《地基处理工程施工》-学习单元4.2

4.2.1任务描述一、工作任务

1.桩基拙施工任务试完成某高层商住楼桩基础工程施工。要求确定该桩基础工程的施工方案并组织施工，确保安全、经济、文明施工。施工时间为3月份。

2.工程概况该工程为某高校职工住宅楼，主体结构为30层钢筋混凝土剪力墙结构，地下负两层作为人防和设备机房。建筑平面为矩形，长宽均为46.80m，建筑面积为32640㎡，层高3.0m,檐口高度99.91m。坐北朝南，如图4-16所示。基础采用钢筋混凝土灌注桩基础，桩直径为0.80m，桩长为35.00m，承台板厚为500mm。下一页返回4.2.1任务描述

基础材料:混凝采用C30，纵向受力钢筋采用HRB335，水平分布筋采用HPB300,箍筋采用HPB300。本工程地处市中心，人流车流密集，施工场地狭小，工期要求紧急，基础施工中要求实时监测对周围环境的影响，及时采取相应措施。

3.地质条件据工程地质勘察资料，该工程施工深度范围内地层土质分布情况如下:室外地面标高为-1.05m，地面以下首层为3.6m厚的杂填土;其下相继为8.7m的粉质钻土层，10.1m的粉砂层，10.2m的细砂层，7.9m的粗砂层。桩基持力层在密实的粗砂层内，桩基底标高为-39.20m。地下水位在地面以下2.80m处，没有侵蚀性;该地区夏季主导风向以东南风为主，冬季主导风向以西北风为主，冻深为0.80m。上一页下一页返回4.2.1任务描述

各层土的物理力学性质指标列于下表(见表4-13)。

4.基础工程施工条件①甲方已经提供桩基础施工图;②双方已经签订施工承包合同;③相关的施工手续均以审批、并已取得施工开工许可证;④工程相关的临时设施已经搭建完毕;⑤三通一平(水通、电通、道路通、场地平)的基本施工条件已经具备;⑥试桩工作已完成，并得到载荷试验等合格资料;⑦场地及周围上下影响范围的地物地貌、永久性设施均已查清，并已得到妥善处理。

上一页下一页返回4.2.1任务描述

施工要求:基础施工要严格依据甲方提供的桩基础施工图、甲乙双方签订的工程承包合同、国家正式颁布的建筑相关法律法规、设计与施工规范、标准图等相关文件进行施工。施工过程必须照图施工;如有异议，提前提出施工变更申请，并经相关部门审核审批，不得在施工过程中擅自改动设计。桩位平面布置图如图4-16所示。二、工作项目①施工前期准备;②施工工艺流程规划;③施工组织实施;④施工质量与安全控制;⑤工程检验与评价;⑥工程资料整理。上一页下一页返回4.2.1任务描述

三、工作手段

《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002);《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002);场地工程地质勘察报告;桩基础施工图;钻机;混凝土;溜斗;串筒;护筒;汽车吊;推土机;钢筋;钢筋切割机;模板;振捣器;测量仪器;钢尺;铁锤;铁钉;铁锹;乎推车;工程线等。上一页返回4.2.2案例示范一、案例描述

1.工作任务

(1)桩基础施工任务试完成某职工住宅楼桩基础工程施工。要求确定该桩基础工程的施工方案并组织施工，确保安全、经济、文明施工。施工时间为5月份。

(2)工程概况该工程为太原龙潭高层住宅楼，主体结构为钢筋混凝土剪力墙结构，地上30层，地下两层作为人防和机房。建筑面积为22950㎡，层高3.0m,檐口高度100.61m基础采用钢筋混凝土灌注桩基础，桩径为0.80m，桩长为38.00m。承台板厚为500mm。下一页返回4.2.2案例示范

基础材料:混凝采用C30，纵向受力钢筋采用HRB335，水平分布筋采用HPB300,箍筋采用HPB300,本工程地处市中心，人流车流密集，施工场地狭小，工期要求紧急，基础施工中要求实时监测对周围环境的影响，及时采取相应措施。

(3)地质条件据工程地质勘察资料，该工程施工深度范围内地层土质分布情况如下:室外地面标高为-1.20m，地面以下首层为3.6m厚的杂填土;其下相继为8.7m的粉质钻土层，10.1m的粉砂层，10.2m的细砂层，7.9m的粗砂层。桩基持力层在密实的粗砂层内，桩基底标高为-39.20m。上一页下一页返回4.2.2案例示范

地下水位在地面以下2.930m处，没有侵蚀性;该地区夏季主导风向以东南风为主，冬季主导风向以西北风为主，冻深为0.80m。各层土的物理力学性质指标列于见表4-14。

(4)基础工程施工条件①甲方已经提供桩基础施工图;②双方已经签订施工承包合同;③相关的施工手续均以审批、并已取得施工开工许可证;④工程相关的临时设施已经搭建完毕;⑤三通一平(水通、电通、道路通、场地平)的基本施工条件已经具备;⑥试桩工作已完成，并得到载荷试验等合格资料;上一页下一页返回4.2.2案例示范⑦场地及周围上下影响范围的地物地貌、永久性设施均已查清，并已得到妥善处理。施工要求:基础施工要严格依据甲方提供的桩基础施工图、甲乙双方签订的工程承包合同、国家正式颁布的建筑相关法律法规、设计与施工规范、标准图等相关文件进行施工。施工过程必须照图施工，如有异议，提前提出施工变更申请，并经相关部门审核审批，不得在施工过程中擅自改动设计。桩位平面布置图如图4-17所示。

2.工作项目①施工前期准备;②施工工艺流程规划;③施工组织实施;④施工质量与安全控制;⑤工程检验与评价;⑥工程资料整理。

上一页下一页返回4.2.2案例示范3.工作手段

《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002);《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002);场地工程地质勘察报告;桩基础施工图;钻机;混凝土;溜斗;串筒;护筒;汽车吊;推土机;钢筋;钢筋切割机;模板;振捣器;测量仪器;钢尺;铁锤;铁钉;铁锹;手推车;工程线等。二、案例分析与实施

