钻孔桩施工技术.ppt

1、钻孔桩施工技术,主要内容,钻进施工方法与钻机选择 冲击成孔施工 水下混凝土灌注施工,前言,钻孔灌注桩是我国地基基础工程中使用最广泛的施工方法，具有施工方便、安全、高效及承载力高、可以穿越软硬岩层等优点。钻机钻进成孔方式有旋挖钻机成孔、旋转钻机成孔、冲击钻机成孔；按出碴与泥浆护壁方式分为泥浆正循环与泵吸反循环，掏碴筒出碴属于正循环范畴。对于嵌岩桩通常采用的是冲击成孔泥浆正循环方式。,主要内容,一、冲击成孔泥浆正循环,1、施工工艺流程,准备工作包括：钻机平台填筑与泥浆池开挖及运输通道修理、测量放线、核实地质资料、机具钻头与备用应急物质准备、标识标牌及规章制度、现场管理层职责分工明确等6个方面。 钻

2、孔桩施工范围内的场地进行平整、碾压，并在设置好四周临时排水沟。其场地高度宜高于原地面0.3m以上，利于雨季排水；面积要满足钻机摆放要求；地面压实后其承载力要满足钻机钻进过程中不移位下沉及砼运输车不下陷的要求。,2、施工准备工作,场地平整完毕后，开挖泥浆池。 泥浆池由制浆池（储浆池）和循环沉淀池组成。对于正循环施工泥浆池的大小通常是桩孔体积的两倍（非共用泥浆池），沉淀池一定要比储浆池深0.5m。 泥浆循环：由泥浆泵通过软管将泥浆输进孔底，带同钻渣经护筒的出浆口流出，溢进泥浆槽，返回沉淀池中净化，再通过滤网流入泥浆循环池再供使用。 施工要点：在施工的过程中要经常清除沉淀池中的钻渣，充分发挥沉淀池的

3、沉淀作用，确保泥浆的质量，同时也减少了泥浆运输量。,2、施工准备工作,场地平整完毕后，测量人员根据设计单位提供的控制点，准确放出各钻孔桩的桩位及标高，并进行护桩，护桩与水准点设置在钻孔桩施工影响范围外且便于拉线恢复的地方，以便进行校核。护筒埋设后须进行桩位复核。 桩基施工前，必须仔细核实地质资料，绘制地质柱状图并将资料张贴在施工标牌上。 备足应急处理物资与机具。物资包括：片块石、碎石与砂（砂袋）、粘土、1.25钢套筒、方木（枕木）、抽水机及不小于100的水管。 对于嵌岩桩宜选用6瓣实心钻头，提高桩孔成型质量，减少钻头上卡的可能；另外，为保证进度，必须增加备用钻头，备用钻头数量按现场需要配置，减

4、少因补焊钻头而停工等待的现象.,2、施工准备工作,桩基施工必须进行现场值班，明确责任，掌握钻进动态，掌握应急处理物资与机具的使用情况，并及时补充。 护筒埋设质量。钢护筒埋设的质量对于钻孔过程中孔口是否坍塌有着重要作用。 护筒作用：保护孔口、形成水头差、固定桩位与导向。 护筒参数：壁厚、尺寸、长度。壁厚宜用不小于8mm钢板卷制，根据不同桩径，一般为812mm,桩径大，钢板宜厚些，保证刚度。其内径大于设计桩径0.2m0.3m（使用旋转钻机护筒比钻头大约20cm，使用冲击钻机护筒应比钻头大约30cm）。护筒长度应结合地面及地层情况，保证护筒底埋入稳固的不透水地层0.3m0.5m,但不宜小于2m。 埋

5、设要求：使护筒中心与桩位重合，偏差不大于5cm ；检查其平整度和垂直度，再在护筒周围对称、均匀地回填粘土，并分层夯实，特别是护筒底部，保证护筒底部不得出现漏浆与坍塌，保证钻进过程中孔内外水头差。最后，把桩位十字线恢复到护筒上,便于钻机对位。护筒高出施工地面0.3m。,2、施工准备工作,3.1钻孔顺序 钻进顺序必须采取跳钻方式，避免串孔及钻进振动对新浇筑桩身混凝土的影响。以铁路桥墩为例，如每个墩位只设置一台钻机，钻桩顺序依次为：。,3、钻进施工,3.2钻进操作要点： 开钻时以小冲程反复冲击造浆，使护筒底口以下孔壁坚实、不漏； 钻进过程中，必须勤松绳，少量松绳，防止打空锤； 进入岩石后加大冲程，冲

