泥浆护壁成孔及泥浆护壁成孔灌注桩(施工工艺)

泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔，不论地下水位高或低的土层皆适用。多用于含水量高的软土地区。泥浆具有保护孔壁、防止塌孔、排出土渣以及冷却与润滑钻头的作用。泥浆一般需专门配制，当在粘土中成孔时，也可用孔内钻渣原土自造泥浆。成孔机械有回转钻机、潜水钻机、冲击钻等，其中以回转钻机应用最多。1.回转钻机成孔回转钻机是由动力装置带动钻机的回转装置转动，并带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。切削形成的土渣，通过泥浆循环排出桩孔。根据泥浆循环方式的不同，分为正循环和反循环。根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放条件、允许沉渣厚度等进行选择，但对孔深大于30m的端承型桩，宜采用反循环。在陆地上杂填土或松软土层中钻孔时，应在桩位孔口处设护筒，以起定位、保护孔口、维持水头等作用。护筒用钢板制作，内径应比钻头直径大10cm，埋入土中深度通常不宜小于1.0~1.5m，特殊情况下埋深需要更大。在护筒顶部应开设1~2个溢浆口。在钻孔过程中，应保持护筒内泥浆液面高于地下水位。于水中施工，在水深小于3m的浅水处，亦可适当提高护筒顶面标高，以减少筑岛填土量（图2-11）。如岛底河床为淤泥或软土，宜挖除换以砂土；若排淤换土工作量大，则可用长护筒，使其沉入河底土层中。在水深超过3m的深水区，宜搭设工作平台（可为支架平台、浮船、钢板桩围堰、木排、浮运薄壳沉井等），下沉护筒的定位导向架与下沉护筒见图2-12。图2-11

围堰筑岛埋设护筒1—夯填粘土；2—护筒

图2-12

搭设平台固定护筒1—护筒；2—工作平台；3—施工水位；4—导向架；5—支架

在粘土中钻孔，可采用自造泥浆护壁；在砂土中钻孔，则应注入制备泥浆。注入的泥浆比重控制在1.1左右，排出泥浆的比重宜为1.2~1.4。钻孔达到要求的深度后，测量沉渣厚度，进行清孔。以原土造浆的钻孔，清孔可用射水法，此时钻具只转不进，待泥浆比重降到1.1左右即认为清孔合格；注入制备泥浆的钻孔，可采用换浆法清孔，至换出泥浆的比重小于1.15时方为合格，在特殊情况下泥浆比重可以适当放宽。钻孔灌注桩的桩孔钻成并清孔后，应尽快吊放钢筋骨架并灌注混凝土。在无水或少水的浅桩孔中灌注混凝土时，应分层浇筑振实，每层高度一般为0.5~0.6m，不得大于1.5m。混凝土坍落度在一般粘性土中宜用50~70mm；砂类土中用70~90mm；黄土中用60~90mm。水下灌注混凝土时，常用垂直导管灌注法进行水下施工，施工方法见第三章有关内容。水下灌注混凝土至桩顶时，应适当超过桩顶设计标高，以保证在凿除含有泥浆的桩段后，桩顶标高和质量能符合设计要求。施工后的灌注桩的平面位置及垂直度都需满足规范的规定。灌注桩在施工前，宜进行试成孔。2.潜水钻机成孔潜水钻机是一种旋转式钻孔机械，其动力、变速机构和钻头连在一起，加以密封，因而可以下放至孔中地下水位以下进行切削土壤成孔（图2-13）。用正循环工艺输入泥浆，进行护壁和将钻下的土渣排出孔外。

图2-13

潜水钻机1—钻头；2—潜水钻机；3—电缆；4—护筒；5—水管；6—滚轮支点；7—钻杆；8—电缆盘；9—卷扬机；10—控制箱

潜水钻机成孔，亦需先埋设护筒，其他施工过程皆与回转钻机成孔相似。3．冲击钻成孔冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔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，然后用掏渣筒来掏取孔内的渣浆（图2-14）。图2-14

