大直径桩柱施工钻孔灌注桩柱方法要点.docx
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大直径桩柱施工钻孔灌注桩柱方法要点
大直径桩柱施工（钻孔灌注桩柱）方法
系指桩径大于250cm，大直径桩柱按其施工方法的不同可分为钻孔灌注桩柱，钻埋空心桩柱和挖空心桩柱三类。
1．施工平台
1）平台构造：
钢管桩工作平台由钢管桩与纵横梁组成，钢管桩可用成品管或用6mm-10mm钢板卷制而成，采用振动下沉法安装到位。
直径0.5-1.2m不等。
纵梁常使用六四军用桁架、万能杆件桁架、贝雷桁架，使用时要注意设计钢管的跨径最好为节距的倍数，以提高支点的剪力。
平台构造如图形3-4-1。
2）钢管桩施工：
钢管的成品有热轧无缝钢管，有缝焊接管和螺旋焊接钢管三种，为便于长期周转使用，施工时多采用成品管，钢管分节，节的长度一般为4-6m，节与节之间的钢法兰圈用电焊连接，以增加连接刚度。
钢管桩的底节刃脚处要贴焊钢板圈，离刃脚一定高度h要设内横隔板来提高垂直承载力，以便较容易外拔。
钢管桩常用震（拔）两用的震动锤，其技术规格如表3-4-1。
双频率震动锤
震动力
项目
400KN
600KN
电动功率（千瓦）
55
88
外形
长（cm）
90
112
宽（cm）
90
88
高（cm）
160
197
重量（KN）
40
50
启动功率（千瓦）
120
180
拔振动（KN）
150
250
钢管桩施打在软弱地层时宜用高频激震，深层或终振阶段宜使用低频激振，每次震动时间根据土质情况及震动机能力大小来定，一般不超过10-15分钟，震动时间过多对震动机的零部件易于磨损。
钢管桩沉入施工的极限承载可参考下表：
表3-4-2
项目
土壤
桩周有限摩阻力τ
桩尖极限承载力σK
静止
震动
静止
震动
粘
性
土
IL≥1
15-30
8-15
1000
600
1＞IL≥0.65
30-45
15-22
1600
900
0.65＞IL≥0.35
50-70
25-35
2200
1300
0.35＞IL
70-85
35-40
3000
1800
粉
砂
中密
35-50
20-30
2500
2200
密实
50-65
30-40
5000
4500
细
砂
中密
50-65
30-40
3000
2700
密实
65-80
40-50
5500
5000
粗
砂
中密
70-90
55-70
3500
3100
密实
90-105
70-85
6000
5400
砾
石
中密
80-110
65-90
4000
3600
密实
120-180
100-140
7000
6300
3）钢管桩施工工序
a．定位旋测：
在浮吊工作船进入墩位前，先经过测量将桩位用浮标形式定位，待定位船抛锚就位后，选用平台钢管桩中一根作定位桩，先行震入，以后再以此根做定位的标准。
b．施打顺序以浮吊移动方便为准，浮吊大致分为三类：
汽车（履带）浮吊，桅杆浮吊，龙门浮吊，其中汽车浮吊是在钢驳船上装设汽车（履带）吊，考虑到震动锤的冲击力较大，为稳定起见，常将船尾（头）对准钢管桩，钢管桩安装了震动锤后，顶部用4根风缆固定，缆风绳可设在工作船上或已施打的钢管桩上，缆风的作用是控制钢管桩的竖向倾斜，钢管桩震沉到工作平台高程后停止，再接长，依次施工直到设计位置，一个平台的钢管桩要集中施打，才能发挥效率。
