高速公路钻孔灌注桩施工组织及作业指导.docx
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高速公路钻孔灌注桩施工组织及作业指导
国道主干线（GZ40）二连浩特～河口
陕西境禹门口～阎良段高速公路
C11合同段（K63+500～K76+000）
钻孔灌注桩
作业指导书
中铁十一局集团有限公司
禹阎公路C11合同项目经理部
二○○二年十月八日
***合同段钻孔灌注桩施工作业指导书
一、编制依据：
1、陕西省公路勘测设计院关于陕西境内禹门口～阎良段高速公路的施工图设计文件；
2、公路桥涵施工技术规范JTJ041－2000；
3、陕西公路发展项目禹门口～阎良高速公路土建工程招标文件：
第二卷——技术规范；
4、现场地质、水文调查资料。
二、本合同段钻孔桩基技术参数一览表
桥位
桩长（m）
根数
桩径（m）
桥位
桩长（m）
根数
桩径（m）
K64+162
金水沟特大桥（双幅）
0＃台
68
4
1.7
K73+711.65
立交桥
0＃台
35
6
1.2
1＃桩
78
24
1＃台
35
6
2＃桩
71
24
K65+044.85
天桥
0＃台
25
2
1.2
3＃桩
44.5
24
1＃桩
45
1
1.5
4＃桩
46
24
2＃台
25
2
1.2
5＃桩
82
24
K73+005.55
天桥
0＃台
32
4
1.0
6＃桩
77
18
1＃桩
40
1
1.5
7＃台
66
4
2＃桩
40
1
K64+720
金水沟支桥（右幅）
0＃台
25
3
1.0
3＃桩
40
1
1＃桩
33，37
2
1.2
4＃台
32
4
1.0
2＃桩
33，37
2
K69+109.29
通道
0＃台
27
6
1.2
3＃桩
33，37
2
1＃台
27
6
4＃桩
33，37
2
5＃桩
33，37
2
6＃台
25
3
1.0
K66+826.15
立交桥
0＃台
33
12
1.0
1＃桩
50
4
1.5
总计
246根／13074延米
2＃桩
50
4
φ100
38根／1198延米
3＃台
33
12
1.0
φ120
50根／1582延米
K70+557.72
立交桥
0＃台
31
6
1.2
φ150
12根／565延米
1＃台
31
6
φ170
146根／9638延米
三、主要机具、设备
钻机的钻孔方式，根据本合同段的地质情况、设计桩径、桩长，拟选用反循环回旋法成孔。
混凝土灌注采用导管水下混凝土灌注方法。
根据桩基的成孔工艺，拟选定GPS－15型回旋钻机10台、GPS－20型回旋钻机9台（每台配备性能良好的泥浆泵一台）、动力电由地方高压输电线路提供，装备变压器和备用发电机及600mφ300导管（接头为丝扣连接）。
主要机械设备表如下：
名称
规格与型号
单位
数量
备注
旋转钻机
GPS－20
台
10
用于金水沟特大桥
旋转钻机
GPS－15
台
3
用于其它桥梁、通道钻孔桩
冲击钻
洛阳CZ-30
台
7
用于强度大于100MPa的泥质砂岩钻进
起重吊车
QY20
台
2
挖掘机
PC200
台
1
挖掘机
PC220
台
1
发电机
120KW
台
3
两台用于两拌合站，一台用于砼泵备用
潜水泵
扬程90m
台
15
混凝土罐车
MR4510
台
5
泥浆泵
3P
台
20
混凝土拌和站
座
2
钢筋弯曲机
台
3
变压器
300KVA
台
3
电焊机
GQM32B
台
8
混凝土输送泵
台
2
蒸汽锅炉
台
2
两台用于两拌合站冬季施工
变压器设置见“全线变压器分布情况表”。
全线变压器分布情况表
序号
位置
变压器容量
数量
备注
1
