技术标之基坑围护主要施工工艺

深圳市平安国际金融中心项目土石方开挖及基坑支护工程技术标第三节护坡桩施工工艺一、护坡桩施工部署施工工艺选型及设备投入针对深圳地区岩层埋深浅、成孔难度大的特点，我司结合以往在深圳地区施工的经验，并组织专家顾问从工艺选型、人员设备投入、施工重点难点等方面对本工程进行了深入细致的研究。初步决定将护坡桩施工划分为4个区域，每区选用1台GPS-15型反循环钻机配合2台冲击钻机进行护坡桩施工。查阅相关文献并在深圳地区施工现场实地调研后，对回转钻进方法和冲击钻进方法的功效进行简单对比如下：回转钻进与冲击钻进功效对比表 表5-3-1孔段（m）地层回转钻进方法冲击钻进方法钻孔直径（m）平均钻速（m/h）钻头类型平均钻速（m/h）钻头类型0～10泥砂、砂层1.46六翼合金钻头0.8阶梯式冲击钻头2.010～15砂卵砾石0.370.615～20全风化、强风化泥岩夹卵石0.200.5420～35弱风化泥岩夹砂岩0.140.3235～45微风化泥岩0.070.23注：泥岩天然状态下平均单轴极限抗压强度为3.7MPa，砂岩为15～16MPa。通过上表可以看出，在松软地层，回转钻进方法的钻进速度高于冲击钻进，但当进入卵砾石、硬岩地层时，冲击钻机的钻进速度远高于回转方法。查阅详勘报告并参照以往类似工程经验，考虑到正/反循环钻机在风化岩层中钻进效率较低，对桩底进入强风化岩层及以下或者在全风化岩层中钻进速度较低时，采用冲击钻进行冲击钻进。综合各个剖面，大多数护坡桩只进入强风化岩层，只有7-7剖面护坡桩进入中风化和微风化岩层，但进入较浅（1.3m+2.4m、1.3m+1.4m），而且仅有30根。因此制约本工程护坡桩施工速度的关键因素是强风化岩层中冲击钻进速度。地层岩性物理力学性质 表5-3-2地层名称及编号标准贯入试验N(击)标准值旁压模量（MPa）单轴饱和抗压强度（MPa）人工填土①11.2－－含有机质粉质粘土②4.8－－粘土③-19.22.5－中粗砂③-212.5－－粉细砂③-39.0－－粉质粘土③-417.46.1－含有机质粉质粘土③-57.9－－粗砾砂③-616.8－－砾质粘性土④21.513.6－全风化⑤-135.525.4－全风化⑤-245.632.7－强风化⑥-162.847.6－强风化⑥-2－75.2－中风化⑦-1－－23.3中风化⑦-2－－33.0微风化⑧-1－－55.6微风化⑧-2－－74.2根据不同地层剖面特性，结合钻机钻进效率，对本工程中护坡桩施工时间进行初步统计如下。不同地层钻机成孔时间表表5-3-3剖面不同地层桩长和成孔所需时间桩长（m）桩数（个）共194成孔时间（h）填土、粘土、砂土层（m）全风化（m）强风化⑥-1（m）强风化⑥-2（m）中风化（m）微风化（m）6-618.9(7h)9.7(7h)8.8(9h)3.4(10h)－－40.82733h18.9(7h)9.7(7h)8.8(9h)2.4(7h)－－39.8730h7-716.5(6h)8.1(6h)7.7(8h)3.8(11h)1.3(5h)2.4(16h)39.81752h16.5(6h)8.1(6h)7.7(8h)3.8(11h)1.3(5h)1.4(10h)38.81346h8-822.9(8h)8.3(6h)6.7(7h)2.9(8h)－－40.82529h9-918.5(7h)12.2(8h)10.1(10h)－－－40.81825h10-1023.4(8h)17.4(12h)－－－－40.87420h11-1117.9(6h)7.5(5h)15.4(16h)－－－40.81327h强度(MPa)－－－<15.115.1-42.451.5-95.2－－－钻进效率3m/h1.5m/h1m/h0.35m/h0.2m/h0.1m/h－－－通过上表可知：各个剖面位置每根护坡桩成孔大约需要20h～33h，7-7剖面护坡桩由于桩底进入微风化岩层，钻机钻进效率较低，约需52h。考虑钻机移位约需0.5h，下钢筋笼约需0.5h，灌注混凝土约需1h，因此将每根护坡桩施工时间平均控制在36h。根据不同地层桩长和成孔所需时间以及回转钻进与冲击钻进功效比较，1台正/反循环钻机配备2台冲击钻机。本工程护坡桩共计194根，划分为四个施工分区，每区设1台正/反循环钻机、2台冲击钻机。每施工1根桩需用36h，每区约49根桩，共需约70多天时间。现场布置8台冲击钻机专门用于配合4台正/反循环钻机难以钻进的岩层。基坑工程设备投入表 表5-3-4序号分类机械设备名称型号/规格单位数量1钻机正/反循环钻机GPS-15台42冲击钻机CZ-6C台8劳动力组成基坑工程劳动力投入表 表5-3-5工种投入劳动力情况(人，单班)正/反循环钻机操作工冲击钻操作工人放线定位钢筋工焊接工起重工机修工司机普工合计数量20402302042220140二、正/反循环成孔施工工艺本工程护坡桩上部土层孔段成孔采用正/反循环回转钻进工艺，选用国产GPS-15型转盘式正/反循环钻机。其性能较好、扭矩大，钻孔直径可达1.5m，理论最大钻深达100m。其主要技术参数如下表：GPS-15型正/反循环钻机参数表5-3-6参数型号GPS-15钻孔直径(mm)800～1500钻孔深度(m)100钻杆直径(mm)168转盘转速正（r/min）13,23,42反（r/min）13,23,42最大扭矩（kN·m）17.64主卷扬机提升能力（kN）29.4提升速度（m/s）0.65,1.16,2.08副卷扬机提升能力（kN）19.6提升速度（m/s）0.46,0.78,1.44桅杆高度（m）8负荷（kN）176.4排渣方式正/反循环清水泵型号1/2BA-6排量（m3/h）11扬程（m）17.4轴功率（kW）0.94砂石泵排量（m3/h）180扬程（m）13吸程（m）7轴功率（kW）22主机动力机电动机型号Y200L-4,T180L-4功率（kW）30,22主机尺寸长×宽×高9750×2420×8620钻机总质量（kg）15000图5-3-1GPS-15型正/反循环钻机施工工艺流程图5-3-2正/反循环施工工艺流程图施工准备2.1现场准备平整施工现场，整平并压实，满足钻机施工工作面。接好临电设备及临时用水管，搭设钢筋加工平台。现场开挖泥浆池。2.2设备及材料准备钻机、吊车等设备进场组装完备并调试好。挖掘机、铲车等就位，准备护筒埋设。所有钢筋材料进场应具有出厂合格证，并做原材复试，复试合格，报送监理。2.3桩位测量放线2.3.1从甲方处获取施工场地的桩位控制点坐标资料及高程点资料，办理书面交接手续。2.3.2根据已获审批的桩位平面图，使用全站仪测定桩位。在桩位点打30cm深的木桩，桩上钉小钉定桩位中心，并采用“十字栓桩法”作好栓桩标记，并加以保护。2.3.3测量结果经自检、复检后，报请建筑工程师或监理复核，复核无误并签认后，方可施工。2.4试钻孔钻孔灌注桩施工前，必须试成孔，数量不少于2个，以便核对地质资料，检查所选设备，施工工艺及技术要求是否适宜。正式施工前先在设计桩位试成孔2～3个，试成孔桩号待定，试孔到达设计深度后，请监理或建筑工程师检查，检查完毕后进行正式的护坡桩施工。2.5埋设护筒2.5.1钻孔前应在测定的桩位准确埋设护筒，护筒长度为3m，护筒作用是准确固定钻孔位置，隔离地面水，稳定孔口土壤和保护孔壁不塌，以利钻孔工作进行。2.5.2采用钢护筒，护筒直径大于设计桩径10cm，护筒顶标高应高于地面20cm左右，并确保筒壁与水平面垂直。2.5.3护筒定位时应先对桩位进行复核，然后以桩位为中心，定出相互垂直的十字控制桩线，并作十字栓点控制，挖护筒孔位，吊放入护筒，护筒周围孔隙填入粘土并夯实，同时用十字线校正护筒中心及桩位中心，使之重合一致，并保证其护筒中心位置与桩中心偏差小于2cm。图5-3-3护筒平面定位图5-3-4护筒顶标高定位2.6护壁泥浆 钻孔施工时，应保持泥浆液面高度，以形成足够的泥浆柱压力，并随时向孔内补充泥浆；而灌注混凝土时，宜适时做好泥浆回收，以再利用并防止造成环境污染。正/反循环施工过程序号施工工艺施工要点施工实例1埋设护筒钻机就位根据设计桩位放线，埋设好护筒，护筒周围填粘土；开钻前应纵横调平钻机，安装导向套。2钻孔施工（1）钻机就位，将钻头对准桩位，复核无误后调整钻机垂直度。（2）开钻前，用水平仪测量孔口护筒顶标高，以便控制钻进深度。钻进开始时，注意钻进速度，调整不同地层的钻速。（3）钻进过程中，采用工程检测尺随时观测检查，调整和控制钻杆垂直度；边钻进边补充泥浆护壁。3清孔钻进孔深达到图纸规定深度，成孔质量检查后进行清孔，采用正循环方式清孔，直到孔底沉渣厚度小于20cm。清孔时，孔内水位应保持在护筒下0.5m左右，防止塌孔。4下钢筋笼根据现场实际情况，钢筋笼一次成型，根据规范要求进行自检、隐检和交接检，内容包括钢筋外观、品种、型号、规格，焊缝的长度、宽度、厚度、咬口、表面平整等，钢筋笼的主筋间距（±10mm）、加劲筋间距（±20mm）、钢筋笼直径（±10mm）和长度（±10mm）等，并做好记录。结合钢筋焊接取样试验和钢筋原材复试结果，有关内容报请监理建筑工程师检验，合格后方可吊装。采用50T履带吊和17T汽车吊，起吊钢筋笼，起吊中防止钢筋笼变形，并控制好笼顶标高。5下混凝土导管（1）选择合适的导管，导管直径为25厘米（2）导管组装时接头必须密合不漏水（要求加密封圈，黄油封口）。（3）在第一次使用前应进行闭水打压试验，试水压力0.6-1.0MPa，不漏水为合格。（4）导管底端下至孔底标高上50cm左右。漏斗安装在导管顶端。