钻孔桩施工试验方案.docx
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钻孔桩施工试验方案
钻孔桩施工试验方案
目的：
保证桥梁桩基施工时桩长、桩径、钢筋、保护层、混凝土满足设计要求。
1）施工工艺
钻孔桩施工工艺流程见“钻孔桩施工工艺流程图”。
2）施工方法
钻机选型：
本段以冲击钻机进行钻孔桩施工，并选用优质泥浆护壁。
施工准备：
在三通一平的基础上，钻孔的准备工作主要有桩位测量及放样、制作和埋设护筒；泥浆备料调制、泥浆循环系统设置及准备钻孔机具等。
（1）场地平整
钻孔场地的平面尺寸应按桩基设计的平面尺寸、钻机数量和钻机底座平面尺寸、钻机移位要求、施工方法以及其它配合施工机具设施布置等情况决定。
a、旱地墩桩基钻孔前将场地检平，清除杂物，在夯填密实土层上横向铺设枕木，然后在枕木上铺设废旧钢轨或型钢，即构成钻机平台。
场地的大小要能满足钻机的放置、泥浆循环系统及混凝土运输车等协调工作的要求。
b、浅水桩基利用草袋围堰构筑工作平台，一般水深及深水桩机采用钢板桩构筑水中工作平台，平台高出水面顶1.0m左右即可。
（2）埋设护筒
a、护筒用4～8mm的钢板制作，其内径大于钻头直径200mm～400mm。
为增加刚度防止变形，在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。
b、护筒的底部埋置在地下水位或河床以下到1.5m的稳定土层中，护筒顶高出地下水位1.5m～2.0m左右（同时高出地面0.5m），其高度满足孔内泥浆面的要求，设计图纸有明确要求的则按设计图纸要求进行埋设。
c、旱地、浅水中桩基护筒埋设采用挖埋法，一般水深及深水中桩基护筒埋设采用打入法，利用平台上钢制导向架导向和振动沉桩锤打入。
埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，垂直度偏差不允许大于1%，保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作。
d、护筒内存储泥浆使其高出地面或施工水位至少0.5m，保护桩孔顶部土层不致因钻头（钻杆）反复上下升降、机身振动而导致坍孔。
（3）钻机就位
旋转钻机：
立好钻架并调整和安设好起吊系统，将钻头吊起，徐徐放进护筒内。
启动卷扬机把钻盘吊起，垫方木于钻盘底座下面，将钻机调平并对准钻孔，安装钻盘，要求钻盘中心与钻架上的起吊滑轮在一铅垂线上，钻杆位置偏差不大于2cm。
（4）泥浆的制备及循环净化
①根据桩基的分布位置设置多个制浆池、储浆池及沉淀池，并用循环槽连接。
出浆循环槽槽底纵坡不大于1.0%，使沉淀池流速不大于10cm/秒以便于石碴沉淀。
②采用泥浆搅拌机制浆。
泥浆造浆材料选用优质粘土，必要时再掺入适量CMC羧基纤维素或Na2CO3纯碱等外加剂，保证泥浆自始至终达到性能稳定、沉淀极少、护壁效果好和成孔质量高的要求。
试验工程师负责泥浆配合比试验，对全部桩基的泥浆进行合理配备。
泥浆采用优质膨润土造浆。
制备及循环分离系统由泥浆搅拌机、泥浆池、泥浆分离器和泥浆沉淀处理器等组成。
泥浆循环系统平面布置见泥浆循环系统平面布置图所示。
在钻孔桩施工过程中，对沉淀池中沉渣及浇筑混凝土时溢出的废弃泥浆随时清理，严防泥浆溢流，并用汽车弃运至指定地点倾泄，禁止就地弃渣，污染周围环境。
③钻孔桩泥浆采用膨润土拌制，造浆配合比见下表所示：
膨润土造浆配合比（单位：
kg）
原料名称
淡水
膨润土
CMC
纯碱
FCI
PHP
加重剂
配合比
100
8～4
0.004～0.008
0.1～0.4
0.1～0.3
0.003
试验确定
配比中掺加剂的用量，要先进行试配，检验配合液的各项性能指标是否符合不同地层下泥浆的性能指标要求表中所列指标要求。
各种掺加剂先制成小剂量溶剂，按循环周期加入，并经常测定泥浆指标，防止掺加剂过量，搅拌好的新鲜泥浆其性能必须适合于地基条件和施工条件。
