灌注桩成孔工艺研究

1、灌注桩成孔工艺探讨目 录摘要（关键词）1前言1一、工程概况1二、工程地质条件1（一）场地地层及分布1三、不良地质作用2四、施工工艺2（一）旋挖钻机施工工艺3（二）冲击钻机施工工艺4（三）反循环回转钻机施工工艺6五、三种钻机施工效果对比分析7（一）场地适用性比较7（二）成孔速度比较7（三）环保方面比较8（四）充盈系数比较8（五）清孔效果比较8六、施工中出现的问题及解决方案9七、焦点问题探讨9（一）沉渣检测仪在该施工区域内的适用性9（二）控制充盈系数9八、结论10远洋地产（大连）钻石湾项目灌注桩成孔工艺探讨（辽宁陆海基础工程有限公司）摘要：远洋钻石湾项目灌注桩基础工程共八地块，其中A1、A2地块为

2、我公司（辽宁陆海）承包施工。该施工区域地质条件复杂，地下溶洞发育，场地内回填粉煤灰和碱渣较厚。我公司根据现场地质条件及工期要求采用了旋挖、冲击钻和反循环钻机三种设备同时进行了灌注桩成孔施工。工程竣工后，我公司组织技术人员在充盈系数等方面对三种不同的成孔工艺进行了对比分析。为在类似地质条件下施工有效控制充盈系数，保证成桩质量，创造良好的经济效益提供参考。关键词：灌注桩；旋挖；冲击钻；反循环回转钻机；充盈系数前言钻石湾项目灌注桩基础工程，由于地处原大化厂区内，场地地层复杂，工程量大、工期紧。对此，我司先后采用了旋挖、冲击钻和反循环回转钻机进行施工，在施工过程中不断对施工工艺进行探索和改进，并积累了

3、一定的施工经验。这三种不同的灌注桩成孔施工工艺在大连市区颇具代表性。本文对此进行了综合对比分析，希望对于类似的工程施工具有较好的借鉴意义。一、工程概况远洋地产钻石湾项目A1地块灌注桩共计1270根，其中基础桩1242根，塔吊桩28根；A2地块灌注桩共计1238根，其中基础桩1202根，塔吊桩36根。我公司施工过程中共投入旋挖钻机撤出10台）、冲击钻机台、反循环钻机4台进行灌注桩成孔施工。二、工程地质条件（一）场地地层及分布根据勘察资料，现场勘察钻孔控制深度范围内分布的土层，按沉积年代、成因类型，上部为人工堆积层（Q4ml）、海相沉积层（Q4m），中部为上更新统坡积层（Q3dl），下伏震旦系五行

4、山群甘井子组白云质灰岩（Zwhg），根据建设方要求，人工堆积层中的碱渣及粉煤灰由于其在本场地分布广泛性及特殊性，对其单独分层。场地地层由上至下依次描述如下：1、杂填土（Q4ml）：杂色，稍湿饱水，松散，主要由建筑垃圾、工业废渣、粉煤灰、粘性土及白云岩碎石等构成，碎石含量3050，粒径115cm，见径大于20cm块石，回填时间15年左右；2、碱渣（Q4ml）：白色或灰白色，稍湿饱水，软塑状，手捏有滑腻感，主要由工业废渣堆积而成，回填时间15年左右；3、粉煤灰（Q4ml）：灰黑色，稍湿饱水，回填时间15年左右；4、淤泥质粉质粘土（Q4m）：黑色，软塑，具有腥臭味，见大量贝类碎屑或植物残留物；5、粉

5、质粘土（Q3dl）：黄褐色，可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，无摇振反应；6、强风化白云质灰岩（Zwhg）：黄褐色，强风化粉晶结构，层状构造，岩体极破碎，属极软岩，岩体基本质量等级为，岩芯多为块状或土状；7、中风化白云质灰岩（Zwhg）：青灰色，中风化，粉晶结构，层状构造，RQD为6074，岩体较破碎，属较软岩，岩体基本质量等级为，岩芯长度多为5cm30cm，岩芯表面有溶蚀现象，遇稀盐酸缓慢起泡，无水钻进十分困难；8、溶洞：主要由粘性土半充填。三、不良地质作用本场地内白云质灰岩表面溶沟、溶槽发育，可能形成土岩结合不均匀地基效应，下伏基岩中风化白云质灰岩顶板起伏较大，节理裂隙发育。已发现的岩