（1）混凝土浇注前必须检查混凝土坍落度、和易性并记录。混凝土运到灌注点不能产生离析现象。（2）导管内使用的隔水塞球胆大小要合适,安装要正,一般位于水面以上。灌注混凝土前孔口要盖严，防止混凝土落入孔中污染泥浆。（3）混凝土首灌量应灌至导管下口2m以上，导管下口埋入混凝土的深度不小于2m，不大于6m，设专人及时测定，以便掌握导管提升高度。每次拆卸导管，必须经过测量计算导管埋深,然后确定卸管长度,使混凝土处于流动状态，并作好浇注施工记录。混凝土灌注必须连续进行，中间不得间断。拆除后的导管放入架子中并及时清洗干净。6水下灌注混凝土(4)混凝土灌注过程中,应始终保持导管位置居中,提升导管时应有专人指挥掌握,不得使钢筋骨架倾斜、位移,如发现钢筋笼上升时,应立即停止提升导管,使导管降落,并轻轻摇动使之与钢筋笼脱开。7拔护筒混凝土灌注完成后及时拔出护筒，灌注完桩顶混凝土面低于施工地面高度时，应立即回填土加以覆盖，防止塌孔及保护人员和设备的安全。8施工注意事项与施工措施（1）熟悉地质报告、施工方案、护坡桩平面布置图及相关施工、检验规程。（2）常见桩身质量问题有扩径、缩径、断桩、蜂窝、离析、露筋和桩长度不够等，针对不同的情况应具体采取不同的措施。（3）较轻的缩径、蜂窝、离析、露筋等缺陷部位应剔除表面混凝土，并用高一标号的混凝土抹平，必要时支模板补强桩体。正/反循环施工工艺要点4.1桩位放线及钻机就位。根据提供的设计图纸，用全站仪测放现场桩位的基准点，并做好标记，加以保护。桩位经复核及监理验收后方可开钻。钻机就位前应对主要机具设备进行检查维修，包括泥浆泵、砂石泵的性能。钻机就位后，首先检查其桩位是否准确，然后调整钻机的四条支腿高度，底座和顶端应平稳，不得产生位移或沉陷，并且用水平尺严格检查钻机钻盘中心的水平情况，确保钻机垂直。4.2钻进成孔。正/反循环钻机钻进过程中主要控制的技术参数有：钻压：15~20kN；钻速：20~40rpm；泵流量：120~180m3/h4.2.1开始钻孔时，应稍提钻杆，在护筒内打浆，并开动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后方开始钻进。进尺要适当控制，对护筒底部，应低档慢速钻进，使底脚处有坚固的泥皮护壁。如护筒底土质松软出现漏浆时，可提起钻头，向孔内倒入粘土块，再放入钻头倒转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆空隙，稳住泥浆后继续钻进。钻进过程中应经常注意地层变化，每进尺2m或在土层变化处应捞取渣样，判断土层，记入钻进记录表并与地质柱状图核对。操作人员必须随时填写钻孔施工记录，交接班时应详细交待本班钻进情况及下一班需注意的事项。4.2.2钻孔过程中要保持孔内有1m以上的水头高度，以保证孔壁稳定规则。钻进作业必须保持连续性，升降锥头要平稳，不得碰撞护筒或孔壁。拆除和加接钻杆时要力求迅速。4.2.3桩孔钻至设计标高后，要对成孔的孔径、孔深和垂直度等进行检查。满足设计要求后约请监理工程师进行终孔检验，并填写终孔检验记录。4.3清孔。钻孔结束后，要对所成桩孔进行清孔。成孔后首先采用正循环方式清孔，对正循环清孔效果不理想时采用泵吸反循环清孔。泵吸反循环主要是成孔后钻机保持原位利用钻机自身的钻杆，通过组装在钻机里砂石泵，把孔底沉渣及泥浆，经钻头内的吸渣口→钻杆内腔→主动钻杆→转体接头→吸抽软管→离心泵，再由排水软管的出口排到沉淀池中，同时泥浆泵也源源不断地将新鲜泥浆泵送入孔中，如此循环清除孔底沉渣，直到孔底沉渣厚度小于200mm。4.4正/反循环钻机钻进过程中的注意事项：开孔时应轻压慢转，平稳钻进，以保证钻孔垂直。钻进过程中应根据不同地层的变化情况，适时调整钻进技术参数，防止孔斜。钻进过程中应经常用水平尺检查钻机轮盘的水平情况，保持钻杆的垂直，避免孔斜。钻进接近设计孔深位置时，匀速慢转，准确地控制好钻进深度。钻机施工一定数量的桩孔后要及时进行维修调整，尤其是钻盘水平度的调整，保证成孔的垂直度满足要求。4.5正/反循环施工中的重点控制：4.5.1水头压力：正/反循环施工法是利用水头压力和循环泥浆来护壁。要求孔内泥浆液面高出地下水位1m以上，且任何情况下均应高出孔壁稳定界面以上，保持孔壁稳定。4.5.2泥浆性能：正/反循环施工中泥浆的性能指标直接关系到孔壁的稳定性和钻进的效率，因此要重点控制。A、在粘性较小的土层中钻进时，若达不到要求的粘度、比重，则要掺入粘土（膨润土）增加粘度和比重，以保证孔壁的稳定。B、施工中发现泥浆粘度和比重有减少的趋势时，要及时添加粘土（膨润土）进行调整。C、泥浆在循环使用中，比重和粘性都将增大，钻渣中的土难于沉淀，循环能力降低，要及时地调整。钢筋笼加工及吊装5.1钢筋笼加工进场钢筋有出厂证明或合格证，试验合格单，现场见证取样进行原材复试。平整钢筋笼加工场地。钢筋进场后保留标牌，按规格分别堆放整齐，防止污染和锈蚀。用红油漆等做好钢筋定位标识。钢筋在同一节内接头采用直螺纹连接，同一截面内接头至少错开50%且大于35d，并且其连接质量应符合《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107－2003）和直螺纹钢筋连接接头的行业标准（JG163－2004）的要求。螺旋筋与主筋采用绑扎，加劲筋与主筋采用点焊，加劲筋接头采用单面焊10d或双面焊5d。加劲箍筋设在主筋内侧。箍筋搭接焊长度：Φ10为100mm，Φ20为200mm。根据现场实际情况，钢筋笼一次成型，根据规范要求进行自检、隐检和交接检，内容包括钢筋外观、品种、型号、规格，焊缝的长度、宽度、厚度、咬口、表面平整等，钢筋笼的主筋间距（±10mm）、箍筋间距（±20mm）、钢筋笼直径（±10mm）和长度（±100mm）等，并作好记录。结合钢筋焊接取样试验和钢筋原材复试结果，有关内容报请监理工程师检验，合格后方可吊装。钢筋保护层厚度70mm，采用混凝土圆柱形垫块做保护层，沿钢筋笼周圈水平均布3个，纵向间距3m，保护层垫块的固定钢筋焊在主筋上。垫块的混凝土标号同桩身的混凝土设计强度等级。检验合格后的钢筋笼应按规格编号分层平放。5.2吊装钢筋笼 护坡桩钢筋笼吊装均采用50t履带吊和17t汽车吊共同起吊。起吊吊钩上加一铁扁担，长度大于桩直径。下放过程中，孔口预备工字钢将钢筋笼担在桩孔上。钢筋笼下放前，应先焊上钢筋保护层定位筋，以确保混凝土保护层厚度。钢筋笼起吊采用三点起吊。吊点加强焊接，确保吊装稳固安全。吊放时，吊直、扶稳，保证不弯曲、扭转。对准孔位后，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。钢筋笼全部入孔后检查安装位置，符合要求后，钢筋笼用吊筋固定定位。用水平仪测量护筒顶高程，确保钢筋笼顶端到达设计标高，随后立即固定。图5-3-5钢筋笼吊装示意图5-3-6钢筋笼起吊水下混凝土灌注施工6.1导管和漏斗6.1.1选择合适的导管，导管直径为250mm（直径太小灌注混凝土时间长且首灌冲击力不足；直径太大混凝土灌注过程中提升导管时容易挂住钢筋笼子）。底管长度一般为4～6m，标准节一般为2～3m，接头宜用法兰或双螺纹方扣快速接头。6.1.2导管组装时接头必须密合不漏水（要求加密封圈，黄油封口）。6.1.3在第一次使用前应进行闭水打压试验，试水压力0.6～1.0MPa，不漏水为合格。6.1.4导管底部至孔底的距离为300～500mm。漏斗安装在导管顶端。6.2浇注水下混凝土6.2.1配制的混凝土应该密实，具有良好的流动性。6.2.2混凝土浇注前必须重新检查成孔深度并填写混凝土浇注申请，合格后方可浇注。6.2.3混凝土浇注前必须检查混凝土坍落度、和易性并记录。混凝土运到灌注点不能产生离析现象。6.2.4导管内使用的隔水塞球胆大小要合适，安装要正，一般位于水面以上。灌注混凝土前孔口要盖严，防止混凝土落入孔中污染泥浆。6.2.5规范要求混凝土首灌量应能保证首灌完成后，导管一次埋入混凝土面以下2m。混凝土浇注过程中时，导管下口埋入混凝土的深度2m～6m，设专人及时测定，以便掌握导管提升高度。每次拆卸导管，必须经过测量计算导管埋深，然后确定拆管长度，使混凝土处于流动状态，并作好水下混凝土浇注施工记录。混凝土灌注必须连续进行，中间不得间断。拆除后的导管放入架子中并及时用清水冲洗干净。6.2.6混凝土灌注过程中，应始终保持导管位置居中，提升导管时应有专人指挥掌握，不使钢筋笼子倾斜、位移，如发现笼子上升时，应立即停止提升导管，使导管降落，并轻轻摇动使之与骨架脱开。6.2.7混凝土灌注到桩孔上部5m以内时，可不再提升导管，直到灌注至设计标高后一次拔出。灌注至桩顶后必须超灌一部分，以保证凿去浮浆后桩顶混凝土的强度达到设计要求。混凝土灌注完成后及时拔出护筒，灌注完桩顶混凝土面低于施工地面高度时，应立即回填土加以覆盖，防止塌孔及保护人员和设备的安全。6.2.8在灌注水下混凝土过程中，应设污水泵及时排水防止泥浆漫出，确保文明施工。6.2.9混凝土浇注过程中应做混凝土强度试块，同一配合比的试块，每根桩不得少于一组（3块）。试块应养护好，达到一定强度后立即拆模送往养护室标准养护。6.2.10混凝土施工完毕后，应收集混凝土出厂合格证、混凝土强度报告、做混凝土强度评定。6.2.11做好并收集，整理好各种施工原始记录，质量检查记录等原始资料，并做好施工日志。6.3水下混凝土灌注事故预防及处理灌注水下混凝土是成桩的关键工序，灌注过程中要明确分工，密切配合。统一指挥，做到快速、连续施工，确保灌注质量，防止发生质量事故。