1.施工前期准备

(1)技术准备

1)收集并熟悉相关施工资料①收集地基勘探报告;上一页下一页返回4.2.2案例示范②熟悉地基与基础工程施工质量验收规范;③熟悉基础工程施工图纸及图纸会审纪要;④编制基础施工方案并报批;⑤测设施工控制网(轴线定位桩和高程控制点)，并报建设和监理单位复核;⑥做好人员组织、机械调配、材料供应计划;⑦了解主要施工机械及配套设备的技术性能，做好施工前的技术交底;⑧做成孔试验(数量不少于2个)，以检核地质报告，检查设备和工艺流程。上一页下一页返回4.2.2案例示范2)确定施工参数基础工程主要施工参数确定于表4-15。

(2)材料准备①混凝土:坍落度一般要求为180~200mm，和易性及强度等级符合设计要求，常用度等级为C20~C40，本工程采用C30混凝土;②钢筋:品种和规格均符合设计要求，并有出厂合格证及复试合格报告;③垫块:用1:3水泥砂浆做成轻式预制块或采用塑料下;④孔盖板;⑤钻机耗材:液压油、齿轮油、润滑油、柴油、钢丝绳;⑥制备泥浆材料:膨润土、纯碱、外加剂等符合要求。

上一页下一页返回4.2.2案例示范(3)机具准备

1)主要机具:旋挖钻机目前常用的旋挖钻机主要有国产和进口两大类，旋挖钻机主要技术性能参数见表4-16。

2)辅助机具:钻杆、钻头、泥浆泵、泥浆管、导管、电焊机、测绳等。①钻杆:旋挖钻机常用钻杆有传动键伸缩式圆钻杆和伸缩式方钻杆。传动键伸缩式圆钻杆又分机锁式、摩阻式和多锁式;②旋挖钻斗:旋挖钻机常用钻斗有底开式钻斗、半合式钻斗、销定式钻斗，其中底开式较常见，分为普通单底盖和捞砂双层底式;上一页下一页返回4.2.2案例示范③斗齿:常用的斗齿有楔形及弯角齿套两种，切削角为35°~55°，小切削角适用于软土层钻进，弯角齿套切削角为60°~70°，适用于硬土层钻进;④导管:宜用厚壁螺纹连接的钢导管，规格有200mm,250mm,300mm,350mm等，密封性良好;⑤测绳:设有标定尺寸点。

3)钢筋混凝土施工机械:同学习单元3.3筏形基础。

(4)作业条件准备

1)一般条件准备首先，做好施工现场三通一平的基本作业条件准备工作，即:水通、电通、道路通、场地平。上一页下一页返回4.2.2案例示范2)特殊条件准备①钢丝绳长度的选取:钢丝绳长度选择可按下式确定:

钢丝绳长度=孔深+机高+(15~20)m②设备调试:对钻机和各种配套设施进行安装调试，确保其安全可靠性及完好性;③现场布置:根据施工总平面图进行布置，搭建临时设施，砌筑泥浆池，泥浆池大小一般为钻孔体积的1.5~2倍，高约1.5m;④施工控制网点检查完好。

2.施工工艺流程规划

(1)施工工艺确定上一页下一页返回4.2.2案例示范

因本工程地处繁华地带，环保控制条件严格，加之工期紧急，故选用成桩效率较高的旋挖成孔灌注桩，旋成孔灌注桩施工具有噪声低、振动小、转矩大、成孔速度快(3~5孔/d)、自带动力、无泥浆循环等优点，特别适用于对噪声、振动、泥浆污染要求严格的场地施工。多用于大型建(构)筑物(如大型立交桥、工业与民用建筑)基础桩、抗浮桩及用于基坑支护的护坡桩等。

(2)旋挖钻机挖孔顺序旋挖钻机成孔应采用跳挖方式。

(3)施工工艺流程规划测放桩位→钻机就位→启动旋挖(干、湿作业)→泥浆护壁→提钻卸土→清孔→成孔检测→钢筋笼吊放→混凝土浇筑→混凝土养护→成桩检测

上一页下一页返回4.2.2案例示范3.旋挖灌注桩基础施工实施

(1)测放桩位通过施工控制网，先测放轴线定位桩和标高控制点，再根据桩基施工图，施放桩位点，桩位确定后用两根互相垂直的直线相交于桩点，定出十字控制点，妥善保护并用自灰或插短钢筋做好标志。

(2)钻机安装就位钻机履盘坐落位置应平实，坡度不大于3°,一也不能过于虚软，要求地耐力不小于100kPa,以避免因场地不平、不实，产生功率损失及倾斜位移，或发生倾覆，引发安全事故。图4-18为旋挖桩钻机钻斗示意图。上一页下一页返回4.2.2案例示范(3)钻机对准桩位调整旋挖钻机的桅杆，使之处于铅垂状态，让钻斗或螺旋钻头对正桩位。

(4)埋设护筒为保证孔壁稳定，应视表土松散层厚度，孔口下人适当长度的护筒。用钻机钻孔，钻至设计深度，下沉护筒，护筒宜采用10mm以上厚钢板制作，护筒直径应大于孔径200mm左右，护筒的长度应视地层情况合理选择，一般取2~9m，当地层土质不好时取大值。护筒顶部应高出地面200mm左右，周围用钻土填埋并夯实，护筒底部应坐落在稳定的土层上，中心偏差不得大于50mm。上一页下一页返回4.2.2案例示范

测量孔深的水准点，用水准仪将高程引至护筒顶部，并做好记录。

(5)泥浆制作现场将膨润土、纯碱加水用泥浆搅拌机搅拌，搅拌数量至规定体积。搅拌时间一般不少于3min，必要时还可加人其他外加剂(如增钻剂、重晶石粉)，增大泥浆相对密度，锯末、棉子等防止漏浆。泥浆性能指标可参考表4-17。

(6)旋挖钻进成孔

1)钻进钻头着地旋转钻进，以钻具钻头自重和加压油缸的压力作为钻进压力。每一回次的钻进量应以深度仪表为参考，以说明书钻速、钻压转矩为指导，进尺量适当。上一页下一页返回4.2.2案例示范

