钻孔灌注桩的施工工艺.docx

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钻孔灌注桩的施工工艺

钻孔灌注桩的施工工艺

1施工准备

1.1.1施工场地

施工前应将桥位测量放样和场地平整好,以便安装钻架进行钻孔。

当场地位于无水岸滩时，钻架位置应整平夯实，清除杂物，挖除软土，当场地有浅水时,宜采用土或草袋围堰筑岛;当场地为陡坡、深水或淤泥层较厚时，可搭设工作平台，平台必须牢固稳定,能支承钻机在其上面工作。

采用方法可根据实地情况选择，如在水上打桩用型钢焊接平台,在锚碇稳固船上架设钻机。

1.1.2施工机具配备

施工设备主要指钻机。

钻机应根据钻孔直径，深度和场地地质等因素选用，集丰高速公路No2合同段饮马河大桥及堆村大桥桩基施工根据不同的地质情况主要采了三种钻机：

A.旋挖钻机（螺旋钻机），B.正循环回旋钻机,C.冲击钻机（工程中通常称作磕头钻）。

（1）旋挖钻机本工程有将近40棵桩是由旋挖钻完成,占工程桩基础总量的1/3。

旋挖钻是用钻孔机驱动钻杆和钻头进行回转，同时向下施压；钻头旋转中切下土壤，混入泥浆中排出孔外。

因此钻孔机的基础车上必须设有驱转钻杆的回转机构。

旋挖钻的优点是钻进速度快，相对冲击钻比较经济，但其因为其工作靠旋转成孔，因此容易塌孔，且不适与有岩石的地质。

（旋挖钻实物图如图1）

（2）所谓正循环即在钻进的同时，泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头，通过钻竿中心从钻头喷入钻孔内，泥浆挟带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部排出至沉淀池,钻渣在此沉淀而泥浆进入泥浆池循环使用。

在安装钻机时，钻架必须保持平稳,不

（旋挖钻实物图1）

得发生位移、倾斜和沉陷。

（3）冲击钻机冲击钻机分为实心锥和空心锥两种。

1）实心锥冲击钻机用冲击式装置或卷扬机提升实心钻锥，上下往复冲击，将土石劈裂、劈碎，部分被挤入井壁之内。

由泥浆悬浮钻渣，使钻锥每次都能冲击到孔底新土层。

冲击一定时间后，放入掏渣桶掏渣，提出孔外倒掉。

本法泥浆一方面起悬浮钻渣作用，另一方面起护壁作用。

2）空心锥冲击钻其钻孔原理与实心锥冲击钻相同。

只是因为钻锥是空心的，在上下往复冲击时，其锥减刮刀将孔底冲碎，而且已冲碎的钻渣可以从锥底进入空心锥管内。

冲击一定时间后将钻锥提出，倒掉锥内的钻渣，再将钻锥放入井底继续冲击钻进。

本工程项目所采用空心冲击钻机。

1.2灌注桩施工工艺

1.2.1施工流程

桩基施工流程为:

护筒埋设———配置泥浆———钻进成孔———清孔———下钢筋笼———二次清孔———浇注混凝土。

桩基施工的顺序采用跳打法,并结合现场的实际情况进行施工.（如图3）

图3钻孔灌注桩施工工艺流程

1.2.2护筒埋设

护筒的作用是固定桩位，保护孔口不坍塌，隔离地面水和保持孔内水位高出施工水位以维护孔壁及钻孔导向等，根据施工场地可选择采用钢护筒或混凝土护筒,制作护筒时要考虑其内径要比钻头直径稍大。

埋设护筒时应注意:

护筒平面位置应埋设准确,偏差不宜大于50mm,护筒顶标高应高出地下水位和施工水位1.5～2m在无水地层钻孔时因护壁顶部设有溢浆口,因此筒顶也应高出地面0.2～0.3m。

1.2.3泥浆配置（泥浆循环系统）

合理的泥浆配置是成孔质量的重要因素。

泥浆在钻孔的作用是:

在孔内产生较大的悬浮液压力,可防止坍孔；泥浆向孔外土渗透，在钻进的过程中，由于钻头的活动，孔壁表面形成一层胶泥，具有一定的护壁作用，同时将孔内外水流切断,能稳定孔内水位;泥浆比重大，具有浮渣作用,利于钻渣的排出。

施工中泥浆配置一般采用人造泥浆和砂砾石层投放优质粘土相结合的办法配置泥浆。

泥浆的性能指标要根据不同的钻孔方法和不同的地层情况来确定。

1.2.4钻进成孔

先启动泥浆泵，钻机空转，待泥浆进入钻孔一定数量后再开始钻进，钻进速度随地质情况而变，在粘性土中用中等转速,大泵量稀泥浆钻进。

在砂性土中用低档、轻压慢速,大泵量、稠泥浆钻进。

在较硬土中用低慢速优质泥浆,慢进尺钻进。

在钻孔过程中钻进时要严格将泥浆比重控制在1.1～1.3之间，在较好的粘土层中钻孔，可灌入清水，使钻孔时孔内自造泥浆,达到固壁的效果。

如果稠度不够应及时投入粘土。

用此方法可以避免出现塌孔现象，钻孔应一次完成，不得中途停顿，如遇有事故,应立即处理:

要保持孔内水头比外侧河面水头高1m左右,以防塌孔。

钻孔过程中应加强对桩位、成孔情况的检查工作，终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底土质等情况进行检验,合格后立即清孔。

1.2.5钢筋笼的制作和安装

钢筋笼采用固定平台制作,通过十字交叉筋对吊装主筋进行加固。

转运时，双吊车起吊或单吊车用粗圆木协助主副钩起吊,以避免钢筋笼因吊装而变形。

1.2.6清孔

清孔的目的是除去孔底沉淀的钻渣和泥浆，以保证灌注的钢筋混凝土质量,保证桩基有足够的承载力。

在终孔检查后，应立即进行孔底清理，避免隔时过长，

图2

泥浆，钻渣沉淀,造成清孔困难或坍孔。

清孔一般采用换浆清孔法，是指在钻孔完成后，利用正循环钻机，让钻孔机继续空转1～2个小时进行第一次换浆清孔，然后把钻头拉起来拿开，并马上把钢筋笼放进孔内安装好,检查孔内泥浆浓度、含砂率等泥浆性能指标和孔底沉淀厚度。

超过规定，再进行第二次清孔，继续循环换浆，清渣,直到清孔质量达到规范要求为止。

在清孔排渣时必须注意保持孔内水头,以防坍孔。

1.2.7水下混凝土的灌注

灌注混凝土前，应再控测孔底泥浆浓度、含沙率，如大于规定值，须再次清孔,直至复验合格时才可以灌注。

清孔干净及钢筋笼就位合格后,就要立即安装好砼料车。

水下混凝土采用直升导管法进行灌注，混凝土通过漏斗进入导管，进入到初期灌注的混凝土下面,顶托着初期灌注的混凝土及其上面的水或泥浆上升。

为使灌注工作顺利进行，应尽量缩短灌注时间，坚持连续作业,使灌注工作在首批灌注的混凝土仍具塑性的时间完成。

在灌注首批混凝土时，导管上口接漏斗，在接口处设隔水栓（隔水栓要求能在导管内滑动自如不致卡管）,以隔绝混凝土与导管内水的接触。

在漏斗中放足够数量的混凝土后，放开隔水栓使漏斗中存备的混凝土连同隔水栓向孔底猛落，将导管内的水挤出，混凝土从导管下落至孔底堆积，并使导管埋在混凝土内,此后向导管连续灌注混凝土。

随着混凝土不断由漏斗、导管灌入钻孔，钻孔内初期灌注的混凝土及其上面的水或泥浆不断被顶托升高，相应地不断提升导管和拆除导管,直至钻孔灌注混凝土完毕。

导管下口至孔底的距离一般在20～40cm为宜,而且导管埋入混凝土中的深度以1～1.5m为好,要控制混凝土的坍落度在18～20cm之间，以防坍落度过小混凝土堵塞导管，混凝土的含砂率宜为40%～50%,以使混凝土有良好的和易性和流动性。

