水下钻孔灌注桩技术

正循环泥浆循环示意图1）、正循环正循环钻机是用大比重高浓度的泥浆采用浮力原理将钻渣上下循环排到孔外的，钻渣必须钻碎到5cm以下颗粒，泥浆比重一般控制在1.2～1.45之间、粘度一般控制在28秒以上。冲击钻和小型钻机一般都采用正循环施工。泥浆正循环工艺详见左图所示：反循环泥浆循环示意图

2）、反循环反循环钻机是用空气吸力将钻渣强行排到孔外，并利用泥浆循环使钻渣沉淀后再排除，泥浆比重要求小一点，一般控制在1.10～1.15之间、粘度一般控制在18～28秒之间。大型旋转钻机一般采用反循环施工。泥浆反循环工艺详见左图所示：5、防塌孔及塌孔处理在钻孔过程中，必须根据不同的地质情况，采取不同的护壁措施，防止孔壁漏浆塌孔。一般易引起塌孔的地质层有砂砾层、覆盖层和全风化岩层。

1）、最易塌孔的部位往往是砂砾地层，因为砂砾层透水性强，含土量低，稳定性相对较弱，所以当钻孔进尺到砂砾层时，必须根据砂砾层的地质特征，采取有效的护壁措施；

a首先孔内要保持至少2米的水头（即孔内水位比孔外水位或地下水位高2m），使孔内泥浆压力大于孔外水的压力，防止因外部压力压垮护壁；

b加入优质粘土或膨润土（如红粘土比黄粘土的造浆性能要好），加大泥浆比重和泥浆粘度，必要时可加入适量的化学胶，增强泥浆的粘度和护壁性能；

c如砂砾层密实度较小，可在加入粘土的同时加入适量的片石或大粒径卵石，在冲进的过程中把片石或大粒径卵石挤入孔壁内，从而增强孔壁稳定性。

d如采取以上措施孔壁仍然出现漏浆现象时，可采用粘土中掺入水泥和堵漏剂（一种具有高膨胀率的堵漏材料），同时多抛片石，用钻锤反复冲击，将堵漏剂和粘土挤入孔壁的砂砾缝隙内，直至孔内水头不再下降为止。在1995年杭州钱塘江三桥的施工中曾多次采用过这种堵漏的方法，效果极佳。

2）、一般的河床或湖泊等表层为冲积覆盖层，覆盖层一般为腐质土，呈塑性软弱状，稳定性差，因此，钻孔施工中必须对其采取特殊的护壁措施，才能防止塌孔。

a对于河水深度较浅，围堰顶面到覆盖层底部距离不大的桩孔，应采取深埋护筒进行钻孔施工，把护筒埋入到覆盖层底部以下约50cm位置，将覆盖层与桩孔全部隔离，确保覆盖层不出现塌孔现象。

b对于河水深度较深，围堰顶面到覆盖层底部距离较大的桩孔，护筒难以埋入时，宜采用特别的护壁方案进行钻孔施工。当桩孔钻至覆盖层位置时，大量加入粘土，并适当掺些水泥，同时抛入粒径较大的片石，用钻锤反复冲击，将掺入水泥的粘土和片石打入孔壁内进行护壁，直到进尺出现明显缓慢为止，这样即可判断覆盖层的护壁已比较结实和稳定了c全风化岩层一般位于砂砾层和岩层之间，呈软弱状（类似淤泥），稳定性差，钻孔时极易塌孔，为了防止塌孔，必须采取相应的处理措施。当桩孔钻过砂砾层后，进尺特别快时，即可判断进入全风化岩层。全风化岩层的护壁处理方法类似覆盖层的护壁方法。6、成孔验收桩孔钻至设计孔底标高位置后，根据规范要求一般摩擦桩要超深钻进30～50cm，支撑桩（嵌岩桩）超深不小于5cm。成孔验收技术质量指标允许偏差为：孔中心位置（mm）：群桩100，单排桩50；孔径(mm)：不小于设计桩径；倾斜度：小于1%孔深；孔深：摩擦桩不小于设计、支撑桩超深不小于50mm；沉淀厚度（mm）：摩擦桩：小于设计，当设计无要求时，对直径≤1.5m的桩，≤300mm，对直径＞1.5m或桩长＞40m或土质较差的桩，≤500mm；支承桩：不小于设计规定；清孔后泥浆指标：比重1.03-1.10、粘度17-20Pa.s、含砂率＜2%、胶体率＞98%。二、水下砼灌注施工1、导管及蓄料斗安装桩孔钻至设计标高成孔验收合格后，应马上组织导管安装，导管安装前，应对导管进行水压试验，确保导管承压能力和密封性能满足规范要求后才能用于施工。导管安装时，应详细记录每节导管长度、导管节数及导管总长度，以便砼灌注过程中随时掌握导管埋深和下次拆管长度，确保导管埋深随时满足规范要求。为了确保首批砼埋管满足规范要求，桩基水下砼灌注时，必须配备足够大的蓄料桶或蓄料斗，蓄料桶的容量应大于埋管1米所需的砼方量（一般要大于1.5倍桩径）。首批砼灌入时一般采用拔球法施工，即待蓄料桶盛满砼料后，用起吊设备将导管顶料斗底口堵截钢球瞬间拔除，使砼料快速灌入孔底将孔底导管口马上封住，并瞬间将导管埋设至少1米深度，确保孔内泥浆与砼完全隔离。水下砼灌注施工详见如下示意图：

