正循环钻孔水下灌注桩施工工法

正循环钻孔水下灌注桩施工工法

1工法特点

1.1施工工期短

1.1.1正循环旋转钻机钻机小，质量轻，在狭窄工地也能使用。

设备故障相对较少，工艺技术成熟、操作简单、易于掌握。

1.1.2正循环旋转钻机适宜在土质较软的土层中施工，如粉质粘

土、混粉砂土、细中粗砂、粉砂土、少量卵石、砾石（含量少于20%）

的土、软岩。针对此地质层使用正循环成孔率高形成流水作业是整个

钻孔桩施工工期缩短。

1.2成孔质量高

1.2.1正循环旋转钻机施工时边钻进边护壁，用泥浆以高压通过

空心钻杆，从钻杆底部射出。在回转时将土壤搅松形成钻渣，被泥浆

悬浮，随泥浆上升而溢出至孔外泥浆槽经过沉淀池沉淀再循环使用。

井壁靠水头和泥浆保护

L3安全性能好

1.3.1正循环钻机自带动力钻孔，传递损失小，节省能源，减小

施工电力布置，确保了用电安全。

1.3.2地面震动小，噪音低，劳动条件较好，适用于城镇施工,

社会效益显著。

1.3.3正循环钻孔速度快，成孔垂直度高，扩孔率小，效益显

著。

L4经济效果佳

1.4.1正循环钻机自带动力，减小了辅助起吊设备，节省能源,

减小施工电力布置。

1.4.2单机效率极高，节约了机械设备费用。

1.4.3正循环钻机与其它钻机相比油耗小。

1.4.4正循环钻机体积小运输费用低。

2适用范围

适宜在土质较软的土层中施工，如粉质粘土、混粉砂土、细中粗

砂、粉砂土、少量卵石、砾石（含量少于20%）的土、软岩。

3工艺原理

正循环钻机工作是电动机将动力经由皮带传送至转盘旋转设备，

带动它的空心钻杆转动，将扭转力传递至钻锥，钻锥受到重压切削

泥沙；另用泥浆泵将泥浆经空心钻杆压入孔底后，在钻杆外上升。泥

浆将钻渣悬浮出孔外，并起到护壁的作用。带有钻渣的泥浆经过沉淀

净化后进入储浆池循环使用。

4施工工艺流程及操作要点

4.1工艺流程

图4.1施工工艺流程图

4.2操作要点

4.2.1施工准备

检查正循环钻机所需的各项机具设备的数量和配件是否齐全，

电气性能是否完好，使用时.，应派专人经常检查和维护，确保钻机

处在良好的工作状态。钢丝绳必须选用同向捻制、柔软优质、无死弯

无断丝者，安全系数不小于12。

4.2.2场地平整

将墩位处地面开挖清除杂物、淤泥并检查孔位地下是否有管线、

光缆或其他物体，平整桩基范围内的场地并压实后进行钻孔桩施工。

4.2.3泥浆池、沉淀池设置

泥浆池、沉淀池在桥墩附近开挖,具体布设方案应根据桩基钻进

时所需的泥浆量计算确定，钻渣及时清理外运。

4.2.4测量放样

钻孔前根据墩台位置和现场情况，将场地平整压实后或钻孔平

台搭建完毕后，即可测量放桩位，测定桩位后，做好标识，并注意

保护。以便施工过程中随时复核桩位，保持桩位的准确性。并请测量

监理工程师复测无误后方可进行钻孔施工。

4.2.5钢护筒埋设

墩位场地平整好后即可埋设钢护筒，护筒埋设时顶面高出地面

0.3m,陆上墩一般埋设深度不小于护筒直径的1〜1.5倍。水上墩位

护筒长度为钻孔平台顶面至河床面的距离与入土深度之和，根据地

层条件，入土深度控制在6m-7m。水上墩位待平台搭设完毕后测量安

放钢护筒插打导向架，钢护筒吊放就位后，用打桩机进行钢护筒插

打，钢护筒下沉到位后应及时联结形成整体，焊接护筒顶支承环,

完成钢护筒支承，同时还能起到防止护筒在水下混凝土灌注施工时

上浮或下沉的作用。水中护筒顶部应高出水面1〜2米。

护筒埋设或插打到位后，由测量人员对护筒偏位进行检查。护筒

埋设的允许偏差为：顶面中心偏差不得大于5cm,斜度不得大于1%。

4.2.6正循环钻机安装

钻机平台处必需碾压密实，承压面必须坚实平整，水上平台应

保证受力平稳牢固，确保钻进过程中钻机不移位、下沉。钻机就位时

与平面最大倾角不超过4。。将钻机行驶到要施工的孔位，调整桅杆

角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，并放入孔内，调

整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环

刀自由浮动孔内。

钻机就位后，测放护筒顶、地面及钻机平台标高，用于钻孔时孔

深测量参考。钻头中心与护筒顶面中心的偏差不得大于5CIDo

4.2.7检孔