不同地层下泥浆的性能指标要求表
地质情况
泥浆指标
相对密度
（g/cm3）
粘度（s）
胶体率（%）
失水率
（ml/30min）
含砂率（%）
泥皮厚（mm/30min）
静切力
（Pa）
酸碱度
（pH）
亚砂土
1.2～1.45
19～28
≥96
≤15
≤4
≤2
3～5
9～11
淤泥质亚粘土
1.2～1.35
19～28
≥96
≤15
≤4
≤2
3～5
9～11
粘土
1.0～1.10
18～28
≥95
≤20
≤4
≤3
1～2.5
9～11
亚粘土
1.0～1.10
18～28
≥95
≤20
≤4
≤3
1～2.5
9～11
细砂
1.2～1.45
18～28
≥95
≤20
≤4
≤3
1～2.5
9～11
粘土、亚粘土
1.0～1.10
18～28
≥95
≤20
≤4
≤3
1～2.5
9～11
为满足环保要求，采用泥浆分离器分离从桩内循环出来的泥浆，并通过调整膨润土、分散剂的掺量，使循环泥浆能再次利用。
3）开孔及成孔方法
（1）冲击反循环钻机
采用冲击反循环旋转钻钻孔，出渣采用泵吸（泵举），泥浆经净化后再循环使用，泥浆采用泵吸法进行泥浆循环。
A、开始造孔时，为防止堵塞钻头的吸渣口，应将钻头提高距孔底约20～30cm，将真空泵加足清水，关紧出水控制阀和沉淀室放水阀使管路封闭，打开真空管路阀门使气水畅通，然后启动真空泵，抽出管路内的气体，产生负压，把水引到泥石泵，通过沉淀室的观察室看到泥石泵充满水时关闭真空泵，立即启动泥石泵。
当泥石泵出口真空压力达到0.2Mpa以上时，打开出水控制阀，把管路中的泥水混合物排到沉淀池，形成反循环，待泥浆均匀后以低档慢速开始钻进，使护筒角处有牢固的泥皮护壁。
钻至护筒脚下1.0m后，方可按正常速度钻进。
如护筒底土质松软发现漏浆时，可提起钻头，向孔内投放粘土，再放下钻头旋转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆空隙，待不再漏浆时，继续钻进。
钻进过程中，保证钻孔垂直。
钻孔作业应连续进行，因故停钻时，必须尽快将钻头提起防止坍孔埋钻。
B、在钻进过程中，应注意地层变化，对不同的土层，采用不同的钻进方法。
在硬粘土中钻进时，用低冲程转速，放松起吊钢丝绳，自由进尺；
在普通粘土、砂粘土中钻进时，可用中、低冲程转速，自由进尺；
遇地下水丰富容易坍孔的粉砂土，宜用低档慢速钻进，减少钻头对粉砂土的搅动，同时应加大泥浆比重和提高水头，以加强护壁防止塌孔。
C、钻孔时，必须采取减压钻进，即使孔底承受的钻压不超出钻锥重力和压重块重力之和扣除浮力后的80%，这样可使钻杆维持竖直状态，使钻头竖直平稳旋转，避免或减少斜孔、弯孔和扩孔现象。
D、施工中每钻进1m或地层变化处，应及时捞取钻渣样品，查明土类并记录，以便与设计资料核对。
遇地质情况与设计发生差异及时报请设计及监理单位，研究处理措施后继续施工。
E、钻进过程中应经常测量孔深，并对照地质柱状图随时调整钻进技术参数。
达到设计孔深后及时清孔提钻，清孔时以所换新鲜泥浆达到孔内泥浆含砂量逐渐减少至稳定不沉淀为度。
F、泥石泵应有足够的流量，以免影响钻孔速度。
如泥石泵流量不足可用污水泵代替。
为了避免泥石泵损坏时停工，每台钻机应配备两套泥石泵轮换使用。
4）第一次清孔
清孔处理的目的是使孔底沉碴（虚土）厚度、泥浆液中含钻碴量和孔壁垢厚度符合质量要求和设计要求，为水下混凝土灌注创造良好的条件。
当钻孔达到设计高程后，经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认钻孔合格后，即可进行第一次清孔。
（1）抽浆法清孔：
采用反循环钻机钻孔时，可在终孔后停止进尺，一边利用钻机的反循环系统的泥石泵持续抽浆，把孔底泥浆、钻碴混合物排出孔外，一边向孔内补充经泥浆池净化后的泥浆，使孔底钻碴清除干净。
抽浆清孔比较彻底，但孔壁易坍塌的钻孔使用抽浆法清孔时，操作要注意，防止坍孔。