金水沟底
500KVA
1
配两台120KW发电机，供0至4＃墩台施工
2
K65+000
440KVA
1
配一75KW发电机，315KVA变压器供5至7＃墩台施工
3
K66+826
125KVA
1
4
K69+109
125KVA
1
5
K73+711
125KVA
1
四、施工组织及人员安排
19台钻机同时作业，并连续灌注混凝土。
具体人员安排见下表：
序号
姓名
职务
责任划分
备注
1
陈林生
项目总工
项目技术安质总负责人
2
刘国建
项目副经理
项目生产与协调负责人
3
郭永军
桥工三队队长
工地负责人（钢筋、砼生产）
4
张立新
桩基队主管
工地负责人（成孔、成桩）
5
宋长海
项目物资部部长
物资管理
6
罗长友
项目施技部部长
方案制定与技术交底
7
杨汉国
项目安质部部长
方案落实与安全质量检查
8
张杰
项目结构工程师
方案编制与技术交底
9
陈启兵
项目质检工程师
质量检验
10
毕宝山
项目试验室主任
试验负责人
11
何辉跃
项目精测队队长
测量负责人
12
王莹
项目质检工程师
安全管理工作
13
宁煜泽
桥工三队技术室主任
工地技术负责人
14
林国庄
桥工七队技术室主任
工地技术负责人
15
王李俊
桩基队技术主管
工地技术负责人
16
电工、修理工
电力、照明、维修
6人
17
钢筋工、电焊工
钢筋下料、加工及安装
40人
18
拌合楼司机
拌制混凝土
4人
19
吊车司机
吊装作业
2人
20
砼输送泵操作人员
砼输送作业
4人
21
砼输送车司机
砼输送作业
4人
22
砼工
砼施工
10人
23
其他
40人
五、施工进度计划
根据本工地的人员、机具配备情况和项目部下达的第四季度生产计划，拟定钻孔灌注桩基础施工进度计划如下：
鉴于目前工地地理条件及施工便道的贯通进度，拟首先安排2台GPS－20钻机于10月10日开始施工金水沟特大桥3＃、4＃墩钻孔桩，0＃台～3＃墩、5＃墩～7＃台的施工便道计划于11月5日全部贯通，然后安排8台GPS－20钻机开始施工0＃（一台）、1＃（一台）、2＃（一台）、5＃（两台）、6＃（两台）、7＃（一台）墩台钻孔桩;3#、4#各上三台、2#上一台冲击钻用于岩层的接力钻进；其它立交桥、天桥和通道的钻孔桩安排在11月5日后，待征地拆迁和部分地段的施工便道完成后再陆续开工，12月30日，所有立交桥、天桥和通道钻孔灌注桩全部灌注完成，金水支沟桥桩基在挖方完成后进行。
根据3＃墩桩基试钻情况，金水沟大桥桩基控制工期为3＃、4＃墩桩基，以GPS－20钻机平均每天进尺15米（24小时，黄土及亚粘土至粘土岩，加地面至桩基顶共约31米），冲击钻平均每天进尺1.8米（24小时，泥质砂岩约18.5米），3＃墩一台冲击钻加一台回旋钻平均钻进完成孔一根桩约需时12.5天，加回旋钻机就位、回旋钻机移位冲击钻就位、冲击钻移位计1天，最终成孔一根桩约需时15天（清孔、吊放钢筋笼和灌注砼不计入钻机流水作业）。
3＃墩三台冲击钻加一台回旋钻完成24根约需时15/3*24＝120天。
总计划工期为120天，实际开钻日从11月1日起计，具体安排见“桩基施工进度计划横道图”和“金水沟大桥桩基施工进度计划横道图”以及“桩基施工网络图”。
桩基施工进度计划横道图
中心桩号时间
天数
2002年
2003年
11.1－11.15
11.16－11.30
12.1－12.15
12.16－12.31
1.1－1.15
1.16－1.31
2.1－2.15
2.16－2.28
K64+162
金水沟特大桥
120
K64+720
金水沟支桥
45
K66+826.15
立交桥
50
K70+557.72
立交桥
