建筑施工技术教案

教案

（2010-2011学年第1学期）

课程名称建筑施工技术

适用专业建筑工程

授课班级10建管1-2班

09建管14、12班

任课教师工^___________

技术职称高级工程师

2010年9月

重庆城市职业学院

课时教案

讲授人丁源课时10序号1

课题内容土方工程教学时间

教学方法讲授理论口实验口习题口

教学课型

教学手段多媒体教学实践口复习口其他口

知识目标了解土的招U质和特点，熟悉土方量的计算方法，施工准备与辅助

教学目标工作的内容，隼E握基坑的开挖及土方回填及压实。

能力目标熟悉土方量的计算方法，施工准备与辅助工作的内容

教学重点土的工程分类，土方的工程量计算与土方的调配基坑施工，土方机

械化施工，土方回填及压实。

任务定位

教学难点场地设计平面的确定，土方工程量的计算，基坑的边坡处理及边坡

支护，基坑降水。

课堂即时生成

教学过程设计

的问题与对策

第一章土方工程

本章提要：

本章内容包括土方规划、土方工程施工的要点，土方工程机械化施工。在土方规划中，

涉及了土的工程分类和性质、土方边坡、土方量计算、场地设计标高的确定和土方调配

等问题。在土方工程施工要点中，重点论述了土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压

实，是土方工程施工的关键0在土方工程机械化施工中，着重阐述常用土方机械的类型、

性能及提高生产率的措施。

第一节概述

一、土方工程的施工特点

土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之一，它包括土、石方的开挖、运输、

填筑、平整与压实等主要施工过程，以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁

支护等准备与辅助工作。

土石方施工的特点：

1:土石方施工工程量大、面广。

2：施工条件极为复杂。

3：劳动强度较大。

二、土的工程分类

1：土的种类繁多，分类方法也较多，根据土的颗粒级配或塑性指数可分为碎石类

土（漂石土、块石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土）、砂土（砾砂、粗砂、中砂、细

砂、粉砂）和粘性土（粘土、亚粘土、轻亚粘土）；

•2：根据土的沉积年代，粘性土可分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土;

3：根据土的工程特性，又可分出特殊性土，如软土、人工填土、黄土、膨胀土、

红粘土、盐渍土、冻土等。不同的土，其物理、力学性质也不同，只有充分掌握各类土

的特性及其对施工过程的影响，才能选择正确的施工方法。

4：开挖难易程度

将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八

类，称为土的工程分类。

三、土的工程性质

（-）土的组成

土由土的颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成；这三部分之间比例

关系随周围条件的变化而变化，三者相互间比例不同，反映出土的物理状态不同。如干

燥、稍湿或很湿、密实、稍密或松散。这些指标是最基本的物理性质指标，对评价土的

工程性质，进行土的工程分类具有重要意义。

土的工程性质对土方工程的施工有直接影响，其中基本的工程性质有：土的质量密度、

可松性、压缩性、含水量、渗透性等。

土的三相物质是混合分布的，用三相图表示。三相图中把颗粒、空气、水分别划分开。

（二）土的物理性质

1.土的可松性

土具有可松性。土的可松性是指在自然状态下的土经开挖后组织被破坏，其体

积因松散而增大，以后虽经回填压实也不能恢复其原来体积的特性。由于土方工程量是

以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等

的时候.必须考虑土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示

①最初可松性系数Ks

自然状态下的土，经开挖成松散状态后，其体积的增加，用最初

可松性系数表示。

Ks=

Vi——土在自然状态下的体积

V2——土经开挖成松散状态下的体积

②最终可松性系数Kzs

自然状态下的土，经开挖成松散状态后，回填夯实后，仍不能恢

复到原自然状态下体积，夯实后的体积与原自然状态下体积之比，用

最终可松性系数表示。

%

V1——土在自然状态下的体积；V3——土经回填压实后的体积

各类土的可松性系数参见表l-lo

表1—1土的可松性系数

土的类

KsKs7土的类别Ks

别

一类土1.08-1.171.01-1.03五类土1.30-1.451.10-1.20

二类土1.14-1.281.02-1.05六类土1.30-1.451.28-1.20

三类土1.24-1.301.04-1.07七类土1.30-1.451.10-1.20

四类土1.26-1.321.06-1.09八类土1.45-1.501.20-1.30

2.土的天然含水量

在天然状态下，土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率叫土的天然含水量，反映

了土的干湿程度，用W表示；如公式

mw

w=----X100%(1-3)

ms

3.土的天然密度和干密度

分天然密度和干密度。土的天然密度，指土在天然状态下单位体积的质量；它影

响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度，指单位体积土中固体颗粒的质量;