6、程控制为1.52.5m，勤取渣，使钻头能经常冲击新鲜地层， 钻进过程中，经常检查孔位，如发现偏孔，及时回填粘土和小片石进行纠偏，回填高度高出偏孔处0.5m； 因故停钻时，将钻头提出孔口，再开钻时以小冲程冲击从小逐渐加大，过渡到正常冲程范围，更换钻头时，检测钻头直径，以免卡钻。 钻进过程中要关注泥浆性能，及时投粘土与沉淀循环，达到护壁与排碴的目的。,3、钻进施工,3.3钻进安全要求： 起落钻头时，速度宜均匀，不可过猛或骤然变速以免碰撞孔壁； 钻进时，经常检查钻头的转向装置，使钻头在钻进中能自由转动。发现钢丝绳磨损严重时，及时更换，钢丝绳联接不牢固时及时加固，同时要求钻头必须设保护绳，以防掉钻；

7、岩石中钻进时，使冲程在一定范围内经常变动，不可长时间采用同一冲程，以免冲成十字槽或梅花孔，而发生卡钻； 为了正确提升钻头的冲程，在钢丝绳上做出醒目标记； 钻头进出时，严禁孔口附近站人，防止发生钻头撞击人身事故。,3、钻进施工,3.4泥浆的作用与控制： 泥浆的作用 在冲击正循环水法施工中，泥浆主要作用为护壁与排碴，另外还有冷却和润滑钻头、悬浮砂砾防止水下混凝土灌注前沉淀过快，控制沉碴厚度的作用。故应重视对泥浆的控制。 护壁作用：泥浆比重较水大且形成了孔内外水头差，能对孔壁产生正压，并在孔壁上形成一层泥皮，故起到护壁作用。说明：泥皮的负作用是降低了桩周的摩擦力，对于第四纪地层中的摩擦桩，当孔壁能自

8、稳时，应推荐使泵吸反循环方式清水钻进。 排碴作用：泥浆具有较高的粘性，能将砂砾悬浮起来，通过泥浆循环带出孔外。,3、钻进施工,3.4泥浆的作用与控制： 泥浆的控制 泥浆来源：原位造浆与外购制浆，制浆原料最好的是膨润土,但原料有限,通常使用粘土。 粘土性能现场判别方法： A.自然风干后，用手不易掰开捏碎； B.干土破碎时，断面有尖锐的棱角； C.水浸湿后有粘滑感，加水和成泥后，容易搓成1mm的细长泥条，用手指捻，感觉砂粒不多，浸水后能大量膨胀；,3、钻进施工,3.4泥浆的作用与控制： 泥浆检测： 合格的粘土性能应达到：胶体率95%，含砂4%，造浆能力2.5l/kg。,3、钻进施工,泥浆配制性能指

9、标,3.5钻进常见施工故障及预防措施 ： 塌孔事故的预防与处理： 控制钻孔进度，并选用较大密度、粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆，钻孔时随时量测钻孔深度并与设计勘测的地质资料相对应，同时备足粘土和片石，当钻至溶洞顶时，采取低冲程钻进。 保证孔内水头高度，密切注意孔内泥浆高度。 清孔时应指定专人补浆，保持水头高度和粘稠度。 在松软砂层钻进时，应控制进尺速度，且用较好泥浆护壁。 提取钻头、钢筋笼下放时应对准钻孔中心垂直插入，严防触及孔壁。,3、钻进施工,3.5钻进常见施工故障及预防措施 ： 钻孔偏斜的处理措施： 安装钻机应保证安装牢固、底座水平，确保钻头和护筒中心在一条竖直线上，并经常检查校正。 软

10、硬地层交界处可加适量片石，小冲程钻进；如遇探头石，用低锤击密，把石打碎；穿过倾斜岩层时，应采用自重较大的冲击钻，以慢速钻孔。,3、钻进施工,3.5钻进常见施工故障及预防措施 ： 卡钻的处理措施： 梅花孔卡钻时，若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取钻头。 由于“探头石”引起的卡钻时，可以适当往下放钻头，而后，强力快速往上提，使“探头石”受瞬间冲击缩回，从而顺利提起钻头（必须设有保护绳）。 因钻头穿过岩层突变处导致的卡钻，优先采用水下爆破的方法进行处理。在整体岩层中此方法容易奏效，砂土地层中不宜采取此方法处理。 由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成的钻头无法提升