（1）首批灌注混凝土数量

满足导管埋没深度和填充导管底部间隙的需要，必须保证首批灌注混凝土的数量,其所需的混凝土数量

V=

h/4+π

H/4

式中:

V———首批混凝土所需数量（m）

h———孔内混凝土高度H时,导管内混凝土与导管外水压平衡所需（m）,

h=a*b÷c

a———孔内水面到混凝土面的水柱高

b，c———分别为孔内水（或泥浆）和混凝土的容重

H———灌注首批混凝土时所需井孔内砼面至孔底的高度（m）

D———井孔直径（m）

d———导管内径（m）

（2）水下混凝土配制

①采用普通硅酸盐水泥,水泥的初凝时间不宜早于2.5h,水泥标号不低于425号,砂采用中砂,细度模数2.4,碎石不大于40m。

含砂率和水灰比有试验依据时可根据实际情况酌情适当增减。

②凝结时间首批灌注的混凝土初凝时间不得早于灌注桩全部混凝土灌注完成的时间，当混凝土数量较大时，灌注需要较长时间时，可通过试验在首批混凝土中掺入适量的缓凝剂,以延缓其凝结时间。

2.钻孔灌注桩的事故分析

2.1成孔中的事故

2.1.1钻孔漏浆

（一）漏浆原因

1.在透水性强的砂砾或流砂中，特别是在有地下水流动的地层中钻进时，稀泥浆向孔壁外漏失。

2.护筒埋置太浅，回填土夯实不够，致使刃脚漏浆。

3.护筒制作不良，接缝不严实，造成漏浆。

4.水头过高，水柱压力过大，使孔壁渗浆。

（二）处理方法

1.凡属于第1种情况的回转钻机或旋挖钻机应使用较粘稠或高质量的泥浆钻孔。

冲击钻机可加稠泥浆或回填粘片石、卵石反复冲击增强护壁。

2.属于护筒漏浆的，应按有关护筒制作与埋设的规范规定办理。

如接缝处漏浆不严重，可由潜水工用棉、絮堵塞，封闭接缝。

如漏水严重，应挖出护筒，修理完善后重新埋设。

由于本工程项目两座大桥（饮马河大桥和堆村大桥）桥址均位于石灰岩溶岩发育地段,故在桩基成孔施工过程中最为常见的事故就是漏浆。

本工程项目曾多次发生过漏浆,漏浆部位主要发生在基岩面与其覆盖层的交接处。

在土层中也有可能由于"土洞"的存在而漏浆，此种情况较少，本工程仅在堆村3#2桩基发生（漏浆时距基岩面尚有约5m），且由于"土洞"较大,浆液流失非常迅速而引起塌孔。

2.1.2塌孔

（一）塌孔原因

1.泥浆相对密度不够及其他泥浆性能指标不符合要求，使泥壁未形成坚实泥皮。

2.由于出渣后未及时补充泥浆（或水），或河水、潮水上涨，或孔内出现承压水，或钻孔通过沙砾等强透水层，孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。

3.护筒埋置太浅，下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软，或钻机直接接触在护筒上，由于震动使孔口坍塌，扩展成较大塌孔。

4.在松软砂层中钻进进尺太快。

5.提出钻锥钻进，回转速度过快，空转时间过长。

6.冲击（抓）锥或掏渣筒倾倒，撞击孔壁，或爆破处理孔内孤石、探头石、炸药量过大，造成过大震动。

7.水头太高，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。

8.清孔后泥浆相对密度、粘度等指标降低，用空气吸泥机清孔泥浆吸走后未及时补浆（或水），使孔内水位低于地下水位。

9.清孔操作不当，供水管嘴直接冲刷孔壁、清孔时间过久或清孔后停顿时间过长。

10.吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。

（二）塌孔的预防和处理

1.在松软粉沙土或流沙中钻进时应控制进尺速度，选用较大相对密度、粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。