6.3.1导管进水的预防。保证混凝土的首灌量，确保首批混凝土能将导管埋住，定期地通过水密试验检查导管的密封性能，发现问题及时处理；浇注过程中，认真测量导管埋深，杜绝测深错误（定期用50m钢尺校核测绳上的标志，当误差较大时，及时更新测绳）。

6.3.2埋管、堵管和钢筋笼上浮的预防。首先，要加强混凝土施工的组织工作，保证混凝土施工的连续性，严格控制埋探，一般情况下不宜超过6m。

6.3.3断桩的预防：防止导管进水，避免埋管、堵管，提高清孔质量，加强对混凝土质量的控制可以减少或避免断桩事故的发生。

6.3.4桩身有夹渣、夹泥、蜂窝的预防：浇注过程中，须不断测定混凝土面上升高度，并根据混凝土供应情况来确定拆卸导管的时间、长度，以免发生桩身夹渣、夹泥、蜂窝事故。使混凝土面处于垂直顶升状，不使浮浆、泥浆卷入混凝土是防治夹渣、夹泥、蜂窝的关键。处理方法如下：

（1）导管进水的处理。由于首灌混凝土储量不足引起的导管进水，可以将孔内散落的混凝土拌合物用空气吸泥机（气举升液除渣法清除）或当混凝土量较大时，需将钢筋笼提出钻孔后用抓斗清除出来；然后重新按照首灌要求灌注水下混凝土。（由于导管接头不严或导管超拔引起的导管进水，可以将原导管或更换的导管重新插入混凝土中，用潜水泵或吸泥机将导管内的水和泥浆吸出，然后继续灌注。此种措施在一定程度上已经基本形成断桩，所以施工过程中应严禁出现）

（2）堵管的处理。若是由于混凝土的坍落度过小，流动性差，夹有大卵石、碎石，拌合不均匀，冬季施工中有砂冻块，运输途中产生离析，导管接缝处漏水，使混凝土中的水泥浆被冲，粗骨料集中而造成导管堵塞。可用长杆冲捣导管内混凝土，用吊绳抖动导管。或在有一定埋深导管不致拔漏情况下提升导管，加灌注混凝土，加大压力，重力冲开堵管混凝土。或通过事先在浇注漏斗上安装的附着式振动器将混疑上振下去，用吊机吊着导管，在不将导管超拔的情况下，上下提动导管，使管内的混凝土下去。如果以上方法混凝土仍下不去，只有将导管拔出来，按导管进水的处理方法进行处理。