（2）清孔达到以下标准：
孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s。
浇筑水下混凝土前应清底，孔底沉渣应清除干净，满足京沪高速铁路相关设计规范及设计文件提出的沉降要求。
严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。
5）钢筋笼加工及吊放
（1）钢筋骨架制作：
钢筋笼骨架在制作场内采用胎具成型法分节制作，用槽钢和钢板焊成组合胎具。
将加劲箍筋就位于每道胎具的同侧，按胎模的凹槽摆焊主筋和箍筋，全部焊完后，拆下上横梁、立梁，滚出钢筋骨架，然后吊起骨架搁于支架上，套入盘筋，按设计位置布置好螺旋筋并绑扎于主筋上，点焊牢固，最后安装和固定声测管。
根据客运专线施工要求，按照设计图纸布设接地钢筋。
（2）钢筋骨架保护层的设置
绑扎混凝土预制块：
混凝土预制块为15cm×20cm×8cm，靠孔壁的一面制成弧面，靠骨架的一面制成平面，并有十字槽。
纵向为直槽，横向为曲槽，其曲率与箍筋的曲率相同，槽的宽度和深度以能容纳主筋和箍筋为度。
在纵槽两旁对称的埋设两根备绑扎用的U型12号铁丝。
垫块在钢筋骨架上的布置以钻孔土层变化而定，在松软土层内垫块应布置较密。
一般沿钻孔竖向每隔2米设置一道，每道沿圆周对称的设置4块。
焊接钢筋“耳朵”：
钢筋“耳朵”用断头钢筋（直径不小于10mm）弯制而成，长度不小于15cm，高度不小于8cm，焊在骨架主筋外侧。
沿钻孔竖向每隔2米设置一道，每道沿圆周对称的设置4个“耳朵”。
（3）钢筋骨架的存放、运输与现场吊装
①钢筋骨架临时存放的场地必须保证平整、干燥。
存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的木方，以免受潮或沾上泥土。
每组骨架的各节段要排好次序，挂上标志牌，便于使用时按顺序装车运出。
钢筋骨架在转运至墩位的过程中必须保证骨架不变形。
采用汽车运输时要保证在每个加劲筋处设支承点，各支承点高度相等。
②钢筋笼入孔时，由吊车吊装。
在安装钢筋笼时，采用两点起吊。
第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分之一点之间。
应采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不致变形。
吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后应徐徐下放，不宜左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。
若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。
严禁高提猛落和强制下放。
第一节骨架放到最后一节加劲筋位置时，穿进工字钢，将钢筋骨架临时支撑在孔口工字钢上，再起吊第二节骨架与第一节骨架连接，连接采用挤压套筒连接。
连接时上、下主筋位置对正，保持钢筋笼上下轴线一致：
先连接一个方向的两根接头，然后稍提起，以使上下节钢筋笼在自重作用下垂直，再连接其它所有的接头，接头位置必须按50％接头数量错开至少20d连接。
接头焊好后，骨架吊高，抽出支撑工字钢后，下放骨架。
如此循环，使骨架下至设计标高。
骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，为防止钢筋笼掉笼或在灌注过程中浮笼，钢筋笼的定位采用螺纹钢筋悬挂在钢护筒上。
钢筋笼中心与桩的设计中心位置对正，反复核对无误后再焊接定位于钢护筒上，完成钢筋笼的安装。
钢筋笼定位后，在6h内浇注混凝土，防止坍孔。
③声测管的布置及数量必须满足设计要求，与钢筋笼一起吊放。
声测管要求全封闭（下口封闭、上端加盖），管内无异物，水下混凝土施工时严禁漏浆进管内。