30
K73+711.65
立交桥
60
K65+044.85
天桥
45
K73+005.55
天桥
60
K69+109.29
通道
60
六、施工工艺
1、泥浆护壁工艺原理
在孔内加入泥浆，利用泥浆在孔内形成一层泥浆膜，将不同土层上的空隙渗填密实。
同时，由于泥浆的相对密度大于水的相对密度，可增加静水压力，使孔内漏水减少到最低限度，稳定孔壁，延缓沙粒和悬浮状土颗粒的沉降，便于处理沉渣。
此外，泥浆护壁具有润滑钻头和减少钻进阻力等作用。
2、施工工艺流程图
钻孔灌注桩施工工艺流程图
七、施工方法、步骤及操作要点
1、施工准备
将桥位墩台处的场地平整，使场地有足够的空间供机械设备安装和移位，修建拌浆池、储浆池、沉淀池、和泥浆循环槽，道路、电路、水沟及附属设施布置合理。
由于本合同段地质多为湿陷性黄土地质，为防止孔口塌方，故特别要注意作业场地的地表排水工作。
2、测量定位
根据业主和设计院提供的控制桩，准确测设出各个墩台的中心桩以及每根桩的具体位值；由每一根桩的地面高程和桩顶设计高程确定钻孔深度。
项目部精测队在下述工序作业前对桩位及高程进行准确定位测量：
施工放样、护筒就位后钻机就位前，队级测工紧密配合，施工过程中严格控制各测量工序。
钢筋笼就位后砼灌注前应对检测各相对尺寸，防止钢筋笼偏位。
施工测量和检查必须做到：
事前检查、事中检查、事后检查的原则，发现问题及时解决。
3、开孔、钻进
（1）护筒埋置
护筒具有保持孔口稳定、固定桩位和隔离地面水等作用。
护筒用5mm钢板卷制而成，每节长1.5m，其内径为比设计桩径大20～30cm，护筒顶端留有高30cm、宽30cm的出浆口。
护筒埋设以桩中心为圆心，采用人工方式开挖直径比护筒直径稍大的土坑以埋设护筒。
开挖前用十字交叉法将桩心引至开挖区外，做四个护桩，并做好保护（直到成孔后），埋设护筒后再将中心引回，使护筒中心和桩位中心重合。
在埋放护筒时要求其底端穿过松散地层至较硬土层至少0.5m，其顶端高出地面0.3～0.5m，在浅水中作业时其顶端高出施工水位或地下水位1.5～2.0m。
埋设完成后，通过吊环将护筒固定在钻机轨道上。
护筒埋设平面位置偏差不大于5cm，垂直度偏差不大于1%。
护筒周围空隙用粘土回填夯实，以防止护筒倾斜变形或泥浆渗漏塌孔。
由于本合同段桩长普遍较长且地质多为湿陷性黄土，孔口易发生塌孔，孔口一旦塌孔，处理起来既复杂又费时。
防止孔口塌孔的措施主要有：
对土质较好的孔口，用粘土夯填密实；
对土质较差的孔口，在护筒下部浇注30cm厚的C20混凝土，上部再用粘土夯填密实，其埋设示意图见下图：
③金水沟大桥4＃墩采取筑岛围堰施工，钢筋砼护壁方案如下：
金水沟大桥4#墩护壁方案
说明：
1、单位为ｃｍ；
2、护壁按每1米一节施工；等截面,C20砼。
3、筑岛土方分层碾压密实，施工中应严格检查钻机垂直度，防止钻机倾斜。
4、最底部一节护壁底面高程暂按596.918米控制；当遇淤泥、软土层时，根据地质情况另行处理。
最顶部一节护壁顶面高出地面30ｃｍ。
5、护壁环向锚固钢筋（图中未示,目的是使混凝土护壁与孔壁良好粘接，每节护壁施工前在该节护壁四周均匀布置6根长30cm、外露5cm的环向Ф25锚固钢筋，每40cm的高度设置一环，每节两环）根数12根。
（2）钻机就位
钻机就位时要将机座调平，底部用钢轨支垫，以防止场地产生不均匀沉降，造成钻机倾斜、偏移，同时作为钻机移位的轨道。
钻机就位后其顶端用缆风绳对称拉紧，以保证钻机作业过程中的稳定性。
就位后钻头中心和桩位中心应对正，误差控制在5cm以内。
（3）泥浆循环净化系统的布置