（3）埋管的处理。开始时，可用导链滑车、千斤顶试拔。如果仍拔不出，当孔径较大时，已浇的表层混凝土尚未初凝，可以采用二次导管插入法处理，否则只能补桩、接桩。

（4）钢筋笼上浮的处理。当灌注到钢筋笼底部时，应缓慢放料，尽量减小埋深。（5）断桩的处理。a．原位复桩：对在施工过程中及时发现和超声波检测出的断桩，采用彻底清理后，在原位重新浇筑一根工程桩，做到较为彻底处理。此种方法效果好、难度大、周期长、费用高，可根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量等因素选择采用。b．接桩：确定接桩方案，首先对桩进行声测确定断桩部位；其次，根据设计提供的地质资料判断出断桩所在土层；第三，挖至合格混凝土处利用人工凿毛，按人工挖孔混凝土施工方法进行混凝土的浇注。c．桩芯凿井法：即边降水边采用风镐在缺陷桩中心凿一直径为80cm的井，深度至少超过缺陷部位，然后封闭清洗泥沙，放置钢筋笼，用人工挖孔混凝土施工方法浇筑膨胀混凝土。d．高压注浆法：若断桩位置较低，上述方法不便实施。可采用地质钻机在桩位上对称取芯钻进至断桩位置以下，先用高压清水反复清洗断桩位置后用高标号水泥浆对断桩位置高压灌浆。三、冲击钻成孔施工工艺适用范围及原理1.1基本原理冲击钻成孔施工法是采用冲击式钻机或卷扬机带动一定重量的冲击钻头，在一定的高度内使钻头提升，然后突放使钻头自由降落，利用冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔，再用掏渣筒或其他方法将钻渣岩屑排出。每次冲击之后，冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下转动一定的角度，从而使桩孔得到规则的圆形断面。1.2优缺点1.2.1优点：A、用冲击方法破碎岩土尤其是破碎有裂隙的坚硬岩土和大的卵砾石所消耗的功率小，破碎效果好；同时，冲击土层时的冲挤作用形成的孔壁较为坚固，相对减少了破碎体积。B、在含有较大卵砾石层、漂砾石层中施工成孔效率较高。C、设备简单，操作方便，钻进参数容易掌握，设备移动方便，机械故障少。D、钻进时孔内泥浆一般是不循环的，只起悬浮钻渣和保持孔壁稳定作用，泥浆用量少，消耗小。E、钻进过程中，只有提升钻具时才需要动力，钻具自由下落冲击岩土不消耗动力，能耗小，和回转钻相比，当设备功率相同时，能施工较大直径的桩孔。F、在流砂中也能钻进。1.2.2缺点：A、利用钢丝绳牵引冲击钻头进行冲击钻进时，大部分作业时间消耗在提放钻头和掏渣上，钻进效率较低。随桩孔加深，掏渣时间和孔底清渣时间均增加很多。B、容易出现桩孔不圆的情况。C、容易出现孔斜、卡钻和掉钻等事故。D、由于冲击能量的限制，孔深和孔径均比正/反循环钻成孔施工法小。1.3适用范围冲击钻成孔适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层和碎石土层；也适用于卵砾石层、岩溶发育岩层和裂隙发育的地层施工，而后者常常是回转钻进、抓斗开挖等其它钻进方法施工困难的地层。施工机械与设备目前国内冲击钻进工法多采用的是冲击破碎＋抽筒掏渣（泥浆不循环）工法。工作原理见下图。图5-3-7冲击式钻机工作原理本工程对于正/反循环钻机以及地连墙抓槽机难以钻进、成槽的地层采用冲击钻机钻进。冲击钻机选用国内比较通用的CZ-6C钻机，其规格、型号和技术性能见下表：CZ-6C冲击式钻机性能表表5-3-7钻机型号CZ-6C开孔直径mm400~2200钻孔深度m50～300主轴提升力t8冲击轴直径mm150匹配动力kw55主轴直径mm110冲击次数/min35-42离合片直径mm320桅杆高度m8-12桅杆提升力KN147钻机重量t8主架工字钢25#钻具重量kg4500冲击钻机主要由钻机、冲击钻头、掏渣筒、转向装置和打捞装置。2.1冲击钻机1-电动机；2-冲击机构；3-主轴；4-压轮5-钻具天轮；6-桅杆；7-钢丝绳8-掏渣桶天轮图5-3-8CZ-6C冲击钻机2.2冲击钻头冲击钻头由上部接头、钻头体、导正环和底刃脚组成。钻头体提供钻头所必须的重量和冲击动能，并起到导向作用。底刃脚为直接冲击破碎岩土的部件。设计和选择钻头的原则是充分发挥冲击力的作用和兼顾孔壁圆整。冲击钻头形式有十字形、一字形、工字型、人字形、圆形和管式等。其中十字形钻头，应用最广，其线压力较大，冲击孔形较好，适用于各类土层和岩层。图5-3-9冲击钻十字形钻头2.3掏渣筒掏渣筒的主要作用是捞取被冲击钻头破碎后的孔内钻渣，其阀门可根据岩性和施工要求的不同选用不同形式，常用的有碗形活门、单扇活门和双扇活门等。图5-3-10掏渣筒构造示意图2.4转向装置转向装置又称为绳卡或钢丝绳接头，它的作用是连接钢丝绳与钻头并使钻头在钢丝绳扭力作用下每冲击一次后能自动地回转一定的角度，以形成规整的圆形桩孔。其结构形式常有合金套式、转向套式、转向环式和绳帽套式。图5-3-11转向装置结构示意图2.5钢丝绳钢丝绳应选用优质、柔软、无断丝者，且其安全系数不得小于12。连接吊环处的短绳和主绳的卡扣不得少于3个，各卡扣受力应均匀。在钢丝绳与吊环弯曲处安设槽形护铁（俗称马眼），以防扭曲和磨损。2.6打捞钩及打捞装置在钻头上部应预设打捞杠、打捞环或打捞套，以便掉钻时可立即打捞。卡钻时可使用打捞钩助提。图5-3-12打捞装置施工工艺流程及要点图5-3-13施工工艺流程3.1在钢丝绳冲击钻进过程中，最重要的问题是如何保证冲击钻头在孔内以最大的加速度下落，以增大冲击功。3.1.1合理确定冲击钻头的重量冲击钻头的重量一般按其冲孔直径每100mm取100kg～140kg。对于硬岩土层或刃脚较长的钻头取大值，反之取小值。3.1.2选择最优悬距悬距是指冲击梁在上死点时钻头刃脚底刃面距孔底的高度。最优悬距是保证钻头最大切入深度而使钢丝绳没有剩余长度，一般正常悬距可取0.5～0.8m之间。悬距过大或过小，钢丝绳抖动剧烈；悬距正常，钻机运转平稳，钻进效率高。3.1.3冲击行程和冲击频率冲击行程是指冲击梁在下死点钻头提至最高点时钻头底刃面距孔底的高度。冲击频率是指单位时间内钻头冲击孔底的次数。一般专用的钢丝绳冲击钻机选择行程为0.78～1.5m，冲击频率为40～48次/min为宜。3.2冲击钻进成孔施工总的原则是根据地层情况，合理选择钻进技术参数，少松绳（指长度）、勤松绳（指次数）、勤掏渣。3.3控制合适的泥浆比重施工时，冲击钻就位，使冲击锤中心对准护筒中心。开始应低锤密击，锤高0.4～0.6m，逐渐加快速度，将锤提高1.5～2.0m以上转入正常冲击，并随时测定和控制泥浆比重。各类土层中冲程和泥浆比重关系见下表。各类土层中的冲程和泥浆比重选用表表5-3-8适用土层钻进方法效果在护筒中及其刃脚下低冲程1m左右，泥浆比重1.2～1.5，土层松软时投入小片石和粘土块造成坚实孔壁粘性土、粉土层中、低冲程1～2m，加清水或稀泥浆，经常清除钻头上的泥块防粘钻、吸钻，提高钻进效率粉、细、中、粗砂层中冲程2～3m，泥浆比重1.2～1.5，投入粘土块，勤冲，勤掏渣反复冲击造成坚实孔壁，防止坍孔砂卵石层中、高冲程2～4m，泥浆比重1.3左右，多投粘土，减少投石量，勤掏渣加大冲击能量、提高钻进效率基岩高冲程3～4m，加快冲击频率8～12次/min，泥浆比重1.3左右加大冲击能量、提高钻进效率软弱土层或塌孔回填重钻低冲程反复冲击，加粘土块夹小片石，泥浆比重1.3~1.5造成坚实孔壁淤泥层低冲程0.75～1.50m，增加碎石和粘土投量，边冲击边投入碎石和粘土挤入孔壁，增加孔壁稳定性遇岩层表面不平或倾斜时，应抛入20～30cm厚块石，使孔底表面略平，然后低锤快击使成一紧密平台后，再进行正常冲击，同时泥浆比重控制在1.2左右，以减少粘锤阻力，但又不能过低，避免岩渣浮不上来，掏渣困难。3.4在冲击钻进阶段应注意保持孔内水位高过护筒底口0.5m以上，以免水位升跌波动造成对护筒底口处的冲刷。同时孔内水位高度应大于地下水位1m以上。施工注意事项4.1冲击钻进应遵守的一般规定：4.1.1应控制钢丝绳放松量，勤放少放，防止钢丝绳放松过多减少冲程，放松过少则不能有效冲击，形成“打空锤”，损坏冲击机具。4.1.2必须保证泥浆补给，保持孔内浆面稳定；护筒埋设较浅或表土层土质较差者，护筒内泥浆压头不宜过大。4.1.3一般不宜多用高冲程，以免扰动孔壁而引起塌孔、扩孔或卡钻事故。4.1.4应经常检查钢丝绳磨损情况、卡扣松紧情况、转向装置是否灵活，以免突然掉钻。4.1.5每次掏渣后或因其他原因停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程，以免卡钻。4.1.6冲击钻头磨损较快，应经常检修补焊。4.2在粘土层钻进注意事项：4.2.1可利用粘土自然造浆的特点，向孔内送入清水，通过钻头冲捣形成泥浆。4.2.2可选用十字小刃角形的中小钻头钻进。4.2.3控制回转进尺不大于0.6～1.0m。4.2.4在粘性很大的粘土层中钻进时，可边冲边向孔内投入适量的碎石或粗砂。4.2.5当孔内泥浆粘度过大、比重过高时，在掏渣的同时，向孔内泵入清水。4.3在砂砾石层钻进注意事项：4.3.1使用粘度较高，比重适中的泥浆。4.3.2保持孔内有足够的水头高度。4.3.3视孔壁稳定情况边冲击边向孔内投入粘土，使粘土挤入孔壁，增加孔壁的胶结性。4.3.4用掏渣筒掏渣时，要控制每次掏渣时间和掏渣量。4.4在卵石、漂石层钻进注意事项：4.4.1宜选用带侧刃的大刃脚一字形冲击钻头，钻头重量要大，冲程要高。4.4.2冲击钻进时可适时向孔内投入粘土，增加孔壁的胶结性，减少漏失量。4.4.3保持孔内水头高度，不断向孔内补充泥浆，防止因漏水过量而坍孔。4.4.4在大漂石层钻进时，要注意控制冲程和钢丝绳的松紧，防止孔斜。