钻孔桩施工工法

钻孔桩施工工法前言桥梁桩基钻孔桩主要应用于桥墩的基础处理施工，中国水利水电第七工程局有限公司在桥梁桩基钻孔桩工程施工过程中，成功解决了弱风化地质条件下快速嵌岩钻进和桩头快速破除等问题。由于目前国内在建或新建的高速铁路都涉及到桥梁桩基础施工，因其施工速度快，质量稳定，受气候环境影响小，而被普遍采用。工法特点、通过选用最佳机具搭配方案及选取优质泥浆护壁等工艺，解决了在弱风化基岩层地质条件下快速嵌岩钻进等技术问题，缩短了施工工期；、采用回填片石、粘土、水泥和稻草等，解决了钻进过程中遇裂隙、断层等特殊地层的漏浆问题；、采用自制的混凝土取样器对桩顶混凝土进行判定，减少了桩顶混凝土的超灌量，降低了施工成本；、采用桩头安装钢筋保护套施工工艺，有效提升了破桩头施工效率，降低施工成本，且该工艺完全符合环保、节能要求。3-适用范本工法基本上适用于目前国内在建或新建高速铁路的桥梁桩基钻孔桩工程,具有广泛的应用价值。工艺原理钻孔灌注桩是采用机械钻孔，成孔机械主要有螺旋钻机、冲抓锥、冲击钻、正循环回转钻机、反循环回转钻机、旋挖钻机等，在本工法中采用冲击钻成孔。使用卷扬机起吊锥头到一定高度时，放开锥头，锥头依靠自然下落产生的冲击力使岩土破碎，在地层中按要求形成一定形状(断面)的井孔，达到设计高程后,将钢筋骨架吊入井孔中，再灌注水下混凝土成为桩基础。

施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程钻孔桩施工工艺流程如图5-1。图5-1钻孔桩施工工艺流程图5・2操作要点5・2・1钻孑L在钻进基岩层以上覆盖层时，宜选取管形钻头（配重宜在4.0〜4.61）钻进,钻进至弱风化基岩层时应更换十字钻头（配重宜在3.5〜4.21）钻进至终孔。施工时，根据当地的地层情况选取优质粘土造浆。根据前期施工经验得知，优质粘土不仅能使护壁坚实，还能有效提高钻进效率,并能很好地将钻渣悬浮排出孔外。此外，钻进过程中如遇裂隙、断层等特殊地层出现漏浆时，在回填稠泥浆不能封堵的情况下，应回填片石、粘土、水泥或稻草等，进行处理。根据钻孔方法和土层情况，调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆性能指标可参照表5-2-1执行。表5-2-1泥浆性能指标地层情况相对密度（g/cm3）粘度（s）含砂率（%）胶体率（%）PH值一般地层1.10〜1.2018〜24W4三958〜11易坍地层1.20〜1.3022〜30三958〜11卵石、浮石、岩石1.3〜1.425〜28三908〜11优质泥浆（稳定液）的固壁和悬浮钻碴效能高，在孔深30m以上的孔且地层松散易坍孔时，一般采用优质泥浆，其各项指标参见表5-2-2。表5-2-2优质泥浆性能表项目相对密度粘度（s）含砂率（％）PH值胶体率（%）数值1.03〜1.1018〜22<2%8〜10>985・2・2导管试拼导管在使用前和使用一个时期后，除了对其规格、质量和拼接构造进行认真检查外，还必须进行拼接、过球和水压试验，水压试验的压力应不小于灌注混凝土时导管可承受最大压力的1.3倍，计算式如下：P=1.3（rXh-rXh）W c cw w式中P—导管壁可能承受的最大压力（kg/m2）；Wr一混凝土容重，采用2350（kg/m3）；ch—导管内混凝土柱最大高度，采用导管全长（m）；cr—钻孔内水或泥浆容重，1.0〜1.25，泥浆比重大于1.25时不宜进w行水下混凝土灌注（g/cm3）；h—钻孔内水或泥浆深度（m）。w试验方法：拼装好的导管先灌入70%的水，两端封闭，一段焊风管接头，输入计算的风压力。导管滚动数次，经过15min不漏水即为合格。此外，导管内过球应通畅，符合要求后在导管外壁用明显标记逐节编号并表明长度，还应配备20%〜30%的备用导管。5.2.3二次清孔二次清孔是灌注水下混凝土施工前的重要工序，要求孔底沉渣不大于50mm，泥浆性能指标的检测（粘度：17〜20S、比重不大于1.1g/cm3、含砂率小于2%），合格后才能进行浇注。