冲击钻成孔时投入粘土，掺片、卵石，低冲程锤击，使粘土膏、片、卵石挤入孔壁起护壁作用。

2.汛期或潮汐地区水位变化过大时，应采取升高护筒，增高水头，或用虹吸管、连通管等措施保证水头相对稳定。

3.发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻。

4.如发生孔内坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘土（或砂砾和黄土）混合物到塌孔处1米～2米，如塌孔严重应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。

5.严格控制冲程高度和炸药量。

6.清孔时应指定专人补浆（或水），保证孔内必要水头高度。

供浆（水）管最好不要直接插入钻孔中，应通过水槽或水池使水减速后流入钻孔中，可避免冲刷孔壁。

应扶正吸泥机，防止触动孔壁。

不宜使用过大的风压，不宜超过1.5—1.6倍钻孔中水柱压力。

7.吊入钢筋架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。

在饮马河大桥施工中曾出现9次较为严重的塌孔事故，主要发生在旋挖钻钻孔过程中，在施工过程中护筒采用3米高半径1.45米的护筒，配浆也相对合理，分析引起塌孔的原因主要有以下几方面：

一.自然因素大桥所处地质复杂，地表以下4米左右为砂砾及流砂，土层整体结构不稳定，且地下水位过高，水头压力较强。

二.机械因素由于旋挖钻不向冲击钻一样对孔壁有挤压从而起到了护壁作用，旋挖钻则主要靠自身旋转挖进成孔。

三.人为因素是由于孔内水头剧降,补浆补水不及而引起。

孔内局部坍塌的现象也多有发生,如饮马河大桥7#4和8#1桩均是由于人为原因而塌孔。

2.1.3掉锤

各种钻孔方法均可能发生掉钻落物事故。

（一）掉钻落物原因。

1.卡钻时强提强扭，操作不当，使钻杆或钢丝绳超负荷或疲劳断裂。

2.钻杆接头不良或滑丝。

3.电动机接线错误，钻机反向旋转，钻杆松脱。

4.冲击钻头合金套灌注质量差致使钢丝绳拔出。

5.转向环、转向套等焊接处断开。

6.钢丝绳与钻头连接处钢丝绳的绳卡数量不足或松弛。

7.钢丝绳过度陈旧，断丝太多，未及时更换。

8.操作不慎，落人扳手、撬棍等物。

（二）预防措施

1.开钻前应清除孔内落物，零星铁件可用电磁铁吸取，较大落物和钻具也可用冲抓锥打捞，然后在护筒口加盖。

2.经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置。

3.为便于打捞落锥，可在冲击锥或其它类型的钻头上预先焊打捞环、打捞杠，或在锥身上闸捆几圈钢丝绳等.

本工程未发生过掉钻事故，但在工程中如思想麻痹是极易发生的，同时也要做好预防保护措施。

2.1.4埋锤

埋锤事故基本上发生在以下两种情况:

一是由于塌孔提锤（钻）不及而被埋,如堆村大桥0#7桩。

二是由于掉锤后没能及时打捞上来，在反复清除沉渣过程中,护壁破坏而引起局部坍塌埋锤。

此种情况较多,且同一根桩有可能多次发生。

2.1.5扩孔和缩孔

扩孔比较多见，一般表现为局部的孔径过大。

在地下水呈运动状态、土质松散地层处或钻锥摆动过大，易于出现扩孔，扩孔发生原因同坍孔相同，轻则为扩孔，重则为坍孔。

若只孔内局部发生坍塌而扩孔，钻孔仍能达到设计深度则不必处理，只是混凝土灌注量大大增加。

若因扩孔后继续坍塌影响钻进，应按坍孔事故处理。

缩孔即孔径的超常缩小，一般表现为钻机钻进时发生卡钻、提不出钻头或者提钻异常困难的迹象。

缩孔原因有两种：

一种是钻锥焊补不及时，严重磨耗的钻锥往往钻出较设计桩径稍小的孔；另一种是由于地层中有软塑土（俗称橡皮土），遇水膨胀后使孔径缩小。

各种钻孔方法均可能发生缩孔。

为防止缩孔，前者要及时修补磨损的钻头，后者要使用失水率小的优质泥浆护壁并须快转慢进，并复钻二三次；或者使用卷扬机吊住钻锥上下、左右反复扫孔以扩大孔径，直至使发生缩孔部位达到设计孔径要求为止。