它是用以检验填土压实质量的控制指标。

如教材公式(1-4)(1-5)

4.土的孔隙比和孔隙率

孔隙比和孔隙率反映了土的密实程度。孔隙比和孔隙率越小土越密实。

如公式

Vv

e=——(1-6)

Vs

Vv

n=_xlOO%(1-7)

V

5.土的压缩性

移挖作填或取土回填，松土经填压后会压缩，一般松土的压缩率见表1—2。在松

土回填时应考虑土的压缩率，一般可按填方断面增加10%〜20%计算松土方数。

6.土的渗透系数

土的渗透性系数表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示。根据土的渗透系

数不同，可分为透水性土（砂土）和不透水性土（黏土）。它影响施工降水与排水的速度,

如表1-2

四、场地设计平面的确定

场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。场地设计标高应满足规划、

生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量

最小。

第二节土方工程量的计算与土方调配

一、土方工程量的计算

土石方量计算的基本方法主要有平均高度法和平均断面法两种。

1.平均高度法

（1）四方棱柱体法.

四方棱柱体法，是将施工区域划分为若干个边长为a的方格网，每个方格网的土方

体积V等于底面积”2乘四个角点高度的平均值

，=/（%+%+为+为）

（2）：三角棱柱体法。

三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分成两个三角形，然后分

别计算每一个三角棱柱体的土方量。

心，4+34）

0

全挖或者全填

二、土方调配

1.划分土方调配区

1）、划分土方调配区应该与房屋和构造物的平面位置相协调。

2）、应满足施工主导机械的应用要求。

3）、调配区的范围应该与土方的工程量计算用的方格网相协调。

4）、根据具体情况可考虑就近借土或者就近弃土。

2.计算土方的平均运距

3、用表上作业法进行土方调配。

第三节基坑施工

一、施工准备

1.技术准备

2.编制施工方案

3.设置排水设施

4.修筑临时设施

二、基坑边坡及支护

（一）。土方边坡

1：放坡开挖

土方边坡坡度以其高度〃与其底宽6之比表示。边坡可做成直线形、折线形或踏

步形（图1—1）

坊边坡坡度=£・i1

'w

3、边坡加固

（二）、土壁支护

1、一般基坑支护

2、深基坑支护

三、基坑降水

土方开挖的过程中，当基坑的底面标高低于地下水位时，由于土的含水层被切

断，地下水会不断渗入坑内。雨季施工时，地面水也会流入坑内。所以必须采取措

施做好降水和排水工作，降低坑内的水位。

（一）、流砂现象

基坑挖土至地下水位以下，土质为细砂土或粉砂土的情况下，采用集水坑降

低地下水时，坑下的土有时会形成流动状态，随着地下水流入基坑，这种现象称为

流砂现象。

流砂的防治：

1,在枯水期施工

2、打板桩法

3、水下挖土法

4、井点降低地下水位

5、地下连续墙

降低地下水位的方法有：集水坑降水法，井点降水法。

（二）、集水坑降水法

1：集水坑降水法是在基坑开挖过程中，在坑底设置集水坑，并在坑底的周围或

中央开挖排水沟，使水流入集水坑，然后利用水泵抽水。

2：集水坑的设置

3：水泵的选用

4：流砂及其防治

（三）、井点降水

1：井点降水是在基坑开挖前。与先在基坑周围埋设一定的滤水管，利用抽水

设备从中抽水，使地下水位降到坑底以下，在基坑开挖过程中仍不断抽水，使挖的

土始终保持干燥状态，从根本上防治流砂发生。

2：方法

轻型井点喷射井点管井井点深井井点电渗井点

3.特点

效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工；

可能引起周围地面和建筑物沉降。

第四节土方机械化施工

土方工程施工机械的种类繁多，有推土机、铲运机、平土机、松土机、单斗挖土机

及多斗挖土机和各种碾压、夯实机械等。在建筑工程施工中，以推土机、铲运机和

挖掘机应用最广，也具有代表性。现将这几种机械的性能、适用范围及施工方法予

以介绍。

一、推土机

二、铲运机

三、单斗挖土机

第五节土方的回填及压实

一、填方土料的选择和填筑的要求

1、填方土料应符合设计要求，保证填方的强度与稳定性，选择的填料应为强度

