钻孔灌注桩施工作业指导书

玉铁铁路项目

冲击钻孔灌注桩施工技术培训玉铁工程指挥部2011年2月桩基成孔工艺根据玉铁项目沿线的地质调查情况及桥梁桩基设计情况，玉铁项目桥梁桩基础全部采用冲击钻钻孔成孔方式进行桩基础施工。一、编制目的明确冲击钻孔灌注桩施工作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范桩基作业施工。二、编制依据1、《设计施工图文件》2、《铁路桥涵工程施工质量验收标准》3、《铁路混凝土工程施工规范》4、《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》5、《客货共线桥涵工程施工技术指南》（TZ203-2008）三、适用范围适用于中铁二十局集团玉铁铁路工程指挥部管段内的钻孔灌注桩施工。四、施工方法及工艺要求钻孔灌注桩施工工艺流程图

1、施工准备（1）钻孔场地在旱地时，应清除杂物、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。（2）在浅水中（水深不深于2m），采用筑岛围堰法施工，筑岛面积应按钻孔方法、设备大小等决定。（3）钻孔场地在深水中或淤泥较厚时，可搭设工作平台进行施工，平台须坚固稳定，能承受施工作业时所有静、活荷载，同时应考虑施工设备能安全进、退场。（因目前处于水中施工的桥梁均已经采取措施按照陆地冲孔桩施工）2、埋设护筒钻孔前应设置坚固、不漏水的孔口护筒，钢护筒采用δ=8~12mm的钢板制作。护筒内径应大于钻头直径40cm，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。护筒埋置深度应符合下列规定：（1）岸滩上，黏性土应不小于1m，砂类土应不小于2m。当表层土松软时，宜将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。岸滩上埋设护筒，应在护筒四周回填黏土并分层夯实。可用锤击、加压、振动等方法下沉护筒。（2）水中筑岛上，护筒宜埋入河床面以下1m；水中平台上可按最高施工水位、流速、冲刷及地质条件等因素确定埋深，必要时打入不透水层。（3）护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1%。3、钻机安装及地质情况核查（1）钻机安装前首先要平整、加固处理地面，在钻架下部支点处垫设方木，以扩散对地面应力，钻机就位时保持底盘平稳不得产生位移和沉陷、钻架直立、钻头中心对准桩位中心，并将钻架可靠固定，确保在钻进过程中不发生倾斜和位移。（2）安装钻机前，底架应垫平，保持稳定，钻机顶端应用缆风绳对称拉紧，钻头或钻杆中心与护筒中心偏差不得大于5cm。（3）冲孔前须根据设计文件所提供的地质、水文资料绘制桩基础地质剖面图，并将其悬挂于钻机上。针对不同的地质情况选用不同的钻头、钻进速度和合适的泥浆比重。4、泥浆制备（1）由于本地区红粘土资源丰富，价格相对较低，所以钻孔桩泥浆优先选用优质红粘土造浆，经试验室配比确定。（2）泥浆指标采用：孔底泥浆比重不宜大于：砂黏土为1.3；大漂石、卵石层为1.4；岩石为1.2。粘度16～22秒，含砂率不大于4%，胶体率不小于95%。对不同的地质条件可适当调整泥浆比重。（3）停钻及冲击钻取碴后，须及时向孔内补水或泥浆，以保持孔内水头高度、泥浆比重及粘度等指标满足继续冲孔要求。5、成孔5.1、冲击钻进开孔时主要为造浆护壁，开孔前在孔内多放粘土，并加适量粒径不大于15cm的片石和碎石，用大比重泥浆、低冲程密击，钻进0.5～1.0m后，再回填粘土，继续用低冲程密击，如此反复，使孔壁坚实、竖直、圆顺，待冲砸至钻头顶在护筒下3～4m后，方可加大冲程正常钻进。5.2、在冲孔过程中，须随时检查泥浆比重和含沙率，并做好过程钻进记录，并与地质剖面图随时进行核对。5.3、因故停钻时，需将钻头提至距离孔底5米以上或完全提出，以防止埋钻现象发生。如将钻头提出孔口时，井口必须采取加盖等措施。防止出现意外。5.4、钻进过程中，应勤松绳和适量松绳，不得打空锤；勤抽碴，使钻头经常冲击新鲜地层。每次松绳量应按地质情况、钻头形式、钻头重量决定。5.5、吊钻头的钢丝绳必须选用同向捻制、柔软优质、无死弯和无断丝者，安全系数不应小于1.2。