4.4.5遇孤石时可抛填硬度相近的片石或卵石，用高冲程冲击，或高低冲程交替冲击，将大孤石击碎挤入孔壁。4.5在裂隙岩溶地层钻进注意事项：4.5.1冲击钻头操作要平稳，尽可能少碰撞孔壁。4.5.2选用圆形钻头钻进，冲程宜小不宜大，加大钻头重量，悬距不宜过大。4.5.3遇裂隙漏失时，可投入粘土，冲击数次后，再边投粘土边冲击，直至穿过裂隙。4.5.4遇溶洞时，应减小冲程和悬距，慢慢穿过，必要时可边冲边向孔内投放小片石或碎石，以冲挤到到溶洞充填物中作骨架，稳定填充物。4.5.5遇无填充物的小溶洞时，如果是施工需要，可投入粘土加石块，形成人造孔壁。4.5.6遇起伏不平的岩面和溶洞底板时，不可盲目采用大冲程穿过。需投入粘土石块，将孔底填平，用十字形钻头小冲程反复冲捣，慢慢穿过。待穿过该层后，逐渐增大冲程和冲击频率，形成了一定深度的桩孔后，再进行正常冲击。4.6掏渣应遵守规定：4.6.1掏渣筒直径为桩孔直径的50％～70％。4.6.2每钻进0.5～1m应掏渣一次，分次掏渣，4～6筒为宜。当在卵石、漂石层进尺小于5cm，在松散地层进尺小于15cm时，应及时掏渣，减少钻头的重复破碎现象。4.6.3每次掏渣后，应及时向孔内补充泥浆或粘土，保持孔内水位高于地下水位1.5～2.0m。4.6.4沉渣清除完毕立即灌注水下混凝土。常见问题及预防、处理办法表5-3-9常遇问题主要原因处理方法桩孔不圆，呈梅花形，掏渣筒下入困难钻头的转向装置失灵，冲击时钻头未转动经常检查转向装置的灵活性泥浆粘度过高，冲击转动阻力太大，钻头转动困难调整泥浆的粘度和比重冲程太小，钻头转动时间不充分或转动很小用低冲程时，每冲击一段换用高一些的冲程冲击，交替冲击修整孔形钻孔偏斜冲击中遇探头石、漂石，大小不均，钻头受力不均发现探头石后，应回填碎石，或将钻机稍移向探头石一侧，用高冲程猛击探头石，破碎探头石后再钻进。基岩面产状较陡遇基岩时采用低冲程，并使钻头充分转动，加快冲击频率，进入基岩后采用高冲程钻进；若发现孔斜，应回填重钻。钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷经常检查，及时调整冲击钻头被卡，提不起来钻孔不圆，钻头被孔的狭窄部位卡住（下卡）若孔不圆，钻头向下有活动余地，可使钻头向下活动并转动至孔径较大方向提起钻头。冲击钻头在孔内遇到大的探头石（上卡）使钻头向下活动，脱离卡点石块落在钻头和孔壁之间使钻头上下活动，让石块落下未及时补焊钻头，钻孔直径逐渐变小，钻头入孔冲击被卡。及时修补冲击钻头；若孔径已变小，应严格控制钻头直径，并在孔径变小处反复冲刮孔壁，以增大孔径上部孔壁坍落物卡住钻头用打捞钩或打捞活套助提在粘土层中冲程太高，泥浆粘度过高，以致钻头被吸住利用泥浆泵向孔内泵送性能优良的泥浆，清除坍落物，替换孔内粘度过高的泥浆放绳太多，冲击钻头倾倒，顶住孔壁使用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拔正钻头脱落大绳在转向装置联结处被磨断；或在靠近转向装置处被扭断；或绳卡松脱；或冲锥本身在薄弱断面折断用打捞活套打捞；用打捞钩打捞；用冲抓锥来抓取掉落的冲锥转向装置与顶锥的联接处脱开预防掉锥，勤检查易损坏部位和机构孔壁坍塌冲击钻头或掏渣筒倾倒，撞击孔壁探明坍塌位置，将砂和粘土（或砂砾和黄土）混合物回填到坍孔位置以上1～2m，等回填物沉积密实后再重新冲孔。泥浆比重偏低，起不到护壁作用按不同地层图纸采用不同泥浆比重孔内泥浆面低于孔外水位提高泥浆面遇流砂、软淤泥、破碎地层或松砂层钻进时进尺太快严重坍孔，用粘土、泥膏投入，待孔壁稳定后采用低速重新钻进。吊脚桩清孔后泥浆比重过低，孔壁坍塌或孔底涌进泥砂，或未立即灌注混凝土做好清孔工作，达到要求，立即灌注混凝土清渣未净，残留沉渣过厚注意泥浆浓度，及时清渣沉放钢筋骨架、导管等物碰撞孔壁，使孔壁土坍落孔底注意孔壁，不让重物碰撞孔壁。四、护坡桩质量检测护坡桩质量检测总体介绍成孔质量检验包括桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆指标等。本工程护坡桩试验包括：低应变桩身完整性检测，混凝土钻芯取样桩身质量检测等。低应变动测法，抽查数量为总桩数的20%；钻芯取样法，抽查数量为总桩数的10%。试验工艺流程图5-3-14护坡桩质量检测工艺流程桩基现场成孔质量检测灌注桩成孔作业由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，容易产生塌孔、缩颈、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。因此，灌注桩在混凝土浇筑前进行成孔质量检测对于控制成桩质量显得尤为重要。3.1成孔质量检验标准成孔质量检验的内容包括桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆指标等。3.1.1允许偏差表5-3-10桩径允许偏差（mm）垂直度允许偏差（%）桩位允许偏差（mm）孔深允许偏差（mm）泥浆密度允许值（mm）沉渣厚度允许值（mm）钢筋笼长度偏差（mm）钢筋笼直径偏差（mm）主筋间距偏差（mm）箍筋间距偏差（mm）±50≤0.530＋3001.15-1.2≤200≤100≤10≤10≤203.1.2成孔质量检查方法表5-3-11项目桩位孔深垂直度桩径泥浆密度沉渣厚度检查方法基坑开挖前量护筒，开挖后量桩中心只深不浅，用重锤测，或测钻杆长度测钻杆或用超声波探测井径仪或超声波检测用比重计测，清孔后在距孔底50cm处取样用成渣仪或重锤测量3.2桩位偏差检查由于上部结构作用在基础上的荷载位置是不能动的，桩偏位后，桩的受力状态发生了改变，导致桩的可靠性降低。施工中由于各种因素的影响，如测量放线误差、护筒埋设时的偏差、钻机对位不正、孔空段孔斜造成的偏差、钢筋笼下设的偏差等，都会造成桩位偏离设计位置。因此，保证桩位的正确性，首先在施工中将每一个环节的偏差控制在最小范围内。3.3桩孔径、垂直度及孔底沉渣厚度检测伞形孔径仪是目前国内采用较多的一种孔径测量仪器，它是由孔径仪、孔斜仪、沉渣厚度测定仪三部分组成的一个测试系统。仪器由孔径测头、自动记录仪、电动绞车等组成。仪器通过放入到桩孔中的一专用测头测得孔径的大小、通过在测头上安装的电路将孔径值转化为电信号，由电缆将电信号送到地面被仪器接收、记录，根据接收、记录的电信号值可计算或直接绘出孔径。3.3.1孔径测量孔径仪测头有四条测腿，测腿可在弹簧和外力的作用下自动张开、合拢，如同一把自动伞。测头放入孔中后，弹簧力使测腿自然张开并以一定的压力与孔壁接触，孔径变大则测腿张开角也变大，孔径缩小则孔壁压迫测腿收拢，测腿的张开角变小，四条测腿成两组正交分别测量两个方向的孔径值，取平均值作为某测点的孔径。当将测腿从孔底提升至孔口，随着孔径的变化，测腿可量出空中各高程的孔径。图5-3-15伞形孔径仪孔径测量3.3.2垂直度测量采用伞形孔径仪测试系统中配套的专用测斜仪，在孔内不同深度连续多点测量其顶角和方位角，根据所测得的顶角、方位角可计算孔的倾斜度。测斜仪的顶角测量利用铅垂原理，测量系统由顶角电阻（电阻值已知）、顶角测量杆组成。顶角测量杆上装有一重块并可自由摆动，使重块始终垂直于水平面，当钻孔倾斜时，顶角电阻和测量杆之间有一角度，仪器内部机构使得测量杆和顶角电阻接触，短路了一部分电阻，剩下的电阻值就是被测点的顶角。由于桩孔垂直度主要取决于桩孔在垂直方向上的偏移量，因此实际工程检测中，一般以测量桩孔的顶角参数值为主，通过顶角值计算得到桩孔的垂直度。图5-3-16测斜仪测量垂直度3.3.3孔底沉渣厚度检测钻孔灌注桩在成孔过程中，会产生孔底沉渣，孔底沉渣的厚度直接影响桩端承载力的发挥。因此桩孔在灌注混凝土前必须对沉渣厚度进行检测，必要时须进行二次清孔，直到沉渣厚度满足要求。本工程护坡桩采用测锤法测孔底沉渣厚度。测锤法设备简单、操作容易、成本低，在沉渣厚度检测中被广泛采用。测锤法原理如下图所示。测量工具为一锥形锤，锤底直径约15cm，高度约22cm，质量约5kg。测锤顶端系上测绳，把测锤慢慢沉入孔内，凭人的手感判断沉渣的顶面位置，此时，读出测绳上的深度值h，则桩孔的深度H与测锤测量深度之差即为沉渣厚度值。图5-3-17测锤法测量沉渣厚度低应变反射波法检测桩身完整性本工程要求对护坡桩进行低应变检测，检测总数占总桩数的20%，约39根。4.1检测原理及方法测试采用FEI-C5型桩基动测分析系统，传感器为一支灵敏度为500mV/g的加速度计，用手锤敲击激振，采样频率为20kHz。试验采用反射波法进行，即：桩顶实施锤击后，激起桩顶质点的振动，运动在混凝土桩身中传播而形成应力波，应力波在下行途中，如果遇到阻抗减小(缩径、离析等)，即产生上行的拉伸波，该拉伸波上行到达桩顶面时，将导致顶面质点向下的速度增加；反之，如果遇到阻抗增大(扩径等)，则产生上行的压缩波，该波运行至桩顶面将导致质点向下的速度减小；这些信息都被安装于桩顶的加速度传感器接收。根据初始激励与桩身阻抗变化处反射到达时刻之间的时间差Δt及应力波在桩身混凝土介质中的传波速度C来推求阻抗变化的位置x(x＝CΔt/2)；根据速度曲线的上下起伏大小来判断桩身的阻抗变化程度。图5-3-18低应变反射波法检测桩身完整性4.2判别标准 根据《深圳市建筑基桩检测规程》SJG09-2007中第8.4.5条规定，桩身完整性分类如下：桩身完整性分类表表5-3-12类别特征Ⅰ无缺陷反射波，桩底反射波明显，波速正常Ⅱ有轻微的缺陷反射波，桩底反射波较明显，波速基本正常Ⅲ有较强的缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间Ⅳ有严重的缺陷反射波或周期性缺陷反射波，无桩底反射波；或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波注：当实测信号无反射波出现时，应结合场地地质条件、桩型、施工工艺、检测经验等因素综合判定，必要时采取其他检测方法验证。