高、压缩性小、水稳定性好、便于施工的土、石料。如设计无要求时，应符合下列

规定：

（1）碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的2/3）可用于表层下的

填料。

（2）含水量符合压实要求的粘性土，可为填土。在道路工程中粘性土不是理想

的路基填料，在使用其作为路基填料时必须充分压实并设有良好的排水设施。

（3）碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方。

（4）淤泥和淤泥质土，一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理含

水量。

2、填土的方法

填土可采用人工填土和机械填土。

人工填土一般用手推车运土，人工用锹、耙、锄等工具进行填筑，从最低部分

开始由一端向另一端自下而上分层铺填。

机械填土可用推土机、铲运机或自卸汽车进行。用自卸汽车填土，需用推土机

推开推平，采用机械填土时，可利用行驶的机械进行部分压实工作。

填土必须分层进行，并逐层压实。特别是机械填土，不得居高临下，不分层次，

一次倾倒填筑。

3、压实方法

填土的压实方法有碾压、夯实和振动压实等几种。

4、影响填土压实的因素

填土压实质量与许多因素有关，其中主要影响因素为：压实功、土的含水量以

及每层铺土厚度。

1）.压实功的影响

2）.含水量的影响

3）.铺土厚度的影响

1、简述土的工程分类。2、试述土方工程量的计算方法。

思考题

3、分析流砂产生的原因及处理方法。

与作业

4、填土压实有哪几种方法？各有什么特点？

教后反思

课时教案

讲授人丁源课时10序号2

课题内容桩基础工程教学时间

教学方法讲授理论口实验口习题口

教学课型

教学手段多媒体板书结合教学实践口复习口其他口

知识目标端承桩、摩擦桩的概念。预制桩、灌筑桩的施工工艺

教学目标及施工方法

能力目标把握预制桩与混凝土灌注桩的施工工艺

教学重点预制桩与混凝土灌注桩的施工工艺及施工方法

任务定位

教学难点预制桩与混凝土灌注桩的施工工艺

课堂

即时

生成

教学过程设计

的问

题与

对策

第二章桩基础工程

第一节概述

桩基础是广义深基础中的一种，利用承台和基础梁将深入土中的桩联系起来，以承受整个

上部结构重量。

桩基础中桩的作用是借其自身穿过松软的压缩性土层，将来自上部结构的荷载传递至地下

深处具有适当承载力且压缩性较小的土层或岩石上，或者将软弱土层挤压密实，从而提高地基土

的承载力，以减少基础的沉降。承台的作用则是将各单桩连成整体，承受并传递上部结构的荷载

给群桩。桩基础不仅具有承载力大、沉降量小的特点，而且更便于实现机械化施工，尤其当软弱

土层较厚，上部结构荷载很大，天然地基的承载能力又不能满足设计要求时，采用桩基础可省去

大量土方挖填、支撑装拆及降水排水设施布设等工序，因而能获得较好的经济效果。

桩的种类较多，按桩上的荷载传递机理可分为端承桩和摩擦桩两种类型。端承桩是指在极

限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受的桩；摩擦桩是指在极限承载力状态下，桩顶荷载由

桩侧摩阻力承受的桩。按桩身的材料可分为木桩、混凝土或钢筋混凝土桩、钢桩等。木桩自重小，

具有一定的弹性，又便于加工、运输和施工，但承载力小，在干湿变化的环境中易腐烂，只在木

材产地使用；混凝土和钢筋混凝土桩坚固耐用，承载力大，可按需要的截面形状和长度制作，不

受地下水位变化的影响，施工也方便，在土木工程中应用最为广泛；钢桩承载力高，设计灵活性

大，桩长容易调节，运输较方便，但其耐腐蚀性能较差，且耗钢量大、成本高。按沉桩的施工方

法可分为挤土桩（包括打入式和压入式预制桩）、部分挤土桩（包括预钻孔打入式预制桩和部分挤

土灌注桩）、非挤土桩（各种非挤土灌注桩）和混合桩等四种类型。按桩的制作方法可分为预制桩

和灌注桩。

BB3.1桩基础的绢应

1——上部结构»2——承令83——在

第二节预制桩施工

预制桩是一种先预制桩构件，然后将其运至桩位处，用沉桩设备将它沉入或埋人土中而成

的桩。预制桩主要有钢筋混凝土预制桩和钢桩两类。采用预制桩施工，桩身质量易保证，施工机

械化程度高，施工速度快，且可不受气候条件变化的影响。但当土层变化复杂时桩长规格较多，

桩入土后易被冲压破损、变形而达不到设计标高。

预制桩施工流释如下.