钻斗边旋边挖，直到钻斗内装满土砂后，将其提升上来。

2)提钻提钻速度不宜过快，否则容易产生负压，造成孔壁坍塌。一般钻斗提升速度可按表4-18推荐值使用。在桩端持力层钻进时，可能会由于钻斗的提升产生的负压引起持力层松弛，因此在接近孔底标高时，应注意减小钻斗的提升速度。

3)卸土旋转钻机将钻斗内的土卸出，关闭钻斗活门将钻机转回孔口，降落钻斗，继续钻进。钻斗倒出的土距桩孔口的最小距离应大于6m，用铲车将渣土及时运走，运至不影响施工作业为止。上一页下一页返回4.2.2案例示范4)泥浆护壁控制要注意泥浆液面变化情况，应根据钻进速度同步补充泥浆，保持泥浆面高度不变，以维持孔内压力平衡。施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上。在清孔过程中，应不断置换泥浆，直至灌注水下混凝土。灌注混凝土前，孔底50mm以内的泥浆相对密度应小于1.25;含砂率不得大于8%;钻度不得大于28s。在容易产生泥浆渗漏的土层中，应采取维持孔壁稳定的措施。上一页下一页返回4.2.2案例示范5)不同土层钻进措施当遇软土层(特别是钻性土层)时:应选用较长斗齿及齿间距较大的钻斗以免糊钻，提钻后应经常检查底部切削齿，及时清理齿间钻泥，更换已磨钝的斗齿;当遇硬土层时:如发现每回次钻进深度太小，钻斗内碎渣量太少，可换一个较小直径钻斗，先钻一小孔;然后，再用直径适宜钻斗扩孔;

当遇砂卵砾石层时:为加固孔壁和便于取出砂卵砾石，可事先向孔内投入适量钻土球，并采用双层底板捞砂钻斗，以防提钻过程中砂、卵、砾石从底部漏掉。上一页下一页返回4.2.2案例示范(7)清孔因旋挖钻用泥浆不循环，在保障泥浆稳定的情况下，清除孔底沉渣，一般用双层底捞砂钻斗。在不进尺的情况下，回转钻斗使沉渣尽可能地进入斗内。反转，封闭斗门，即可达到清孔的目的。

(8)钢筋笼制作按设计图纸及规范要求制作。一般不超过29m长时，可在地表一次成形;超过29m,宜在孔口焊接。灌注桩钢筋笼配筋可参考学习单元2.1基坑支护，第2.1.2案例示范中钢筋工程相关要求。

(9)下钢筋笼钢筋笼场内移运，可用人工抬运或用平车加托架移运，不可使钢筋笼产生永久性变形;钢筋笼起吊，要采用双点起吊。上一页下一页返回4.2.2案例示范

钢筋笼大时，要用两个桥式起重机同时多点起吊，对正孔位，缓缓下行，不准强行压入。图4-19为大直径灌注桩钢筋笼吊放，图4-20为小型钢筋笼吊放。

(10)下导管导管连接要密封、顺直，导管下端要安装隔水塞，隔水塞应具有良好的隔水性能，并能顺利排出。导管下口离孔底约30cm即可，导管平台应平整，夹板牢固、可靠。

(11)浇筑混凝土

1)隐蔽检查及二次清孔钢筋笼、导管下放完毕后，要做隐蔽检查，必要时进行二次清孔。验收合格后，立即浇筑混凝土。上一页下一页返回4.2.2案例示范

使用预拌混凝土应具备设计的强度等级、良好的和易性，坍落度宜为180~220mm。将二次清孔(可换较小的钻斗)后，装满渣土的钻斗提升。

2)导管埋深导管埋入混凝土深度保证在2~6m，随着混凝土面上升，随时提升导管。混凝土初灌量应保证导管下端埋入混凝土面下，不少于0.8m。

3)防止钢筋笼上浮措施在孔口将钢筋笼上端适当固定，灌注时间尽量缩短，防止混凝土进入钢筋笼时流动性变差;当孔内混凝土进入钢筋笼1~2m时，应适当提升导管，减小导管埋深，增大钢筋笼在混凝土中的埋置深度(见图4-21)。上一页下一页返回4.2.2案例示范4)桩头控制灌注结束时，控制桩顶标高使混凝土面超过设计桩顶标高300~500mm，保障桩头质量。

(12)桩身混凝土及混凝土保护层厚度①桩身混凝土强度等级不小于C25，混凝土预制桩尖强度等级不小于C30。②灌注桩主筋的混凝土保护层厚度不应小于35mm，水下灌注桩的主筋混凝土保护层厚度不得小于50mm。

4.质量与环保控制措施

(1)质量控制措施

1)钢筋笼措施上一页下一页返回4.2.2案例示范

钢筋笼保护:雨天应覆盖防止雨淋，防止钢筋生锈，地面应平整，防止钢筋笼变形，不能直接放于潮湿的地面。钢筋笼下放:事先绑扎好保护层垫块，下放时垂直居中，确保钢筋笼不剐蹭孔壁。钢筋笼较长时，为确保起吊时不变形，可设置3~4个吊点，也可以将钢筋笼分两节加工，分两次吊放。

2)坍孔预防措施主要原因有:泥浆稳定液选择不当，护筒埋设不当，水头压力不够，发生流砂等。预防措施有:钻进前即选择与地层相适应的泥浆稳定液护壁钻进。护筒应埋置在稳定地层，周围用钻土捣实，埋设位置应与孔位同心。松散的粉砂层钻进时，应适当控制进尺速度，轻压慢进。上一页下一页返回4.2.2案例示范

终孔后，做灌注混凝土准备工作时，仍应保证足够的补水量。加强对孔壁土层涌水情况的观察，如发现流砂、大量涌水等异常情况，应及时采取处理措施。

3)埋钻事故处理埋钻事故一般发生的原因主要有:泥浆性能与地层要求不相适应，产生坍孔后发生埋钻;卡钻、主绳断裂等事故处理时间过长，产生大量沉淀引起埋钻。发生埋钻事故后，可采用辅助提升法、气举松动法或近旁钻孔法进行处理。