6、溶洞隙均由粉质粘土半充填。施工过程中A1地块遇岩溶洞隙187个，洞隙高度0.3m7.1m；A2地块遇岩溶洞隙261个，洞隙高度0.3m14.3m；因本场地为厂区旧址，施工中还发现地下埋藏部分建筑或机械设备基础。以上不良地质作用给施工带来一定的难度。四、施工工艺（一）旋挖钻机施工工艺1、旋挖钻机施工技术特点：1）移动便捷，旋挖钻机是靠履带行走移位，钻孔前的定位非常准确和方便，成孔后可迅速到达新桩位对桩施工。2）施工速度快，单位孔深成孔时间短，有利于缩短施工工期。3）旋挖钻机驾驶室内配有先进的自动调平系统，操作手可以通过电脑屏幕监视，在钻进时随时做出调整，保证桩孔垂直度。4）施工时基本无噪声、无振

7、动、无地面隆起或侧移。因使用钢护筒进行护壁，不用泥浆作业，施工现场洁净，安全文明施工容易达标。成孔时不易扩孔，充盈系数小，有利于减少砼使用量，节约工程成本。5）旋挖钻机自带柴油机动力，不需要另外配备发电机组，减少临时用电的投入，施工时占用空间小，单位桩孔成孔能耗低。鉴于以上优势，结合钻石湾场地地质条件，我公司在该区域率先采用该施工工艺。同时业主（远洋地产）也给予高度重视，在各方面为我公司施工创造便利条件。2、工艺流程平 整 场 地桩 位 放 样打桩机就位埋设钢护筒监 理 签 认点位复核旋挖钻机就位砼浇筑完毕拔钢护筒监理签认测量钻孔深度钢筋笼定位清 孔钢筋笼安放浇注砼二次清孔钻进成孔 3、主要施

8、工要点1）埋设钢护筒该场地上部土层（主要为杂填土、碱渣及粉煤灰）较松散，施工过程中易塌孔，影响施工进度和桩身质量。我司采用了厚壁钢护筒进行护壁成孔施工。根据地勘资料显示，淤泥质土平均埋深为11m，于是我方确定钢护筒长度为12m。钢护筒厚20mm，采用柴油锤击式打桩机直接打入地下，保证护筒底部埋深超过淤泥土层以控制成过程中孔壁不产生大面积坍塌。2）钻机成孔钻进过程中，要根据不同的地层选择不同的钻具、选用不同焊接角度的齿座、不同的钻齿、并根据地层调整进尺速度和钻杆所加压力的大小。3）清孔采用专门的清孔钻头进行清孔。清孔后进行沉渣厚度检测，合格后下钢筋笼。4）灌注：采用水下砼灌注5）拔钢护筒在浇注完

9、桩砼后，开始准备拔钢护筒。因钢护筒埋设较深，必须先用液压振动锤振动后方能使用履带吊将其拔出。（二）冲击钻机施工工艺1、冲击钻施工技术特点：1）应用范围广，适用于所有地层施工，技术成熟。2）清孔效果比旋挖彻底，清孔后沉渣检测一次性合格率较旋挖施工工艺高。3）该工艺的缺点是成孔时易扩孔，充盈系数相对较高，施工速度慢。采用泥浆护壁，污染环境，不环保。自动化程度低，操作工人劳动强度大，工作环境差。该项目采用沉渣检测仪控制桩成孔施工质量，因检测数据精确度与实际操作、现场检测环境、检测介质等有很大关系，使用旋挖施工工艺时，我方采用传统沉渣厚度测量法检测合格后的桩孔经沉渣检测仪检测仍然达不到要求。为保证工程