冲击钻机1—滑轮；2—主杆；3—拉索；4—斜撑；5—卷扬机；6—垫木；7—钻头

还有一种冲抓锥（图2-15），锥头内有重铁块和活动抓片，下落时松开卷扬机刹车，抓片张开，锥头自由下落冲入土中，然后开动卷扬机拉升锥头，此时抓片闭合抓土，将冲抓锥整体提升至地面卸土，依次循环成孔。

图2-15

冲抓锥泥浆护壁钻孔灌注桩施工流程

[点击观看视频]

（请点击下图观看“泥浆护壁钻孔灌注桩施工流程”动画）泥浆的作用泥浆具保护孔壁、防止坍孔的作用，同时在泥浆循环过程中还可携砂，并对钻头具有冷却润滑作用。泥浆护壁成孔可用多种形式的钻机钻进成孔。在钻孔过程中，为防止孔壁坍塌，在孔内注入高塑性粘土或膨润土和水拌合的泥浆，也可利用钻削下来的粘性土与水混合自造泥浆保护孔壁。同时这种护壁泥浆与钻孔的土屑混合，边钻边排出泥浆，同时进行孔内补浆。当钻孔达到规定深度后，进行孔底清渣，然后安放钢筋笼，在泥浆下灌注混凝土而成桩。请点击缩略图观看图片钻孔灌注桩-护筒埋设钻孔灌注桩-钻进施工钻孔灌注桩-钢筋笼吊装钻孔灌注桩-混凝土浇筑钻孔灌注桩-泥浆运输车辆泥浆的组成护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，还可在其中掺入其他掺合剂，如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等护壁泥浆一般可在现场制备，有些粘性土在钻进过程中可形成适合护壁的浆液，则可利用其作为护壁泥浆，这种方法也称自造泥浆。护壁泥浆应达到一定的性能指标，膨润土泥浆的性能指标如表1-1所示。

表1-1

膨润土泥浆的性能指标

项

次项

目性能指标检验方法1相对密度1.05~1.25泥浆密度计2粘度18~25s500/700mL漏斗法3含砂率<4%含砂量计4胶体率>98%量杯法5失水量<30mL/30min失水量仪6泥皮厚度1~3mm/30min失水量仪7静切力1min

2~3Pa10min

5~10Pa静切力计8稳定性<0.03g/cm2

9pH值7~9pH试纸泥浆循环正循环回转钻机成孔的工艺如图2-16a所示。泥浆由钻杆内部注入，并从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入沉淀池，经沉淀的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。沉淀的土渣用泥浆车运出排放。反循环回转钻机成孔的工艺如图2-16b所示。泥浆由钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，然后，由砂石泵在钻杆内形成真空，使钻下的土渣由钻杆内腔吸出至地面而流向沉淀池，沉淀后再流入泥浆池。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，排放土渣的能力强。