钻孔至设计高程经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认合

格后，钻机移位。浇筑水下混凝土前沉渣厚度要满足设计要求，沉渣

厚度不大于10cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。清孔达到

以下标准：

1孔内排出的泥浆手摸无2〜3mm颗粒；

2泥浆比重不大于1.1；

3含砂率小于2%；

4黏度为17〜20S；

清孔时注意事项：在清孔排渣前必须注意保持孔内水头，防止

坍孔；清孔后，孔底提取的泥浆指标符合设计要求。在灌注水下混凝

土前，孔底沉淀厚度保持不大于lOcmo

4.2.8下放钢筋笼

将分节制作好的钢筋笼运至指定地点，采用吊车接长下放钢筋笼。

表4.2.2-8钢筋笼制作及安装标准

序号指标项目允许偏差范围检查方式

1钢筋笼全长±2d尺量检查

2钢筋笼直径±10mm尺量检查

3主筋间距±0.5d

尺量检查不少

4加劲筋间距±20mm

于5处

5箍筋间距±20mm

6钢筋笼垂直度<1%L吊线尺量检查

7钢筋保护层厚度+10,—5mn尺量检查

4.2.9导管安装

钢导管内壁光滑、圆顺，内径一致，接口严密。导管直径与桩径

及混凝土浇筑速度相适应。使用前进行试拼和水密、承压和接头抗拉

试验，按自下而上顺序编号和标示尺度。导管组装后轴线偏差，不超

过钻孔深的0.5%并不大于10cm,试压力为孔底静水压力的1.5倍。

导管位于钻孔中央，在浇筑混凝土前，进行升降试验。导管吊装

升降设备能力，与全部导管充满混凝土后的总重量和摩阻力相适应,

并有一定的安全储备。

混凝土浇筑支架用型钢制作，用于支撑悬吊导管，吊挂钢筋笼,

上部放置混凝土漏斗。导管安装后，其底部距孔底有250〜400mm

的空间。

4.2.10浇注混凝土前二次清孔

导管安装完毕，检查孔底沉淀情况。若孔底沉硝厚度大于100mm,

利用水封导管采用正循环法进行二次清孔。清孔完成后泥浆指标应满

足如下要求：相对密度1.03〜1.10、粘度17〜20PaS、含砂率＜2%、

胶体率＞98%,沉渣厚度W100mm。

4.2.11灌注水下混凝土

1灌注混凝土的拌制

严格按照施工规范进行混凝土配合比设计，必须测定砂、石含水

率，将理论配合比换算成施工配合比。混凝土拌合采用强制式搅拌机,

搅拌时间不少于1.5min。

2混凝土运输

从拌合楼用混凝土运输车将混凝土运至指定地点。

3灌注混凝土浇筑

灌注水下混凝土时，应探测水面或泥浆面以下的孔深所灌注的

混凝土面高度，以控制沉淀层厚度，导管理深桩顶高度。如探测不准

确，将造成沉淀过厚，导管提漏，埋管过深拔不出或短桩事故。因此,

在钻孔灌注桩中是一项非常重要的工作，一定要由具有高度责任心

的人来操作。

目前测深多用重锤法，重锤的形状是锥形，底面直径不小于

10cm,重量不小于5kg。用绳系锤吊入孔内，使之通过泥浆沉淀层而

停留在混凝土表面（或表面下10-20厘米）根据测绳所示锤的沉入

深度作为混凝土灌注深度。本方法完全凭探测者手中所提测锤在接触

顶面以前与接触顶面以后不同重量的感觉而判别。测锤不能太轻，而

测绳又不能太重，否则，探测者手感会不明显，在测深桩，测锤快

接近桩顶面时，由于沉淀增加和泥浆变稠的原因，就容易发生误测。

探测时必须要仔细，并以灌注混凝土的数量校对以防误测。

灌注混凝土时，导管埋入混凝土的深度，一般宜控制在2-6m

较好。大于6m以上时，易发生埋管事故。因此控制导管埋深，直接

影响成桩质量，所以拔管前须仔细测探混凝土面深度，用测深锤测

孔时，采用三点测法，防止误测。

灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序，应特别注意。钻孔应

经验孔质量检验合格后，方可开始灌注工作。

灌注水下混凝土采用钢导管灌注，采用导管内径为25-30cme导

管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，严禁用压气试压。进行水

密试验的水压不应小于孔内水深1.5倍的压力。

首批灌注混凝土的数量公式：

V>—(H,+H2)+—h,

41241

h,=-^^-

Yc

式中：V—浇筑首批混凝土所需数量(m3)

D--钻孔桩直径(m)