4)孔斜防治钻头所受阻力不均，导致钻具偏斜，造成孔斜;或者钻机位置发生串动，或底座产生局部下沉使钻孔倾斜。上一页下一页返回4.2.2案例示范

预防措施是:用好泥浆稳定液，保持孔壁稳定，放慢钻进速度，加固钻机底座，提高地耐力，采用导向性好、桅杆刚性强的旋挖钻机进行施工。

5)钻土层旋挖措施钻土层具有较强的造浆能力和遇水膨胀的特性，钻进中除应严格控制泥浆钻度增大外，还应适量向孔内投部分砂砾，或适当注水防止糊钻。钻进时不宜用捞砂斗钻进，应选择扩孔器稍大的单底钻头钻进。

6)桩距小于3.5d(d为桩径)的挤土(或部分挤土)灌注桩，应采取跳打法施工，以防对刚成孔或刚浇筑完的邻桩质量造成影响。

7)成桩的保护:旋挖成孔灌注桩施工完毕，桩头应进行保护，冬期时要有防冻措施。上一页下一页返回4.2.2案例示范8)安装和移动钻机、运输钢筋笼以及灌注混凝土时，均应注意保护好现场的轴线控制桩和水准基准点。

(2)安全环境保护措施

1)安全控制措施①在成孔和灌注桩施工前，认真查清邻近建(构)筑物情况，采取有效的防震安全措施，以避免成孔施工时震坏邻近建(构)筑物，造成裂缝、倾斜，甚至倒塌事故;②成孔机械操作时应安放平稳，防止成孔作业时突然倾倒，造成人员伤亡或机械设备损坏。预防措施是:移机时摸清地形，严禁盲日起车行走;起吊重物时，一定要在起吊允许范围内，并且重物位于钻机正前方;

上一页下一页返回4.2.2案例示范③成孔若灌注不及时，应将孔内灌注优质泥浆，孔口用盖板盖好，以防塌孔，导致行人及杂物掉入孔内;④对旋挖大孔径桩时，在旋挖钻机行走时，注意观察护筒周围土层有无地基塌陷情况，防止因泥浆浸泡而软化或冬季化冻，发生坍孔事故，务必避开塌陷地段;⑤冬期施工期间运输、存放、使用保温材料时，必须有灭火措施，堆放场地严禁烟火;现场严禁明火取暖，施工中确需用明火时，必须经批准取得用火证并采取措施后方能使用;⑥电气设备的接地保护牢靠，漏电保护装置灵敏，操作人员应使用绝缘工具。露天使用的电气设备、闸箱的防雨措施可靠，放置较高位置，电焊机等导电设备应加护雨罩。旋挖钻机雨期施工应有防雷接地，并定期检查;上一页下一页返回4.2.2案例示范⑦恶劣气候应停止成孔作业，休息或作业结束时，应切断电源总开关;⑧现场工作人员必须戴安全帽;井口作业人员应挂安全带，以防滑人井孔。

2)环保控制措施①施工垃圾应在适当地点设置临时堆放点，并定期外运。外运途中需采取遮盖措施，以防撒漏;运土车辆出场需冲洗，以免污染道路;水管、泥浆管不用时，应及时清洗干净。现场排水经沉淀后，方能排入污水管道;②施工中噪声必须控制，对噪声超标机械采用有效的隔声措施，施工中不得大声喧哗，尽量减小人为噪声;上一页下一页返回4.2.2案例示范③临时施工道路基层应夯实，并随时清扫、洒水，减少道路扬尘;④现场泥浆应有组织地排放至泥浆池或沉淀池内，泥浆外运应使用封闭罐车，运到指定地点排放，以免造成环境污染。

5.工程检验与评价施工的全过程都应做好相应的检验工作。施工前:应对水泥、砂、石子(如现场搅拌)、钢材等原材料进行检查，对施工组织设计中制定的施工顺序、监测手段(包括仪器、方法)一也应检查;

施工中:应对成孔、清孔、放置钢筋笼、灌注混凝土等进行全过程检查，嵌岩桩必须有桩端持力层的岩性报告;上一页下一页返回4.2.2案例示范

施工后:应检查混凝土强度，并应做桩体质量及承载力检验。具体应做好以下几方面的检验工作:(1)桩身材料检验:满足设计要求。

(2)桩平面位置及垂直度偏差检验:见表4-19。

(3)钢筋骨架检验:见表4-20。

(4)桩身质量检验:见表4-21，满足设计要求。

(5)桩的承载力检验:满足设计要求。

(6)泥浆质量检验

1)泥浆质量应符合表4-22规定。上一页下一页返回4.2.2案例示范2)泥浆护壁检验规定施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上。在清孔过程中，应不断置换泥浆，直至灌注水下混凝土。灌注混凝土前，孔底500mm以内的泥浆相对密度应小于1.25;含砂率不得大于8%;钻度不得大于28s。在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施。

(7)孔底沉渣厚度检验钻孔达到设计深度，灌注混凝土前，孔底沉渣厚度指标应符合下列规定:①对端承型桩，不应大于50mm;②对摩擦型桩，不应大于100mm;上一页下一页返回4.2.2案例示范③对抗拔、抗水平力桩，不应大于200mm。根据以上检测结果对基础工程进行综合评价，确定其是否达到任务规定要求。

6.基础工程资料整理详细整理基础工程施工全过程的施工资料，分类存档，以备查阅。①桩设计图纸、施工说明、地质资料、混凝土灌注桩竣工桩位平面图;②钢筋、水泥、外加剂的出厂合格证及复检报告，粗、细骨料试验记录;③灌注桩从开孔至混凝土灌注的各工序施工记录;④隐蔽工程验收记录;上一页下一页返回4.2.2案例示范⑤单桩混凝土试件试压报告;⑥桩体完整性测试报告;⑦桩承载力测试报告;⑧灌注桩平面位置和垂直度检验记录;⑨混凝土灌注桩各分项工程检验批质量验收记录表。上一页返回4.2.3知识链接一、泥浆护壁钻(冲)孔灌注桩施工工艺泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的钻性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层。冲孔灌注桩除宜用于上述地质情况外，还能穿透旧基础、建筑垃圾填土或大孤石等障碍物。