11、现象，应采取插入高压水管置换泥浆的方法进行处理。,3、钻进施工,3.5钻进常见施工故障及预防措施 ： 掉钻的处理措施 经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置。卡钻时应设有保护绳才准强提，严防钻头空打。 出现掉钻时，如果钻孔壁稳定，直接用钻机起吊“打捞器”入孔进行打捞。打捞前，先用“探针”探明钻头在孔中的位置为制定打捞方案提供依据。打捞设备和打捞操作方法必须保证在抓住钻头后尽量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的现象发生。 钻孔壁出现局部坍塌将钻头埋没且大部分钻孔壁处于稳定时，应先加大孔内泥浆的浓度，将旋转钻头放入安全的深度范围搅动泥浆以加强钻孔壁，而后，采取“气举法”清除钻头上方的沉积土和淤泥

12、，确认钻头已露出后再实施钻头的打捞工作。钻孔壁随时有继续坍塌可能时，先在孔内安装长钢护筒、搅拌桩围护、帷幕法等方法加固钻孔壁，而后打捞钻头。,3、钻进施工,3.6、报验程序与检查内容： 护筒埋设质量与钻机就位为自检，由项目部技术质量当班人员检查； 终孔后孔深、孔位检查，钢筋笼吊装前孔形与垂直度检查及沉碴厚度、泥浆指标检查须报监理检查。,3、钻进施工,4.1检孔、清孔 钻孔达到设计标高后，对孔位、孔径、孔深和孔形等进行检查，孔位偏差不应大于10cm，斜度不可大于1%。 清孔是清除钻渣和沉淀层，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留过厚沉渣而降低桩孔的承载力，其次，清孔还为灌注水下混凝土创造了良好条件

13、，使测深正确，灌注顺利。 终孔检查后，迅速清孔，不可停歇过久，使泥浆、钻渣沉淀增多，造成清孔工作困难甚至坍孔。 清孔时先用取渣筒初清，尽量让大颗粒沉渣取干净，然后用空气吸泥机清孔。,4、钢筋笼加工与吊装施工,主要内容,二 、钢筋笼加工与吊装,主要内容,三 、水下混凝土灌注,4.2 钢筋笼的吊放 钢筋笼应在成孔质量检查合格，并在钢筋笼验收合格后，开始吊放。 钢筋笼采用整笼吊装，应对钢筋笼设置钢筋保护层定位装置；起吊钢筋笼时应首先检查吊点的牢固程度。 搬运钢筋笼过程中平起平放，防止钢筋笼变形。 钢筋笼入孔吊放时，操作要防止脱落，下入也时要对准孔中心，扶正，保持垂直，然后徐徐放入。 吊放过程中，应避

14、免钢筋笼碰撞孔壁，如碰撞空壁下不去时，不得强行下放，必须将钢筋笼上提1米以上，并将钢筋笼转动一定角度，然后在将钢筋笼徐徐下放至设计吊放标高时，用吊筋将钢筋固定。 下钢筋笼时采用定位卡，以防止钢筋笼脱落或在浇注时钢筋笼上浮，钢筋笼入孔后应检查钢筋顶标高。 如遇雨天，钢筋在装卸、制作、搬运过程中易出现笼身夹泥现象，如孔前应清除干净。,4、钢筋笼加工与吊装施工,5.1 灌注桩水下混凝土浇注形成机理 钻机开钻成孔后，通过提高泥浆的质量来减少塌孔发生机率及孔底沉渣数量，清孔及验孔合格后，就可以开始浇注混凝土了。灌注桩水下混凝土浇注就是用混凝土从桩孔底开始浇注，将桩孔内泥浆置换出来，形成混凝土桩。 目前，

15、水下混凝土浇注普通采用的是导管法。导管法是利用混凝土的重力自流使混凝土浇注到水下部位。导管法是浇注优质水下混凝土的最可靠方法，其突出的优点就是用导管浇注水下混凝土时能以可控制的速度且极少扰动地连续浇注。 采用导管法浇注水下混凝土，导管系统基本上是由一个封闭的管道组成，管道垂直悬挂于水中，料斗就通过钻机的吊装装置固定在管道的顶端用来接漏混凝土于管中。,5、水下混凝土灌注施工,5.1 灌注桩水下混凝土浇注形成机理 首批浇注的混凝土通过料斗及管道下落自桩孔底部后始终与泥浆接触成为后灌混凝土与桩孔泥浆水的隔水保护层，随后浇注的混凝土通过导管潜入隔水保护层下，混凝土从料斗向下浇注时由位能而产生的冲击力，