声测管与钢筋笼一起分段连接（采用套管丝扣连接），连接处应光滑过渡，管口高出设计桩顶20cm，每个声测管高度保持一致。
④钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法应符合下表的规定。
钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法
序号
项目
允许偏差
检验方法
1
钢筋骨架在承台底以下长度
±100mm
尺量检查
2
钢筋骨架直径
±20mm
3
主钢筋间距
±0.5d
尺量检查不少于5处
4
加强筋间距
±20mm
5
箍筋间距或螺旋筋间距
±20mm
6
钢筋骨架垂直度
1%
吊线尺量检查
注：
d为钢筋直径，单位：
mm
6）第二次清孔
由于安放钢筋笼及导管准备浇注水下混凝土，这段时间的间隙较长，孔底产生新碴，待安放钢筋笼及导管就序后，采用换浆法清孔，以达到置换沉渣的目的。
施工中勤摇动导管，改变导管在孔底的位置，保证沉渣置换彻底。
待孔底泥浆各项技术指标均达到设计要求，且复测孔底沉渣厚度在设计范围以内后，清孔完成，立即进行水下混凝土灌注。
7）灌注水下混凝土
（1）采用直升导管法进行水下混凝土的灌注。
导管用直径250mm的钢管，壁厚3mm，每节长2.0～2.5m，配1～2节长1～1.5m短管。
导管使用前，应进行接长密闭试验。
下导管时应防止碰撞钢筋笼，导管支撑架用型钢制作，支撑架支垫在钻孔平台上，用于支撑悬吊导管。
混凝土灌注期间时用钻架吊放拆卸导管。
（2）水下混凝土施工采用混凝土搅拌运输车运输混凝土、输送泵泵送至导管顶部的漏斗中。
混凝土进入漏斗时的坍落度控制在18～22cm之间，并有很好的的和易性。
混凝土初凝时间应保证灌注工作在首批混凝土初凝以前的时间完成。
（3）水下灌注时先灌入的首批混凝土，其数量必须经过计算，使其有一定的冲击能量，能把泥浆从导管中排出，并保证把导管下口埋入混凝土的深度不少于1m。
必要时可采用储料斗。
（4）使用拔球法灌注第一批混凝土。
灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。
在整个灌注过程中，导管埋入混凝土的深度不得少于1.0m，一般控制在4m以内。
（5）灌注水下混凝土时，随时探测钢护筒顶面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制导管埋入深度和桩顶标高。
测锤法：
用绳系重锤吊入孔中，使之通过泥浆沉淀层而停留在混凝土表面，根据测绳所示锤的沉入深度换算出混凝土的灌注深度。
测砣一般制成圆锥形，锤重不宜小于4kg，测绳采用质轻、拉力强，遇水不伸缩，标有尺度之测绳。
钢管取样盒法：
用多节长1m～2m的钢管相互拧紧接长，钢管最下端设一铁盒，上有活盖用细绳系着随钢管向上引出。
当灌注的混凝土面接近桩顶时，将钢管取样盒插入混合物内，牵引细绳将活盖打开，混合物进入盒内，然后提出钢管，鉴别盒内之物是混凝土还是泥渣，由此确定混凝土表面的准确位置。
当混凝土灌注接近设计桩顶以上1m时，必须采用钢管取样盒法探测。
（6）在混凝土灌注过程中，要防止混凝土拌和物从漏斗溢出或从漏斗处掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝固，致使测深不准。
同时应设专人注意观察导管内混凝土下降和井孔水位上升，及时测量复核孔内混凝土面高度及导管埋入混凝土的深度，做好详细的混凝土施工灌注记录，正确指挥导管的提升和拆除。
探测时必须仔细，同时以灌入的混凝土数量校对，防止错误。
（7）施工中导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。
如导管法兰盘卡住钢筋管架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔中心。
当导管提升到法兰接头露出孔口以上一定高度，可拆除1节或2节导管（视每节导管长度和工作平台距孔口高度而定）。
