钻孔灌注桩施工工艺.docx
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钻孔灌注桩施工工艺
7-11钻孔灌筑桩成孔工艺
7-11-1工艺概述
钻孔灌筑桩是采用不同的钻孔方法.在地层中按要求形成一定形状（断面）的井孔，达到设计高程后.将钢筋骨架吊人井孔中，再灌筑混凝土（有地下水时灌筑水下混凝土），成为桩基础的一种工艺。
钻孔灌筑粧由于其施工速度快，质量稳定，受气候环境影响小，因而被普遍采用。
钻孔灌筑桩施工前的准备工作十分重要，只有条件充分才能保证施工顺利进行=各种钻孔方法的原理、适用范围及优缺点，见表7—]1.1。
7-11-2作}Ik内容
钻孔灌筑桩的主要作业内容有桩位放样、场地平整、下沉、埋设护筒、桩架竖立，钻机就位、泥浆制备、钻迸（冲击）、制作安装钢筋骨架、清孔.灌筑水下混凝土、拔除护筒等。
7-11-3质量标准及检验方法
*7-11.2钻孔质量检验和质最标准
项目
质量检验和质置标准
基本要求
1-每班应检査泥浆质量.观察孔内水位
2.每班检查设备状况，保证钻机位置正确.定位导向装置状态正常，钢丝绳完好•钻锥无裂痕，直径符合要求
3.成孔后必须清孔，测量孔径、孔深、孔位和沉淀层厚度
序号
检査项目
规定值或允许偏差
检査方法
护筒中心与桩中心偏差
50mm
测量检査
2
护筒埋置深度
黏性土会lm,砂性土会1.3m
测量检查
3
桩位偏差
群扭100mm,排架桩50mm
测童检查
实测项H
4
钻杆垂直度
1¼
吊锤检査
5
钴头中心与护筒中心偏差
15mm
测量检查
6
泥浆面最小高度
地下水位以上1m
测绳检査
7
泥浆质量
见表7—11.5
8
孔体倾斜度
1%桩长
垂线法
7-11-4施工机械及工艺装备
一、钻孔机械和配套设备
主要有钻机、钻头、电焊机、泥浆泵、空压机、千斤顶、抽渣筒、检孔器及测绳等。
冲击法钻孔的机械配置实例：
CZ—30型冲缶钻机1台，1.7〜2.5t十字型钻头2个，ZS65—50〜125抽水机1台（另备用1台），活门球阀杯式抽渣筒1个，25t液压千斤顶3个，12mVmin空压机1台。
工艺装备包括制浆池、沉淀池、贮浆池、出浆槽、水塔或高位水池、钢护筒。
制浆池尺寸通常为8mX3m.深度lm，一个浸泡黏土，一个搅拌制浆，两个轮用。
制备的泥浆存人贮浆池，通过泥浆泵送人钻孔中。
孔内排出的浮渣泥浆在沉淀池中把钻渣沉淀、过滤，净浆回流贮浆池。
沉淀池、贮桨池的容积是制浆池的1.5倍〜2倍。
二、钻机
（一）螺旋钻机
钻孔方法
成孔原理
适用菹围
泥浆
怍用
优点
缺点
适宜地层
孔柃Arm
深度/m
机动推钻
旋转钻杆并下压使土«人钻锥中，提出钻锥将土供出，重复滄钻成孔8静水压力或泥浆护壁
细粒土.粗粒土，含砾1:
小
于30%、粒径小干10cm的卵琢石土
60〜160
30-40
护壁
设备加丄、操作简单.搬移轻便
深孔钻速慢，遇大卵石.漂“易钻进
蠼旋钻
机械动力駆动螓旋钻杆钻人土中**杆旋转的淮力将土推出而成孔
25〜80
40
无桨
钻孔速度快
不适用大卵右、漂心地质
正循环冋转
地面造浆，通过钻杆内孔扭人钻杆底部射出。
土层被瘛转的钻锥搅松压碎成为钻渣，被泥浆悬浮，从孔m溢出，在沉淀池沉淀
细粒土，粗粒土*含卵砾石
量小于20%的卵砾石土，软
岩
so〜咖
30-100
m
护壁
钻进q排渣同时连续进行，钻进速度快d供反循环钻速、钻深均伏:
于止循坏
需要设置泥浆槽、沉淀池，r：
*tt等，占用场地大，消托尺黾水和泥浆原料：
机呉设备较鉍反»环开孔小能适用空\吸泥机.仍丨謂疋循坏或其他清渣方法，设袼1JS复杂;孔崚坍塌外能性比[K循外大♦盂用质驗奸的泥浆
反循环问转
地面造衆.灌入孔内>土层被旋转的钻锥搅松压碎成为钻渣》被同泥浆-*起通过钻杆内孔抽至地面沉淀池沉淀
细粒土*粗粒土，含卵栎石
童小于20%、粒径小于钻杆内径2/3的卵硃石土，软岩
30〜120
K真空泵<35K空气吸泥机
6S
护窄
IE拥环潜水钻
同回转钻.动力设备安装于钻锥顶部，随钻锥潜人孔中
淤泥，黏忭土.砂丄.S味石粒径小于10cm,含量小f20%碎石土
60-150
50
浮涪护唷
钻孔效率钮于止循环问转钻•钻it简单、轻便、
噪声小
钻机潜人水中1作，较易发生故障
反循环潜水钻
同反循坏回转钻
泵吸<40气举!