16、从导管底口流翻出来向上升起时，向下的冲击力转变为向上的顶托力，并顶托着隔水层不断上升从而形成灌注桩的混凝土桩身，这就是钻孔灌注桩水下混凝土形成的机理。,5、水下混凝土灌注施工,5.1 灌注桩水下混凝土浇注形成机理 形成过程中关键就是顶托力的大小，它与混凝土浇注时的位能、浇注速度、混凝土的和易性及流动性、初凝时间、导管底口所处混凝土埋深与标高、导管外隔水层顶面标高、孔内钢筋笼构造和位置等因素都有密切关系。,5、水下混凝土灌注施工,一气呵成、快速灌注成功的桩往往质量比较好,而灌灌停停的桩则容易出现质量问题。,5.2 水下混凝土的性能指标 总要求：除满足强度等级外，还应具有较好的流动性、和易性 配合

17、比设计要求： 试配成的混凝土强度，应比桩身设计强度提高一个等级。 用水量及水泥用量，应比普通混凝土大，水泥用量不宜小于350kg/m3；当掺用外加剂、掺和料时，水泥用量可减少，但不得小于300 kg/m3。 含砂量及水灰比是技术关键，含砂量宜取40%45%，水灰比能直接体现混凝土和易性及流动性。 混凝土的初凝时间。砼初凝时间应大于桩的砼灌注时间，一般砼初凝时间仅35小时，只能满足浅孔小桩径灌注要求，深桩灌注时间约为57小时。因此用于钻孔灌注桩的水下砼应掺加外加剂，使砼的初凝时间大于8小时，所掺加的外加剂不仅要具有缓凝作用，还应具有减水、改善和易性及节省水泥等材料作用。,5、水下混凝土灌注施工,

18、5.2 水下混凝土的性能指标 配合比设计要求： 坍落度控制。水下混凝土的坍落度应控制在180mm220mm，同时要求其扩展度大于500mm。对于掺用聚羧酸高效减水剂的混凝土，其60min坍落度损失值不应大于20mm。在钻孔灌注桩水下砼灌注中发生堵管等问题往往砼的坍落度、初凝时间等性能指标有关，所以必须严把砼质量关。 砼原材料。细骨料宜选用中砂，细度模数在2.63.0之间为宜 ；粗骨料宜优先选用卵石，其含泥量应小于2%，以确保砼和易性、流动性，防止堵管现象。,5、水下混凝土灌注施工,5.3 灌注前的准备。 孔内泥浆性能指标的控制：泥浆比重控制为1.101.25、含砂率小于等于8%、粘度小于等于2

19、8s。因为泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用，如果泥浆的比重过大、过稠会降低泥浆流动性，增加浇注砼的阻力，使得置换砼产生困难，从而影响成桩的质量。 灌浆导管的选择：一般大直径导管可以缩短砼灌注时间，在满足钢筋笼直径要求的前提下，尽量用较大直径的导管。导管长度视桩深来确定，一般有标准节管（长度与不同厂家有关，2.65m3.0m）与调节管长度为0.5m、1.0m、2.0m，底管长度不小于4m，导管底距沉碴顶面距离宜控制在0.30.5m，桩径小时取大值 。,5、水下混凝土灌注施工,5.3 灌注前的准备。 灌浆导管的选择：导管之间的连接采用通常采用快速接头，在使用前应试拼装、试压，试

20、水压力为0.61.0MPa，使用时将导管内壁杂物清除，并检验防水胶垫是否完好、有无老化现象，对导管进行量长度、编号，确保导管连接可靠、使用有序、易于装卸及良好的密封性。 设置隔水栓塞：目前采用较多的是压胆法，隔水栓塞有预制砼圆柱塞、球胆及橡胶栓塞。因球胆栓塞具有良好的弹性、隔水性、可多次重复使用及排出顺利等优点，使用较多，球胆栓塞采用篮球或排球胆。 检查内容： 水下混凝土灌注前沉碴厚度、泥浆指标检查， 导管密闭性、编节检查， 到场的混凝土坍落度、和易性检查， 料斗、封底球、隔离板、测绳等料具工具是否准备到位，混凝土运输道路是否畅通，场地是否平整夯实。,5、水下混凝土灌注施工,5.4 砼封底。

21、桩底沉渣量过大及清孔不干净，或导管距孔底太远，初灌量不够没能埋住导管等因素都可能造成水下混凝土初灌不封底，因此应认真清孔及检查计算。 在下完钢筋笼后，认真检查沉渣量，不能超过规范要求，如有必要还应二次清孔；核算初灌量混凝土量；导管底端距孔底高度依据桩径、隔水层等因素而定，一般最高不超过0.5m为宜。,5、水下混凝土灌注施工,5.4 砼封底。 漏斗内砼的初灌注量必须满足初灌时导管底部一次性埋入砼中1.01.5m。初灌量过小会造成脱管现象、底管口砼离析，造成断桩等事故，影响成桩质量。 初盘砼数量为：V(d2h1+D2Hc)/4 说明：V首批砼所需数量(m3) h1井孔砼面达到Hc时，导管内砼柱所需