1、桩的预制、起吊、运输与堆放

预制钢筋混凝土桩分实心桩和空腹桩，有钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。实心桩截面

有三角形、圆形、矩形、六边形、八边形.为了便于预制一般做成正方形断面。断面一般为

200mmX200mm〜550mmX550mm（图3.2）。单根桩的最大长度，一般根据打桩架的高

度而定，目前单根桩通常在30m以内，工厂预制时单根桩长一般在12m以内。如需打设30m

以上的桩，则将桩预制成几段，在打桩过程中逐段接桩。空腹桩有空心正方形、空心三角形和空

心圆形（即管桩）。管桩在工厂内采用离心法制成，外径一般有~00mm、560nlrll等数种。

钢桩通常有钢管桩、工字型钢极、H型钢桩等。

1）桩的制作

钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土预制桩制作时应注意：粗骨料应采用5-40mm碎石或卵

石；钢筋骨架宜用点焊或绑扎，主筋用对焊或电弧焊连接，相邻两根主筋接头的间距应大于

35dg（df为主筋直径），且不小于500mm,桩顶钢筋网片位置要准确，混凝土保护层厚度要均

匀，以确保钢筋骨架受力不偏心，使混凝土有良好的抗裂和抗冲击性能；桩尖短钢筋应对正桩身

纵轴线，并伸出桩尖外50—100mm。

图3.2钢筋混凝土预制械示例

预制桩的制作有并列法、间隔法、重叠法和翻模法等方法。底模和场地应平整坚实，防止浸

水沉陷；上下层桩及桩与底模间应刷隔离剂，使接蚀面不粘结，拆模时不得损坏桩棱角；上层桩

或邻桩必须待下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30%后才能浇筑；混凝土应由桩顶向桩尖进

行连续浇筑，不得中断，以保证桩身混疑土有良好的匀质性和密实性；制作完成后应及时浇水养

护且不得少于7天。

预应力混凝土管桩一般由工厂用离心旋转法制作。管桩按混凝土强度等级分为预应力混凝土

管桩（混凝土等级不低于C50）和预应力高强混凝土管桩（混凝土等级不低于C80）。预应力混凝土

管桩代号为PC,预应力高强混凝土管桩的代号为PHC。管桩按外径（m）分为300、350、400、

450、500、550、600、800、1000等规格，长度为7〜15m,按管桩的抗弯性能或混凝土

有效预压应力值分为A型、AB型、B型和C型。其混凝土有效预压应力值（N/mm人2）分别为

4.0、6.0、8.0、10.0«

预应力混凝土管桩应采用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，矿渣硅

酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，细骨料宜采用洁净的天然硬质中粗砂，细度模数为2.3~3.4,