钢丝绳与钻头间须设转向装置并连结牢固，钻孔过程中应经常检查其状态及转动是否正常、灵活。主绳与钻头的钢丝绳搭接时，两根绳径应相同，捻扭方向必须一致。5.4、钻孔工地应有备用钻头，检查发现钻孔钻头直径磨耗超过15mm时应及时更换修补。更换新钻头前，应先检孔到孔底，确认钻孔正常时方可放入新钻头。5.5、钻孔过程中根据桩位处详细地质情况采用不同方式钻进。粘土、粉质粘土覆盖层采用中冲程，输入较低稠度泥浆冲击成孔，钻进要注意防止卡钻、埋钻；易塌孔的粉砂、砂土层采用小冲程，多投粘土提高泥浆的粘度与相对密度，并适量填加片石、碎石，使之挤入孔壁。块石土、角砾土、碎石土层采用中冲程，加大泥浆稠度，添加片石、碎石反复冲击，将孔壁挤实。基岩采用大冲程冲击成孔，钻进过程中，特别注意当基岩面倾斜大或高低不平时，回填片石、碎石，低锤快打，造成一个平台后，方可采用较大冲程正常钻进，如发现孔偏、孔斜，用片石回填至偏、斜上方0.3～0.5m处重新冲砸造孔。5.6、抽渣：冲孔至护筒下4～5m时，用掏碴筒抽碴，每钻进0.5～1.0m抽碴一次，抽至钻渣明显减少无粗颗粒为止，抽碴时应及时补水和粘土，使泥浆比重符合要求，冲孔时每隔3～4h，将钻头或抽碴筒在孔内上下提放几次，把下面的泥浆拉上来，以护孔壁。5.7、为防止由于冲击振动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇筑混凝土强度，应待邻孔混凝土抗压强度达到2.5MPa后方可开钻。6、终孔终孔检查项目：孔径、孔形、垂直度检查，用笼式检孔器；孔深和孔底沉渣厚度检查，用测绳配测锤；桩位检查，用全站仪测放桩位中心。（对于孔径、孔深及竖直度必须严格按照设计文件要求进行检查，符合要求后方可终孔）7、清孔7.1、钻孔至设计高程后孔位各项技术指标满足设计要求后方可进行清孔。清孔用掏碴筒清孔。掏碴时，及时向孔内注入清水或新鲜泥浆，以保持孔内水位不变，避免坍孔。还可以采用换浆法清孔，采用优质泥浆正、反循环换浆，直到达到规范规定的清孔质量标准。7.2、孔径、孔深不小于设计值；孔位中心偏差不大于100mm；倾斜度不大于1%；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于100mm。7.3、清孔可选用以下方法：清孔应达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度16～20s；严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。钻孔桩钻孔允许偏差8、钢筋笼制作、安装钢筋笼采用箍筋成形法在钢筋加工场集中分节制作，接头相互错开，外观必须顺直，不得扭曲变形，焊接、绑扎必须牢固。钢筋笼所用钢材有产品合格证和现场抽检复查资料，满足有关规范要求。制作安装时主筋接头按规范规定错开。采用机械连接接头时，先要进行工艺评定，并在施工时现场取样做接头试验。钢筋笼加工确保主筋位置准确。钢筋保护层可在钢筋笼外侧设置圆形混凝土垫块。按设计要求设置声测管。用汽车吊下放钢筋笼，在孔口焊接接长。钢筋骨架上端焊拉钩和横撑固定于孔口，当桩身混凝土初凝后，解除固结设施。（注意：在解除临时固结后灌注水下混凝土之前必须采取措施防止在初灌时和灌注过程中钢筋笼上浮或下沉现象发生。）钻孔桩钢筋骨架允许偏差9、水下混凝土灌注9.1、水下混凝土灌注是保证钻孔桩质量最重要、最关键的工序。灌注导管采用直径φ250mm（建议采用300以上导管）以上的快速卡口垂直提升导管。导管使用前组装编号，并进行接头抗拉试验和水密性试验，保证接头牢固、严密、不漏水，进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注砼时最大内压力p的1.3倍。p=RcHc-RwHw式中：p为导管可能受到的最大内压力（kPa）；Rc为砼拌和物的重度（24kN/m3）；Hc为导管内砼柱最大高度（m），以导管全长或预计的最大高度计；Rw为井孔内水或泥浆的重度（kN/m3）；Hw为井孔内水或泥浆的深度（m）。9.2、下放导管时小心操作，避免挂碰钢筋笼。导管安装的长度建立复核和检验制度，避免因误装造成断桩。