c．平台施工见图3-4-3，为提高大型高级钻机功效，在施工组织设计中至少要安排多套平台与钢管桩。
d．桩头处理：
按平台设计标高将桩头割平，在端部相当于钢管1个直径D的深度内，焊一块水平隔板做底模板，再在端部焊顶盖板（20mm厚）在其中心留ф20mm孔来浇封头砼，藉以保证接头部位的平稳。
e．当平台钢管桩出水较高或流速较大时，钢管桩顶要设横梁，设剪力撑，形成框架，然后在横梁上安装纵桁梁，在纵桁梁节间支点上安置工字钢横梁，并用抱箍固定，在横梁上铺设木（竹）跳板，在此平台架设工作基本完成。
2.钢护筒就位
1）施工前的准备工作
护筒制作及运输到墩位射水，吸泥机就位振动沉桩锤，锤座就位吊装机械，电源就位操作平台完成（或定位船就位）导向架（或导向井框）就位复测完成。
2）接长护筒
a．将底节护筒装入导向架内，并用手拉葫芦调整中线位置，用夹具固定在平台上，再在其上吊放第二节，钢护筒顶底部各焊有一道水平回劲法兰圈采用电焊连接方式接长。
二节完成后再放第三节，直至护筒长度大于水深后，再用吊车将护筒下沉到河床表面。
b．护筒放置在河床面上，上端用手拉葫芦固定在平台上，下端用钢丝绳在前方锚碇上牵引固定，防止水流冲偏。
c．护筒顶节和震动锤座牢固地连成一体（检接加焊接），在锤座底部接4根风缆，用以调整护筒倾斜。
3）震动下沉
a．采用电动震动锤下沉护筒，当护筒顶距工作面0.8m左右时，停止振沉，解除锤座与顶节护筒连系，按同样步骤再接长护筒。
b．每锤击下沉1m左右都要进行护筒垂直度的检校，如护筒倾斜应停振，采用调整风缆方式纠正。
c．施工中发现护筒有漏水孔洞，应采用钢板和环氧树脂封闭。
d．护筒先桩锤自重下沉，待取得足够的稳定性后，再行振动下沉，避免在偏载作用下，形成严重倾斜偏位。
e．当采用高压射水配合空气吸泥机吸泥振沉施工时，严防不对称射水，造成刃脚单边受力倾斜，应在护筒内土体全断面对称均匀冲淘，保留护筒内土体表面距刃脚下口50-100cm时再行振沉。
f．当护筒下沉未能满足设计要求时，可采取以下几种办法：
1护脚：
在护筒外抛尼龙袋装砂砾或片石护筒底，以减少水流所产生的局部冲刷，此种方法常用在软弱土层上。
2加强护壁：
钻机在护筒下口几米范围内钻孔时，要使用粘度大的浓泥浆，（可渗入10%水泥），而且钻进速度要慢，使泥浆渗入孔壁，形成一道化学膜护壁。
3降低水头，采用油田泥浆：
当护筒埋置深度不足水深度一半时，护筒内泥浆水头不能采用2m高，应取0.5-1.0m，因此钻孔桩孔壁的稳定性差，在整个钻孔过程中都应采用高效油田泥浆护壁。
g．护筒按要求应下沉到冲刷线以下，满足设计与规范要求。
4）大直径桩用护筒施工常见事故处理
事故
事故原因
处理意见
护
筒
中
心
偏
位
与
倾
斜
☐扩展挖造成单测进尺快。
☐地质层面硬度不均，软的事一侧进尺快。
☐地质层面不平。
☐护筒因过量单侧超挖而倾斜。
☐孤石支撑单侧护筒造成振沉过程受力不匀而倾斜。
☐静压过程不均衡，对称加重。
☐沉桩锤与护筒两中心不在一直线上。
●加强施工管理，严格操作程序。
●加载均衡、对称，吹吸掏挖统一。
●偏位或倾斜的护筒不宜强力纠偏以免护筒失圆。
应用射水排除另侧土体，使护筒在重力作用下回位。
●用微爆法或取石工具，冲击钻将孤石挤入周围土体等去掉障碍方法后，再纠偏。
●太大的偏斜，提出护筒，再回填砂石，粘土到偏位处以上一米左右，静沉一段时间后重定位。
护
筒
漏
水
泥
浆
☐水头过高致反穿孔。