4.3仪器设备检测所用仪器为FEI-C5型桩基动测分析系统，如图5-3-19所示。图5-3-19低应变测试分析仪图5-3-20低应变检测4.4现场操作4.4.1桩顶处理应符合下列规定：凿除桩顶浮浆及松动部分，露出密实的混凝土。根据激振及安装传感器的要求，将桩顶表面上传感器安装点和激振点打磨成直径宜为100mm的光滑平面，光滑平面与桩轴线垂直。4.4.2安装传感器及选择激振点应符合下列规定：传感器应与桩顶面垂直，安装位置应避开钢筋笼主筋的影响；用耦合剂粘结时，应具有足够的粘结强度，严禁采用手扶方式。实心桩上的传感器安装点宜在距桩中心2/3半径处，激振点位置应选择在桩中心。4.4.3用力棒或力锤激振应符合下列规定：通过对比测试，选择适当的力棒或力锤。力棒激振时，应自由下落，不得连击。用力锤敲击时，应垂直桩顶面施力。4.4.4检测参数设定应符合下列规定：设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长。桩身波速可根据实测经验初步设定。时域信号记录长度应在2L/c时刻后不少于5ms，采样点数不宜少于1024点，采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速合理选择。传感器的设定值应按检定或校准结果设定。4.4.5检测工作应符合下列规定：检测前应对电源、仪器、传感器、连线、接头等进行检查，确保测试系统各部分之间连接正常。实测信号必须有良好的一致性，每个检测点的有效信号数量不宜少于3个；对发现有缺陷的桩应改变检测条件多次检测，以相互验证。检测中应随时检查所采集信号的质量，信号应无零漂现象，幅值不应超过测量系统的量程。测点数取3个；当测试信号一致性较差时，应分析原因，增加检测点数量。4.4.6提交检测成果及资料实测波形及相关数据；桩身完整性判定结论。钻孔取芯检测桩身质量钻芯法为采用岩芯钻探技术和施工工艺，在桩身上沿长度方向钻取混凝土芯样及桩端岩土芯样，通过对芯样的观察和测试，用以评价成桩质量的检测方法。本工程要求对护坡桩进行钻芯取样，检测数量为总桩数的10%，约20根。5.1检测目的钻芯法基桩检测技术是检测现浇混凝土灌注桩的成桩质量的一种有效手段，主要用于检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性等。5.1.1通过对混凝土芯样的胶结情况、有无气孔、松散或断桩等现场外观检查，结合取芯率，综合评判桩身混凝土完整性。5.1.2对芯样进行室内抗压强度试验，确定桩身混凝土强度。5.1.3测定混凝土灌注桩的桩长，检验施工记录桩长是否真实。5.1.4测定桩底沉渣厚度，检验桩底沉渣是否符合设计或规范要求。5.2检测设备5.2.1钻机 钻取芯样选用XY-1立轴回转式液压钻机，最大钻孔深度为100m。钻机配备单动双层取芯管。钻杆应顺直，直径为50mm。钻头根据混凝土设计强度等级选用合适粒度、浓度、胎体硬度的金刚石钻头，外径不小于100mm。图5-3-21XY-1立轴回转式液压钻机图5-3-22单动双层取芯管5.2.2锯切机锯切芯样试件用的锯切机应具有冷却系统和牢固夹紧芯样的装置，配套使用的金刚石圆锯片应有足够刚度。芯样试件端面的补平器和磨平机应满足芯样制作的要求。5.2.3压力试验机测量范围为0～800kN，刻度量分度值为2.5kN/格。5.3现场操作5.3.1钻孔数量及位置每根受检桩钻1孔，钻芯开孔位置宜在距桩中心10～15cm的位置开孔。5.3.2取芯钻机设备安装必须周正、稳固、底座水平。钻机立轴中心、天轮中心与孔口中心必须在同一铅垂线上。应确保钻机在钻芯过程中不发生倾斜、移位，钻芯孔垂直度偏差不大于0.5%。钻进过程中，钻孔内循环水流不得中断，应根据回水含砂量及颜色调整水泵水量和钻进速度。每回次进尺宜控制在1.5m内。提钻卸取芯样时，应拧卸钻头和扩孔器，严禁敲打卸芯。钻取的芯样应由上而下按回次顺序放进芯样箱中，芯样侧面上应清晰标明回次数、块号、本回次总块数，并及时记录钻进情况和钻进异常情况，对芯样质量进行初步描述。钻芯过程中，应对芯样混凝土、桩底沉渣、桩端岩土层及异常情况进行详细编录。钻芯结束后，应对标有桩长、孔深的芯样和标有工程名称、桩号、钻芯孔号、检测单位名称的标示牌的全貌进行拍照。当单桩质量评价满足设计要求时，采用0.5～1.0MPa压力，从钻芯孔孔底往上用水泥浆回灌封闭；对异常的钻芯孔应封存留待处理。5.3.3芯样试件截取每根护坡桩桩长大于30m，取3组芯样。上部一组芯样位置距桩顶设计标高不大于1倍桩径或1m，下部一组芯样位置距桩底不大于1倍桩径或1m，中间组芯样等间距截取。同组芯样截取的范围不宜大于500mm。5.3.4芯样试件加工和测量芯样取出后用锯切加工，并满足平整度与垂直度要求。试验前对试样几何尺寸包括平均直径、芯样高度、垂直度、平整度进行测量。芯样尺寸偏差及外观质量不符合规范要求的，不得用于抗压强度试验。5.3.5芯样抗压强度试验在压力机下压板上放好试件，几何对中，球座最好放在试件顶面并顶面朝上；加荷速率取0.5～0.8MPa；当试件接近破坏而开始迅速变形时，停止调整试验机油门，直至试件破坏，记下最大荷载。5.4芯样试件抗压强度计算芯样试件制作完毕后应在20±5°C的清水中浸泡不少于12h，从水中取出后立即进行抗压强度试验。芯样试件的抗压强度试验应符合现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T50081的有关规定。抗压强度试验后，当发现芯样试件平均直径小于2倍混凝土粗骨料最大粒径，且强度值异常时，该试件的强度值不得参与统计平均。混凝土芯样试件抗压强度应按下式计算：式中为混凝土芯样试件抗压强度（MPa），精确至0.1MPa；P：为芯样试件抗压试验测得的破坏荷载（N）；D：为芯样试件的平均直径（mm）。为混凝土芯样试件抗压强度折减系数，应考虑芯样尺寸效应、钻芯机械对芯样扰动和混凝土成型条件的影响，通过试验统计确定，当无试验统计资料时，宜取1.0。5.5检测数据的分析与判定5.5.1芯样试件抗压强度代表值应按1组3块试件强度值的平均值确定。5.5.2受检桩中不同深度位置的混凝土芯样试件抗压强度代表值中的最小值为该桩芯样试件抗压强度代表值。5.5.3桩底的沉渣厚度应不大于200mm。5.5.4桩身完整性类别应根据现场各孔混凝土芯样特征，结合芯样单轴抗压强度试验结果，按下表规定综合判定：桩身完整性分类表 表5-3-13类别特征Ⅰ混凝土芯样连续、完整、表面光滑、胶结好、骨料分布均匀、呈长柱状、断口吻合，芯样侧面仅见少量气孔。Ⅱ混凝土芯样连续、完整、胶结较好、骨料分布基本均匀、呈柱状、断口基本吻合，芯样侧面局部见麻面、蜂窝、沟槽。Ⅲ大部分混凝土芯样胶结较好，无松散、夹泥或分层现象，但有下列情况之一：芯样局部破碎且破碎长度不大于10cm；芯样骨料分布不均匀；芯样多呈短柱状或块状；芯样侧面麻面、蜂窝、沟槽连续。Ⅳ芯样任一段松散、夹泥或分层；芯样局部破碎且破碎长度大于10cm。5.5.5成桩质量评价应按单桩进行，应对每一根受检桩的桩身完整性类别、桩身混凝土强度、桩长、桩底沉渣厚度做出评价。当出现下列情况时，应判定该受检桩不满足设计要求：桩身完整性类别为Ⅳ类的桩。受检桩混凝土芯样试件抗压强度代表值小于混凝土设计强度等级的桩。桩长、桩底沉渣厚度不满足设计或规范要求的桩。5.5.6钻芯孔偏出桩外时，仅对钻取芯样部分进行评价。五、护坡桩安全、质量保证措施管理目标工程质量目标：优良。工程安全目标：“安全第一，预防为主”。质量保证措施2.1工程质量标准本工程按照《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202－2002）的要求和深圳市现行质量评定标准进行质量评定，达到优良标准。2.2技术保证措施由于护坡桩是水下浇注混凝土，施工工艺性较强，任何环节出现问题都将影响护坡桩的承载力。因此在施工过程中，必须加强技术管理，每一道工序都必须按照严格符合规范要求施工，我们在工程中主要控制以下“六个度、两个量”。六个度：泥浆稠度、混凝土坍落度、终孔深度、混凝土浇注前深度、沉渣厚度、混凝土面高度。两个量：混凝土理论计算量、混凝土实际浇注量。2.2.1泥浆稠度的控制：泥浆在钻孔灌注桩施工中占有重要地位，直接影响桩的质量。泥浆比重低，钻进速度快，不容易糊钻，形成的护壁泥皮薄而坚韧，可以使桩身混凝土与原始地层接触紧密，提高摩阻力。特别在浇注混凝土时，要把泥浆指标控制在1.25以下，减少背压和浇注阻力，保证首灌混凝土的冲击力，挤开孔底沉渣，有利于克服夹泥、断桩等质量问题。2.2.2混凝土坍落度的控制：混凝土进入现场要测试坍落度，以便确保混凝土和易性、流动性符合浇注要求。混凝土是桩体质量最重要一环，混凝土的配比、首灌量以及导管埋深对混凝土地质量影响很大，在每一次浇注时都要认真检查。2.2.3孔深以及沉渣厚度的控制：孔深应该符合设计要求，严禁超钻，在钻进过程中要严格控制。沉渣厚度对于桩承载力有很大影响，沉渣厚度不能大于200mm。2.2.4混凝土灌注量控制：理论计算为几何尺寸计算量，充盈系数＝实际浇注量/理论计算量，充盈系数一般控制在1.1～1.3。安全保证措施3.1本工程项目经理将对整个工程项目的安全生产负全面领导责任，各级工程技术人员、职能部门和生产工人在各自的职责范围内对安全工作负起相应的责任。3.2对施工人员加强安全施工的教育，定期进行安全检查。3.3进入施工现场人员一律戴安全帽，并接受入场教育。3.4在施工前先全面检查机械，发现有问题时及时解决，检查后要进行试运转，严禁带病作业。