1.施工准备

(1)技术准备同旋挖钻孔灌注桩(4.2.2案例分析相关内容)。

(2)材料准备同旋挖钻孔灌注桩(4.2.2案例分析相关内容)。

(3)机具准备

1)钻(冲)孔设备下一页返回4.2.3知识链接

常用的有国产转盘式循环钻机(正循环钻机、反循环钻机)、钻斗钻机(旋挖钻机)、潜水钻机、钢丝绳冲击式钻机。潜水钻机:潜水钻机主要由潜水电动机、齿轮减速器、密封装置、钻杆、钻头等组成，如图4-22所示。潜水钻机利用潜水电钻机构中的密封的电动机、变速机构，直接带动钻头在泥浆中旋切土;同时，用泥浆泵压送高压泥浆(或用水泵压送清水)，使之从钻头底端射出，与切碎的土粒混合，以正循环方式不断由孔底向孔口溢出，将泥渣排出;或用砂石泵或空气吸泥机用反循环方式排除泥渣，如此边连续钻进，边连续排出泥浆，直到形成需要深度的桩孔，浇注混凝土成桩。上一页下一页返回4.2.3知识链接2)辅助设施与机具。①护筒:钢质护筒或钢筋混凝土护筒，根据孔径和地层情况确定，现场安装情况如图4-23所示;②小型土方机械:用于沉淀池开挖和护筒埋设施工;③检测工具:测绳、线坠、孔径仪、水准仪、经纬仪、坍落度筒等;④泥浆系统:泥浆池、循环糟、废浆池、泥浆搅拌设备、泥浆泵、钻渣分离装置等。

3)清孔设备空压机、风管、砂石泵(射流泵)、掏泥筒等。

上一页下一页返回4.2.3知识链接4)混凝土浇筑机械及工具

(4)作业条件准备:同旋挖钻孔灌注桩(4.2.2案例分析相关内容)2.施工工艺流程

(1)循环(正、反)钻孔灌注桩、潜水钻机钻孔灌注桩工艺流程测量定位→埋设护筒→钻机就位→钻孔至设计深度→第一次清孔→移走钻机→安放钢筋笼→插入导管→第二次清孔→灌注水下混凝土→拔出导管及护筒。循环(正、反)钻孔灌注桩工艺流程，见图4-24。潜水钻机钻孔灌注桩工艺流程，见图4-25。潜水钻机钻孔灌注桩潜水成孔正、反循环排泥方法，见图4-26。上一页下一页返回4.2.3知识链接(2)旋挖斗钻孔灌注桩施工工艺流程测量定位→钻机就位→钻孔至预定深度→利用钻机埋设护筒→钻孔至设计深度→移走钻机→利用钻斗第一次清孔→安放钢筋笼→插入导管→第二次清孔→灌注水下混凝土→拨出导管及护筒。

(3)冲击钻孔灌注桩施工工艺流程测量定位→埋设护筒→钻机就位→冲孔至设计深度→移开钻机→安放钢筋笼→插入导管→清孔→灌注水下混凝土→拨出导管及护筒。

3.施工组织要点

(1)测量定位同旋挖钻孔灌注桩(4.2.2案例分析相关内容)。

上一页下一页返回4.2.3知识链接(2)泥浆制备和处理同旋挖钻孔灌注桩(4.2.2案例分析相关内容)。

(3)埋设护筒泥浆护壁成孔时，宜采用孔口护筒，护筒设置应符合下列规定:①护筒设置条件:当表层土为砂土，且地下水位较浅时，或表层土为杂填土，孔径大于800mm时，应设置护筒。护筒可用4~8mm厚钢板制作，其内径应大于钻头直径100mm，上部宜开设1~2个溢浆孔;②护筒的埋设深度:在钻性土中不宜小于1.0m;砂土中不宜小于1.5m。护筒下端外侧，应采用钻土填实;

上一页下一页返回4.2.3知识链接③护筒类型及埋设方法:当护筒直径小于1m且埋设较浅时，宜用钢质护筒，钢板厚度4~8mm;直径大于1m且埋设较深时，可采用永久性钢筋混凝土护筒。护筒的埋设，对于钢护筒，可采用锤击法;对于钢筋混凝土护筒，可采用挖埋法。护筒日应高出地面至少100mm。在埋设过程中，一般采用十字拴桩法，确保护筒中心与桩位中心重合。

(4)钻机就位钻机就位必须平正、稳固，确保在施工中不倾斜、移动。在钻机双侧吊线坠，校正调整钻杆垂直度(必要时可使用经纬仪校正)。为准确控制钻孔深度，应在桩架上做出控制深度的标尺，以便在施工中进行观测、记录。钻机设置的导向装置应符合下列规定:上一页下一页返回4.2.3知识链接①潜水钻的钻头上应有不小于3m长度的导向装置。②利用钻杆加压的正循环回转钻机，在钻具中应加设扶正器。

(5)钻孔和清孔

1)正循环钻机钻孔①钻头回转中心对准护筒中心，偏差不大于允许值。开动泥浆泵，使冲洗液循环2~3min;然后，再开动钻机，慢慢将钻头放置护筒底。在护筒刃脚处，应低压慢速钻进，使刃脚处的地层能稳固地支撑护筒，待钻至刃脚以下1m以后，可根据土质情况以正常速度钻进(不宜超过1m/min。