☐钻进地层下伏粗卵石（或砾石层）加上泥浆性能差而漏浆。
☐有承压水或潮汐变化的钻孔现象因水头、泥浆维护不够，坍塌孔（筒底）而漏浆。
☐护筒连接位置或加工过程末封闭孔洞而漏浆。
☐护筒下口末落入不透水层或不透水层厚度不够，由于孔内水头和泥浆指标控制失当，造成倒灌或反穿孔。
☐因床面受洪水或超常冲刷造成护筒部分埋入深度不够。
☐振动或偏压护筒造成坍孔。
☐回填土、杂填土因护筒未能穿过而漏浆。
●回填土、杂填土最好全护筒穿过。
●适当增加沉埋深度。
●调整水头高度和泥浆参数。
●填充护筒孔洞，护筒底穿孔用外侧草袋泥包填充至相应标高。
●护筒外填砂压浆法稳定覆盖层，增强防渗能力。
●冲击成孔施工时，开孔时回填粘土、片石慢慢造孔，进行堵塞。
护筒
内外
水头
不稳
☐水位涨幅过大的河流或潮汐影响河流。
☐不稳定承压水影响。
●连通管船阀自动水头稳定系统。
●虹吸管自动水头稳定系统。
●泥浆船。
●不稳定的承压水地层一般采用承压水平平均高度过高的承压水柱高度将采用增重剂调节内水面到施工范围或换用其他成孔方法。
2．泥采系统
1）泥浆的选择原则
泥浆类型的选择是水文、地质、桩柱结构、钻机性能、设备条件、材料条件和经济等因素综合比较后确定的。
在地层稳完成护筒能沉入稳定风化基岩时，往往可以采用无泥浆的反循环清水钻进。
在线水河滩和覆盖层较薄，而护筒又难沉至基岩时，考虑穿过覆盖层的孔壁安全，往往使用泥浆。
当施工水深，覆盖层较厚，桩长且护筒不能沉至稳定风化岩层的大直径桩施工时，应使用经过设计、试验而特别配制的高质量泥浆（油田泥浆）。
2）油田泥浆指标：
1造浆用材料
a．膨润土指以凿脱石为主的粘土[AL2Si010（OH）2]，其特点是造浆率高，1吨膨润土可造10-20m3泥浆，而1吨普通粘土，只能造1-4m3泥浆。
b．增粘剂：
不增大泥浆比重γ=1.10以内，而增加泥粘度，提高泥浆护壁，携渣，防止钻渣沉淀能力，必须采用增粘剂，主要有PHP—聚丙烯酰胺（P.A.M）水解产物和CMC—即羧甲基纤维素，都具有有效提高粘度功能。
c．分散剂：
其作用是改善泥浆质量和再利用。
常用的有：
碱类：
纯碱（Na2CO3）掺量为水重的0.1%-0.5%。
复合磷酸盐类：
常用六甲基磷酸钠（Na6P6O16）掺量为0.1%-0.5%.
d．堵漏剂：
当孔壁出现泥浆漏尖时，在钻孔泥浆中掺入锯木屑（水量的1%-2%），水泥（17kg/m3），稻草末等堵漏剂。
2油田泥浆指标
对反循环钻孔而言，泥浆性能应遵循“三低一适当”的原则。
即低密度，低失水，低含砂率，适当粘度。
综合一般钻孔经验，泥浆性能参数表如下：
参数名称
单位
新鲜泥浆
钻进泥浆
终孔前泥浆
密度γ
G/cm3
1．01-1．05
<1．10
<1．05
粘度T
S
22—25
20—22
22—23
API失水B
Ml
<15
<20
<18
胶体率S
%
100
98—100
98—100
含砂率π
%
<1
<5
<2
酸碱度
PH
7—9
8—10
7—9
3）造浆方法：
造浆时应按成孔施工进度要求，先提前准备足够的成浆材料，对聚丙烯酷胺应提前24小时预先水化（水温不大于600C），所得水解后浓度在1%左右，在造浆池中顺序加入以下材料：
即：
（1/2水+1/2膨润土+1/2处理剂）——>（2/3余水+1/2膨润土）
——>（1/2处理剂）——>（1/3余水）
要求：
泥浆材料逐次加入。
4）钻孔泥浆的施工管理
