钻挖孔灌注桩施工工艺.doc

钻挖孔灌注桩施工工艺新学员培训讲义 王汉青钻孔桩基础施工简便、操作易掌握、设备投入一般不是很大。因而，无论在铁路、公路、水利水电等大型建设，还是在各类房屋及民用建筑中都得到了广泛应用。钻孔桩是在泥浆护壁条件下，利用机械钻进形成桩孔，采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。钻孔、灌注混凝土都是在水下进行，工程质量只能通过科学的过程控制和完工后的仪器检测来确认。因而，对作业人员的操作熟练程度、工艺水平都有较高的要求。1、 桩基础分类1.1按传力方式分：柱桩、摩擦桩1.2按施工方法分：沉入桩、就地成孔灌注桩（人工挖孔灌注桩、冲击钻孔灌注桩、旋转式钻孔灌注桩）1.3按材料分：钢桩、混凝土桩、预应力混凝土桩2、 名词解释2.1钻孔桩（drilled shafts）用钻（冲）孔机成孔，称为钻孔桩2.2挖孔桩 用人工开挖成孔，则称人工挖孔桩。东阳引桥由于地质情况好，绝大部分采用的是人工挖孔桩。2.3灌注桩（cast-in-place concrete pile） 在地基中以人工或机械成孔，在孔中灌注混凝土而成的桩。2.4柱桩（bearing pile）将桩尖通过软弱的覆盖层以后再嵌入坚硬的岩面，荷载由桩尖直接传到基岩，桩像柱子一样受力。北碚岸引桥的桩基础全部采用的是柱桩，其要求嵌入弱风化基岩深度不小于6m，同时桩底岩石天然单轴极限抗压强度不小于9MPa.2.5沉入桩（penetrated piles）是通过汽锤或振动打桩机等方法将名种预先制好的桩（主要是钢筋混凝土实心桩或管桩，也有木桩或钢桩）沉入或打入地基中所需深度。这种施工方法适用于桩径较小（一般直径在0.61.5m），地基地质为砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。2.6摩擦桩（friction pile）是当基岩埋藏很深，桩尖不可能达到时，荷载通过位于覆盖层中的桩的桩壁与土壤间的摩阻力和桩的端部以支承力共同承受的桩基础。2.7大直径桩（large diameter pile）公路桥涵施工技术规范把直径大于等于2.5m的钻孔灌注桩界定为大直径桩。3、 工艺流程（钻孔桩） 4、 钻孔桩施工工艺简介4.1钻孔4.1.1准备工作 4.1.1.1钻孔前的准备工作主要包括桩位放样，整理平整场地，布设施工便道，设置供电及供水系统，制作和埋设护筒，制作钻孔架，泥浆的制备和准备钻孔机具等。4.1.1.2施工前，按技术规范要求对设计文件、图纸、施工现场进行详细核查，编写技术交底书，做好结构物施工测量工作。4.1.1.3根据施工进度，准备充足合格的各种原材料，加强对周转性材料的调配工作，同时依据进度要求合理调配各种机具，在使用前对设备进行调试，确保机械性能良好。4.1.2埋设护筒 根据设计图纸进行场地测量放样，建立现场测量控制网，做好标记并健全记录以备复核。确保护筒位置的准确及稳定，护筒的顶端高出地面50cm。护筒采用钢板卷制焊接而成，直径比桩径大20cm。 4.1.3泥浆的制作 制浆前，先把粘土尽量打碎，使其在搅拌中容易成浆，缩短成浆时间，提高泥浆质量。制浆时，可将打碎的粘土直接投入护筒内，使用冲击锥冲击制浆，待粘土已冲搅成泥浆时，即可进行钻孔。多余的泥浆用管子导入钻孔外泥浆池贮存，以便随时补充孔内泥浆。4.1.4钻孔 钻机就位后，底座和顶端应平稳，在钻进施工中不应产生位移或沉陷，否则应找出原因，及时处理。冲锤的中心轴和桩的中心在同一铅垂线上。开钻后，泥浆经过循环池及沉淀池后，流回孔中。钻进过程中做好钻孔记录，注意地层变化情况。4.1.5检孔 钻孔完成后，必须检测孔深、直径和倾斜度，其中孔径和孔深须达到设计要求，倾斜度不得大于1%。4.2清孔 清孔就是在吊放钢筋笼之前，对孔内的石碴、泥浆进行必要的清理。其目的是将孔内钻渣清除干净，保证孔底沉淀土层厚度满足要求。4.3钢筋骨架及导管吊装4.3.1钢筋骨架的制作 4.3.1.1制作钢筋笼所使用钢筋的种类、型号和直径符合设计图纸的规定。