上一页下一页返回4.2.3知识链接②在钻土地层钻进时，由于土层本身的造浆能力强，钻屑成泥块状，易出现钻头包泥、憋泵现象。应选用尖底且翼片较少的钻头，采用低钻压、快转速、大泵量的钻进工艺。③在砂层钻进时，应采用较大密度、较大钻度，以提高泥浆悬浮、携带砂粒的能力。在坍塌段，必要时可向孔内投入适量钻土球，以帮助形成泥壁，避免再次坍塌。要控制钻具的升降速度和适当降低回转速度，减轻钻头上下运动对孔壁的冲刷。④在卵石或砾石土层钻进时，易引起钻具跳动、憋车、憋泵、钻头切削具崩刃、钻孔偏斜等现象，宜用低档慢速、优质泥浆、慢进尺钻进。上一页下一页返回4.2.3知识链接⑤钻进随循环冲洗液，为保证冲洗液在外环空间的上返流速在0.25~0.3m/s，以能够携带出孔底泥砂和岩屑，应有足够的冲洗液量。⑥清孔方法

a.抽浆法高压空气吹泥清孔(空气升液排渣法):是利用灌注水下混凝土的导管作为吸泥管，高压风作动力将孔内泥浆排走。高压风管可设在导管内一也可设在导管外。将送风管通过导管插入到孔底，管子的底部插入水下至少10m，气管与导管底部的最小距离为2m左右。压缩空气从气管底部喷出，搅起沉渣，沿导管排出孔外，直到达到清孔要求。为不降低孔内水位，必须不断地向孔内补充清水。上一页下一页返回4.2.3知识链接b.砂石泵清孔利用灌注水下混凝土的导管作为吸泥管，砂石泵或射流泵作动力将孔内泥浆抽走。

c.换浆法第一次沉渣处理:在终孔时停止钻具回转，将钻头提离孔底100~200mm，维持冲洗液的循环，并向孔中注人含砂量小于4%(相对密度1.05~1.15)的新泥浆或清水，令钻头在原位空转10~30min，直至达到清孔要求为止。第二次沉渣处理:在钢筋笼和下料导管放人孔内，至灌注混凝土以前进行第二次沉渣处理，通常利用混凝土导管向孔内压入相对密度1.巧左右的泥浆，把孔底在下钢筋笼和导管的过程中再次沉淀的钻渣置换出。

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灌注混凝土前，孔底沉渣厚度指标应符合下列规定:对端承型桩，不应大于50mm;对摩擦型桩，不应大于100mm;对抗拔、抗水平力桩，不应大于200mm。

2)反循环钻机钻孔①启动砂石泵，待泥浆循环正常后开动钻机，慢速回转，下放钻头至护筒底。开始钻进时应轻压慢转，待钻头正常工作后，逐渐加大转速，调整压力，并使钻头不产生堵水。在护筒刃脚处应低压慢速钻进，使刃脚处的地层能稳固地支撑护筒，待钻至刃脚以下1m以后，可根据土质情况，以正常速度钻进。上一页下一页返回4.2.3知识链接②要仔细观察进尺情况和砂石泵排水出渣的情况，排量减少或出水中含渣量较多时，要控制钻进速度，防止因循环液相对密度过大而中断循环。③为防止钻渣过多，卵、砾石堵塞管路，可采用间断钻进、间断回转的方法，来控制钻进速度。④如孔内出现塌孔、涌砂等异常情况，应立即将钻具提离孔底，控制泵量，保持冲洗液循环，吸除塌落物和涌砂;同时，向孔内补充加大相对密度的泥浆，保持水头压力，以抑制涌砂和塌孔，恢复钻进后，泵排量不宜过大，以防塌孔壁。⑤钻进达到要求孔深停钻时，仍要维持冲洗液正常循环，直到返出冲洗液的钻渣含量小于4%时为止。上一页下一页返回4.2.3知识链接

起钻时应注意操作轻稳，防止钻头拖刮孔壁，并向孔内补人适量冲洗液，稳定孔内水头高度。⑥沉渣处理(清孔):基本要求与正循环法清孔相同。

3)潜水钻机钻孔①安装钻机前，要对钻机和配套设备进行全面检查，保证电缆密封接头绝缘良好，输水胶管连接牢固，避免泄漏。②为防止潜水钻机因钻杆折断或其他原因掉入孔内，应在钻机上加焊吊环，并系上保险钢丝绳，引出孔外吊住。③钻进速度要根据电机功率、土层类别、孔径大小、钻孔深度和供水量等确定。在淤泥和淤泥质土中的钻进速度不宜大于1m/min。上一页下一页返回4.2.3知识链接

在其他土层中的钻进速度一般以不超过钻机负荷为准;在强风化岩或其他硬土层中的钻进速度，以钻机不产生跳动为准。④要根据土层性质，确定泥浆豁度和相对密度。在豁土、粉质豁土中钻进时，可以原土造浆护壁、排渣;当穿过砂夹层钻孔时，为防止塌孔，宜投入适量豁土，以加大泥浆稠度;在砂土层中钻孔，应采用制备泥浆，泥浆相对密度要适当。⑤清孔:参见正循环方法。

4)旋挖(斗)钻机钻孔，旋挖斗如图4-27所示。参见本学习单元第4.2.2案例分析相关内容。

5)冲击钻机钻孔上一页下一页返回4.2.3知识链接

冲击钻机钻孔灌注桩除利用冲击钻头成孔外，其余环节及要求与正反循环钻孔灌注桩基本相同。对稳定性差的孔壁，也应采用泥浆循环方法。二、沉管(护壁)灌注桩它是最早出现的现场灌注桩，沉管方法可选用锤击、振动和静压任何一种，如图4-28、图4-29所示。其施工程序一般包括四个步骤:沉管、放笼、灌注、拔管，如图4-30、图4-31所示。沉管灌注桩的主要特点:1.沉管灌注桩的优点是在钢管内无水环境中沉放钢筋笼和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的质量提供了保障。上一页下一页返回4.2.3知识链接2.沉管灌注桩的缺点其一，是在拔除钢套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩;

其二，是沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外，还可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断。对策是控制提管速度，并使桩管产生振动，不让管内出现负压，提高桩身混凝土的密实度并保持其连续性;采取“跳打”顺序施工，待混凝土强度足够时，再在它的近旁施打相邻桩。三、夯扩成孔灌注桩