粗骨料应采用碎石，其最大粒径应不大于25mm，且应不超过钢筋净距的3/4。预应力钢筋应

采用预应力混凝土用钢棒、预应力混凝土用钢丝，其保护层厚度不得小于25mm。管桩接头宜

采用端板焊接，端板的宽度不得小于管桩的壁厚，接头的端面必须与桩身的轴线垂直。

骨架成型后，预应力钢筋间距偏差不得超过±5mm螺旋筋的螺距偏差不得超过4-10mm

契立圈间距偏差不得超过±20mm,垂直度偏差不得超过架立圈直径的1/40。

放张预应力筋时，预应力混凝土管桩的混凝土抗压强度不得低于35MPa,预应力高强混凝

土。

第二节灌注桩施工

在世界各国的深基础工程中，桩基是主要手段，而在桩基中应用最广泛的是混凝土灌

注桩。在高层建筑中大直径混凝土灌注桩的应用越来越普遍，这是由于它具有一系列优点：

(1)单桩承载力高，一根桩可以承受几百吨乃至几千吨，能满足高层建筑的框架结构、

筒体结构和剪力墙结构体系的需要，由于单桩承载力高，可以作到一根柱子下面只有一根

桩，可以不作承台；

(2)岩层埋藏较浅时，大直径灌注桩可以嵌入岩层一定深度，使桩更加结实牢固；

(3)大直径灌注桩由于成孔直径大，施工时下放钢筋笼方便，灌注水下混凝土也易于

保证质量；

(4)大直径灌注桩既能承受较大的垂直荷载，也能承受较大的水平荷载，而且能嵌入

地层一定深度，其抗震性能也较好，同时沉降也小，能防止不均匀沉降。

(5)灌注桩施工不存在沉桩挤土问题，振动和噪音均很小，对邻近建筑物、构筑物及地

下管线、道路等的危害极小。

但是，混凝土灌注桩的成桩工艺较复杂，尤其是湿作业成孔时，成桩速度也较预制打

入桩慢。且其成桩质量与施工好坏密切有关，成桩质量难以直观的进行检查。

大直径的混凝土灌注桩，在我国高层建筑施工中得到愈来愈广泛的应用。北京、上海、

天津、广州、深圳等地一些著名的高层建筑不少都是利用混凝土灌注桩。通过工程实践,

在机械设备、成桩工艺和质量检测方面都取得长足的进步。

混凝土灌注桩的成孔，按设计要求和地质条件、设备情况，可采用钻、冲、抓和挖等

不同方式。成孔作业还分为干式成孔(孔内无水)和湿式成孔(孔内有水)，分别采用不同的

成孔设备和技术措施。湿式成孔时，需采用泥浆护壁，并用水下混凝土的浇筑方式浇筑桩

身混凝土。

一、钻孔灌注桩施工

钻孔灌注桩施工可采用干式成孔或湿式成孔，成孔后吊放钢筋笼，灌注混凝土而成。

施工时要保证设计要求的孔径、孔深和孔的垂直精度，并保证孔底松士沉渣厚度满足规范

要求。

(一)干式成孔的钻孔灌注桩

干式成孔用螺旋钻机(图5-10),它由主机、滑轮组、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、

出土装置等组成。由螺旋钻头切削土体，切下的土随钻头旋转并沿螺旋叶片上升而排出孔

外。这种钻机效率高，无振动、无噪音，宜用于匀质粘性土，亦能穿透砂层。

图310步魂式理发钻机

1t匈；2一下星；3回转滚轮：4行车滚花t

5-阴比滑轮，6回转中心轴；7行车油加，

8一中世，9支盘

用螺旋钻机成孔时，钻机就位检查无误后使钻杆慢慢下移，当接触地面时开动电机，

先用慢速钻进，以免钻杆晃动，又易于保证桩位和垂直度。遇硬土层亦应慢速钻进。钻至

设计标高时，应在原位空转清土，停钻后提出钻杆弃土。钻出的土应及时清除，不可堆在

孔口。钻进时如发现钻杆不正常的晃动或难以钻进，应立即提钻检查，排除障碍。

钢筋笼宜一次整体吊入，如过长亦可分段吊，两段焊接后再徐徐沉放孔内。吊放钢筋

笼时严防碰撞孔壁。

经检验合格后，应及时灌注混凝土，深度大于6m时靠混凝土下冲力自身砸实，小于

6m者以长竹杆插捣，上面的2m用振动器捣实。

螺旋钻孔灌注桩目前在国内外发展很快。除上述用干式成孔的螺旋钻机施工法之外，

还有下述几种方法：

1.大芯管、小叶片的螺旋钻机成桩法

这种钻机的钻杆芯管较粗，待钻至设计标高后，通过芯管下放钢筋笼，然后灌注混

凝土，留下钻头、拔出钻杆即可。该法无振动、无噪音，是美国60年代开始使用的，现

在欧、美一些国家仍在使用。

2.日本的CTP工法

该法是用带普通螺旋钻杆的钻机成孔，待钻至设计深度后停钻，打开钻头底活门，

然后边提钻杆边通过中空的钻杆芯管向孔内泵送混凝土直至孔口，然后向孔内混凝土中压

入或打人钢筋笼而成桩。该法日本从70年代开始应用，目前欧洲各国仍应用较多。但该

法混凝土的泵送压力小于2MPa,且向已灌注混凝土的桩孔内压入钢筋笼较困难，因而应

用受到一定的限制。

3.钻孔压浆成桩法

该法是我国的一项专利。其工艺原理是：先用螺旋钻机钻孔至预定深度，通过钻杆

芯管利用钻头处的喷嘴向孔内自下而上高压喷注制备好的以水泥浆为主剂的浆液，使液面