10、的顺利完工，我公司及时调整施工方案，组织了91台冲击钻机进场施工。2、工艺流程平 整 场 地桩 位 放 样制 作 护 筒埋 设 护 筒点位复核监 理 签 认钻 机 就 位制 备 泥 浆钻 进测量钻孔深度、斜度、直径砼浇筑完毕钢筋笼定位砼试件检验导管拆 除 导 管测砼面高程设置隔水栓监理签认灌注水下砼安 装 导 管钢筋笼安放清 孔3、主要施工要点1）泥浆制备采用高塑性红粘土造浆，泥浆比重在杂填土层中控制在1.21.3，在碱渣层或容易塌孔的土层应加大至1.31.5，泥浆的控制指标：粘度1525S；含砂率不大于8%；胶体率不小于90%。（三）反循环回转钻机施工工艺1、反循环回转钻机施工技术特点：1）

11、回转钻机采用合金钻头旋转切屑土层及与岩层，相比冲击钻施工工艺能减小振动力，不易产生塌孔、扩孔现象，成孔后孔壁完整性较好，能有效降低充盈系数。相同桩位砼灌注量比比冲击钻节约5-10%。2）成孔后采用泥浆泵循环排浆携渣，清孔较旋挖及冲击钻等工艺彻底，沉渣检测一次性合格率较高。3）外排泥浆通过沉淀池沉淀后可以循环使用，有效减免泥浆外排，有利于保护环境，提高机械效率。4）回转钻机功率较冲击钻机功率低，节约能耗，降低施工成本。5）该工艺的缺点是在硬岩层成孔速度慢，入岩后施工速度不如冲击钻。2、工艺流程 同冲击钻施工工艺流程，不同之处在于需预先开挖沉淀池，沉淀池容积不宜小于8m³。3、主要施工要

12、点1）泥浆制备根据场地情况合理规划布置泥浆池、沉淀池、循环槽等泥浆循环系统。泥浆池的容积为钻孔容积的1.21.5倍，一般不宜小于8m3。沉淀池一般设2个，可串联使用，每个沉淀池体积不宜小于6m3，循环槽应能保证冲洗液正常循环而不外溢。在粘性土层中成孔的泥浆，可在原土注入清水造浆。在碱渣粉煤灰中成孔的泥浆，应先在泥浆池中投入高塑性粘土或膨润土造浆。以原土造浆的循环泥浆比重应控制在1.11.3；以高塑性粘土或膨润土造浆的循环泥浆比重在粉质粘土层中控制在1.21.3，在碱渣层或容易塌孔的土层应加大至1.31.5，泥浆的控制指标：粘度1822S；含砂率不大于8%；胶体率不小于90%。2）反循环钻进成孔

13、开钻前要合理规划布置好泥浆池、沉淀池和循环槽，以保证反循环作业时，冲洗液循环通畅，泥浆排放彻底，钻渣清除顺利。泵吸反循环钻进成孔应遵守以下操作要领： 为保持孔壁稳定，孔内水位应高出地下水位2.0m。控制冲孔液沿孔壁下流的速度不超过10m/min。合理控制起下钻速度。 据不同地质条件合理选用钻头。一般要求钻头的吸水口断面开敞、流阻小、防止堵塞，钻头吸口距钻头底端不宜大于250；前导钻头直径比中心钻杆直径大160200，超前距离为200。 泵吸反循环钻进参数可参考以下数值选择：钻杆内流体上返速度：2.53.5m/s。钻杆内径：不宜小于100。钻孔直径与钻杆直径之比在10左右为好。砂石泵流量按下列公