由于本合同段地质以湿陷性黄土为主，钻进过程中对泥浆的要求较高，因此在开钻前，须准备大量的水化块、造浆能力强的粘土。
综合考虑本合同段的水文地质、机械配备和工程成本等因素，拟定在合阳县境内就地选取质量较好的黄粘土作为造浆原料。
一般应选取塑性指数大于25，粒径小于0.074mm的粘粒含量大于50％的粘质土制浆。
当缺少上述性能的粘质土时，可选用性能略差的粘质土,并掺入30％的塑性指数大于25的粘质土。
当采用性能较差的粘质土调制的泥浆其性能指标不符合要求时，可在泥浆中掺入Na2Co3、NaOH或膨润土粉末，以提高泥浆的性能指标。
具体掺入量与原泥浆的性能有关，须经过试验确定。
泥浆一般由水、粘土和添加剂按适当配合比配置而成，其性能指标如下：
钻孔方法
地层情况
泥浆性能指标
相对密度
粘度（Pa.s）
含砂率（％）
胶体率（％）
失水率（ml/30min）
泥皮厚（mm/30min）
静切力（Pa）
酸碱度（PH）
反循环
一般地层
1.02～1.06
16～20
≤4
≥95
≤20
≤3
1～1.25
8～10
易塌地层
1.06～1.10
18～28
≤4
≥95
≤20
≤3
1～1.25
8～10
卵石土层
1.10～1.15
20～35
≤4
≥95
≤20
≤3
1～1.25
8～10
泥浆循环净化系统包括储浆池、沉淀池、和泥浆循环槽。
反循环钻孔时，泥浆需不断的循环和净化方能正常地钻进，故在施工前应结合现场的情况作
适当的布置。
在旱地施工时，一般设置泥浆池、储浆池、沉淀池并用循环槽连接。
制浆池一般设两个，一个用于浸泡粘土，另一个搅拌制浆，轮换使用；沉淀池容量泥浆泵的泵量和要求沉淀的时间决定。
用两个沉淀池轮换使用，一个池进浆沉淀，另一个关闸清渣。
为减少沉淀时间，可在泥浆槽（循环槽）加筛网，滤去较大的钻渣；一般情况下，泥浆槽长度宜大于15m，沟底坡不宜大于1％。
泥浆循环系统平面布置示意图如下：
（4）桩孔钻进顺序
钻机是以其支垫其机座底部的钢轨作为走行系统的。
鉴于钻机的移位方式和群桩基础施工要求，现以金水沟特大桥3＃墩的钻机钻孔顺序为例加以说明。
列示如下：
（数字为桩位编号）
右：
242221191816151320142317
左：
121097643182115
（5）钻进
向埋设护筒时已挖成的孔内注入清水，开动钻机。
同时，开动泥浆泵以破坏土层，保护孔壁并浮起钻渣。
开始钻孔时，应稍提钻杆，在护筒内旋钻造成浆，开动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后以低档慢速开始钻进，使护筒脚处有牢固得泥皮护壁，钻至护筒脚下1m后，方可按正常速度钻进。
在钻进过程中，要经常注意土层的变化，对不同土层，须采用不同的钻速、钻压、泥浆比重和泥浆量。
在硬粘土中钻进时，用一档转速，放松起吊钢丝绳，自由进尺。
在普通粘土中钻进时，可用二、三档转速，自由进尺。
对钻头的选用，在粘土中钻进，由于泥浆粘性大，钻头所受阻力也大，易糊钻，宜选用尖底钻头，钻进时起落钻头速度宜均匀，钻孔应一次成孔，不得中途停顿。
每进尺两米或岩层变化处，应捞取样渣，查明土类。
钻孔过程中，若发现钻孔位置处的地质情况与设计图纸上的描述有显著差别时，应及时向监理工程师汇报。
在监理工程师批准之前，不得进行下一步的工作。
钻进过程中适时地接长钻杆，及时捞渣补浆。
并经常检查泥浆指标，随时根据地质情况控制泥浆比重及钻进速度。
如沙粘土地层泥浆比重控制在1.05～1.15之间，在易塌孔的黄土地层泥浆比重可适当提高到1.2～1.3左右，始终保持护筒内泥浆的标高高于外部水位或地下水位1.0～1.5m。
认真做好钻孔记录，在钻进过程中要勤检查钻机是否移位，钻头是否偏移桩位中心，防止出现斜孔。
