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持力层埋深不超过20m的中、低压缩性粘性土、粉土、砂土和碎石类土
冲击钻机旋挖钻机沉管灌注桩设备螺旋钻机
2成孔机械及工作原理介绍
2.1泥浆护壁成孔灌注桩
泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁、防止塌孔和排出土渣而成孔，不同土质和地下水位高低都适用。
多用于含水量高的软土地区。
成孔机械有回转钻机、潜水钻机、冲击钻等，其中以回转钻机应用最多。
回转钻机是由动力装置带动有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。
切削形成的土渣，通过泥浆循环排出桩孔。
根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机和反循环回转钻机。
正循环回转钻机成孔时泥浆由钻杆内部注入,从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上经孔口带出并流入沉淀池，沉淀后的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。
反循环回转钻机成孔时泥浆由钻杆与孔壁间的间隙流入钻孔，由砂石泵在钻杆内形成真空，使钻下的土渣由钻杆内腔吸出至地面而流向沉淀池，沉淀后再流入泥浆池。
反循环工艺的泥浆上流的速度较高，排放土渣的能力强。
潜水钻机成孔潜水钻机是一种旋转式钻孔机械，其动力、变速机构和钻头连在一起，加以密封，因而可以下放至孔中地下水位以下进行切削土壤成孔。
用正循环工艺输入泥浆，进行护壁和将钻下的土渣排出孔外。
冲击钻成孔冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔时将冲锥式钻头提升一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层，然后用掏渣筒来掏取孔内的渣浆。
2.2干作业成孔灌注桩
干作业成孔灌注桩常用螺旋钻机成孔
成孔原理：
电动机带动钻杆转动，使螺旋叶片旋转削土，土随螺旋叶片上升排出孔外。
孔底清理：
钻至设计深度后进行孔底清理，方法是只钻不进、空转清土、提钻卸土。
2.3沉管灌注桩
沉管灌注沉管灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉管法将带有钢筋砼桩靴（或活辨式桩尖）的钢桩管沉入土中，然后边拔管边灌注砼而成，后官湖钢栈桥即采用这种方法。
振动沉管法锤击打桩法
2.4泥浆的作用及制备
泥浆具有保护孔壁、防止塌孔、排出土渣及冷却与润滑钻头的作用。
钻进中，护壁泥浆与钻孔的土屑混合，边钻边排出携带土屑的泥浆；
当钻孔达到规定深度后，运用泥浆循环进行孔底清渣。
泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，也可掺入加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等掺合剂。
泥浆一般在现场制备，有些粘性土在钻进过程中可形成适合护壁的浆液，则可利用其作为护壁泥浆，即“自造泥浆”。
3、冲孔灌注桩
冲孔灌注桩是灌注桩的一种。
冲孔灌注桩是直接在桩位上就地成孔,然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成，主要用于岩土层中成孔,成孔时将冲锥式钻头提升到一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层,然后用掏渣筒来掏取孔内的渣浆。
冲孔灌注桩施工冲孔机冲击成孔，为泥浆护壁成孔。
3.1冲孔灌注桩适用范围
适用范围冲孔灌注桩适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层、碎石土层、砾卵石层、岩溶发育岩层或裂陈发育的地层施工，桩孔直径通常为800～1500mm，最大直径可达2500mm（三官桥26#墩），冲孔深度最大可达50m左右。
（三官桥引桥部分桩基达62米）
3.2钻孔灌注桩的一般工艺流程
3.3施工顺序
（1）施工准备
施工准备包括：
选择钻机、钻具、场地布置等。
钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备，可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。
（2）冲击钻的安装与定位
安装钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此要求安装地基稳固。
对地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，在垫上钢板或枕木加固。
为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动大致定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上，以保证钻机的垂直度。
钻机位置的偏差不大于2cm。
对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。
（3）埋设护筒
钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。
当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。
钻孔内若能保持壁地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能为孔壁、防止坍孔。
护筒除起到这个作用外，同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。
制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。
护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm），每节长度约2-3m。
一般常用钢护筒。
（4）泥浆制备
钻孔泥浆由水、粘土（膨润土）和添加剂组成。
具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。
调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；
泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。
（5）钻孔
钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量，首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。
在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣（冲击式用），还要随时检查成孔是否有偏斜现象。
采用冲击式钻机施工时，附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。
所以钻好的孔应及时清孔，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。
钻孔的顺序也应实事先规划好，既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔，又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。
（6）清孔
钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。
为此，除了钻孔过程中密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。
在终孔检查完全符合设计要求时，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。
对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm；
当孔壁不易坍塌时，不大于20cm。
对于柱桩，要求在射水或射风前，沉渣厚度不大于5cm。
清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。
通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。
其中用吸泥机清孔，所需设备不多，操作方便，清孔也较彻底，但在不稳定土层中应慎重使用。
其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。
（7）灌注水下混凝土
清完孔之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。
3.4冲孔灌注桩注意要点
3.4.1混凝土浇筑导管的构造和使用应符合下列规定
1、导管壁厚不宜小于3mm，直径宜为200～250mm；
直径制作偏差不应超过2mm，导管的分节长度可视工艺要求确定，底管长度不宜小于4m，其他每节长度2-3m，接头宜采用双螺纹方扣快速接头（法兰盘）；
2、导管使用前应试拼装、试压，试水压力可取为0.6～1.0MPa；
3、每次灌注后应对导管内外进行清洗。
3.4.2灌注水下混凝土的质量控制
1、开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为300～500mm；
2、应有足够的混凝土储备量，导管一次埋入混凝土灌注面以下不应少于0.8m；
3、导管埋入混凝土深度宜为2～6m。
严禁将导管提出混凝土灌注面，并应控制提拔导管速度，应有专人测量导管埋深及管内外混凝土灌注面的高差，填写水下混凝土灌注记录；
4、灌注水下混凝土必须连续施工，每根桩的灌注时间应按初盘混凝土的初凝时间控制，对灌注过程中的故障应记录备案；
5、应控制最后一次灌注量，超灌高度宜为0.5～1.0m，凿除泛浆高度后必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计等级。
每根桩灌注到顶后应注意超高500mm的质量，承包人应检查标高。
标商按设计标高加500mm进行检查。
6在灌注前必须控制好泥浆的含水率及泥浆比重，这是影响桩基质量的很重要因素。
3.4.3水下灌注的混凝土应符合下列规定
1、水下灌注混凝土必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定；
坍落度宜为180～220mm；
水泥用量不应少于360kg/m3（当掺入粉煤灰时水泥用量可不受此限）；
2、水下灌注混凝土的含砂率宜为40%～50%，并宜选用中粗砂；
粗骨料的最大粒径应小于40mm；
并应满足，粗骨料可选用卵石或碎石，其骨料粒径不得大于钢筋间距最小净距的1/3。
3、水下灌注混凝土宜掺外加剂。
4、砼的初灌量必须计算确定：
一般要求导管插入桩内砼内深度为1500mm；
5、成孔深度必须符合设计要求，沉渣厚度严禁大于50mm。
6、本工程混凝土初灌量不得小于1.8m3（按实际情况进行计算）。
砼初灌量要保证将导管内水全部压出，并能将导管初次埋入砼内1～1.5m深。
3.5钻孔灌注桩遇到问题的预防及处理措施
3.5.1、常见问题
（1）塌孔：
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：
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。
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。
②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在松软砂层中钻进进尺太快。
④提出钻锥钻进，四转速太快，空转时间长。
⑤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。
⑥水头过高，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。
⑦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。
⑧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。
预防及处理措施：
①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。
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发生孔口崩塌时，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。
⑤严格控制冲程高度。
⑥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。
⑦吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。
（2）桩孔偏斜
偏斜原因：
①钻孔中遇有较大的孤石或探头石。