5・2・4混凝土灌注及导管提升灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工，同一根桩的混凝土灌注时间不能大于混凝土初凝时间。缩短拆管时间，下料速度要均匀，不宜太快太猛，以免造成气堵。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰卡挂住钢筋骨架，可转动导管使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔中心。拆卸导管一定要快，时间一般不宜超过15min。5・2・5灌注混凝土测深及导管埋深控制采用自制的钢管取样盒来进行混凝土的测深，用每节长约1〜2.0m钢管丝扣连接而成，在钢管最下端设一铁盒，上有活盖，用细绳系盖随钢管向上引出。当灌注快结束时，用钢管取样盒插入孔内，牵引绳将活盖张开，待取样部位的混合物进入盒内，然后提出钢管，判别盒内是否是新鲜混凝土面。采用此方法基本上能准确的判定混凝土灌注高度，一般灌注高度不宜小于桩顶0.5m，深桩不宜小于1.0m。灌注混凝土时，导管埋深一般应控制在2.0〜4.0m较佳，每次拔管前准确测量混凝土面深度，以此作为起把导管的依据。在拔除最后一段导管时，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。5・2・6桩头破除桩身混凝土强度达到70%或14d时间以后，即可开挖基坑进行破桩头施工。破桩头方法有两种，一种是分裂楔子法，一种是复合破桩头法施工。一般桩径在600mm以上的均采用复合破桩法施工，复合破桩头法是在切割线下钻孔，将分离楔子插入钻孔中，并采用外力（一般使用铁锤头，条件允许的情况下，可采用液压破坏钳）进行敲击，直至钻孔处的桩身面产生分离，然后再起吊出上部桩头。5.2.7特殊情况处理1•桩身夹泥灌注时由于导管密封不良，泥浆渗入导管内，或导管栓塞破裂、脱落，都会产生夹泥现象，这时应全部提出导管进行处理，然后重新灌注混凝土。预防措施：混凝土导管在下入桩孔前，必须对螺纹、管壁等进行详细检查，并做好配管记录。必要时应进行导管水密性试验。卡钻事故在基岩和砾石地层钻进，钻头在通过探头石地段和基岩时，容易发生卡钻事故。如果卡钻不严重，用主绳加副绳一起将钻头强拉提起；如十字钻头在探头石下面，可用主绳反复提拉；在主绳旋转的情况下，探头石可在十字钻头的缺口处通过，从而解决卡钻事故；如果钻头被卡十分严重，强拉硬提无效，可在钻头上部用爆破法振松，迅速提起，但应注意此法易产生塌孔现象。预防措施：采用优质黏土进行护壁造孔，在易卡钻地段通过反复打黏土回填形成密实的孔壁；对坚硬基岩层，尽量避免新焊钻头的刃角，下部孔段钻孔用钻头应略小于上部孔段的钻头直径。每个钻头上必须采用主、副双绳进行保护。3•钻进中漏浆在砾石层中、溶洞中钻进，透水性极强时，若采用一般浓度的泥浆，漏失比较严重，容易造成埋钻事故。处理办法可直接向孔内投放泥球（由优质粘土做成的直径为15〜20cm大小）、片石（粒径为10〜20cm）,及时造浆、补浆，使稠泥浆迅速充填在孔壁卵石的间隙中，阻挡渗漏而保护孔壁稳定；漏失停止后，恢复正常钻进。预防措施是采用分层投入黏土进打回填的造孔方法。卡管事故预防在灌注过程中，混凝土堵在导管内下不去，或导管被混凝土或钢筋笼卡住提升不起来而造成卡管事故。其原因有隔水阀卡在导管中，混凝土拌和不均匀、和易性差导致粗骨料集中卡在导管中；混凝土灌注速度太慢、在导管中停留过久而凝结；导管升降时挂住钢筋笼等。处理方法：因混凝土堵管或隔水阀堵塞，可用钢筋或长杆冲捣，或用软轴振捣器振捣。导管与钢筋笼卡在一起时，不可强力起拔，宜采用轻扭动慢提拔的方法。如导管拉断、脱落，可用特殊打捞工具打捞，并清除孔内混凝土。预防措施：严格按规程进行操作：混凝土配合比应与水下混凝土浇筑条件相适应，和易性和流动性好；拌制合格的混凝土熟料；设备状况好，混凝土供应强度保证到位；导管检查和操作精心，等等。