a．根据孔位地质的柱状图，确定在不同土层中钻进应采用的泥浆性能指标，并通过试验孔分析泥浆性能的适应情况，确定泥浆使用方案做为施工依据。
b．开钻时新鲜泥浆入孔应通过导管（或钻杆）从孔底灌入，置换钻孔上部清水。
c．在进入某一土层前，应调整泥浆参数，使抽检泥浆符合设计要求后，才允许继续进尺。
切忌盲目进尺，尤其在易坍塌易漏失地层更应引起重视。
d．每次泥浆性能的调整是根据取样试验进行，关键是确定处理剂的加入量，应视试验结果和孔内泥浆数量以及泥浆循环速度确定，可在一个循环周期内均匀加完，切忌乱加。
e．在施钻过程中，应每隔1——2小时，测量一次泥浆性能。
f．终孔循环除砂后，从孔底灌入新鲜泥浆3—5m高，确保桩尖无沉淀。
g．泥浆应回收利用，经检测加入适量的碱和PHP等处理剂，使其符合设计后备用。
4．成孔施工
1）钻桩就位
a．打捞护筒内掉落的杂物铁件，以防开钻故障。
b．大直径钻头往往要先吊置护筒，并用倒链临时定位，钻机就位后再连接钻杆与钻头。
2）护筒就位和造浆
a．将泥浆注入孔内并空钻同时调节泥浆各项指标。
b．气举反循环钻机开孔前先用正循环使其钻头吸渣孔上有6—7m以上的水柱。
3）钻进
a．表面覆盖层进尺过快，会造成孔壁不稳，此段应减压钻进，（减压率60——70%），全断面一次成孔，进入岩层后再行分次扩孔。
b．开钻先送风后转动一分钟后再降钻头，不论是首钻还是续钻都应减压、低速，慢给进。
c．接长钻杆前，应先提起钻头离孔底10cm，继续排渣4—5分钟，再将钻具上提接长钻杆。
d．钻杆连接端面要涂防水油，放橡胶止水圈，螺栓要对称平衡拧紧上牢。
e．钻进到设计标高时，以钻杆长度核实孔深及标高，并提起钻头10cm，回转继续清孔一个台班，检验泥浆是否接近技术指标，（比重1.05--1.08，粘度20--23秒，PH8—10，胶体率99--100%，含砂量应小于4%）。
f．检验孔深标高及泥浆指标合格后，（监理验收），再从钻杆中反灌油田泥浆到孔底3—4m高，用以减少沉淀层厚度，保证岩面的清洁。
4）清孔方法
由于大直径桩，桩底面积大，孔底软垫层将严重影响工程质量，因此在成孔的后期，要专门做第二次清底的工作，清底方法有三种：
a．钻机空转清孔，继续进行泥浆的循环，使泥浆中的固相钻渣外排，空转时间不少于8小时，反复检查泥浆是否达到要求。
b．换浆悬浮法，将优质泥浆自钻杆水笼头中灌入孔底，换浆量至少应有3—5m高。
c．导管气压排浆：
可以用Φ50mm钢管做导管，在钢筋笼中插入，送气后导管内形成气浆混合，然后从导管中灌入3—4m高优质泥浆，即可形成隔离层防止淤沙下沉，接着浇注水下砼。
5）成孔工艺流程
5．变截面大直径桩分级扩孔施工
无承台：
变截面大直径钻孔桩其优点是节省材料，结构受力明确，施工速度快，为解决施工中购置大直径钻机的高频费用，可采用D<250cm的钻机进行分次扩孔施工，其施工方法是：
A．某大桥设计桩径选用Φ300/Φ250cm双柱结构，成孔系选用普通的GPS-15型钻机（扭矩为1.8KM-m）采用二级刮刀扩钻成孔。
具体作法是先用400KN震动锤打插Φ380cm钢护筒入土过冲刷线做第一级，第二级为Φ300cm，施工分二次成孔，第一次用Φ300cm刮刀钻头，钻孔深度为变截面端点。