升至地下水位或无坍孔危险的位置处，提出全部钻杆后，向孔内沉放钢筋笼和骨料至孔口，

最后再由孔底向上高压补浆，直至浆液达到孔口为止。成桩的桩径①300~1000mm,深度可

达50mo

该法连续一次成孔，多次由下而上高压注浆成桩，具有无振动、无噪音、无护壁泥浆

排污的优点，又能在流砂、卵石、地下水位高易坍孔等复杂地质条件下顺利成孔成桩，而

且由于高压注浆时水泥浆的渗透扩散，解决了断桩、缩颈、桩间虚土等问题，还有局部膨

胀扩径现象，因此单桩承载力由摩擦力、支承力和端承力复合而成，比普通灌注桩约提高

1倍以上。

该成桩工艺，自1985年以来己在国内几百个高难度基础工程中成功应用，累计达几十万

延米，也引起世界上许多国家的重视，技术在国际上领先。

（二）湿式成孔的钻孔灌注桩

湿式成孔钻孔灌注桩的成孔，可用冲抓锥成孔机、斗式钻头成孔机、冲击式钻孔机、

潜水电站、大直径旋入全套管护壁成孔钻机（贝诺托Benote钻机）和工程水文地质回转钻

机等。

1.冲击式钻孔机成孔

该机主要用于岩土层中，施工时将冲锥式钻头提升一定高度后以自由下落的冲击力

来破碎岩层，然后排除碎块后成孔。冲击式钻头重量一般为500〜3000kg,按孔径大小选

用，多用钢丝绳提升。

在孔口处埋设护筒，稳定孔口土壁及保持孔内水位，护筒内径比桩径大300〜400nlm,

护筒高L5〜2.0m,用厚6〜8mm钢板制作，用角钢加固。

掏渣筒用钢板制作，用来掏取孔内渣浆。

2.潜水电钻成孔

潜水电钻是近年来应用较广的一种成孔机械。它是将电机、变速机构加以密封，与

底部的钻头连接在一起组成钻具。可潜入孔内作业，以正（反）循环方式将泥浆送人孔内，

再将钻削下的土屑由循环的泥浆带出孔外。

潜水电钻体积小，重量轻，机动灵活，成孔速度较快，适用于地下水位高的淤泥质土、

粘性土、砂质土等，换用合适的钻头亦可钻入岩层。钻孔直径约800~1500mm,深度可达

50m。它常用笼式钻头（图5—H）。

IS：-ll受式砧头归“jmm，

I护隔；2-ftTu3HtrAil怯买接》；

5.1X,W书：《小8一砧头

3.斗式钻头成孔机成孔

斗式钻头成孔机国内尚无定型产品，多为施工单位自行加工。国外有定型产品，日

本的加藤式（KATO）钻机即属此类，有20HR、20TH、50TH型号，钻孔直径500〜2000mm,

钻孔深度60m。斗式钻头成孔机由钻机、钻杆、土斗、传动与减速装置等组成，如图5-12

所示。

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钻机利用履带式桩机，钻杆由可伸缩的空心方钢管与实心方钢芯杆组成。芯杆的下端

以销轴与斗式钻头相连。提起钻杆时，内、中钻杆均收缩在外套杆内，钻孔取土时，随着

钻孔深度的增加，先伸出中套杆，后伸出内芯杆。电动机通过齿轮变速箱减速后作用于方

形钢钻杆上，控制工作转速为7r/min。

用此法成孔的施工过程如图5-13所示.先开孔，斗式钻头装满土后提出钻孔卸于翻

斗汽车，然后继续挖土，待其达到一定深度则安设护筒并输入护壁泥浆，然后正式开始钻

孔。达到设计深度后仔细进行清喳，接下来吊放钢筋笼和用导管浇筑混凝土。

用此法成孔的优点是：机械安装简单，工程费低；最宜在软粘土中开挖；无噪音、无

振动；挖掘速度快•其缺点是：如土层中有压力较高的承压水时挖掘较困难；挖掘后桩的

直径可能比钻头直径大10%〜20%；如不精心施工或管理不善，会产生坍孔。

4.大直径旋人全套管护壁成孔（Benote）钻机成孔

贝诺特钻机首先用于法国，后来传至世界各地。它是利用一种摇管装置边摇动边压进

钢套管，同时用冲抓斗挖掘土层。除去岩层，几乎所有的土质都可挖掘。该法是工大直径

钻孔桩有代表性的三种方法之一，在国外应用较为广泛，我国在施工广州花园酒店的直径

1200mm的灌注桩时，也曾使用过法国制造的贝诺特钻机。

贝诺特钻机的主要构造如图5-14所示，施工时先将套管垂直竖起并对准位置，然后

用摇管装置1将套管2边摇动边压入。套管长度有6、4、3、2和1m等几种供选用，一般

多选用6m,套管之间用锁口插销进行连接。

摇管装置（图5-15）由夹紧器、摇动装置、上面的链条滑车以及压进和拔出用的千斤

顶组成。施工时用摇动臂和专用的夹紧千斤顶将钢套管夹住，利用摇动千斤顶使钢套管在

圆周方向摇动，同时尚可压进或拔出套管。由于摇动使套管与土层间的静摩擦消失，使套

管借助自重和压进千斤顶的压力顺利地进行下沉。

图51：贝诺心钻机的曲理图

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用贝诺特钻机挖土时，在压入钢套管后，用卷扬机将冲抓斗（一次抓土量为0.18〜