钢筋笼上浮事故钢筋笼的埋设是按设计标高放置并固定的。钢筋笼上浮原因是混凝土和易性不好，灌注中途出现事故，使混凝土初凝结成硬盖，阻力增大，或混凝土浇筑速度太快向上拱抬钢筋笼；钢筋笼在孔口固定不牢。预防措施：放置钢筋笼时对准钻孔中心，在孔口牢牢固定，提升导管时不可过猛；根据气温变化，适当调整混凝土配合比，使其具有良好的和易性、流动性;混凝土面上升到钢筋笼时或钢筋笼上浮时，要适当放慢灌注速度。材料与设备钻孔桩施工一般需要投入以下设备及材料：表6-1施工设备、材料表序号名称规格型号备注1冲击钻机ZZ-6A2起重机16T3挖掘机CAT320开挖泥浆池4混凝土罐车9m35装载机ZL506泥浆泵3PIN7电焊机BX-3158砼浇注导管①300mm9造浆粘土黄土质量控制施工前，根据工程实际情况，组织技术人员反复认真讨论研究，结合以往钻孔桩施工经验，确立一套适用于本工程地质条件的技术措施和工艺流程，从造孔到下设钢筋笼，再到最后的混凝土浇注等，细化到每一个环节，都制定相应的技术质量控制和检查验收标准，从技术上对工程施工质量作出保证。钻孔桩是一种深入地下的隐蔽工程，其质量不能直接进行外观检查，在施工

全过程中，钻孔桩质量主要靠中间工序的质量控制，严格施工过程中质量控制是

保证工程质量最有效的手段，严格要求每个孔、每一层、每一段的过程质量控制。7.1钻孔质量控制7.1.1桩位控制受施工现场钻机扰动影响，桩位定好后，无法长期保存，护筒埋设以后尚需校对。为确保桩位质量，可采取精密测量方法，即用全站仪定位，护筒埋设完，再次进行复测。采用护筒四周设立的护桩校正护筒中心与桩位中心是否保持一致。7.1.2桩斜控制埋设护筒采用护筒内径上下两端十字交叉法定心，通过两中心点，能确保护筒垂直。钻进中及时测定孔斜，保证孔斜率小于1%。发现孔斜过大，立即采取纠斜措施。7.1.3桩径控制根据地层情况，合理选择钻头直径，对桩径控制有重要作用。孔径可比钻头直径大5〜10cm。在砂层、砾石等松散地层，为防止坍塌掉块而造成超径现象，应严格控制泥浆的各种性能指标。7.1.4桩长控制施工中对护筒口高程与各项设计高程都要搞清楚，正确进行换算。要准确测量钢丝绳长度，并考虑负重后的伸长值，发现错误要及时纠正。7.1.5桩底沉渣控制土层、砂层或砾石层钻进，一般用泥浆换浆方法清孔。严格控制泥浆性能指标确保孔底沉渣清除干净，满足铁路客运专线相关设计规范及设计文件提出的沉渣要求，同时减少桥墩工后沉降的影响因素。7.2桩身结构控制制作钢筋笼不能超过规范允许的误差，包括主筋的搭接方式、长度。定位块是控制保护层厚度的主要措施，不能省略。钢筋笼的全部数据都按隐蔽工程进行验收、记录。起吊部位可增焊环筋，提高强度。起吊钢绳应放长，以减少两绳夹角，防止钢筋笼起吊时变形。确保导管密封良好，灌注活动导管时提高不能过多，防止夹泥、断桩等质量事故发生。如发生这些事故，导管全部提出，处理好后再下入孔内，重新浇筑。7.3混凝土浇注控制7.3.1灌注的混凝土，通过导管底部流出，把孔底的沉渣冲起并填补其空间。随着灌注的持续进行，混凝土面不断升高，由于沉渣比重比混凝土小，始终浮在最上面，形成桩顶浮渣。浮渣的密实性较差，与混凝土有明显区别。当混凝土灌注至最后一斗时，要求准确探明浮渣厚度，计算调整末斗混凝土容量。灌注完以后再复查桩顶高度，确保达到设计要求时，最后将末导管从混凝土中缓慢拔出。7.3.2根据设计配合比，进行混凝土试配，快速养护检测。对混凝土配合比设计进行必要的调整。严格按规范对混凝土材料水泥、砂、石进行检测。在灌注过程中，随时检验混凝土坍落度，并确保混凝土的和易性。严格按规定作试块，在拌合机出料口及灌注现场取样，保证取样质量和数量。7.4原材料控制对每批进场的钢筋、水泥、外加剂等原材料，严格检查标号、出厂日期和出厂实验报告等材质证明文件并抽样检查，各项性能指标均符合设计要求才能使用，严禁使用不合格或过期硬化水泥。