机械操作必须遵守安全技术操作要求，由专人负责，并加强机械的维护保养，保证机械各项设备和部件、零件的正常使用。3.5机械施工时危险区域严禁站人；钢筋笼起吊必须捆牢固，吊装就位时，起吊要慢，有专人指挥吊装，吊钩下方不得站人。3.6机械司机，在施工操作时要集中精力，服从信号指挥，不得随意离开岗位，并注意机械运转情况，发现异常情况要及时纠正。要防止机械倾斜、倾倒。3.7钢筋加工前由负责钢筋加工的责任师对加工机械（切断机、弯曲机、对焊机等）的安全操作规程及注意事项进行交底，并由机械技师对所有机械性能进行检查，合格后方可使用。3.8多人合运钢筋，起落、转停动作要一致，人工传送不得在同一垂直线上，钢筋堆放要分散、稳当、防止倾倒和塌落。3.9加工好的钢筋笼堆放整齐，禁止在骨架上攀登和行走。3.10钻孔时应对准桩位，先使钻杆向下，钻头接触地面，再使钻杆转动，不得晃动钻杆。3.11钻孔时如遇卡钻，应即切断电源，停止下钻，未查明原因前，不得强行启动。3.12钻孔时，如遇机架摇晃、移动、偏斜或钻斗内发生有节奏的响声时，应立即停钻。经处理后方可继续施钻。3.13钻机作业中，电缆应有专人负责收放，如遇停电，应将各控制器放置零位，切断电源，将钻头接触地面。3.14混凝土灌注完之后孔口必须及时回填，并压实。3.15电工、电焊工、起重司机、信号工、机动车辆司机，必须持有特种作业操作证方准上岗。3.16项目管理人员要对全体施工人员进行遵章守纪的法制教育，做好施工前的安全交底，责任师、班组长或工人均不得违章指挥和违章作业，并服从企业安全部门人员的管理。3.17施工人员必须遵守和执行“建设部关于加强建筑企业安全生产的暂行规定”和执行现行的一切安全生产的法规和制度，信守安全生产责任协议，认真落实本规定的要求。3.18施工期间，安全员全面负责安全监督工作，发现不安全因素，随时排除，并采取有效预防措施。3.19夜间施工应有足够的照明。3.20未及事项均应按有关操作规程执行。第四节旋喷桩施工工艺高压喷射注浆法1、高压喷射注浆法概述高压喷射注浆就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒便从土体剥落下来。一部分细小的土粒随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。如下图示意。图5-4-1高压喷射注浆示意图固结体的形状与喷射流移动方向有关，一般分为旋转喷射（旋喷）、定向喷射（定喷）和摆动喷射（摆喷）三种注浆方式，作为止水帷幕和地基加固，详见下表。本工程采用旋喷注浆的形式。高压喷射注浆方式表 表5-4-1旋喷定喷摆喷施工方法喷嘴一面喷射一面旋转并提升，固结体呈圆柱状。喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向固定不变，固结体形如板状或壁状。喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，固结体形如较厚墙状。作用主要用于加固地基，提高抗剪强度，也可组成闭合的帷幕。用于基坑防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡工程。用于基坑防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡工程。三种型式当前，高压喷射注浆法的基本种类有：单管法、二重管法、三重管法和多重管法等四种方法。喷射注浆法分类表表5-4-2方法分类单管法二重管法三重管法喷射方式浆液喷射浆液、空气喷射水、空气喷射，浆液注入硬化剂水泥浆水泥浆水泥浆常用压力(Mpa)15.0～20.015.0～20.0高压低压20.0～40.00.5～3.0喷射量(L/min)60～7060～7060～7080～150压缩空气(kPa)不使用500～700500～700旋转速度(rpm)16～205～165～16桩径(cm)30～6060～15080～200提升速度(cm/min)15～257～205～102、国内外应用情况高压喷射注浆技术20世纪60年代后期创始于日本，到20世纪70年代中期以后，在世界范围内得到很快传播。我国于1975年首先在铁道部门进行单管法的试验和应用，1977年冶金部建筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成功。高压喷射注浆技术自70年代末起在我国的建筑物基础托换，工业建筑的基坑工程以及水利建设工程得到应用；特别是90年代起随着我国大规模建设工程的发展，在上海、北京、深圳等大城市的地下工程中以及长江三峡等重大水利工程中的应用，使这种技术在我国的应用范围有了迅速扩大，成为世界上高压喷射注浆法应用工程量最大的国家之一。由于工程及机械制造水平的提高，施工机具也有了较大的改进。目前应用最多的为三重管法。根据设计要求，本工程旋喷桩采用三重管法进行施工。三重管法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管。在以高压泵等高压发生装置产生20MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，在另由泥浆泵注入压力为2～5MPa的浆液填充，当喷嘴作旋转和提升运动，最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体。图5-4-2三重管旋喷示意图图5-4-3三重管旋喷成桩示意图3、高压旋喷桩设计概况根据基坑设计图纸，本工程东西侧及南侧采取支护桩+桩间旋喷桩止水的围护形式（下图G-H-S段），旋喷桩桩径Ф1200mm，桩长32m；另外，配合地连墙止水施工，在地连墙槽段之间设置1个旋喷桩配合止水，桩径Ф1200mm，桩长32m。（下图S-A-G段）图5-4-4旋喷桩平面布置图三重管旋喷桩施工工艺1、施工总体部署1）旋喷桩与钻孔桩的工序关系钻孔桩施工首先开始，待一定区域的钻孔桩施工完毕且达到一定强度后，旋喷桩施工相应插入进行；整体上保持旋喷桩施工紧随钻孔桩施工。2）施工总体安排根据现场施工条件及工期要求，拟投入两台套三重管旋喷设备，紧随钻孔桩施工，分别从G、A点向南施工，最终在M点附近汇合。实际施工中，可根据现场条件及工期要求随时进行调整，并配合地连墙施工基坑北侧止水体系。3）施工机具配置根据设计要求“喷射水压力不小于30MPa，提升速度不大于12～20cm/min，旋转速度不超过20转/分钟”的技术参数以及旋喷桩的工程量、现场场地的大小、配电容量、废浆场地大小、机械设备施工效率和工期要求，综合考虑后决定安排2台套高压喷注浆施工设备，每台套机具配置如下表。高压旋喷施工设备的机具配置表 表5-4-3序号设备名称设备型号数量(台)功率(KW)用途1地质钻机GJD-32造孔2旋喷机GDP-222提升管、旋喷注浆3超高压泥浆泵XPB-902泵送高压水泥浆4空气压缩机V/F-3/72输送压缩空气5灰浆搅灌机WJG-112搅拌、灌注灰浆6污水泵25排放积水7灰浆泵HB-8024.5浆液循环、泥浆排放4）施工场地布置现场共布置2台套在基坑东西侧同时施工，施工设备及辅助设施的布置应根据材料运距短、便于运输和存放，水电接头方便，机具设备集中，便于指挥，设备管线移动方便，冒浆易于处理等原则进行。据此把旋喷机、钻机及相应的泥浆泵布置在工作面两侧不同位置外，其它配套机具及辅助设施均布置在相对集中的地方即水泥库、高压泵等组成施工后台，且与旋喷机保持较近的距离。根据场地现状，浆池尺寸为15m长，10m宽，逐层放浆固化。5）主要设备性能（1）GDP-22型高喷钻机①总体结构形式钻机总体结构形式采用液压动力头，动力头在工作卷扬机钢丝绳的牵引下，在主塔上移动，动力头的回转由液压马达经过减速箱驱动，可实现回转及不同角度的摆动，并在一定范围内，其转速可实现无级调速，以满足各种施工工艺参数上的要求。主塔架为22米，为提高野外场地的工作效率，该钻机采用了组装式高架塔结构，主塔架6米，其余两节副塔架分别为8米图5-4-5GDP-22型高喷钻机②主要技术参数GDP-22型高喷钻机表5-4-41.动力头油马达驱动转速0-25r/min扭矩1500N.m动力头摆角20°到180°通孔直径Ø89mm～108mm2.主塔塔高6、8、8m(分段组装)行程20m3.卷扬机组油马达驱动主卷扬机提升力25KN提升速度工作时0.06-0.25m/min高速时21m/min提升力10KN4.移动机构纵横向移动液压步履底座纵向步履行程1200mm横向步履行程500mm5.总功率20.5KW6.钻机外廓尺寸工作状态6.2×4.95×22.5m(三节钻塔，组装连接)运输状态6.2×3.8×2.0m7.钻机重量9000Kg（2）GJD-3型钻机①总体结构形式钻机总体结构形式采用机械动力头形式，动力头在工作卷扬机钢丝绳的牵引下，在主塔上移动，动力头的回转由调速电机经过减速箱驱动，在一定范围内其转速可实现无级调速，以满足各种施工工艺参数上的要求。为了提高工作效率，该钻机采用了高架塔结构，其工作有效行程为12米图5-4-6GJD-3型钻机②主要技术参数GJD-3型钻机技术参数表5-4-51.动力头转速0-20r/min扭矩2500N.m2.主塔塔高15m有效行程12m3.卷扬机组主卷扬机提升力35KN提升速度0-2.4m/min副卷扬机提升力20KN提升速度0-15m/min4.移动机构纵向步履行程1000mm横向步履行程500mm5.钻机总功率32KW6.钻机外廓尺寸工作状态4.5×2×15m运输状态9×2×3.8m7.钻机重量7000kg（3）3DK超高压水泵图5-4-73DK超高压水泵性能表（4）VF-3/7空气压缩机图5-4-8VF-3/7空气压缩机技术性能参数序号产品型号及名称冷却