其级钢筋的力学性能符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB1499-91）之规定；级钢筋的力学性能符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB13013-91）之规定。4.3.1.2钢筋骨架由主筋、加强筋、螺旋箍筋、定位筋四部分组成，其构造应满足设计要求。4.3.1.3钢筋笼采用加工场统一加工，每节长度不超过18米。吊车配合安装。桩基主钢筋笼各段之间主筋采取焊接，单面焊时焊缝大于10d，双面焊时焊缝大于5d。4.1.3.4制作时均需在型钢焊制的骨架定位平台进行，以保证制作的钢筋笼的整体直度及主筋焊接接长时的对位度。4.1.3.5制作钢筋笼时还得按设计要求对称布置桩基础混凝土质量检测管，安装时将检测管绑扎于加劲钢筋之上，其底端用钢板焊牢封底，要求不漏水，浇筑混凝土前，往管内注满水，其上用塞子堵死。4.3.2钢筋骨架的吊装下放钢筋笼时，在钢筋笼内部间隔一定距离焊十字撑，以提高钢筋笼的刚度。钢筋笼顶部通过钢筋与护筒口焊接相连，以预防钢筋笼在混凝土灌注过程中上浮。钢筋笼吊装时对准孔位，尽量竖直轻放、慢放，遇障碍物可慢起慢落和正反旋转使之下落，无效时，立即停止下落，查明原因后再安装。不允许高起猛落，强行下放，防止碰撞孔壁而引起坍塌。入孔后牢固定位，容许偏差不大于5cm，并使钢筋笼处于悬吊状态。 4.4导管和储料斗导管是灌注混凝土的重要工具，用3mm厚钢板卷制焊成，其直径按桩长、桩径和每小时需要通过的混凝土数量决定，不得小于250mm，导管分节长度应便于拆装和搬运、并小于导管提升设备的提升高度，中间节一般长2m左右，下端节可加长至4-6m，漏斗下可配长约1m的上端节导管，以便调节漏斗的高度。每套导管在初次沉放前应试拼，并经试压，确保不漏水。试拼后的导管要逐一标号，并在其上用油漆每隔50cm记录其长度，现场拼接时要保持密封圈无破损，接头严密，管轴顺直。导管每节长3m，2.5m，1m不等，内壁光滑，顺直，光洁无局部凹凸，各节导管内径应大小一致，偏差不大于2mm。导管总数应配备10%左右的备用导管，其中还应准备有多节长度各异的短管，其中最少两节0.5米的导管，有利于控制导管口离孔底的距离，同时也方便拔管时，合理掌握导管的拆卸长度。 储料斗采用3mm厚钢板及加劲肋制做，底部做成斜坡。储料斗的容量须满足首批混凝土量（计算公式见附）。4.5二次清孔由于吊装钢筋笼和安装导管要花很长的时间，孔底的沉碴厚度不能满足灌注要求，须进行二次清孔。其方法是用泥浆泵将泥浆通过导管冲至孔底，以使泥浆产生循环，从而将孔底的沉淀厚度降底。4.6混凝土的灌注4.6.1灌注混凝土前要检查泥浆指标，规范要求清孔后的泥浆指标为：相对密度：1.031.10；粘度：1720Pa.s;含砂率；胶体率：98%.上述指标的测定通过实验仪器来测定。测定方法参考桥梁施工技术规范P307.4.6.2首批混凝土 首批混凝土的灌注十分重要，其目的是将孔底的沉碴通过强大的冲击力冲走，并将导管埋置至少超过1m，以保证不出现断桩。首批混凝土量的计算参见桥梁施工技术规范P44.4.6.3混凝土灌注工作开始后，必须连续不断地进行并且每斗混凝土灌注间隔时间尽量缩短，拆除导管所耗时间严格控制，一般不超过15min，不能中途停工；在灌注混凝土过程中，随时探测混凝土高度，及时拆除或提升导管，注意保持适当的埋深，导管埋深一般保持在24m，最大埋深不大于6m。注混凝土注意的几个问题（1）导管下端距桩底控制为0.30.4m；（2）每灌一段时间，就要及时抽拔导管，要根据混凝土灌入量计算灌注高度，从而确定提升导管时间和拆导管的长度。（3）导管提升不能太快，若超过已灌混凝土表面，就会形成断桩；若抽拔不及时，埋入过深，则有可能因为混凝土初凝，使导管不能拔除，造成工程事故。因此必有严格控制导管提升时间。（4）严禁导管漏水或导管底口进水（即封不住底）而造成断桩事故，保证施工质量。（5）水下灌注混凝土的实际桩顶标高应高出桩顶设计标高0.51.0m。