0.50m3）放下与土层接触抓土，然后将其吊起至位置4（参见图5—14）,再向前推出至

状态5,此时靠钢丝绳操纵使冲抓斗的抓瓣张开，使土落至砂土槽6上，装于翻斗车运出。

如此反复进行挖土，直至挖到设计规定的深度为止。在钻孔达到设计深度后，清除钻硝，

然后放下钢筋笼，用导管进行浇筑混凝土，并拔出套管。

用贝诺特钻机施工时，保证套管垂直非常重要，尤其是在埋设第一、二节套管时更应

注意。

为了保证能垂直的埋设套管，首先应当注意贝诺特钻机本身是否水平。在软土地基上

安装机械，即使开始时呈水平状态，但在起吊和竖立套管时，由于重心位置前移，容易造

成前方向下倾斜。此时，就应在地面上满铺枕木以扩大支承面积。挖掘开始时，应随挖掘

随测定套管是否垂直，一旦发现套管倾斜，就要拔出套管，重新调正贝诺特钻机的水平。

为保证桩体垂直，第一、二节套管必须谨慎地加以埋设。

用贝诺特钻机施工，会由于冲抓斗冲击、抓瓣抓土和地下水压力引起的翻砂等使桩尖

处土层松软。也会由于套管刃脚与套管外围尺寸的差额、地下水及摇动套管等使桩周围的

土层变松软，这对于砂性土尤为显著。由于上述原因，使桩周围土层变松软的范围(塑性

区域)为：

为减少桩尖处土层的松软，在开挖时应使桩孔内的水位保持在地下水位以上，使地下

水压不致产生翻砂现象，另外，桩尖处的土层应绝对避免超挖，还应该避免采用冲击方式

挖掘桩尖处的土层。

贝诺特法的优点是：

(1)相比较而言，无噪音、无振动；

(2)除岩层外，其他任何土质均可适用；

(3)在挖掘时，可确切地搞清楚持力层的土质，便于选定桩的长度；

(4)挖掘速度快，挖深大，一般可挖至50m左右；

(5)在软土地基中开挖，由于先行压入套管，不会引起坍孔；

(6)由于有套管，在靠近已有建筑物处亦可进行施工；

(7)可施工斜桩，可用搭接法施工柱列式地下连续墙。

贝诺特法的缺点是：

(1)因为贝诺特钻机是大型机械，施工时需要占用较大的施工场地；

(2)在软土地层中施工，尤其是在含地下水的砂层中挖掘，由于套管的摇动会使周围一

定范围内的地基松软；

(3)如地下水位以下有厚细砂层时(厚度5m以上)，由于套管摇动会使土层产生排水固

结作用，往往因此而不能继续向下挖掘；

(4)由于冲抓斗的冲击会使桩尖处持力层变得松软；

(5)根据地质情况的不同，已挖成的桩径会扩大4%〜10%。

5.工程水文地质回转钻机成孔

回转钻机是目前灌注桩施工用得最多的施工机械，该钻机配有移动装置，设备性能可

靠，噪音和振动小，效率高，质量好。该钻机配以笼式钻头，可多档调速或液压无级调速，

以泵吸或气举的反循环或正循环方式进行钻进。它适用于松散土层、粘土层、砂砾层、软

硬岩层等各种地质条件。其施工程序如图5-16所示。

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回转钻机成孔工艺应用较多，现分别详述如下。

(1)正循环回转钻机成孔。

正循环回转钻机成孔的工艺原理图如图5-17所示，其设备简单，将常用的地质钻机、

水文钻机等稍加改装即可。操作简单、工艺成熟。当孔深不太深、孔径＜800nun时钻进效

果较好。当桩孔径较大时，钻杆与孔壁间的环形断面较大，泥浆循环时返流速度低，排磴

能力弱。如使泥浆返流速度达到0.20~0.35m/s,则泥浆泵的排量需很大，有时难以达

到，此时不得不提高泥浆的相对密度和粘度。但如果泥浆相对密度过大，稠度大，难以挂

出钻喳，孔壁泥皮厚度大，影响成桩和渣孔，这是正循环回转钻机成孔的弊病。

正循环成孔，专用钻机有GPS-10、XY5G、GJC40H等型号；改装后的钻机有SPJ-300,

红星400、SPC一300H型等。