水下砼灌注施工示意图

2、二次清孔由于钢筋笼、导管、蓄料斗等连续的安装，使孔内泥浆长时间处于静止状态，导致泥浆内的含砂、细小杂物等出现沉淀。为了确保桩底质量，砼灌注前必须进行二次清孔，使孔内泥浆强烈循环，把孔底沉淀物及时排除孔外，确保孔底沉淀厚度满足规范与设计要求。二次清孔的主要技术指标如下：泥浆比重：1.03～1.10

泥浆粘度：17～20Pa.s

泥浆含砂量：小于2%

孔底沉淀厚度：摩擦桩：小于设计，当设计无要求时，对直径≤1.5m的桩，≤300mm；对直径＞1.5m或桩长＞40m或土质较差的桩，≤500mm；支撑桩：不大于设计（一般为不大于5cm）。3、水下砼灌注

a准备工作钻孔桩混凝土灌注是成桩的最后一环，在浇注混凝土之前，要制定更为详尽的施工作业指导书，做好充分的准备工作。提前向混凝土拌和站下达混凝土生产计划，包括数量，标号、质量要求、供应时间。混凝土灌注之前，必须准备好备用供电系统。按二倍浇注桩身混凝土体积备齐砂、石、水泥、外加剂等材料。

b混凝土灌注混凝土灌注一般采用Φ300型快速接口导管，在浇注前进行密封耐压试验，长度测量标码等工作。在浇注混凝土前再次检查孔度沉渣厚度，如不满足，则立即利用导管进行二次清孔。导管下口离孔底0.25～0.4m，第一批灌注混凝土数量应能满足导管初次埋置深度（≥1.0m）。灌注开始后，应连续、快速地进行，做到一气呵成。在灌注过程中，要及时测量混凝土面的高度及上升速度，根据导管长度，推算和控制埋管深度，导管最大埋深不应大于6m，最小埋深不应小于2m，施工过程中必须做好详细的灌注记录。混凝土面接近钢筋骨梁底端时，为防止钢筋骨架上浮应注意调整导管的埋深和混凝土灌注速度；待混凝土面上升进入钢筋骨架一定深度后，再按正常速度灌注。桩顶标高的确定：对于无系梁的墩台，灌注桩顶要比设计桩顶标高多浇注0.5～1.0m，以确保桩顶质量，浇注墩柱时，再将多余部分桩头凿除。对于有承台、系梁的墩台，灌注桩顶要比设计承台、系梁底标高多浇注0.5～1.0m。三、防断桩及灌注施工各类事故的常用处理方法由于影响水下灌注桩砼灌注施工的因素很多，对其施工过程每一环节都必须要严格规范要求，对各种影响因素都必须有详细而周到的考虑，如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注砼标高测量等等。否则，在水下砼灌注过程中就会发生质量事故，小到塌孔、缩径，大到断桩报废，给项目造成重大损失。所以，施工时必须严格控制好水下砼灌注过程中的每一道环节，避免发生质量事故。灌注水下砼时，必须确保砼料供应连续及时，一气呵成，供料间断时间不宜超过45min，否则，将可能出现因堵管现象而产生断桩。对于诱发灌注桩质量事故的因素，必须在施工初期就彻底清除其隐患，同时必须准备相应的对策，预防事故的发生或一旦发生能及时采取补救措施。常见的影响灌注桩质量的因素及处理办法如下：1、砼灌注过程中因机械故障而供料不及时：当砼灌注施工中遇到砼料不能及时连续供应(间断时间超过45min)，如砼运输距离远、交通堵塞或出现机械故障（搅拌机或砼运输车等）等因素，除混凝土中加缓凝剂外，导管埋置深度应尽量靠近规范要求的小值，以2～3m为宜，每隔10～15min将导管上下活动几次，幅度以1.0m左右为宜，防止砼长时间处于静止状态而提前进入初凝。