当采用回转钻机钻进至硬泥质砂岩层、钻进再无效果时，保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度和粘度，将钻头提出孔外，移走回转钻机，检测护筒位置后使冲击钻机就位，确定钻杆位置后，下钻继续钻进。
钻孔应一次成孔，更换钻机迅速准确，不得中途停顿。
（6）检孔
为保证孔形顺直，应在成孔清孔前用检孔器检查。
检孔器长度为孔径的4～6倍，直径小于孔径5cm。
每次更换钻头时，亦必须检孔，将检孔器检到孔底方可放入新钻头。
如检孔器不能下到原来已钻的深度，则可能孔径有问题，发生了弯孔、塌孔或缩径等情况，应及时采取补救措施，这时应用钻头上下扫孔，扫孔完毕，再作检查，直至达到设计及施工规范要求。
1.7m直径钻孔桩检孔器的制作大样图如下：
（7）清孔
当钻孔至设计高程经检查合格后即进行清孔，不得停歇过久，使泥浆、钻碴沉淀增多，造成清孔工作的困难，甚至坍孔。
清孔前要进行孔深、孔径、孔位检查。
清孔可利用钻机的反循环系统的泥石泵持续吸碴5min-15min左右，清孔至沉碴厚度：
嵌岩桩不大于50mm、摩檫桩不大于500mm后报监理工程师检查。
清孔达到以下要求：
清孔时，孔内水位应保持在孔外水位或地下水1.0～1.5m以上，泥浆比重为1.15g/cm3以内，粘度为17～20s，含砂率＜2%，孔底沉碴厚度：
嵌岩桩不大于50mm、摩檫桩不大于500mm，并经监理工程师检查合格后，方可吊装钢筋笼。
钻孔完成特别是钢筋笼吊装完成后,应进行二次清孔，待二次清孔各种指标达到规范要求后，应及时灌注水下砼,这样可避免因下钢筋笼及下导管搁置时间过久,孔底沉淀厚度超标，造成灌注断桩。
（8）钻孔中易出现的问题及其处理方法：
塌孔：
当发生浅层孔口坍塌时，应立即拆除护筒，并将钻孔回填密实，在原位置重新埋设护筒，重新钻进；当发生深层孔内坍塌时，先探明坍塌位置，回填砂和粘质土混合物至坍孔处位置以上2m以上，如塌孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。
弯孔（斜孔）：
先探明发生弯孔的范围，当弯孔不严重时，可重新调整钻机继续钻进；当发生严重弯孔时，应重新回填,待回填物沉积密实后再行钻进。
缩径：
当出现孔内缩径时应开动钻机反复扫孔，直到检孔符合要求。
卡钻：
当出现卡钻的情况时，易采取小幅度正反旋转钻杆，同时小心提升钻杆的方法，严禁直接拔钻造成掉钻头。
掉钻：
当出现掉钻的情况时，易首先采取大功率磁铁吸住钻头，然后再轻拔慢提，缓慢将钻头拔出。
4、钢筋笼的制作与吊装
在终孔之前，即要提前将钢筋笼制作成型。
钢筋笼根据情况可整体或分段制作，其吊装利用吊车来完成。
钢筋笼的制作应注意以下操作细节：
钢筋的焊接质量与操作人员的技术水平关系很大，故所有参加作业的焊工必须持证上岗；
钢筋笼加工的主筋焊接均采用双侧帮条焊。
帮条应采用与主筋同级别的钢筋，其总截面积应不小于被焊钢筋的截面积。
当采用双面焊缝时，帮条长度为≥5d；当采用单面焊缝时，帮条长度为≥10d（d为钢筋直径）；
电弧焊缝所需厚度H不小于0.3d，焊缝宽度B不小于0.7d（d为钢筋直径）；
钢筋下料时，切口端面应与钢筋轴线垂直，不得有马蹄形或扰曲。
电弧焊条选用主要原则是焊条溶解后形成的金属强度应与被焊接的钢筋强度相同。
钢筋电弧焊焊条型号的选用原则列表如下：
钢筋级别
电弧焊接头型式
帮条焊搭接焊
坡口焊、熔槽帮条焊预埋件穿孔塞焊
在间隙焊
钢筋与钢板搭接焊预埋件T型角焊
Ⅰ
E4303
E4303
E4306、E4315
E4303
HRB335