拆除导管动作要快，拆装一次时间一般不宜超过15min。
要防止螺栓、橡胶垫和工具掉入孔中，要注意安全。
已拆下的导管要立即清洗干净，堆放整齐。
（8）当桩长超过50m时，导管采用钢索式快插拆装灌注混凝土导管，与普通导管相比具有比下优点：
①钢索快插连接、拆装方便，装卸速度快，工作效率高。
②接头处外径小，仅比导管直径大15%，无碰挂钢筋笼现象。
③双层密封圈，在1.5MPa超负荷水压下，无渗漏现象，密封效果显著。
④结构简单，互换性好，使用长度可随意选择。
⑤劳动强度低，操作时，只须拉钢索即可。
8）成桩检测
对钻孔桩桩身全部进行无损检测。
检测方法符合《铁路工程基桩无损检测规程》（TB10218）的规定。
9）质量保证措施
（1）钻孔中防止塌孔措施
①护筒的埋设深度要确保穿透淤泥质软土层，做好护筒底部密封。
②现场钻孔操作人员，要仔细检测泥浆比重及粘度，尤其是含砂率的检测，不同地层必须按要求进行相应调整。
③控制钢筋笼安装垂直度，安放钢筋笼时，需对准钻孔中心竖直插入，严禁触及孔壁。
④紧密衔接各道工序，尽量缩短工序间隔。
⑤当出现灾害性天气无法施工时，需提起钻头，调整泥浆比重，孔内灌满泥浆。
对存在溶洞的桩孔，应先探明溶洞的大小、规模及溶洞内填充物情况，对溶洞进行处理后再钻进。
（2）清孔措施
当地层富含粉砂类土，终孔后粉砂、粉细砂快速沉淀，给清孔带来困难，为降低孔底沉淤采取以下措施：
①采用双泥浆泵并联供应泥浆，增大泵量，提高泥浆循环速度，增强泥浆携带钻渣的能力。
②用优质膨润土和化学外加剂提高泥浆粘度，减缓砂粒沉淀速度。
③严格控制钻杆接头的密封性，确保泥浆能全部从孔底返回。
④及时排除废弃泥浆，勤捞沉淀池中的沉渣，不断补充优质泥浆。
⑤当钻进砂层时及时开启泥浆分离器，降低含砂率。
⑥加快成孔与成桩速度，缩短从成孔到成桩的作业时间。
⑦二次清孔完成后，立即浇筑水下混凝土，避免泥碴再次沉淀。
（3）钻进中的质量保证措施
①钻进中严格控制泥浆比重，成孔后采用换浆法清孔。
钢筋笼分节加工制做，吊车起吊安装就位。
严格控制孔内沉渣厚度、空孔时间、水下混凝土灌注速度和灌注连续性，确保成桩质量。
混凝土在拌和站集中拌制，混凝土输送车运输，导管法灌注水下混凝土。
桩基完成后，按设计要求对桩基进行逐桩检测。
在墩台建成后，进行群桩沉降观测。
②紧邻既有线施工以保证既有线行车安全为重点。
如既有线为路堤地段，采用帮填边坡，适当抬高钻孔平台高度，钢护筒加长的施工方案，避免因钻孔时间过长造成边坡失稳，承台开挖前，对靠近既有线部位和两侧采用灌注桩防护的方案，承台施工完成后及时回填；如既有线为路堑地带，在开挖钻孔平台或基础时要采用控制爆破，必要时采用钢管排架加防护网防护；施工过程中，加强对施工机具、施工材料是否进入列车行车限界和接近电化网的安全距离的检查，当列车通过时停止施工。
③采用冲击钻孔工艺，基岩中采用冲击成孔工艺。
钻进过程中要防止出现塌孔、卡钻、掉钻等现象。
④钻孔桩清孔完成后，立即用汽车吊吊放钢筋笼，为减少钢筋接头连接时间，钢筋笼接头现场采用直螺纹套筒连接，采用丝扣式导管进行水下混凝土浇筑，确保桩身混凝土能在6h内浇筑完成。
（4）桩身质量检测
钻孔桩正式开工前先进行试桩，验证钻孔桩设计承载力，优化钻孔桩设计长度，选择合适的成孔工艺和压浆工艺，指导全线施工，确保桥梁钻孔桩的施工质量。
钻孔桩除进行静载试桩外，还要按下述要求进行桩身质量检测：
①所有钻孔桩身混凝土质量均作无损低应变动测检测；
②地质条件较差、桩长超过50m的钻孔桩均要进行超声波检测；
③每根钻孔桩混凝土强度试件不少于一组；
④对质量有问题的桩，钻取桩身混凝土鉴定检验；
⑤柱桩底沉渣厚度，按柱桩总数的3～5%钻孔取芯检验；
⑥钻孔到达设计高程后，复核地质情况和桩孔位置，用检孔器检查桩孔孔深、施工偏差要符合下表。
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