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扩孔较大处，钻头摆动偏向一方。
④钻机底座安置水平或产生不均匀沉陷、位移。
⑤钻杆弯曲，接头不正。
①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。
②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。
④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。
⑤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）扩孔及缩孔
扩孔，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，直至使发生缩部位达到设计孔径为止。
（4）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。
1）形成原因
①钻孔形成梅花形，冲锥被狭窄部位卡住。
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伸入孔内不大的探头石未被打碎，卡住锥脚或锥顶。
④孔口掉下石块或其他物件，卡住钻锥。
⑤在粘土层中冲击的冲程太高，泥浆太稠，以致冲锥被吸住。
⑥大绳松放太多，冲锥倾倒，顶住孔壁。
2）处理方法
①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。
②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。
④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。
⑤在打捞过程中，要继续搅拌泥浆，防止沉淀埋钻。
⑥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。
⑦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。
⑧使用专门加工的工具，将顶住孔壁的钻头拔正。
⑨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。
（5）钻孔漏浆
1）漏浆原因
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；
护筒埋置太浅，回填土夯实不够，致使刃脚漏浆；
护筒制作不良，接触不严密，造成漏浆；
水头过高，水柱压力过大，使孔壁渗漏。
①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。
②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。
③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。
（6）掉钻落物
1）掉钻落物的原因：
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；
钻头杆接头不良或滑丝；
电动机接线错误，钻机反向旋转，钻杆松脱；
冲击钻头合金套灌注桩质量差致使钢丝绳拔出；
转向环、转向套等焊接处断开；
钢丝绳与钻头连接处钢丝绳的绳卡数量不足或松弛；
钢丝绳过度陈旧，断丝太多，未及时更换；
操作不慎，落入扳手、撬棍等物。
2）预防措施
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。
经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和连结装备。
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。
3）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:
打捞叉、螺旋取物器和卡板取杆器、打捞钩、打捞活套、偏沟或钻锥平钩、打捞钳
对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。
（7）糊钻和埋钻
1）原因：
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。
2）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。
（8）遇到溶洞
观察到孔内水位迅速下降、井口钢丝绳异常松动时，结合地勘报告，判断时候遇到溶洞。
①认真学习地勘报告，在可能要出现溶洞的位置，在钻孔时要有充分的准备，在快到溶洞处是要加大泥浆质量和密度；
②若溶洞内无填充物或填充物不满且溶洞较小、封闭，采用填充1:
1黄泥夹石片，用小冲程不断冲砸，进尺速度可控制在0.1～0.2m/h，30分钟循环一次，如此反复直到孔内水位平衡；
③溶洞为填充溶洞，洞内填物成松软状态时，直接注浆将其固结，必要时灌注水下砼，如果洞内填充物成固结态的，则直接硬冲，同时加强泥浆护壁，如遇溶槽，溶沟，小裂等岩溶地质，冲击时直接填片石、碎石夹粘土，必要时用整袋的水泥堵塞，使溶洞内泥浆不流失，使钻孔冲过溶岩。
3.5.2、钢筋笼安装质量问题
①钢筋笼安装与设计标高不符
预防措施：
钢筋笼制作完成后，注意防止其扭曲变形，钢筋笼入孔安装时要保持垂直，砼保护层垫块设置间距不宜过大，吊筋长度精确计算，并在安装时反复核对检查。
②钢筋笼的上浮
钢筋笼上浮的预防措施：
严格控制砼质量，坍落度控制在18±
3cm，砼和易性要好。
砼进入钢筋笼后，砼上升不宜过快，导管在砼内埋深不宜过大，严格按照规范控制在2-6m之间，提升导管时，不宜过快，防止导管钩钢筋笼，将其带上等。
3.5.3、水下砼灌注问题
1）堵管
商品砼必须由具有资质，质量保证有信誉的厂家供应，砼的级配与搅拌必须保证砼的和易性、水灰比、坍落度及初凝时间满足设计或规范要求，现场抽查每车砼的坍落度必须控制在钻孔灌注桩施工规范允许的范围以内。
灌注用导管应平直，内壁光滑不漏水。
2）桩顶部位疏松
首先保证一定高度的桩顶留长度。
因受沉渣和稠泥浆的影响，极易产生误测。
因此可以用一个带钢管取样盒的探测，只有取样盒中捞起的取样物是砼而不是沉淀物时，才能确认终灌标高已经达到。
3）桩身砼夹泥或断桩
预防措施：
成孔时严格控制泥浆密度及孔底沉淤，第一次清孔必须彻底清除泥块，砼灌注过程中导管提升要缓慢，特别到桩顶时，严禁大幅度提升导管。
严格控制导管埋深，单桩砼灌注时，严禁中途断料。
拔导管时，必须进行精确计算控制拔导管后砼的埋深，严禁凭经验拔管。
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