2.2成桩过程中的事故

灌注水下混凝土是成桩的关键性工序，灌注过程中应分工明确，密切配合，统一指挥，做到快速、连续施工，灌注高质量的水下混凝土，防止发生质量事故。

如出现事故时，应分析原因，采取合理的技术措施，及时设法补救。

对于确实存在缺点的钻孔桩，应尽可能设法补强，不宜轻易废弃，造成过多的损失。

经过补救、补强的桩须经认真的检验认为合格后方可使用。

对于质量极差，确实无法利用的桩，应与设计单位研究采用补桩或其它措施。

2.2.1导管进水

（一）主要原因

1.首批混凝土储量不足，或虽然混凝土储量已够，但导管底口距孔底的间距过大，混凝土下落后不能埋没导管底口，以致泥水从底口进入。

2.导管接头不严，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开，或焊缝破裂，水从接头或焊缝中流人。

3.导管提升过猛，或测深出错，导管底口超出原混凝土面，底口涌人泥水。

（二）预防和处理方法

为避免发生导管进水，事前要采取相应措施加以预防。

万一发生，要当即查明事故原因，采取以下处理方法：

1.若是上述第一种原因引起的，应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌和物用反循环钻机的钻杆通过泥石泵吸出，或者用空气吸泥机、水力吸泥机以及抓斗清出，不得已时需要将钢筋笼提出采取复钻清除。

然后重新下放骨架、导管并投入足够储量的首批混凝土，重新灌注。

2.若是第二、三种原因引起的，应视具体情况，拔换原管重下新管；或用原导管插入续灌，但灌注前均应将进入导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。

如需重下新管，必须用潜水泵将管内的水抽干，才可继续灌注混凝土。

为防止抽水后导管外的泥水穿透原灌混凝土从导管底口翻人，导管插入混凝土内应有足够深度，一般宜大于200m。

由于潜水泵不可能将导管内的水全部抽干，续灌的混凝土配合比应增加水泥量，提高稠度后灌人导管内，灌人前将导管进行小幅度抖动或挂振捣器予以振动片刻，使原混凝土损失的流动性得以弥补。

以后灌注的混凝土可恢复正常的配合比。

若混凝土面在水面以下不很深，未初凝时，可于导管底部设置防水塞（应使用混凝土特制），将导管重新插入混凝土内（导管侧面再加重力，以克服水的浮力）。

导管内装灌混凝土后稍提导管，利用新混凝土自重将底塞压出，然后继续灌注。

若如前述混凝土面在水面以下不很深，但已初凝，导管不能重新插入混凝土时，可在原护筒内面加设直径稍小的钢护筒，用重压或锤击方法压入原混凝土面以下适当深度，然后将护筒内的水（泥浆）抽除，并将原混凝土顶面的泥渣和软弱层清除干净，再在护筒内灌注普通混凝土至设计桩顶。

2.2.2卡管

在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为卡管。

卡管有以下两种情况：

1．初灌时隔水栓卡管；或由于混凝土本身的原因，如坍落度过小、流动性差、夹有大卵石、拌和不均匀，以及运输途中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，粗集料集中而造成导管堵塞。

处理办法可用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管，或在导管上安装附着式振捣器等使隔水栓下落。

如仍不能下落时，则须将导管连同其内的混凝土提出钻孔，进行清理修整（注意切勿使导管内的混凝土落入井孔），然后重新吊装导管，重新灌注。

一旦有混凝土拌和物落入井孔，须按前述第二项处理方法将散落在孔底的拌和物粒料等予以清除。

提管时应注意到导管上重下轻，要采取可靠措施防止翻倒伤人。

2．机械发生故障或其它原因使混凝土在导管内停留时间过久，或灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝，增大了导管内混凝土下落的阻力，混凝土堵在管内。