14、式计算：式中：砂石泵的排量（m3/s）岩屑在上升流体中的含量（一般取58%）D钻孔直径（m）钻杆内径（m）钻杆内流体上升速度（m/s）考虑泵工作进余量系数，取1.41.83）泵吸反循环回转钻进应注意以下事项： 水泵起动前钻头离孔底大于0.2m。 吸水系统的连接严密、牢固、通顺。 砂石泵启动后，应待形成正常反循环，才能开动钻机慢速回转，下放钻头至孔底。开始钻进时，应先轻压慢转至钻头正常工作后，逐渐增大转速调整钻压，以不造成钻头吸水口堵塞为限度。 钻进中应认真掌握钻进速度和排渣情况，排量减少或出水中含钻屑较多时，应控制给水速度。防止管道堵塞而中断反循环。 加接钻杆时应先停止进尺，将钻头提离孔底10

15、0200。维持冲洗液循环12min，以清洗孔底，并将管道内的钻渣排除干净，然后停泵加接钻杆。 钻进时出现坍孔、涌砂等情况，应立即将钻具提离孔底，并保持空转和冲洗液循环，同时，向孔内加入泥浆，保持水头压力；恢复正常钻进后，控制泵排量不宜过大，避免吸垮孔壁。 钻进达到设计深度要求后，将钻具提离孔底5080维持冲洗液正常反循环清孔，直到清孔达到有关标准为止。五、三种钻机施工效果对比分析（一）场地适用性比较1、旋挖钻机可配备不同的钻头，常见的旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖斗，另外还有针对不同地质情况的筒式取芯钻头、扩底钻头、冲抓锥钻头，可用于土层、岩层等不同地层的钻孔。2、冲击钻机属于“软硬统吃”的一种成孔

16、机械，几乎适用于各种地质状况。3、反循环回转钻机适用于土层和软岩层，在硬岩层中施工速度较其他钻机慢。4、下表为一般场地下三种钻机适用范围钻孔方法适用范围常用护壁方式土层孔径（mm）孔深（m）旋挖钻机粘性土、砂类土、含少量砾石的土层、软岩、硬岩700300090钢护筒冲击钻机粘性土、砂类土、砾石、卵石、漂石、软岩、硬岩600200050泥浆护壁反循环回转钻机粘性土、砂类土、含少量砾石的土层、软岩、硬岩600200040泥浆护壁（二）成孔速度比较 根据现场施工情况看来，反循环回转钻机施工速度稍快于冲击钻机，但远不及旋挖钻机。旋挖钻机成孔速度是普通钻机的46倍。在该项目施工过程中，冲击钻机单桩平均成

17、孔时间约为20小时，反循环回转钻机约为18小时，旋挖钻机单桩平均成孔时间仅为4小时。（三）环保方面比较冲击钻机需使用泥浆护壁，在清孔过程中不断有泥浆外排，会给现场和周围环境造成污染，不利于环境保护和文明施工的要求。反循环钻机使用循环泥浆，对现场产生的污染要比冲击钻施工少，旋挖钻机采用钢护筒护壁，施工过程中排出的泥浆极少，在环境保护方面最有优势。（四）充盈系数比较充盈系数定义为实际灌注砼方量和理论砼方量之比。1、旋挖钻机充盈系数 A2地块16#楼的灌注桩主要采用旋挖钻机施工。其中5#楼共计41根桩全部采用旋挖施工。充盈系数统计如下：钻机编号施工桩数施工桩长（m）实际砼量（m³）理论砼量

18、（m³）充盈系数1#230.853019.621.532#459.723622.971.574#230.842011.861.695#33515.79400245.881.66平均充盈系数1.65，最大值2.17（桩号），最大值1.27（桩号）。2、冲击钻充盈系数A1地块2-13#楼全部采用冲击钻施工。施工总桩数1198根，施工桩长18051m，实际砼量14946m³，理论砼量8515.4，平均充盈系数1.76。3、反循环回转钻机充盈系数我公司在A2地块投入4台反循环回转钻机施工，平均充盈系数1.53，统计如下：钻机编号施工桩数施工桩长（m）实际砼量（m³）理论砼