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正循环回转钻机成孔的基本参数为：

1）钻压：

钻孔时，钻头是在钻压和回转扭矩作用下切削和破碎岩土而获得进尺切削下来的钻

砧则由泥浆携出桩孔。为此，钻进时需有一定的钻压。钻压一般根据地层条件、钻杆与桩

孔的直径差、钻头形式、切削刀具数目、钻具强度、设备能力等因素综合考虑确定。当用

硬质合金钻进成孔时，每片切削刀具的钻压以800〜1200N或每颗合金的钻压取400〜600N

为宜，可由此确定钻头的钻压。

2）转速:

转速的选择除满足破碎岩土的扭矩需要外，还要考虑钻头不同部位切削刀具的磨耗情

况。一般按下式计算：

正循环回转钻机成孔时，根据岩土情况合理选择钻头和泥浆性能。下钻头后，先使其

距孔底50〜80mm,开动泥浆泵，待泥浆循环3〜5min后再启动钻机慢速回转，同时慢慢

降下钻头，轻压慢转数分钟后逐渐增大转速和钻压而进入正常钻进。此时合理掌握和调整

钻进的基本参数，不要随意提动钻具，掌握卷扬机钢丝绳的松紧度，减少水龙头晃动。加

接钻杆时，先将钻头提离孔底，待泥浆循环3〜5min后再拆卸加接钻杆。

正循环回转钻进由于需用相对密度大、粘度大的泥浆，加上泥浆上返速度小，排喳能

力差，孔底沉磴多，孔壁泥皮厚，为了提高成孔质量，必须认真清孔。

清孔的方法主要采用泥浆正循环清孔和压缩空气清孔。用泥浆正循环清孔时，待钻进

结束后将钻头提离孔底200〜500mm,同时大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆，维持

正循环30min以上，直到清除孔底沉喳和孔壁泥皮，泥浆含砂量小于4%时为止。

用压缩空气清孔时，用压缩空气机将压缩空气经送风管和混合器（图5—18）送至出水

管，使出水管内的泥浆形成气液混合体，其重度小于孔内（出水管外）泥浆的重度，产生重

度差。在该重度差作用下，管内的气液混合体上升流动，使孔内泥浆经出水管底进入出水

管，并顺其流出桩孔将钻喳排出。同时不断向孔内补给含砂量少的泥浆（或清水），形成孔

内泥浆流动而达到清孔目的。

调节风压即可获得较好的清孔效果。一般用风量6〜9m3/min、风压0.7MPa的压缩

空气机。出水管用①100〜150mm左右的钢管，用法兰盘螺栓连接。混合器一般用①18〜

25mm的水管弯成，穿进出水管壁焊牢。混合器的下入深度，应满足L/LzNO.60。

（2）反循环回转钻机成孔。

反循环回转钻进是泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，来冷却钻头并携带钻

屑由钻杆内腔返回地面的一种钻进工艺。由于钻杆内腔断面积比钻杆与孔壁间的环状断面

积小得多，因此泥浆的上返速度大，一般达2〜3m/s,多是正循环工艺泥浆上返速度的

数十倍，因而提高排硝能力，保持孔内清洁，减少钻屑在孔底重复破碎的机会，能大大提

高成孔效率。

实践证明，反循环回转钻进成孔工艺是大直径成孔施工的一种有效的、先进的成孔工

艺。这种工艺50年代初期当时的联邦德国首先应用于煤田钻井，后引起各国的注意，60

年代初传至日本应用于钻孔灌注桩成孔施工，使这一工艺日趋完善。我国于70年代初期

就开始试验反循环钻进成孔工艺，后逐渐应用于工程实践。

反循环钻进成孔工艺（图5-19）,按钻杆内泥浆上升流动的动力来源、工作方式和工

作原理的不同，分为泵吸反循环钻进、气举（压气）反循钻进和喷射（射流）反循环钻进三利1

它们各有其特点和量佳孔深。

泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆内泥浆上升而形成反循环。射流反循

环是利用射流