B．107国道某特大桥，主桥墩为Φ500cm/Φ350cm单排无承台变截面桩，施工中外径为550cm护筒采用8mm厚钢板，以二个定型板宽为节高，节间用法兰盘焊接加固，护筒刃脚加贴50cm高10mm厚钢板焊箍，每节段护筒就位后用手拉葫芦控制定位，以600KN—1600KN震动锤及反复吹砂方法使刃脚落在冲刷面下3——4m。
钻机选用武汉产BDM-4型气举反循环钻机，9m3/min柴油空压机。
成功方法为采用优质膨润土配制PHP不分散低固相泥浆，Φ500cm段用导管高压水泵用于吸泥吹沙辅助下沉成孔，Φ350段采用Φ280cm，Φ350cm牙轮钻头分级成孔，其主要工艺流程如表
成桩
b.大直径钻孔桩水下砼施工
1）水下砼配料选择
与普通钻孔灌注桩相比，大直径桩要求有更也的和易性、较小的泌水性，水下砼配料选择应注意：
1水泥：
宜使用初凝时间较长的水泥（>2.5h），并综合考虑强度，水化热，经济性，过高的水泥标号限制了用量，降低了砼的工艺特性。
2粗骨料：
包括卵石和碎石两币，施工宜尽量优先选用酸性石料，其顺序是：
石灰岩，白云岩，花岗岩，玄武岩，砂岩，石英岩等等。
碎石通常采用二级级配，即5—20mm，20—40mm，卵石可采用混合级配。
3细骨料：
选用级配良好的中砂，含泥量<3%。
4砼外加剂：
多采用缓凝剂，其作用在于降低水的表面能力，降低水化速度，延缓凝固时间，缓凝减水剂如下表
序号
比较项目
普通型
高效型
1
成分
木质素磺酸钙，钙化糖
荼磺化物
2
标准掺量
3
作用机理
表面活性，吸附水泥表面阻止水化进行；由于本身亲水性，使扩散层水膜增厚，阻碍水化反应。
通过电质与水泥之间离子交换，来控制扩散层水膜厚度与水泥凝固时间的延缓。
4
延时（小时）
5——6
6——10
5
后期强度
有所降低
有所增长
使用时应坚持“提前配制，用前拌匀”制度，取量计量均要准确。
5外掺材料：
多用粉煤灰或火山灰其质量与掺量按规范GB1344-85执行。
3）砼浇筑
a．二次清孔：
验孔合格后，始灌注前，超厚的沉淀层，可用喷法（可在导管二侧夹箍2根Φ75mm射水管或采用橡皮软管吸砂器在导管内吸取泥砂及钻渣）。
b．导管施工过程中应居中提升，为增大砼的流动扩散能力，也可在漏斗上安装附着振捣器的方法。
注意导管使用前一定要进行认真检查，进行必要的水密，承压和接斗抗拉力试验。
c．钢筋笼骨架上浮往往是骨架底口位砼灌注速度太快，管导出口的砼对钢筋笼的冲击，顶升力造成的，因此当砼浇筑到此部位时，适当加大导管埋深，（当埋深到钢筋笼2M左右时）再一次性提管到钢筋笼内灌注。
d．孔口注意事项：
1大直径变截面桩上部井孔往往直径更大，此时宜增大砼供应，增加导管埋深，以保证扩散时的半径。
2桩孔内砼面上5—10M的泥浆，受水泥影响较大，且含渣土，渣土稠度增加，为增加砼上返力该部分泥浆可以部分抽走，并加水稀释。
e．首灌段桩直径大于3.0m时，宜采用小直径孔超深的方法减少首灌砼数量。
f．要求严格控制导管下口砼的超压力值，导管上口高出泥浆的控制高度一般Φ3m桩5—5.5m。
g．灌注工作应连续进行，全部工作在砼初凝前完成，使导管下口以上的砼始终处于塑性状态，导管埋深一般不少于3m。
h．桩顶超灌高度一般0.5-1.0m，采用水冲凿法和人工挖除多余桩头砼时，应预留10-20cm高度，然后解除钢筋笼的孔口吊点，防止初凝过程中钢筋参预砼受力而影响二者之间的握裹力。
i．整理好大直径钻孔灌注桩的各项原始记录。
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