H1一桩孔底至导管底端距离，一般为0.4m

H2一导管初次埋置深度(m)

d—导管内径（m）

hl一孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平

衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m）

Hw一桩孔内混凝土面至孔内泥浆顶面高度（m）

九一一泥浆比重

八一一混凝土比重

导管底口与孔底的距离为25-40cm,首批灌注混凝土的最小深度

（导管底口到混凝土面的高度）应保证导管埋入混凝土中的深度不小

于1m。

灌注开始后，应紧凑地，连续地进行，严禁中途停工，在灌注

过程中要防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底。使泥

浆内含有水泥而变稠凝结。致使测深不准确。灌注过程中，应注意观

察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高

度，正确指挥导管的提升和拆除。拆除导管动作要快，时间一般不宜

超过15分钟，要防止螺栓，橡胶和各种工具等掉入孔中注意安全。

在灌注混凝土过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后

续混凝土要徐徐灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤

出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。

为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上加灌一定高度。增加高度,

可按孔深成孔方法，清孔方法确定，一般不宜小于0.5〜1m。

5人员、设备与材料

5.1人员

表5.1钻孔桩施工劳动力组织表

序号上和人数作业内容

1工长1施工现场的管理、安排

2质检员1施工过程监控、工程质量检验

3试验员1试验检测

4机械操作员4操作钻机

5险工4灌注桩碎施工

6钢筋工10钢筋加工及安装

5.2材料

5.2.1钢筋要求

钢筋外观：无裂纹、重皮、气孔、氧化、铁皮锈、死弯及油污等。

钢筋进场前应由厂家提供出厂质量证明书和试验报告单。进场后

钢筋应分批（每批不超过60t）抽样复验。

下料时，应根据梁体钢筋编号和供料尺寸的长短，统筹安排,

采用连续配料法下料以减少钢筋的损耗。钢筋应在常温下加工，不宜

加热。弯制钢筋宜从中部开始，逐步弯向两端。

5.2.2混凝土要求

开盘前试验人员应严格测定粗细骨料的含水率，准确测定因天

气变化而引起的粗细骨料含水量变化，以哽及时调整施工配合比。一

般情况下，含水量每班抽测2次，雨天应随时抽测，并按测定结果

及时调整混凝土施工配合比。

混凝土要有很好的流动性，塌落度控制在18-22cm,保证能顺利

翻浆。且具有较好的粘聚性和保水性，防止运输和浇筑过程中发生离

析和泌水现象。

5.3设备

表5.3-1钻孔桩施工主要机械设备表

序号名称规格数量备注

1正循环钻机1

7泥整泵3PN3台

8钢筋加工机械2套

9电焊机BX3-5005台

9混凝土拌合楼1座

10导管6300mm2套

11混凝土运输车5台

13汽车吊机25t1台

14装载机ZLM30E1台

15平板车1台

6质量控制

6.1引用标准

6.1.1《桥梁施工技术规范》(JTG/TF50-2011)

6.1.2《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2012

6.1.3《公路工程施工安全技术规程》(JTJ076-95)

6.1.4《公路工程竣(交)工验收办法》

6.1.5设计图纸等资料

6.2控制措施

6.2.1泥浆采用优质粘土与水拌合而成并掺入一定比例的膨润土,

制备的泥浆应满足：含砂量W4%、胶体率296%、泥浆比重21.2。钻

孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆，维持护筒内应有

的水位，防止孔壁坍塌。桩孔混凝土灌注时，孔内溢出的泥浆引流至

泥浆池内，用于下一根桩基钻孔护壁。

6.2.2钻孔前，按施工设计所提供的地质、水文资料绘制地质剖

面图，针对不同地质层控制钻进速度及适当的泥浆比重。

6.2.3钻孔作业保持连续进行，不中断。

6.2.4孔外水头应该保持大于2m。

6.2.5当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔位和孔形

等进行检查，确认满足设计要求后，行孔底清理和灌注水下混凝土

的准备工作。

7安全措施

7.1安全要求

7.1.1钻机司机应持证上岗；禁止非司机本人上机操作。

7.1.2钻机司机在保养或操作钻机前，应熟知钻机使用说明书、

安全操作规程等；杜绝违章作业。

7.1.3在钻机施工中，必须随时对钻机做好以下几方面日常维护

工作：

工作前都要给钻杆随动导向架（钻杆上支架）轴承加注黄油；

经常检查钢丝绳、挂钩是否完好；钢丝绳在主卷扬筒上必须排列

有序，出现错乱，应重新绕排。钢丝绳最少有三圈必须保留在卷筒

上。钢丝绳出现扭转现象，应检查活接头，不合格要及时更换。

经常检查油管、密封圈的破损情况，准备备用件应付急需；

随时注意电路继电器是否老化，及早准备备用件；

检查钻杆提引器（钢丝绳连接体）轴承转动是否灵活，如果损坏

应马上更换。

7.1.4发动机起动前：

1应确保机器上已配备照明系统，所有的灯工作正常。

2施工场地必须保证有良好的照明系统，并调整好灯具。

7.L5钻机操作前:

请所有人员离开机器和附近地区。

清除钻机运行通道上的所有障碍物。

特别要注意电缆沟、回填土等危险场地和其它复杂地形。

确保机器上