图2-16

泥浆循环成孔工艺a）正循环；b）反循环1—钻头；2—泥浆循环方向；3—沉淀池；4—泥浆池；5—泥浆泵；6—砂石泵；7—水龙头；8—钻杆；9—钻机回转装置

（请点击下图观看“泥浆循环”动画）

正循环排渣空气提浆法泵吸反循环泵举反循环泥浆护壁成孔灌注桩①、施工准备场地平整：清除场地杂物，平整夯实，并做好泥浆沟池、沉淀池，备齐检测设备。测量放线：根据控制桩以及钻孔桩桩位坐标，用全站仪准确放出桩位，并做好护桩。经监理工程师复查确认无误后安装钻机。护筒埋设：护筒采用δ≥6mm钢板卷制，护筒直径分别为1.4m、1.8m，长度为2.5m。钢护筒底部及四周用粘土填筑，并分层夯实；顶面高出地面不小于0.3m，中心竖直线与桩中心线重合，采用实测定位法进行控制。拌制泥浆：采用拌浆机在泥浆池拌制足够的护壁泥浆。通过现场试验确定泥浆所用粘土及膨润土掺量，确保泥浆质量达到规范要求。钻机就位：检查并调整底座和顶端的平衡，以免钻进过程中产生位移和沉陷。钻机顶部的起重滑轮、钻头中心与钻孔桩的中心偏差不大于2cm。②、钻孔作业及清孔开孔及钻进：开钻前先在孔内灌注泥浆，开孔采用低冲程进行，在确认位置、垂直度等符合标准时，正常钻进。钻孔作业要连续进行。结合地质情况，正常钻进采用中冲程进行。在钻至岩层变化处时，为防止偏孔，用低冲程钻进。在抽渣或停钻后再钻时，由低冲程逐渐向高冲程过渡。掏渣以后，要及时补浆。成孔检查及清孔：成孔后采用检孔器检孔，以检孔器能顺利沉入孔底为合格，否则采用钻头反复修孔处理，直至合格。成孔后，及时对桩孔的中心位置、孔径倾斜度，孔深等进行测定，符合设计和规范要求后，采用换浆法立即进行清孔。③、钢筋笼的制作及吊装钢筋笼在现场加工场地分段制作，采用箍筋成型的方法，在每段钢筋笼两端及中部加强箍筋内围标记主筋位置，把主筋依次与它们焊牢，然后再绑扎螺旋箍筋，并按设计在钢筋笼主筋上焊接定位筋。注意按设计图纸、施工规范和监理要求预埋超声波检测管。下笼采用人工配合汽车吊分节吊装、焊接接长笼体。下笼要对准孔位慢放、徐落，防止碰撞孔壁而引起塌孔。钢筋笼接长采用单面搭接焊，做到上下节焊接主筋同轴线。钢筋焊接接头要相互错开，同一截面内焊接接头数不超过总钢筋数量的50%。下笼到位后，检查顶面和底标高，其偏差不得大于5cm，笼中心平面位置偏差不得大于2cm。检查调整合格后牢固定位，防止砼灌注过程中浮笼。④、灌注水下砼砼灌注导管采用带有螺纹丝扣的快速接头的φ300mm无缝钢管。使用前进行水密、承压和接头抗拉试验，并逐节编号。导管底端到孔底距离控制在0.25～0.4m之间。砼灌注前，探测孔底沉淀物厚度。如沉淀厚度超标，须二次清孔，直至符合规范要求。同时严格计算封底砼需要量，一次备足，保证首批砼入孔后，导管埋入砼中的深度不小于1m。水下砼要连续灌注，保证桩内砼面上升≥2.5m/h。导管采用25T吊机及时提升，提升时不得碰撞钢筋笼；并设专人测量、记录导管埋入砼深度，保证正常灌注中埋深为2～6m，谨防断桩。灌注的桩顶高出设计0.5m以上，以保证桩头砼质量。砼灌注过程中，如发生故障及时查明原因，并提出补救措施，报请监理工程师，经研究后按批准的施工方案进行处理，不擅自草率处理。溢出的泥浆引至适当地点处理，防止污染环境或堵塞河道和交通。1、钻孔桩基础施工（1）、施工测量施工前，用全站仪对桥梁中线进行复测。复测以后，钉设墩台中线各主要桩点，保证其精度符合误差的规定，供桥梁、墩台的定位使用。墩台中心定出后，在墩台十字线方向设置护桩，每个方向三个，供施工时恢复墩台中心。水准基点及护桩设于稳固位置，护桩用砼加以保护。（2）、施工准备A、施工前，修筑施工便道，确保桩基施工机械进出方便。B、合理布设钢筋加工棚、水泥库及其它施工用料场地，钢筋及其半成品存放在支架上，用塑料薄膜包裹，防止钢筋生锈，水泥库做好防潮措施。