（6）当混凝土灌注完毕后，待桩上部混凝土开始初凝，解除对钢筋笼固定措施，保证钢筋笼随着混凝土的收缩而收缩，避免粘结力的损失。4.7测桩混凝土达到一定强度后，一般在7天以后就要请有基桩检测资质的部门对桩基的混凝土质量进行检测。检测的方法是用专门的检测仪器通过混凝土质量检测管进行检测。其原理是利用声波在固体中的传播速度来测定混凝土的密实性。4.8凿桩头 由于孔底有或多或小的沉碴，这些沉碴通过首批混凝土冲至混凝土顶面，从而导致桩头的强度大大强低，在进行承台或系梁施工前须将这部分通过人工凿掉。凿桩前须由测量工程师测定标高，以控制准确的凿到设计标高。凿除桩头混凝土必须采用人工手工凿除，不得采用爆破或其它影响桩身质量的方法进行。凿除桩头留下的部份不能有残余松散层和薄弱混凝土层，嵌入承台或系梁内的桩头及锚固钢筋长度要符合设计要求。5、 事故处理处理由于地质构造的复杂性和施工期间各种因素的影响，钻孔事故常有发生。及时确认事故类型，采取补救措施，才能减少损失，保证质量。5.1 偏斜孔 钻机安装时，支撑不好、桩孔地质构造不均匀等因素引起钻机整体或钻头在钻孔过程中发生偏斜，导致出现偏孔。 5.1.1因钻机倾斜造成的应先移开钻机，检查钻孔壁情况，如果钻孔壁比较稳定，则应加固施工范围内的地基或加大钻机的支撑面积，而后，重新安装钻机恢复施工；钻孔壁随时有坍塌可能的，应将钻孔回填至原地面，待地层静置稳定后重新开始钻孔。 5.1.2地质构造不均匀引起的，先分析清楚岩层的走向，尔后采用适当的回填材料（回填材料一般为片石加黏土、纯碱、锯末等组成的混合物）将钻孔回填至计算确定的高程处，静置一段时间后恢复施工。孔中心偏差小于20cm的，静置12h后可以继续钻孔。孔中心偏差大于20cm的，应根据情况静置2h甚至更长的时间待地层沉积稳定后恢复钻孔施工。穿过倾斜岩层过程中，应采用自重较大的复合式牙轮钻、冲击钻，以慢速钻孔。5.2 护筒脱落 由于护筒背后回填质量不好受地面流的浸泡等因素引起的护筒失去稳定、脱落。出现护筒脱落应立即停止钻孔，将钻机移开，采取相应措施处理。由于地面流水引起的可先排除流水，在原地面上填一层黏土使地面干燥、不渗漏，而后，重新安装护筒（作好护筒背后填筑）恢复钻孔施工。 5.3 卡钻 钻孔经过岩层分界面时相邻岩层强度差别较大、操作中未及时根据地质情况调整钻头的行程等原因引起“卡钻”现象。针对发生“卡钻”的原因采取相应的方法处理：5.3.1 由于“探头石”引起的卡钻现象，可以适当往下放钻头，而后，强力快速往上提，使“探头石”受瞬间冲击缩回，从而顺利提起钻头。5.3.2 因钻头穿过岩层突变处导致的卡钻，优先采用水下爆破的方法进行处理。在整体岩层中此方法容易奏效，砂土地层中不宜采取此方法处理。5.3.3由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成的钻头无法提升现象，应采取插入高压水管置换泥浆的方法进行处理。5.4 缩孔 缩孔是在饱和性粘土、淤泥质黏土，特别是IL1.0处于流塑性状态的土层中出现的特有现象，其原因是此类地层含水高、塑性大，钻头经过后钻孔壁回缩，从而导致钻孔的直径小于设计的桩直径。针对发生缩孔的原因，采取块、卵石土回填，而后用重量较大的冲击钻冲击，挤紧钻孔孔壁的办法处理；或者采用在导正器外侧焊接一定数量的合金叶片进行旋转清理的办法。5.5 掉钻 由于机械故障、钢丝绳断裂、孔壁坍塌等因素造成钻头落入孔底的现象通常称“掉钻”。发生“掉钻”后，应及时采取恰当的方法实施打捞。5.5.1钻孔壁稳定的情况，直接用钻机起吊“打捞器”入孔进行打捞。打捞前，先用“探针”探明钻头在孔中的位置为制定打捞方案提供依据。打捞设备和打捞操作方法必须保证在抓住钻头后尽量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的现象发生。 5.5.2钻孔壁出现局部坍塌将钻头埋没且大部分钻孔壁处于稳定时，应先加大孔内泥浆的浓度，将旋转钻头放入安全的深度范围搅动泥浆以加强钻孔壁，而后，采取“气举法”清除钻头上方的沉积土和淤泥，确认钻头已露出后再实施钻头的打捞工作。