泥浆，必须在经当地主管部门批准后采取相应措施处理，杜绝随意倾倒泥浆的现象发生。10 效 益 分 析实践证明，用组合式钻头在含粘性土卵石层中成孔比传统的三翼钻头成孔至少快23倍。若按进入此地层3m计算，用组合式钻头成孔一般只需4h左右时间；而用传统的三翼钻头成孔则至少需1012h的时间。按完成一根桩径800mm，桩长60m（包括进入含粘性土卵石地层3m）的桩考虑，按传统的三翼钻头施工，成桩所需约40h左右；用组合式钻头施工，可节省时间8h以上，即可节约时间20%以上，故在相同桩机台数施工的情况下，可缩短工期至少20%。按一台桩机完成一根桩来考虑，用组合式钻头施工，每根桩可节约施工用电（单价按0.874元/kwh计算）至少为400元；相应地现场管理费用每天至少可少支出800元。在工期缩短20%以上的同时，对周围居民的环境污染（主要指施工时桩机产生的噪音、工程车辆产生的噪音及