方式排气量

m3/min进气压力

MPa排气压力

MPa转速

r/min外形尺寸mm重量

kg驱动电机型号功率

Kw电压

V1VF-3/7

固定式空压机风冷3大气压0.79701660×1185×1210970Y200L1-618.5380（5）XPB-90C高压注浆泵图5-4-16XPB-90C高压注浆泵性能参数电机最大转速1320r/min最高冲次180/min柱塞行程mm100变速比7.27理论流量电机功率(KW）柱塞

直径

mm7590M3/hL/min额定排出压力(Mpa)6.01003945505.0854655454.0665940注：以上参数是介质比重为1.0时的理论数据6）劳动力组织根据本工程的特点，施工实行每天2班工作制，每班工作时间12小时。每套设备的劳动力人员配备如下：每套设备的劳动力人员配备表表5-4-6职名工作内容人数备注队长全面组织管理劳动力协调各种关系1技术员掌握技术，控制质量，整理资料13台套设备1人班长全面掌握施工、质量和安全1×2×1××旋喷工操作旋喷机、安拆提升喷管、移位1×2×1同上钻工操作钻机、钻孔、移位、维修1×2×3同上泵工操作高压泥浆泵1×2×2同上搅灌工操作搅灌机,灰浆泵,测灰浆比重1×2×1同上普工倒运水泥,排浆,移动管线1×2×2同上电工设备和照明用电装修,安全用电2共计242、三重管旋喷桩施工工艺1）工艺方法及技术要求（1）三重管法注浆工艺本功成拟选用RJP工法进行旋喷桩施工：RJP工法主要是进行两次切削破坏土层，第一次是上段的超高压水和空气的复合喷射流体切削破坏土层；紧接着的第二次是下段的超高压浆液和空气的复合喷射流体，在第一次切削土层的基础上再次对土体进行切削，这样便增加了切削深度，加大了固结直径，如下图所示。图5-4-9RJP工法原理根据基坑设计图纸地质剖面图，旋喷桩施工穿越的土层从上至下主要包括人工填土、中粗砂、粉质粘土、粗砾砂、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩等。RJP工作法的旋喷直径较大，并且在全风化花岗岩中也有满意的结果，在强风化花岗岩中也有不错效果。本功成三重管旋喷桩施工需根据现场试验确定最终的施工工法及相关施工参数。（2）预导孔钻孔工艺施工时应利用地质钻机带动小型组合牙轮钻破碎砂、砾石地层和风化岩及破碎地层，通过泵送人工配置的优质泥浆，利用组合的正反循环系统，将破碎的小颗粒砂砾石带出孔底；同时泥浆可以有效地稳定砂卵石层的孔壁，使所造的钻孔壁在相当长的时间内不坍塌。成孔工艺中最重要的是泥浆的配比，可在钻孔前在实验室内要做好配比试验。根据以往的工程经验，可采用类似工程使用的钻孔泥浆配比提前进行现场试喷试验，根据试验结果对泥浆的配比适当调整。在钻进过程中，泥浆性能会因钻孔情况的变化而发生变化。如钻到粘土层时，泥浆会变稠，粘度、切力增大，糊钻、泥包钻头的情况增多；钻到砂层时，大量砂粒会混入泥浆中，使含砂量增加、泥皮松散、失水量与比重加大，这不但使护壁性能降低，加速水泵磨损，严重时还可能造成由于泥皮塌落而发生孔内事故；在遇到承压水层时，地下水会大量侵入孔内使泥浆稀释、性能被破坏等等。这时应及时调整泥浆的性能，否则就难以维持正常的钻进。（3）主要材料水泥品种：PC32.5复合硅酸盐水泥，砂层中平均水泥用量不小于300kg/m，粘土层中水泥用量不小于250kg浆水灰比1:1.0，水泥浆可加入0.05%的三乙醇胺，或可根据现场试验确定。（4）主要工艺参数高压旋喷工艺参数表5-4-8序号施工参数内容施工标准1钻孔垂直度偏差1%2浆液喷射压力﹥30MPa3提升速度12~204旋转速度20r/min2）施工工艺正确制定三重管旋喷桩施工工艺，是保质保量完成本工程的关键。合理的施工工艺和参数应通过现场工艺性试验来确定。施工工艺流程图5-4-10三重管旋喷桩施工流程图图5-4-11旋喷桩施工示意图（2）泥浆处理高压旋喷注浆施工中将置换出一定量的废浆，除少量重复利用外，大部分尚需经沉淀浓缩处理后外运。本工程将设置4个废浆池，东西两侧分别设置2个，供轮换使用，废浆处理后即可外运。3）施工步骤（1）定位放线：根据旋喷桩位放线标记布设孔位。并根据已完成的钻孔灌注桩位与测量放线的定位结果相校核。（2）钻机就位：将钻机安置在设计的孔位上，使钻杆头对准孔位中心。为保证钻孔达到设计要求的垂直度，对钻机进行水平校正，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置。（3）钻孔：钻机根据布设的孔位，先行施工导孔。终孔深度应至设计高度，终孔前应及时报告现场技术人员，并由相关负责人员签字后方可终孔。孔径应满足设计要求，保证不塌孔。施工前，根据该工程详细勘察报告和试成孔情况，若土质较软，亦可取消预成孔工序。（4）插管：用胶带封包旋喷注浆管的喷嘴，将喷管下至设计深度。使用震动型旋转钻机时，插管与钻孔两道工序合二为一，钻孔完毕后，插管作