19、量（m³）充盈系数65#15268.44194127.361.5267#10197.45158103.91.5499#17346.08227160.581.44100#17311.3250154.431.63因冲击钻和反循环回转钻机成孔时使用1.5m高的大直径护筒（直径小的护筒成孔时易下沉），该部分砼灌注后计入理论量内。故实际充盈系数为：冲击钻成孔工艺最大，旋挖钻机最小。（五）清孔效果比较沉渣厚度直接反映出清孔效果的好坏，现场施工统计，旋挖钻机一次检测合格率约为60%，冲击钻一次检测合格率约为80%，反循环回转钻钻机一次检测合格率为90%。六、施工中出现的问题及解决方案1）由于场地岩

20、溶发育，基岩面起伏较大，造成实际初见岩深度与地勘不符，偏岩等现场常出现。我单位在于业主、监理及勘察单位协商后确定如下解决措施：当出现实际初见岩深度与地勘不符时，若实际初见岩深度比地勘深度浅，则以地勘深度为准，继续成孔施工；若实际初见岩深度比地勘深度深，但不超过1m的，以实际初见岩深度为依据施工；若相差超过1m时，必须对已成桩孔进行回填，回填后重新勘察，再以新的勘察成果为依据进行二次成孔施工。2）施工场地为大化厂区旧址，施工中部分区域遇见原有建筑物或机械设备基础，造成成孔困难。针对该问题，我单位采用的解决方案为：在该区域范围内所有灌注桩均使用冲击钻施工，并对冲击钻钻头进行改装，绑焊高强度耐磨损的

21、合金块，施工时根据地层情况及时调整施工参数，遇硬层时加大冲击钻冲程。七、焦点问题探讨（一）沉渣检测仪在该施工区域内的适用性钻孔灌注桩孔底沉渣厚度是成孔质量的重要指标之一。该项目使用沉渣检测仪进行沉渣厚度检测。沉渣检测仪采用了特制的微电极系探管和电路设计，该设备是通过探管在桩孔中下沉时所经过的泥浆电阻率变化来确定沉渣厚度的。沉渣检测仪的使用对传统重锤法检测起到了一定的检验作用。但是，由于检测仪的灵敏度高，变异性大，而该施工场地回填的碱渣和粉煤灰较厚，其主要化学成分为CaCO3，成孔时部分碱渣会形成细小沉淀物沉于孔底，使用检测仪检测沉渣时，该部分沉淀物电阻率较上层泥浆大，从检测结果看沉淀物也被认定

22、为沉渣，实际上该沉淀物重度比沉渣小的多，在灌注砼时会被顶到砼面上成为浮浆返出地面。因此，沉渣检测仪测出的结果并不能真实反映出成桩后的沉渣厚度。检测仪的这一弊端在旋挖钻机清孔时体现的尤其明显。在第一次沉渣检测结果显示厚度超标后，旋挖再次清孔后进行二次测沉渣的结果并不一定就比第一次好。这就导致了一些桩孔一次检测不合格后出现多次清孔仍然不合格的清况，给施工带来了很多重复工作，甚至有钻机操作手反映清孔用的时间比成孔时间还长。例如，在A2.6.10.7#桩施工过程中，我方质检员在旋挖钻机清孔完使用重锤法检测沉渣厚度达标后，用检测仪检测的结果显示沉渣厚度超过100mm，然后旋挖再次清孔再次检测，检测仪显示的结果仍不合格。如此反复三次后，经研究决定将该桩作为试验桩，在“沉渣超标”的情况下灌注成桩后进行钻芯取样，钻芯结果为沉渣厚度符合规范要求。（二）控制充盈系数 钻孔灌注桩施工中，控制充盈系数可以节约灌注材料，提高经济效益。在钻石湾项目中，受地质条件影响，上部地层为软塑流塑状态的碱渣及粉煤灰，桩孔在施工过程中产生的扩径、坍塌等因素以及溶洞发育是导致充盈系数较大的直接原因（A1地块平均充盈系数1.78，A2地块平均充盈系数1.75）。我公司从改进施工工艺出发，对如何降低充盈系数这一关键问题进行了探