2、导管堵塞：1）、由于砼料不符合要求或供料不连续导致的导管堵塞：灌注间隔时间过长或砼料和易性不好等都容易产生堵管现象，因此应尽可能提高砼灌注速度，开始灌注砼时应尽量积累大量砼，产生极大的冲击力可以克服埋管砼和泥浆阻力。快速连续灌注，使导管底口以上砼和泥浆一直保持活动状态，可防导管堵塞。当发生堵管时，如堵塞位置位于导管上部可用钢筋、钢管等刚性物体冲击疏通；如堵塞部位于在导管下部，可采用上下抖动导管的方法疏通或在料仓内加入大量砼料，再根据埋管情况适量的提高导管高度，以便加大混凝土压力的方法来疏通导管。2）、因导管漏水导致的堵管：导管使用前须做密水试验，灌注前检查导管是否有漏水、弯曲等缺陷，发现问题要及时更换。当在灌注过程中发现导管漏水时，必须马上检查漏水位置，如漏水位置在导管底部（底口以上6m以内，则应马上加快灌注速度，并加大砼埋深，使导管内砼或管外砼面超出漏水处，将漏水口封死防止漏水。如漏水位置在导管较上位置，埋管砼或管内砼不可能在短时间内封住漏口，且漏水较大时，必须当机立断及时将导管整体拔出，马上将漏水部位处理好，然后再将整修完好的导管放入桩孔内并插入已灌注的砼中，保证导管埋置深度在2m以上。接着用小的污水泵放入管内进行抽水，将管内泥浆抽干后，继续采用首批砼的灌注方法进行灌注施工，直至正常翻浆为止。3、导管被卡无法拔升：在灌注过程中，导管的埋置深度是一个重要的施工指标。导管埋深过大，以及灌注时间过长，导致已灌砼流动性降低，从而增大了砼与导管壁的摩擦力，容易造成提升时连接套环拉断或导管破裂而产生断桩。因此，导管埋置深度应根据搅拌砼的和易性、初凝时间、供应速度、浇注速度、孔内泥浆比重等状态来决定，一般情况下，以埋深2～6m为宜。另外，砼灌注施工时，应注意时常活动导管，防止导管因长时间停滞不动而被砼固结。一般在待料期间每间隔10～15分钟活动一次导管，并尽可能的保证砼连续灌注。4、钢筋笼上浮：一般有两种情况可以造成浮笼，a）、放料过猛，导致砼灌注到钢筋笼底时突然猛烈冲击钢筋笼，造成浮笼；b)、水下灌注桩在浇注过程中埋管深度范围内的混凝土为整体柱状抬高时，使砼与钢筋笼间的内摩阻偏大，可能造成砼与钢筋笼同时上升的现象。因此在灌注过程中，应随时关注钢筋笼情况，适当控制导管埋置深度，减少与钢筋笼有相对位移的砼量。如发现有浮笼现象，应马上减少埋管深度或放慢浇筑速度，同时对钢筋笼施压，避免钢筋笼继续上浮。5、砼拌制不符合要求：砼拌制过程中必须严格按照设计配合比进行计量，粗骨料最大粒径应小于40mm，细骨料应采用级配好的中砂，砼坍落度宜控制在18～21cm之间，确保新拌制出来的砼料有良好的和易性和流动性，避免砼出现离析现象。6、桩身存在夹渣或夹泥现象：产生这种情况的主要原因有：1)、泥浆比重过大，如泥浆中含较大的泥块，增加了灌注砼上升的阻力，因此，在施工中经常发生流动不畅和轻微堵管等现象，为了解决这种堵管现象，一般采用提取导管上下振击来使砼灌入，但这就有可能使导管法兰盘反复在泥浆和砼接触面上下