9.3、水下混凝土灌注前，再次检查沉渣厚度，如不合格，进行二次清孔，合格后立即开始灌注混凝土。9.4、混凝土选定适当的混凝土配合比，粗骨料选用碎石，粒径为5～25mm，砂为级配良好的中砂。坍落度为18～22cm，掺加适量的缓凝剂，延长混凝土的初凝时间。9.5、混凝土在混凝土搅拌站生产供应，由混凝土搅拌运输汽车运输至桩位处，采用钻机直接灌注。9.6、首批混凝土灌注量必须保证导管埋深不小于1m，拔球前准备足够的混凝土储备量，保证拔球后导管的埋置深度大于１m并小于3m。拔球前，导管距孔底的高度要适当，一般取30cm左右（初灌混凝土对桩基础是否能够顺利灌注并确保整个桩身质量至关重要，必须引起高度重视）。9.7、混凝土灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测探不准确；应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除；导管的埋置深度应控制在2～4m。同时应经常测探孔内混凝土面的位置，即时调整导管埋深。9.8、导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，再移到钻孔中心。9.9、拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。要注意安全。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。循环使用导管4～8次后应重新进行水密性试验。9.10、在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。9．11、当混凝土面升到钢筋骨架下端时，为防钢筋骨架被混凝土顶托上升，可采取以下措施：9.11.1尽量缩短混凝土总的灌注时间，防止顶层混凝土进入钢筋骨架时混凝土的流动性过小。9.11.2当混凝土面接近和初进入钢筋骨架时，应使导管底口处于钢筋笼底口3m以下和1m以上处，并慢慢灌注混凝土，以减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力；9.11.3当孔内混凝土进入钢筋骨架4m～5m以后，适当提升导管，减小导管埋置长度，以增加骨架在导管口以下的埋置深度，从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。9.12、混凝土灌注到接近设计标高时，要计算还需要的混凝土数量（计算时应将导管内的混凝土估计在内），通知拌和站按需要数量拌制，以免造成浪费。9.13、在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,压力降低,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大.如在这种情况下出现混凝土顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。9.14、灌注标高比设计桩顶超灌0.5～1.0m，以便凿除桩头浮浆，确保桩身顶部混凝土质量。9.15、在灌注混凝土时，每根桩按照规范要求留取试件，对于桩长较长、桩径较大、浇筑时间很长时，要根据规范要求增加试件数量。试件应施加标准养护，强度检验后应填写试验报告表。9.16、有关混凝土灌注性能情况，在灌注前应进行坍落度、含气量、入模温度等检测；在各灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除以及发生的异常现象等，应指定技术人员进行详细记录。9.17、水下混凝土灌注施工注意事项灌注水下混凝土是成桩的关键性工序，灌注过程中应分工明确，密切配合，统一指挥，做到快速、连续施工，灌注成高质量的水下混凝土，防止发生质量事故。如出现事故时，应分析原因，采取合理的技术措施，及时设法补救。对于确实存在缺点的钻孔桩，应尽可能设法补救，不宜轻易废弃，造成过多的损失。经过补救、补强的桩须经认真的检验认为合格后方可使用。对于质量极差，确实无法利用的桩，应与设计单位研究采用补桩或其它措施。对于初灌失败的桩基混凝土灌注必须立即采取措施进行处理，防止处理难度进一步加大。