其预防方法是灌注前应仔细检修灌注机械，并准备备用机械，发生故障时立即调换备用机械；同时采取措施，加速混凝土灌注速度，必要时，可在首批混凝土中掺人缓凝剂，以延缓混凝土的初凝时间。

当灌注时间已久，孔内首批混凝土已初凝，导管内又堵塞有混凝土，此时应将导管拔出，重新安设钻机，利用较小钻头将钢筋笼以内的混凝土钻挖吸出，用冲抓锥将钢筋骨架逐一拔出。

然后以粘土掺砂砾填塞井孔，待沉实后重新钻孔成桩。

2.2.3埋管

导管无法拔出称为埋管，其原因是：

导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土间摩阻力过大，或因提管过猛将导管拉断。

预防办法：

应按前述要求严格控制埋管深度一般不得超过6m～8m；在导管上端安装附着式振捣器，拔管前或停灌时间较长时，均应适当振捣，使导管周围的混凝土不致过早地初凝；首批混凝土掺人缓凝剂，加速灌注速度；导管接头螺栓事先应检查是否稳妥；提升导管时不可猛拔。

若埋管事故已发生，初时可用链滑车、千斤顶试拔。

如仍拔不出，凡属并非因混凝土初凝流动性损失过大的情况，可插入一直径稍小的护筒至已灌混凝土中，用吸泥机吸出混凝土表面泥渣；派潜水工下至混凝土表面，在水下将导管齐混凝土面切断；拔出小护筒，重新下导管灌注。

此桩灌注完成后，上下断层间，应照下面所述方法予以补强。

本工程曾发生过1根桩基在水下砼灌注过程中由于埋管而导致灌注失败的事故。

事故发生时导管既不能上拔,加重也无法下沉,几乎是被锁死在某一深度,比较难以理解。

分析原因有两种可能:

一种是导管埋置过深;另一种可能是导管倾斜度过大,当其在某一位置反复上下抖动过程中,插入钢筋笼外侧而被卡。

后经过两台吊机同时起拔才将导管拔起。

2.2.4坍孔

在灌注过程中如发现井孔护筒内水（泥浆）位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是坍孔征象，可用测深仪探头或测深锤探测。

如测深锤原系停挂在混凝土表面上未取出的现被埋不能上提，或测深仪探头测得的表面深度达不到原来的深度，相差很多，均可证实发生坍孔。

坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水，孔内水位降低，或在潮汐河流中涨潮时，孔内水位差减小，不能保持原有静水压力，以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等，均有可能引起坍孔。

发生坍孔后，应查明原因，采取相应的措施，如保持或加大水头、移开重物、排除振动等，防止继续坍孔。

然后用吸泥机吸出坍入孔中的泥土；如不继续坍孔，可恢复正常灌注。

如坍孔仍不停止，坍塌部位较深，宜将导管拔出，将混凝土钻开抓出，同时将钢筋抓出，只求保存孔位，再以粘土掺砂砾回填，待回填土沉实时机成熟后，重新钻孔成桩。

2.2.5灌注过程中砼流失

某桩基在水下砼的灌注过程中，当灌注接近完成时，孔内水头急剧下降，砼流失，导致导管底口露出砼面,灌注失败。

事后经抽芯发现，已灌注的砼大部分被冲洗,基本上仅剩粗骨料。

另据桩侧取芯则发现在溶洞部位有流失的混凝土材料。

造成此种事故的原因则极有可能是由于砼灌至一定高度时，孔内压力增大，破坏了溶洞内较为薄弱的护壁,导致砼流失。

后经项目部报执行办和监理采取了大面积开挖补桩策略，但由于地下水位过高施工比较麻烦，费时耗力。

所以说在施工工程中一定要注意水头变化。