1.夯扩成孔灌注桩施工工艺上一页下一页返回4.2.3知识链接

夯扩成孔灌注桩，又称夯扩桩，是在桩管内增设一根与外桩管长度基本相同的内夯管，以代替钢筋混凝土预制桩靴，与外管同步打入设计深度，并作为传力杆，将锤击力传至桩端、夯扩成大头形，增大地基的密实度;同时，利用内管和桩锤的自重，将外管内的现浇桩身混凝土压密成型，使水泥浆压入桩侧土体并挤密桩侧的土，使桩的承载力大幅度提高。

2.夯扩桩的施工程序内外管同步夯人土中→提升内夯管→除去防淤套管→浇筑第一批混凝土→插入内夯管→提升外管→夯扩→提升内夯管→浇筑第二批混凝土→放下内夯管加压→拨起外管。图4-33为夯扩桩施工程序示意图。

上一页下一页返回4.2.3知识链接四、干作业成孔灌注桩干作业成孔灌注桩不需要泥浆或套管护壁，直接利用机械或人工成孔，下钢筋笼、浇筑混凝土成桩。干作业成孔灌注桩按成孔机具设备和工艺方法的不同，有:干作业钻孔灌注桩、钻孔扩底灌注桩、多级扩孔灌注桩、机动洛阳铲成孔灌注桩、钻孔压浆灌注桩、人工挖孔灌注桩等。

1.螺旋钻成孔灌注桩螺旋钻成孔灌注桩是利用电动机带动钻杆传动，使钻头螺旋叶片旋转削土、排土、至设计深度后清孔，灌注混凝土成桩。成桩工艺如图4-34所示。上一页下一页返回4.2.3知识链接

2.钻孔扩底灌注桩钻孔扩底灌注桩施工方法是在钻杆上装扩孔装置，达到设计要求位置进行扩孔，成孔后放人钢筋笼，浇筑混凝土形成扩底桩以提高单桩垂直承载力的方法。单级扩孔如图4-35所示。图4-36为悬吊分支器下压式分支盘扩孔工艺，图4-37为液压挤扩支盘成型器。这类桩单桩承载力，可比同直径桩直孔大一倍以上。

3.多级扩孔灌注桩多级扩孔灌注桩是在传统灌注桩的工艺上增加一道扩孔工序而成的桩，如图4-38所示。根据桩身穿越土层情况，选择一个或多个较有利的土层，利用专用挤扩装置将桩身挤扩，浇筑混凝土成桩，可有效提高单桩承载力。上一页下一页返回4.2.3知识链接4.人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩是指工人下到井底挖土护壁成孔的灌注桩，简称挖孔桩。其工艺特点是边挖土边做护壁，逐层成孔。护壁可有多种方式，最早用木板钢环梁或套筒式金属壳等，现在多用混凝土现浇，整体性和防渗性更好，构造形式灵活多变，并可做成扩底，如图4-39所示。图4-40为人工挖孔桩挖孔工艺。当地下水位很低、孔壁稳固时，亦可无护壁挖土。挖孔桩主要适用于钻性土和地下水位较低的条件，最忌在含水砂层中施工，因易引起流砂塌孔，十分危险。它可做成嵌岩桩或摩擦桩、直身桩或扩底桩、实心桩或空心桩。挖孔桩有许多优于其他桩型的特点。上一页下一页返回4.2.3知识链接(1)直观性挖孔桩能在开挖面直接鉴别和检验孔壁和孔底的土质情况，弥补和纠正勘察工作的不足，还能直接测定与控制桩身与桩底的直径及形状等，克服了地下工程的隐蔽性。

(2)干作业挖土和浇灌混凝土都是在无水环境下进行，避免了泥水对桩身质量和承载力的影响。

(3)挤土影响小施工过程对周围环境没有挤土影响。

(4)造价较低由于挖孔桩不必采用大型机械，故较其他机械成孔桩造价低廉。上一页下一页返回4.2.3知识链接

但挖孔桩的劳动条件比较差，易发生工伤事故;若在降低地下水位后施工，应注意地下水位下降对周围环境的不良影响。挖孔桩最适宜于做大直径桩(例如:3000mm或更大)，能提供很高的单桩承载力(例如:40~80MN)，从而有可能做到柱下设单桩和墙下设单排桩。五、桩基检测桩基工程检测是桩基基础设计与施工质量得以保证的重要措施。随着桩基础使用的范围越来越广，以及各种施工工艺的开发与应用，加强桩基础检测已成为工程界普遍关注的问题。

1.桩基工程的检测项目上一页下一页返回4.2.3知识链接

根据检测内容的先后顺序，桩基工程检测可大致分为沉桩前检测、沉桩过程中检测和成桩后检测三个方面。

(1)沉桩前检测应重点检查钢筋笼主筋数量、长度及排布情况、钢筋笼直径与长度、必要的辅助构件设置情况、钢筋笼绑扎情况等。

(2)沉桩过程中检测检测混凝土配合比、成孔深度、直径、垂直度、孔底沉渣厚度、钢筋笼安装位置等项目。对有泥浆护壁的成孔作业，尚应检测泥浆材料及特性等项目。

上一页下一页返回4.2.3知识链接(3)成桩后检测成桩后检测，大致包括桩身质量及承载力检测两方面。

1)桩身质量检测包括桩体定位、垂直度以及桩身结构完整性检测。桩身结构完整性是指桩体是否存在断桩、破碎、颈缩、离析、夹泥、孔洞以及腐蚀等施工缺陷。

2)承载能力检测通常检测设计利用的承载力项目，如竖向抗压承载、抗拔承载力以及水平承载力等。

2.桩基检测方法类型桩基检测的方法，随检测的项目情况有所不同。上一页下一页返回4.2.3知识链接(1)对沉桩前检测方法对沉桩前检测，常用的方法有尺检、仪表测试、目测等方法，相对此较简单，只要精心操作即能保证检测的质量。