22、高度(m)： h1=wHw/c Hw井孔内砼面以上泥浆深度(m) w井孔内泥浆比重(kN/m3) c砼比重 Hc灌注首批砼时所需井孔内砼面至孔底的高度(m) Hc= h2+ h3 h2导管初次埋置深度，h21m h3导管底端至孔底间距，约0.4m D井孔直径(m)；d导管内径(m),5、水下混凝土灌注施工,5.4 水下混凝土灌注。 严格控制好整桩浇筑时间 优质的水下混凝土是通过以不变的浇注混凝土速度连续浇注而获得的，如果浇注混凝土的中断时间大于混凝土的凝固时间就会形成一个冷缩缝，致使水下混凝土形成的质量下降。通过导管法浇注的水下混凝土有一个“流体静力平衡点”，在这个点上，导管内重力与水的流体静

23、压力所引起的流动阻力平衡，又与混凝土和导管壁、先浇混凝土形成的隔水层阻力的摩擦平衡。“流体静力平衡点”失衡就会引起混凝土流动，在“流体静力平衡点”以上添入的混凝土越多，流动就越快。因此，要控制好浇筑时间，就应确保混凝土不间断地供应，控制好添入料斗的混凝土的速度就能主动顺利地完成一根桩水下混凝土的浇注。,5、水下混凝土灌注施工,5.4 水下混凝土灌注。 浇注过程防止导管堵塞及控制导管的埋深 导管的堵塞与浇注时间、混凝土和易性、浇注技术操作有关。 如：浇注时间过大，易使上部混凝土接近初凝，形成硬壳，泥浆残渣不断沉淀，加厚积累在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注困难而形成堵管； 混凝土和易性不好或离

24、析使石子聚集在一起流动性差，也会导致堵管；浇注技术操作不佳，不能快速连续浇注，混凝土和泥浆不能保持流动状态，也可使导管堵塞； 在浇注过程中，导管埋深过大，或灌注时间过长，会导致已浇注的混凝土流动性降低，从而增大混凝土与导管壁的摩擦力，在提升时而导致导管破裂而产生断桩。导管插入混凝土中的深度应根据混凝土的质量、供应速度、浇注速度，孔内护壁泥浆状态来决定，同时，为减少混凝土在浇注过程中的扰动，一般情况下，要求水下浇注导管达到埋入新浇混凝土最小深度0.7米，最大为2米至5米为宜。,5、水下混凝土灌注施工,5.4水下混凝土灌注。 防止钢筋笼上浮 钢筋笼上浮的主要原因是由于孔内砼面上升太快，其流动引起的

25、钢筋笼上升力大于了钢筋笼重量及摩阻力，对于小直径桩易发生。 ，为防止水下混凝土浇注时钢筋笼上浮，一方面应确保桩孔内钢筋笼构造和位置严格按设计要求焊制和安装固定到位，另一方面当浇注到钢筋笼底部时放料要缓慢，以及尽量减小导管埋深以减小冲力。,5、水下混凝土灌注施工,5.5水下混凝土浇注质量控制分析 灌注桩属于隐蔽工程，由于影响水下混凝土浇注质量的因素很多，对其浇注过程每一环节都必须要严格要求，对各种影响因素都应作周密的考虑，如地质因素、钻孔工艺、泥浆护孔、混凝土的配制、浇注工艺操作等。 在保证配制混凝土质量合格的前提下，其他问题都可以概括为导管内混凝土的冲击力大于了混凝土的灌入阻力。 冲击力为：P

26、= R=d2/4LRb-Fw内 灌入阻力R可按下式估算： R=（D2d2）/4（L1Rw L2Rb+L3R水）+(Fw+Fb) 式中：D为桩直径，d为导管直径，rw为泥浆比重，rb为混凝土比重，L1为导管外混凝土的高度，L2为导管外泥浆的高度, L为导管内混凝土的高度，Fw为导管外混凝土与孔壁的摩阻力， Fw为泥浆与孔壁的摩阻力，Fw内为导管内混凝土与导管的摩阻力。,5、水下混凝土灌注施工,5.5钻孔灌注桩水下混凝土浇注质量控制分析 要克服很大的灌入阻力保证混凝土桩身质量，必须有冲出力，冲出力越大，完成每一斗混凝土灌注的时间越短，混凝土桩身越均匀。 由于混凝土是由水泥、砂、石子配制的混合料，不同材料、不同粒径则摩擦系数不一样。因此仅靠静力平衡产生的超压力缓慢流淌，则易造成