桥梁钻孔灌注桩的施工与监理.doc

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桥梁钻孔灌注桩的施工与监理

摘要

本文介绍了桥梁钻孔灌注桩的施工工艺，常见的质量事故及处理方法，以及监理注意事项。

关键词

桥梁钻孔灌注桩施工监理

1工程概况

东营黄河公路大桥及接线工程位于山东省东营市，南北跨越东营市垦利县和利津县，在现胜利黄河大桥下游约4公里处跨越黄河，该项目是国家规划的“纵四”、“横四”干线公路网及山东省公路网主框架的重要组成部分，是胶东半岛、黄河三角洲与京津唐地区联系的重要通道。

它的建设不仅可以贯通已建成的东港和东青高速公路，完善路网布局，而且对于促进区域经济发展及胜利油田进一步开发建设，都具有十分重要的意义。

本工程全长18.746km。

其中高速公路长13.417km，设计行车速度100km/h，路基宽26m，路桥同宽，桥涵设计荷载为汽-超20；挂－120；二级公路长5.329km，设计行车速度80km/h，路基宽13.5m，路桥同宽，桥涵设计荷载为汽－20，挂-100。

黄河大桥长2742m，主桥为116+200+220+200

+116m预应力混凝土刚构一连续梁；引桥采用先简支后连续的42m预应力混凝土箱型组合梁（南岸42m+42m+1联5×42m，北岸4联5×42m+4联4×42m+42m+42m），均按分离式断面设计，下部结构均为钻孔灌注桩基础；南接线长7.082km，北接线长8.922km（其中二级路为5.329km）。

2钻孔灌注桩钻孔施工工艺

第一步:

测量组放样确定桩位中心：

现代的放样，伴随着全站仪的普及，通过后视两水准点中的一点Ａ，将仪器调零角度，拔至要求角度θ，从全站仪读出已定的距离S的方法来确定桩径的中心，通过水准点B处置仪器来复核桩心O位置，如图1所示:

确定O后，在开挖护筒前基坑前，要注意保护桩MM’、NN’

一是在埋设护筒过程中破坏O点来恢复;二是检测钻机就位情况;三是检测护筒是否移位。

第二步:

开挖基坑，埋设护筒:

将MM’，NN’分别用细线相连，恢复开挖基坑时破坏的桩心O，应保证护筒的中心O’与O点在垂直方向上，应用铅垂线检测，若两O’、O在同一直线上则满足要求，基坑要有一定的坡度，应挖成上宽下窄的漏斗形，在护筒埋设好之后，护筒周围土应夯实，确保护筒位置的固定，以防移位。

第三步:

钻机就位。

钻机就位，是指钻机钻头中心或锤头中心与护筒中心O”（即桩中心），在同一铅垂线上，即O、O’、O”三心共线，这是将来成孔的保证;

就位好的钻机，要充分固定，防止移位造成孔位的偏移;

只有满足上述二条，才能保证成孔满足规范要求，孔的倾斜率<1%，孔位偏移≤5cm。

第四步:

钻机钻进

钻孔开钻前，首先要调好泥浆。

泥浆由水、粘土（或膨润土）和掺加剂组成，调制时，应先将粘土或膨润土加水浸透，然后用搅拌机或人工拌制，同时要注意环保问题。

为了回收泥浆和减少环境污染，均应设置泥浆循环净化系统。

残浆要有既定的存放地方，禁止任其自然四处流畅，水中钻机的残浆不能直接排入江中，要配有泥浆船运输到规定的地方存放。

钻进过程中，随着地质改变，地层、土壤软硬，颗粒粗细，选用合适的钻头，从而提高钻进速度。

同时，在地质松软、松散的地层中，控制钻进速度，确保泥浆形成稳定护壁，保证孔和安全。

整个过程应保证孔内具有的水位和要求的泥浆相对密度及粘度，按设计要求钻进。

同时注意地质情况的变化，地质情况由勘探所得，在土层变化处均应捞取渣样，判明土层，并记入记录表中，以便与地质剖面图核对，随时控制泥浆指标防止塌孔，泥浆指标见下表。

土质

钻头

转速

泥浆

备注

粘性土

尖底鱼尾式，圆笼式

中等

大泵量、稀

砂土

平底圆笼式

轻压中等、低档快速

大泵量、稀

较硬碎石土

冲击

低档慢速

优质泥浆

必要时分两级钻机

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

（ml/30min）

静切力（pa）

酸碱度（Ph）

正循环

一般地层

1.05~1.2

16~22

8~4

≥96

≤25

≤2

1.0~2.5

8~10

易坍地形

1.20~1.45

19~28

8~4

≥96

≤15

≤2

3~5

8~10

反循环

一般地层

1.02~1.06

16~20

≤4

≥95

≤20

≤3

1~2.5

8~10

易坍地形

1.06~1.10

18~28

≤4

≥95

≤20

≤3

1~2.5

8~10

卵石土

1.10~1.15

20~35

≤4

≥95

≤20

≤3

1~2.5

8~10

推钻冲抓

一般地层

1.10~1.20

18~24

≤4

≥95

≤20

≤3

1~2.5

8~11

冲击

易坍地形

1.20~1.40

22~30

≤4

≥95

≤20

≤3

3~5

8~11

注:

1.地下水位高或具流速大时，指标取高限，反之取低限;

2.地质状态较好，孔径或孔深较少的取低限，反之取高限;

3.在不宜坍塌的粘质土层中，使用推钻、冲抓、反循环回转钻进时，可用清水提高水头（≥2m）维护孔壁;

4.若当地缺乏优质粘质土，远运膨润土亦很困难，调制不出合格泥浆时，可掺用添加剂改善泥浆性能，各种添加剂掺量可按附录C-1选取;

5.泥浆的各种性能指标测定方法见附录C-2。

6.在不易坍塌的粘性土层中，使用推钻、冲抓，反循环、回循环方法钻进时，可采用清水提高龙头（≥2m）维护孔壁。

7.对遇水膨胀或易坍塌的地层，如泥页岩等，其损失水平应<3-5ml/min。

8.相对密度是泥浆密度与4℃纯水密度之比，过去称为比重。

由于不可预测的，人为的诸多因素存在，将不可避免产生一些故障，对这些故障要分析原因，采取相应挽救措施。

同时，作为一名现场监理人员，应时常检查事故隐患及时的提出相应的防范措施，防患于未然。

3常见到钻孔（包括清孔）事故及处理方法分述如下:

3.1坍孔

各种钻孔方法都可能发生坍孔事故，坍孔的表征是孔内水位突然下降，孔内冒细密的水泡，出渣量显著增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。

坍孔原因

3.1.1泥浆相对密度不够及其它泥浆性能指标不符合要求，使孔壁未形成坚实泥皮。

3.1.2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，或钻机通过砂砾等强透水层，孔内水流失等造成孔内水头高度不够。

3.1.3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，由于振动使孔口坍塌，扩展成较大坍孔。

3.1.4在松软砂层中钻进进尺太快。

3.1.5提出钻锥钻进，四转速太快，空转时间长。

3.1.6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，造成过大振动。

3.1.7水头过高，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。

3.1.8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。

3.1.9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。

3.1.10吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。

塌孔的预防和处理

3.1.11在松散粉砂土或流砂中钻进时，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。

3.1.12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。

3.1.13发生孔口崩塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻。

3.1.14如发生孔内坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘质土（或砂砾和黄土）混合物到坍孔处以上1m-2m，如坍孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。

3.1.15严格控制冲程高度和炸药用量。

3.1.16清孔时应指定专人补浆（或水），保证孔内必要的水头高度，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，以免冲刷孔壁。

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。

3.1.17吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。

3.2钻孔偏斜

各种钻孔方法均可能发生钻孔倾斜事故。

偏斜原因

3.2.1钻孔中遇有较大的孤石或探头石。

3.2.2在有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜处钻进，或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均。

3.2.3扩孔较大处，钻头摆动偏向一方。

3.2.4钻机底座安置水平或产生不均匀沉陷、位移。

3.2.5钻杆弯曲，接头不正。

预防和处理

3.2.6安装钻机时要使转盘、底座水平，起重滑轮缘，固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上，并经常检查校正。

3.2.7由于钻机较长，转动时上部摆动过大，必须在钻架上增设导向架，控制钻杆上的提引龙头，使其沿导向架对中钻进。

3.2.8钻杆接头应逐个检查，及时调正，当主动钻杆弯曲时，要用千斤顶及时调直。

3.2.9在有倾斜的软、硬地层钻进时，应吊着钻杆控制进尺，低速钻进，或回填片、卵石冲平后再钻进。

冲击钻进时，应回填砂砾石和黄土待沉积密实后再继续钻进，偏斜严重的可在开始倾斜处设置少量炸药（小于1kg）爆破，然后用砂类土和砂砾石回填到该处位置以上1m左右，重新冲钻。