1、导管进水（1）、主要原因a.首批混凝土储量不足，或虽然混凝土储量已够，但导管底口距孔底的间距过大，混凝土下落后不能埋没导管底口，以致泥水从底口进入。五、水下混凝土灌注常见问题的处理b.导管接头不严，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开，或焊缝破裂，水从接头或焊缝中流入。c.导管提升过猛，或测深出错，导管底口超出混凝土面，底口涌入泥水。（2）、预防和处理方法为避免发生导管进水，事前要采取相应措施加以预防，万一发生，要当即查明事故原因，采取以下处理方法；a.若是上述第一种原因引起的，应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌合物用反循环的钻杆通过泥石泵吸出，或者用空气吸泥机、水力吸泥机以及抓斗清出，不得已时需要将钢筋笼提出复钻清除。然后重新下放骨架、导管并投入足够储量的首批混凝土，重新灌注。b.若是第二、三种原因引起的，应视具体情况，拔换原管重下新管；或用原导管插入续灌，但灌注前应将进入导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。如系重下新管，必须用潜水泵将管内的水抽干，才可继续灌注混凝土。为防止抽水后导管外的泥水穿透原灌混凝土从导管底口翻入，导管插入混凝土内应有足够的深度，一般宜大于200cm。由于潜水泵不可能将导管内的水全部抽干，续灌的混凝土配合比应增加水泥量，提高稠度后灌入导管内，灌入前将导管进行小幅度抖动或挂振捣器予以振动片刻，以将原混凝土损失的流动性得以弥补。以后灌注的混凝土可恢复正常配合比。c.若混凝土面在水面以下不很深，未初凝时，可于导管底部设置防止水塞（应使用混凝土特制），将导管重新插入混凝土内（导管侧面再加重力，以克服水的浮力）。导管内灌混凝土后稍提导管，利用混凝土自重将防止水塞压出，然后继续灌注。d.若如前述混凝土在水面以下不很深，但已初凝，导管不能重新插入混凝土时，可在原护筒内面加设直径稍小的钢护筒，用重压或锤击方法压入原混凝土面以下适当深度，然后将护筒内的水（泥浆）抽除，并将原混凝土顶面的泥渣和软弱层清除干净，再在护筒内灌注普通混凝土至设计桩顶。2、卡管在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为卡管。卡管有以下两种情况：（1）、初灌时隔水栓卡管；或由于混凝土本身的原因，如坍落度过小、流动性差、夹有大卵石、拌和不均匀，以及运输途中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，粗集料集中而造成导管堵塞。处理办法可用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管，或在导管上安装附着式振捣器等使隔水栓下落。如仍不能下落，则须将导管连同其内的混凝土提出钻孔，进行清理修整（注意切勿使导管内的混凝土落入井孔），然后吊装导管，重新灌注。一旦有混凝土拌合物落入井孔，须按前述第二项处理方法将散落在孔底的拌合物粒料等予以清除。提管时应注意到导管上重下轻，要采取可靠措施防止翻倒伤人。（2）、机械发生故障或其它原因使混凝土在导管壁内停留时间过久，或灌注时间过长，最初灌注的混凝土已经初凝，增大了导管内混凝土下落的阻力，混凝土堵在管内。其预防方法是灌注前应仔细检修灌注机械，并准备备用机械，发生故障时立即调换备用机械；同时采取措施，加速混凝土灌注速度，一般应在在混凝土中参入缓凝剂，以延缓混凝土的初凝时间。3、坍孔在灌注过程中如发现井孔护筒内水（泥浆）位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是坍孔征象，可用测深仪探头或测深锤探测。如测深锤原停在混凝土表面上未取出而现被埋不能上提，或测深仪探头测得表面深度达不到原来的深度，相差很多，均可证实发生坍孔。坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水，孔内水位降低，以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等，均有可能引起坍孔。