除外加剂要委托具备相应资质的试验室进行1〜2次专门检验外，其余原材料抽样检查的要求如下：水泥：试验室按要求进行抽样送检，检验项目包括强度等级、凝结时间、安定性等指标。取样与检验方法依据有关水泥标准。砂石：对拌和楼料场的砂石料进行抽样试验，试验项目包括筛选、分析和含泥量，试验结果对应于当日的浇筑桩孔。钢筋：当钢筋直径超过12mm时，应进行机械性能及可焊性性能试验；进场后的钢筋每批（同品种、同等级、同一截面尺寸、同炉号、同厂家生产的每60t为一批）内任选三根钢筋，各截取一组试样，每组3个试件，一个试件用于拉伸试验（屈服强度、抗拉强度及延伸率）；一个试件用于冷弯试验；一个试件用于可焊性试验;如果有一个试件试验失败或不符合标准要求，另取两个试件再做试验。如果两个试件中有一个试验结果仍不符合要求，则该批钢筋将不得使用，或根据试验结果由监理人审查决定降低级别用于非承重的结构。安全措施8.1安全防护措施1•编写专项安全措施方案，并组织施工人员进行安全技术交底，落实各相关人员的安全职责；2•开工前，对周围建筑物及地下构筑物进行详细调查，做到心中有数，施工时注意观察，发现问题及时处理；夜间施工现场要配备足够的照明设施，遇到五级以上大风不施工；参加施工作业人员必须严格执行安全操作规程和技术要求，交接班实行班前5分钟制度，现场要服从指挥，集中精力，认真操作；施工人员进入现场必须戴安全帽和统一着装；6•现场交叉作业时注意相互配合，听从指挥，发现问题及时解决；7.严禁酒后从事一切施工作业。8.2临时用电1•临时用电管理制度：设电工值班，有值班设备检查、验收、维修记录；2•施工生活用电须由有专职电工进行操作，无证人员不得上岗；施工生活区架设线路及照明设备符合有关规定，不许乱拉乱扯；4•配电箱、开关箱位置合理，内部设施符合要求，箱体整洁、牢固、加锁；5.电力施工机具做到可靠接零接地；6•配电箱、开关箱设两级漏电保护。8.3机械施工安全1•制定机械安全操作规程，其他人员不得随意上机操作；操作人员必须持证上岗；机械设备传动外露部分有防护装置；机械设备电气控制箱齐全有效；5•机械施工时，非操作人员不得靠近。环保措施根据《中华人民共和国环境保护法》和当地政府部门颁布的有关环境保护规定，在工程施工中，认真落实各项环保措施。2•严格按规划布设临建和施工机具，堆放材料，成品、半成品，埋设临时管线和电路，未经审核不得任意变更。对于散、碎材料适当洒水或用篷布覆盖，防止粉尘污染环境。3.成立环境保护领导机构，全面负责该工程施工期间的环境保护工作，实现标准化文明施工工地。效益分析10・1施工中采用如下控制措施以提高钻孔桩施工自身的经济效益：1•严格实行约束和奖惩制度，使机（班）组人员自觉节约材料、控制成本；针对不同地层条件使用不同材质或新、旧程度不等的钻头；通过地层分析，快速钻进弱风化基岩层机具搭配的最佳方案；4•采用新工艺进行破桩头施工，节约施工材料及设备的投入。10・2科学、合理、快速建成高标准、严要求的京沪高铁桥梁桩基工程，以节约单个分部工程的施工时间来为后序施工赢取更多的时间，从而间接缩短整个施工工期，其经济效益可明显体现。10・3资源投入分析表表10-1 资源投入分析表施工项目施工方法造孔施工破桩头施工人员设备时间人员设备时间原方案6ZZ-6A钻机1台、泥浆泵1台254h6空压机1台、风镐3台、风钻2台26h现方案4ZZ-6A钻机1台、泥浆泵1台175h3空压机1台、风钻1台7.5h说明：以上资源投入均是根据1个墩台8根桩，桩深30m，嵌入1500kpa岩石4.0m的施工统计数据所得。通过以上分析数据得知，采用新工法施工最直接的效益是依靠缩短施工周期及资源投入来间接获取产生经济效益。11・应用实例京沪高速铁路跨津浦铁路特大桥位于山东济南市与泰安市境地内，该桥起迄里程DK428+741.84〜DK442+862.52,桥梁全长14120.68m，桥梁基础设计为明挖基础、挖井和钻孔桩基础等基础形式。桥梁线路位于鲁中南低山丘陵及丘间平原，地表