3.3掉钻落物

各种钻孔方法均可能发生。

掉钻落物的原因。

3.3.1卡钻时强提强扭，操作不当，实钻杆或钢丝绳超负荷或疲劳断裂。

3.3.2钻头杆接头不良或滑丝。

3.3.3电动机接线错误，钻机反向旋转，钻杆松脱。

3.3.4冲击钻头合金套灌注桩质量差致使钢丝绳拔出。

3.3.5转向环、转向套等焊接处断开。

3.3.6钢丝绳与钻头连接处钢丝绳的绳卡数量不足或松弛。

3.3.7钢丝绳过度陈旧，断丝太多，未及时更换。

3.3.8操作不慎，落入扳手、撬棍等物。

预防措施

3.3.9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。

3.3.10经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和连结装备。

3.3.11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，打捞杆，或在锥身上捆几圈钢丝绳等。

处理方法

掉钻后应及时摸清情况，若钻锥被沉淀物或坍孔土石埋住应先清孔，使打捞工具能接触钻杆和钻锥。

打捞工具有以下几种:

3.3.12打捞叉

3.3.13螺旋取物器和卡板取杆器

3.3.14打捞钩

3.3.15打捞活套

3.3.16偏沟或钻锥平钩

3.3.17打捞钳

对严重的坍孔埋锥，可采用比钻径直径大的空心冲击锥或冲抓锥将坍在原锥上面的土、石清除掉，接触原锥后，再换用比原锥直径稍大的栅或圆柱形的空心锥，冲钻至原锥底部，使原锥与周围孔壁分离后，提出空心锥，再将前述的打捞钩入孔钩捞，用卷扬机会同链滑车同时提位。

3.4糊钻和埋钻

糊钻和埋钻常出现于正、反循环（含潜水钻机）回钻进和冲击锤钻进。

正、反循环回转钻进中，糊钻的表征是细粒土层中钻进时进尺缓慢，甚至不进尺，出现别泵现象;在粘土层中冲击成孔时，由于冲击太大、泥浆粘度太高，钻渣量大、钻杆内径小、出浆孔堵塞以致钻头被糊住或被埋位。

预防和处理办法:

对正反循环回转钻，可清除泥包，调节泥浆的相对密度和粘度，适当增大泵量和向孔内投入适量砂石泥块泥包糊钻，选用刮板齿小，出浆孔大的钻锥，对于冲击钻，除上述方法外，还应减少冲程适当控制进尺，若已严重糊钻，应停钻，清除钻渣，对钻杆内径，钻渣进出孔和排渣设备的进尺进行检查计算。

3.5扩孔及缩孔

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，扩孔发生原因同塌孔相同，轻则为扩孔，重则为崩孔。

若只孔内局部发生崩塌而扩孔，钻孔仍能达到设计深度则不必处理，只是混凝土灌渣量大大增加，若因扩孔后继续崩塌影响钻进，应按崩孔事故处理。

缩孔即孔径的超长缩小，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3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必须快转慢进，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为止。

3.6梅花孔（或十字孔）

常发生在冲击锥钻进时，冲成的孔不圆，发生如梅花或十字的形状，形成原因:

3.6.1锥顶转向装置失灵，以致冲锥不转动，总在一个方向上下冲击。

3.6.2泥浆相对密度和粘度过高，冲击转动阻力太大，钻头转动困难。

3.6.3操作时钢丝绳太松或冲程太少，冲锥刚提起又落下，钻头转动时间不充分或转动很小，改换不了冲击装置。

3.6.4有非均质地层，如漂卵石层、堆积层等易出现掉头石，造成局部孔壁凸进，成孔不圆。

预防方法:

3.6.5应经常检查转向装置的灵活性，及时修理或更换失灵的转向装置。

3.6.6选用适当粘度和相对密度的泥浆，并适时掏渣。

3.6.7用低冲程时，每冲击一段据用高一些的冲击程冲击，交替冲击修整孔形。

3.6.8出现梅花孔后，可用片、卵石混和粘土回填钻孔，重新冲击。

3.7卡锥

卡锥也常发生在以冲击锥钻进时，冲锥卡在孔内提不起来，发生卡锥。

原因

3.7.1钻孔形成梅花形，冲锥被狭窄部位卡住。

3.7.2未及时焊补冲锥，钻孔直径逐渐变小，而焊补后的冲锥大了，又用高冲程猛击，极易发生卡锥。

3.7.3伸入孔内不大的探头石未被打碎，卡住锥脚或锥顶。

3.7.4孔口掉下石块或其他物件，卡住钻锥。

3.7.5在粘土层中冲击的冲程太高，泥浆太稠，以致冲锥被吸住。

3.7.6大绳松放太多，冲锥倾倒，顶住孔壁。

处理方法

处理卡锥应先弄清情况，针对卡锥原因进行处理。

宜待冲锥有松动后方可用力上提，不可盲动，以免造成越卡越紧。

3.7.8当为梅花卡铅时，若锥头向下有活动余地，可使钻头向下活动并转动至孔径较大方向提起钻头。

也可松一下钢丝绳，使钻锥松动一个角度，有可能将钻锥提出。

3.7.9卡钻不宜强提以防坍孔，埋钻。

宜用由下向上顶撞的办法，轻打卡位的石头，有时使钻头上下活动，也能脱离卡点或使掉入的石头落下。

3.7.10用较粗的钢丝绳带打捞钩或打捞绳放入进孔内，将冲锥勾住后，与大绳同时提动，或交替提动，并多次上、下、左、右摆动试探，有时能将冲锥提出。

3.7.11在打捞过程中，要继续搅拌泥浆，防止沉淀埋钻。

3.7.12用其他工具，如小的冲锥，小掏渣筒等下到孔内冲击，将卡锥的石块挤进孔壁，或把冲锥碰活动脱离卡点后，再将冲锥提出。

但要稳住大绳以免冲锥突然下落。

3.7.13用压缩空气管或高压水管下入孔内，对准卡锥一侧或吸锥处适当冲射一些时候，使卡点松动后强行提出。

3.7.14使用专门加工的工具，将顶住孔壁的钻头拔正。

3.7.15用以上方法提升卡锥无效时，可试用水下爆破提锥法，将炸药（少于1kg）放入孔内，沿锥的滑槽放到锥底，而后引爆，震动卡锥，再用卷扬机和链滑车同时提位，一般是能提出的。

3.7.16预防卡锥事故

针对发生卡锥的原因采取相应措施。

3.8钻杆折断

钻杆折断常发生在正反循环回转钻进时。

一旦发生折杆，钻机的负荷立即减轻，驱动机械的运转噪声减少，钻进速度接近于零，即使提钻后再钻进仍无效，则证明确系发生了折杆故障。

折杆原因

3.8.1用水文地质或地质钻探小孔径钻孔的钻杆来作桥梁大孔径钻孔桩用，其强度刚度太小，容易折断。

3.8.2钻进中选用的转速不当，使钻杆所受到扭转或弯曲等应力增大，因而折断。

3.8.3钻杆使用过久，连接处有损伤或接头磨损过甚。

3.8.4地质坚硬，进尺太快，使钻杆超负荷工作。

3.8.5孔中出现异物，突然增加阻力而没有及时停钻。

预防和处理

3.8.6选择钻孔直径和管壁厚度尺寸时，应计算决定。

3.8.7不使用弯曲严重的钻杆，要求各节钻杆的连接和钻杆与钻头的连接丝扣完好，以螺套连接的钻杆接头要有防止反转松脱的固锁设施。

3.8.8钻进过程要控制进尺速度。

3.8.9钻进过程中要经常检查钻具各部分的磨损情况和接头强度是否足够。

不合要求者，及时更换。

3.8.10在钻进中若遇异物，须经处理后再钻进。

3.8.11如已发生钻杆折断事故，可按其述方法打捞，并检查原因，换用新或大钻杆继续钻进。

3.9钻孔漏浆

漏浆原因

3.9.1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。

3.9.2护筒埋置太浅，回填土夯实不够，致使刃脚漏浆。

3.9.3护筒制作不良，接触不严密，造成漏浆。

3.9.4水头过高，水柱压力过大，使孔壁渗漏。

处理方法

3.9.5凡属于第一种情况的回转钻机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土掺石片，卵石反复冲击，增加护壁。

3.9.6属于护筒漏浆的，应按前述有关护筒制作与埋设的规范规定处理。

如接缝处漏浆不严重，可由潜水工用棉、絮堵塞，封闭接触。

如漏水严重，应挖出护筒，修理完善后重新埋设。

对于以上故障的处理都应仔细分析，查明原因，从而采取相关的有利的措施，确保孔的安全性。

作为一名监理，在日常钻进的过程，随时注意钻进的进尺，对一些故障的前兆，事故存在的隐患要事先察觉，提出相应措施，使故障消失于萌芽之中。

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