(2)对沉桩过程中检测方法常用的方法有尺检、仪表测试、取样试验等，如对灌注桩的成孔直径，可利用测局限性仪器或超升孔壁测定仪等检测;而对混凝土性能、泥浆性能等，可随施工进程采取试样，在实验室或现场测定和分析。对于成桩质量中桩身完整性检测以及桩承载性能的检测，则比较复杂，其检测方法也较多，也是检测的重点项目。

(3)成桩后检测方法成桩后检测大致包括桩身质量及承载力检测两方面。上一页下一页返回4.2.3知识链接

桩身质量包括桩体定位、垂直度以及桩身结构完整性检测。下面主要介绍桩身结构完整性检测方法、承载力检测方法。3.桩身结构完整性检测方法

(1)钻芯法钻芯法利用岩芯钻具从桩顶沿桩身直至桩尖下1.5倍桩径处钻孔，取得岩芯或混凝土芯样。将芯样按一定的尺寸切割成试块进行强度试验，看混凝土是否达到设计强度要求。同时，对芯样进行直观检测以判断有无断桩、夹泥及孔洞现象，还可检查沉渣的实际厚度。钻芯法要求有较高的技术水平及良好的钻具才能保证检测的质量。上一页下一页返回4.2.3知识链接

它特别适合于大直径桩(>1m)、桩长相对较短的端承桩的质量检测。这种方法比较直观、可靠，但费用高、速度慢，故只在重要工程中使用。

(2)观察法观察法是在桩侧挖土、露出桩身以直接观察和测定桩体的质量。检查可发现桩身有无断裂、开焊、弯曲及密实度等情况。这种方法简便、直观，但受到开挖深度的限制。

(3)超声波探测法超声波探测法是利用超声波脉冲探测桩体质量，属于无破损检验法。上一页下一页返回4.2.3知识链接

这种方法先在灌注混凝土前埋设声测管(可用塑料管或金属管)固定于钢筋笼上，利用声波在混凝土介质中的传播特性，从接收到的波与发射波相位得出在波幅及频率等方面的变化，来判断混凝土的质量及缺陷情况。这种方法的可靠性受埋管好坏的影响较大，并且其判断混凝土的强度目前只是定性的。

(4)动测法动测法是在桩顶施加冲击力或简谐振动力，使桩产生振动响应，利用安装在桩顶的力、速率、加速度或位移传感器接收桩土体系的响应信号，并对各种信号进行分析处理来检测桩身完整性的一种方法。这类方法很多，按桩身与桩周土体相对动位移量的大小，可分为低应变法和高应变法两类。上一页下一页返回4.2.3知识链接1)低应变法主要有机械阻抗法、水电效应法、动力参数法、应力波反射法等。低应变法桩土动力响应基本处于弹性范围内，故较适于对桩身完整性进行检测。

2)高应变法高应变法主要有Smith法、Case法、CAP-WAP法及锤击贯人法等。一般能反映桩土体系的弹塑性响应，可用来评价桩身结构完整性，一也能依此求出桩的承载能力。以上各种方法在我国均已大量应用，具体技术及方法可参阅相关文献。上一页下一页返回4.2.3知识链接4.桩承载力检测桩承载能力检测主要有两类方法，即静荷载试验法和动测法。

(1)静荷载试验法桩的静载试验:是模拟实际荷载情况，通过静力加载，综合评定确定单桩的极限承载力和变形模量，作为设计依据，或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价。静载试验能较好地反映单桩的实际承载力，但费时、费力，成本昂贵。尽管如此，对于复合地基一般均应进行静载荷试验。静载试验有多种，通常采用的有单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验和单桩水平静载试验。

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采用现场静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1%，且不应小于3根;工程总桩数在50根以内时，不应小于2根;单桩抗拔静载、水平静载数量，可由有关部门协商确定。

1)单桩竖向静载荷试验①试验装置包括加荷系统与位移观测系统。

a.加荷系统主要有锚桩反力梁式与载荷平台式两类，如图4-41所示。加荷设备通常为配有稳压装置的液压千斤顶;上一页下一页返回4.2.3知识链接b.位移观测系统由基准桩和架于其上的基准梁组成。基准桩必须远离试桩和锚桩，至少不小于4d(桩径)和2m;基准梁必须具有足够的刚度，使之在自重和风力及地面振动作用下，不致产生明显的挠曲变形或振动。观测仪器通常采用具有足够灵敏度和精确度的长标距百分表或电感位移计。②试验方法包括加载分级和测读时间等均应遵照规范，以确保试验数据的可靠性和客观性。下面仅对稳定标准和破坏标准加以说明。上一页下一页返回4.2.3知识链接a.稳定标准持力层为钻性土时，沉降速率不大于0.1mm/h;持力层为砂土时，沉降速率不大于0.5mm/h。遵守此稳定标准的试验称为慢速维持荷载法试验;快速维持荷载试验法则规定，每级荷载(维持不变)下观测沉降1h即可加下一级荷载或卸载。

b.破坏标准当出现下列任何一种情况时，即认为试桩达到破坏状态并可终止试验。第一，桩发生急剧的、不停滞的下沉;

第二，该级荷载下的沉降大于其前一级沉降的5倍;

第三，该级沉降大于其前一级沉降的2倍，且在24h内不能稳定;

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第四，试桩的总沉降超过100mm+(L-40)mm;L为桩长(单位为mm)。以上是按常规要求的试验，根据特殊需要亦可采取反复加、卸荷载试验，或循环载荷试验，即:当某级荷载下的沉降稳定后立即卸载至零，然后重新逐级加荷至下一级荷载。

c.成果整理常规试验可根据观测资料绘制荷载-沉降(Q-s)、上拔力-位移(N-Δ)和沉降一时间(s-t)或(s–lgt)等曲线;若为循环试验，还可绘制荷载-弹性沉降(Q-sc)和荷载-塑性沉降(Q-sD)曲线，参见图4-42。上一页下一页返回4.2.3知识链接2)单桩水平静载试验单桩水平静载试验:是采用接近于水平受力桩实际工作条件的试验方法确定单桩水平承载力和地基上水平抗力系数或对工程桩水平承载力进行