钻孔壁随时有继续坍塌可能时，先在孔内安装长钢护筒、搅拌桩围护、帷幕法等方法加固钻孔壁，而后打捞钻头。 5.6水下混凝土灌注中出现问题的对策 5.6.1 封底失败 由于首批混凝土数量过小、孔底的沉碴厚度大等原因导致首批混凝土灌注入孔后，未实现水下混凝土封底的现象称为封底失败。封底失败后，应立即暂停灌注，及时对孔内已灌注的混凝土进行清理。 （1）地层稳定性较好的，应采取导管内安装高压风管进行二次清孔的方法将已灌注的混凝土清理干净，重新请示监理检查，符合规范要求后可以重新开始水下混凝土灌注。 （2）地层稳定性差或高压清孔的方法不能奏效则应及时拆除导管、拔除钢筋笼，将钻机安装到位，将未灌注混凝土部分钻孔回填，待地层沉积稳定后用冲击钻清除已灌注的混凝土，达到孔底设计标高后，请示监理单位检查合格后进行水下混凝土灌注。 5.6.2 卡管 因混凝土和易性差、混凝土中含有大块度骨料或受潮凝固的水泥块、灌注混凝土冲击力不足等原因导致水下混凝土灌注过程中无法继续进行的现象统称为“卡管”。（1）由于混凝土质量造成的导管堵塞，可以少量（根据堵管前测量及计算的导管埋深结果在保证导管最小安全埋深确定）提升导管而后快速下落的方法或加大一次性灌注混凝土数量而后快速提升再迅速下放，以冲击疏通导管的方法进行处理。 （2）由于混凝土冲击力不足造成的，应及时加长上部导管的长度，而后，以一次性较大量混凝土冲击灌注达到疏通导管的目的。 （3）采取“二次砍球法”进行处理。具体操作方法：将导管插入已灌注混凝土中0.50.8m，而后按照水下封底的操作方法实施二次封底。以上几种方法处理不能奏效应立即停止，认为已断桩。 5.6.3 断桩 由于灌注中提升导管失误、混凝土供应中断（下雨、停电、机械故障等）或导管漏水等原因导致导管中已灌注的混凝土与导管的混凝土隔断，无法继续灌注的现象通称为断桩。在灌注过程中认定发生断桩事故后，应立即停止继续灌注，提拔导管和钢筋笼，尽量将损失降低到最小。并采取以下办法处理： （1）断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一以下时，一般采取冲击钻清除已灌注部分，再实施原位恢复。 （2）断桩截面位置处于设计桩全长的三分之二以上且距离孔口深度不大于10m时，先进行钻孔壁加固，而后进行钻孔桩的接长比较经济。 （3）断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一与三分之二之间的，应对各种处理方法进行对比，选择经济、可行的处理方法。墩（台）桩布置有条件变更，桩布置改变造成的损失较小的，应积极与设计单位联系争取变更设计；桩布置无法改变但可以增加桩的，最好由设计单位提供增加桩方案，实施增加基桩；不具备以上两类情况的一般应及时采取冲击钻处理后原位恢复。 （4）桩长大于50m的桩出现的断桩情况，应对处理方案详细论证后着手，切勿盲目操作以免带来较大的损失。 5.6.4 钢筋笼上浮 由于钢筋笼的加固不可靠或灌注过程中操作因素带来的钻孔桩钢筋笼移位现象统称钢筋笼上浮。发现钢筋笼上浮，应立即暂停灌注，采取以下措施进行处理。 （1）对于钢筋笼上浮在1倍直径以下的可以在采取有效防止上浮的措施后继续灌注。悬吊钢筋焊缝脱落的，应及时补焊；悬吊钢筋弯曲的情况应增加钢管支撑。（2）钢筋笼上浮比较严重的必须拔出钢筋笼，比照断桩进行处理。 5.7灌注成桩后发现的质量缺陷的处理 5.7.1 桩全长小于设计要求 这种缺陷可分为两类：处理桩头后，混凝土顶面高程小于设计要求、钻孔底部沉积的虚碴在清孔时未清理干净导致桩全长小于设计、嵌入基岩深度小于设计。针对具体情况分别采取相应措施处理。 （1）桩顶高程小于设计要求的原因是混凝土灌注终孔时控制失误。基坑开挖后进行钻孔桩的接长。接长施工前，先清理干净混凝土以上的浮碴和松散混凝土等，将顶面人工凿修平整。尔后，在护筒防护下开挖接长部分的桩孔。接长部分桩孔直径应大于设计钻孔桩直径40cm，深度从平整后混凝土面向下不小于接长部分桩孔直径的一倍。开挖后，将原灌注的混凝土表面清理干净，灌注混凝土至设计位置