E4303
E5003
E5016、E5015
E4303
HRB400
E4303
E5003
E6016、E6015
受力钢筋焊接或绑扎接头应设置在内力较小处，并错开布置，对于绑扎接头，两接头间距离不小于1.3倍搭接长度。
对于焊接接头，在接头长度区段内，同一根钢筋不得有两个接头，配置在接头长度区段内的受力钢筋，其接头的总面积占总截面积的百分率应符合下表的规定：
接头型式
接头面积最大百分率（％）
受拉区
受压区
主筋绑扎接头
25
50
主筋焊接接头
50
不限制
钢筋笼的安装必须做好以下几点：
保证焊接长度、方法和同一截面钢筋接头数量都必须满足规范要求，每个接头必须经过验收；
保证钢筋笼的顺直，避免钢筋笼碰撞孔壁而塌孔；
在加工钢筋笼时注意按要求加工和安装声测管，并确保声测管的密封性；
严格控制吊筋长度，保证钢筋笼的高度。
钢筋笼达到标高后，要牢固地用吊筋将笼体与孔口护筒电焊连接，以防掉笼或浮笼。
观测掉笼或浮笼的方法为：
在桩身钢筋笼顶直径方向相对固定两根钢管，并使之伸出孔口1m以上，在钢管顶测定一高程值，在灌注砼的过程中，随时对其进行高程检查，若发现浮笼或掉笼，立即进行处理。
5、导管配制及吊装就位
导管安装前应进行组拼并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1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力p的1.3倍，p可按式下列公式计算：
【式中：
p—导管可能受到的最大内压力（KPa）；
――混凝土拌合物的重度，取24KN／m3;
hc—导管内混凝土柱最大高度（m），以导管全长或预计的最大高度计；
――井孔内水或泥浆的重度（KN/m3）;
Hw—井孔内水或泥浆的深度（m）。
】
现以本合同段最长的82m的桩为例进行计算：
内压力P＝1.3×p＝（24×82－11×82）=1.38Pa
最大水压力：
1.3×11×82＝1.17MPa
【hc—导管内混凝土柱最大预计高度为45m。
】
导管配制长度要准确，导管底部距孔底一般为0.4m，导管安装时必须控制好导管的垂直度，防止导管弯曲撞击孔壁，造成塌孔；由于导管长，重量大，且内外压差大，所以导管要有足够的刚度和强度，必要时要使用特制导管。
导管应自下而上加以编号并标示其长度。
吊放导管时位置居中，轴线顺直，稳步沉放，防止挂卡钢筋笼，导管下口悬挂距孔底距离为40cm，既要能保证初灌后导管埋入砼深度不小于1.0m，同时也能保证初灌砼顺利排除管外。
但亦不能悬挂过高，造成砼洗澡。
导管上口设漏斗和储料斗。
导管安装完毕，再次进行深度测量。
如果沉渣厚度大于设计要求时，用空气升液法进行清孔，直到满足设计要求后，方可灌注混凝土。
6、钻孔桩成孔质量标准：
项目
允许偏差
孔的中心位置（mm）
群桩：
100；单排桩：
50
孔径（mm）
不小于设计桩径
倾斜度
钻孔：
小于1％；挖孔：
小于：
0.5％
孔深
摩擦桩：
不小于设计规定；支承桩：
比设计深度超深不小于50mm
沉淀厚度（mm）
摩擦桩：
符合设计要求，当设计无要求时，对于直径≤1.5m的桩，≤300mm；对直径>1.5m或桩长>40m或土质较差的桩，≤500mm
支承桩：
不大于设计规定
清孔后泥浆指标
相对密度：
1.03～1.10；粘度：
17～20Pa·s；含砂率：
<2％；胶体率：
>98％
7、灌注水下混凝土
本合同段桩长普遍较长，混凝土初灌时采用拔球法。
灌注水下砼时，
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