发生坍孔后,应查明原因,采取相应措施,如保持或加大水头,移开重物、排除振动等，防止继续坍孔。然后用吸泥机吸出坍入孔中的泥土；如不继续坍孔，可恢复正常灌注。如坍孔仍不停止，坍塌部位较深，宜将导管拔出，将混凝土钻开抓出，同时将钢筋抓出，只求保存孔位，再以粘土掺砂砾回填，待回填土沉实时机成熟后，重新钻孔成桩。4、埋管导管无法拔出称为埋管，其原因是：导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土间摩阻力过大，或因提管过猛将导管拉断。预防办法：应按前述要求严格控制埋管深度一般不得超过6m～8m；在导管上端安装附着式振捣器，拔管前或停灌时间较长时，均应适当振捣，使导管周围的混凝土不致过早的初凝；混凝土参入缓凝剂，加速灌注速度；导管接头螺栓事先检查是否稳妥；提升导管时不可猛拔。5、钢筋笼上升钢筋笼上升,除了一些显而易见的原因是由于全套管上拔、导管提升钩挂所致外，主要的原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口，导管底口在钢筋笼底口以下3m至以上1m时，混凝土灌注的速度（m3/min）过快，使混凝土下落冲击导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋的重力时所致。为了防止钢筋笼底部上升，当导管底口低于钢筋笼底部3m至高与钢筋笼底1m之间，且混凝土表面在钢筋笼底部上下1m之间时，应放慢混凝土灌注速度。克服钢筋笼上升，除了主要从上述改善混凝土流动性能、初凝时间及灌注工艺等方面着眼外，还应从钢筋笼自身的结构及定位方式上加以考虑，具体措施为：①钢筋笼上端焊固在护筒上可以承受部分被顶托力，具有防止其上升的作用；②在孔底设置直径不小于主筋的1～2道加强环形筋，并以适当数量的牵引牢固地焊接与钢筋笼的底部，有利于克服钢筋笼上升。6、灌短桩头灌短桩头以称短桩。产生原因：灌注将近结束时，浆渣过稠，用测深锤探测难于判断浆渣或混凝土面，或用于测深锤太轻，沉不到混凝土表面，发生误测，以致拔出导管终止灌注而造成短桩头事故。还有些是混凝土灌注时，发生孔壁坍方，未被发觉，测深锤或测探头达不到混凝土表面，这种情况最危险，有时会灌短数米。预防办法是：（1）、在灌注过程中必须注意是否发生坍孔的征象，如有坍孔，应按前述办法处理后再续灌。（2）、在最终测量混凝土面深度时，采用长度适合的竹竿、钢筋进行探测，竹竿或钢筋等探测物进入混凝土时碰触碎石，能有明显感觉，触探的深度要以深入混凝土1m为宜。10、检测按规定制作混凝土试件，检查桩身混凝土强度，按规定对每根桩基进行无破损检测。11、钻孔灌注桩施工安全措施11．1、施工中应明确分工，统一负责做到安全生产，严格按设计要求和规范进行施工，杜绝人身伤亡事故，杜绝质量事故；11．2、各种机具设备应处于完好状态，并定期检修保养，电器必须由专职电工安装和修理，并设置标志，严禁酒后上班和上班喝酒；11．3、下达生产任务的同时，必须进行安全技术交底，各工种人员必须严格执行本工种的安全操作规程；11．4、机械钻孔危险处，必须设置安全网罩，进行工地人员必须穿好工作服，戴好安全帽，塔上作业必须系好安全带，吊车吊臂下严禁站人。11．5、冲击锥起吊应平稳，防止冲撞护筒和孔壁；进出孔口时，严禁孔口附近站人，防止发生钻锥撞击人身事故；孔口应加盖保护，严禁钻锥留在孔内，造成埋钻。11．6、施工现场严禁使用明火照明，油料等易燃品必须远离烟火；12、环保措施12.1施工中应注意避免灌注过程中孔内溢出的泥浆，应引至适当地点处理，防止污染农田及河流；施工营地和施工现场的生活垃圾，应集中堆放，及时在指定地点进行处理。13、岩溶地段钻孔灌注桩施工工艺岩溶地区的钻孔桩施工注意事项为：在岩溶地区钻孔桩施工中特别应注意以下几个问题：13.1、施工准备过程13.1.1根据地质资料预测施工中可能出现的问题，制定施工方案，并向钻机操作人员进行技术交底。13.1.2桩孔附近要备足回填材料和挖掘机、铲车、水泵等机械。13.2、钻孔13.2.1由于冲击钻成孔是利用钻头自身重量冲击基岩造孔，但因岩溶地区基岩面凹凸不平，岩石坚硬，钻头在剧烈冲进基岩面时容易被“V”型的岩沟卡住，而且所造的孔往往容易成斜孔，因此宜