C、作好孔桩开钻前的临时围护（特别是与即有榆靖高速公路相交段的临时围护）及污水处理排放设施。D、开钻前，设置桩位护桩，每个方向3个控制桩，用砼进行保护，护桩应设在地势较高，不易浸水和不易破坏的地方。E、桩位最后定位，用白灰在地面上标出其具体位置。（3）、场地平整清除、整平施工场地内的障碍物及坑洼，做好排水设施；做好泥浆池、沉淀池、泥浆沟；备齐各种检测设备。（4）、埋设护筒护筒采用δ=8mm钢板制作，内径大于设计桩径0.20m。采用挖埋和振动下沉相结合的方法埋设1.5米深。护筒顶面高出地面50cm以上。周围0.5～1m内用粘土回填夯实，顶面铺垫石碴。为避免护筒在吊运中变形，护筒焊接临时钢管“十”字撑。护筒定位准确,顶面中心误差不大于5mm,倾斜度不大于1%。（5）、泥浆拌制钻孔前拌制足够护壁泥浆，控制泥浆粘度为18～22s，相对密度为1.2～1.45，含砂率控制在4%。酸碱度PH值8～11，制浆能力不低于2.5L/kg。（6）、钻机安装和就位认真验证桩的中心标桩，正确对准桩心。安装钻机时，一、满足钻机主体的水平精度要求，二、保证钻架、钻杆的垂直要求。安装时，用两台经纬仪在两个方向同时校正垂直精度，钻杆中心与桩位中心水平偏差不大于2㎝。（7）、钻孔作业桥梁钻孔均采用泥浆护壁、回旋钻机、正循环法施工。A、钻孔时先开动泥浆泵，待泥浆循环正常后，再起动钻机慢速回转下放钻头至护筒底，轻压慢转待钻头正常工作后，逐渐加大转速和钻压，进入正常钻进。B、钻进时适当控制进尺，钻孔作业连续进行，并做好纪录。钻孔一次成型；在钻孔排渣、提钻或因故障停钻时，将严格保证钻孔内的水位及泥浆的相对密度和粘度，保证钻孔安全。C、钻进过程中随时对泥浆进行试验，控制泥浆性能；捞取渣样，做好记录，随时观测土层变化情况；D、钻进中如果遇到软土或砂土等易塌孔的土层中，利用低速钻进、加大泥浆比重、控制孔内水位等方法施工，防止塌孔。E、随时检查钻机设备，尤其是钻锥是否摆动过大，钻架是否平稳牢固，防止钻进扩孔；F、钻孔过程中如出现流砂现象时，及时加大泥浆比重，提高孔内压力或投下粘土块，将粘土块挤入流砂层，加强护壁，堵住流砂；G、孔身偏斜弯曲时，及时分析原因，进行处理。不严重时，采用在倾斜处吊起钻锥，反复扫孔的方法纠正；偏斜严重、弯孔、梅花孔、探头石出现时，采取回填修孔。H、发生掉钻时，迅速用打捞叉、钓绳套等工具打捞，任何情况下，严禁施工人员进入没有防护设施的钻孔中处理故障。I、钻孔全过程在施工日志中进行详细纪录。（8）、清孔及探孔A、清孔钻孔达到设计深度后采用换浆法进行清孔。将相对密度较低的泥浆压入，把孔内的悬浮物以相对密度较大泥浆换出。要确保灌注水下砼前，沉碴不超过容许值0.20m，不得用加深孔底的办法代替清孔。清孔达到质量标准要求时，清孔结束。B、探孔当钻孔达到设计深度时,及时对孔径、孔深、偏斜度、泥浆相对密度、孔底沉淀物厚度等进行测定，达到设计与规范后，用钢筋笼测孔器进行检测，能全孔通过，才能下放钢筋笼。（9）、钢筋笼制作、安放钢筋笼制作，按设计图纸进行下料、在地面分段制作绑扎好后，用人工配合吊机吊装，并用电焊连接。A、在制作钢筋笼前认真阅读设计图纸，核准钢筋型号规格。B、钢筋笼的主筋与加强箍逐点焊接牢固，螺旋箍筋与主筋适量点焊，必要时，加强箍加设支撑筋，确保钢筋笼在运输、吊装时不扭曲、不变形。C、主筋保护层的支撑耳筋设于加强箍附近与主筋焊接牢固，并于四周均匀布。D、钢筋笼采用汽车吊进行吊装就位。a.钢筋笼的码放、吊装，应有两点以上吊点。b.避免变形，可在钢筋笼内壁用麻绳绑扎杉杆。钢筋笼入孔后，解开绑扎活扣，杉杆自行浮起。c.钢筋笼搭接，要按规范要求满足搭接长度要求，在点焊固定后再进行搭接焊。d.钢筋笼的安放，由4人在四个方向扶住，慢慢下放、避免钢筋笼卡住或碰撞孔壁。钢筋笼就位后，应采取固定钢筋笼上端口措施防止钢筋上浮