00
护窄
钻孔速度岛于正循环潜水钻
冲抓锥
n由下落的冲抓锥张幵抓瓣捕人土中.收紧提升瓣绳将+.提出•倒土时将瓣绳放松，反复而成孔♦
软土，细粒土，粗粒土，卵砾石上
100-200
H0
护壁
ij椎钻相比钻逬速度快，适用土质条it广
小能钻斜孔：
玷孔深度超过20m时.钻孔速度人为降低
冲击实心锥
冲锥反g冲砸，其底部刀刃使岩土破碎，或挤人孔壁或悬浮于泥浆D用淘渣筒人孔底掏取钻渣*补充泥浆
细粒土，粗粒土•卵味石土.软矜
8（卜20（）
r>o
浮渣
护莹
适用土质广泛，“尤喏不摧、将钻渣挤人孔哦，加强孔哦、增加桩土摩則力c$心冲3丨锥比实心锥钻进速度快
荇通土中钻孔速度比«他方法慢，不能钻斜孔。
空心冲[丨;锥较轻，不适用漂石和钻人s径吋，m采取先钻小孔逐少扩孔的办法
冲右空心锥
细粒土，粗粒十.卵砾心七
60-I.S0
50
浮渣护笮
旋挖钻
钻锥政部的旋转力盘切土并送入钻谁内，提出钻锥倒上，反复而成孔
细粒t,粗敉土，卵砾/1十.
80-200
so
泥浆
钻孔速度快
+适用岩石地质
伞护简冲抓和冲击锥
在♦枵跟进的钢护筒保护下进行冲抓、冲击钻孔作业
各类十层
Xu〜m
Hu〜-i0
泥浆
具有冲抓、冲力钻相味优点.am&类土+坍孔
需要护简丨）〔人设备：
护简准以拔出’丨:
稈成本a
螺旋钻机的分类主要是按钻扦上螺旋叶片的多少，可分为长螺旋钻机和短螺旋钻机两大类。
国内长螺旋钻孔机多与轨道式、步履式和悬臂履带式打粧架配套使用。
长蟫旋钻机由动力头，钻杆、钻头、中间稳杆器和下部导向圈等组成。
（二>冲抓锥
冲抓钻孔系统由三脚立架、锥头、卷扬机二部分组成.如图7—11.1所示。
冲抓钻机分为单绳和双绳冲抓锥。
冲抓锥由锥身、锥瓣，开合机构、导向环和挂环五部分组成。
S7-11.1冲抓钻孔系统
S7-11.2冲击钻孔R统
（三）冲击钻
冲击钻孔系统设备由冲击钻头、三脚立架、卷扬机组成，如图7—11.2所示。
冲击钻机适用于所有土层，采用实心锥钻进时，在漂、卵石和基岩中显得比其他方法优越。
冲击锥钻孔速度因锥重、冲击频率和土层而异，冲击钻机配有
2.5t重的冲击锥。
国产的冲击钻机主要是CZ型的CZ—30、CZ—28、CZ—22等，
另外还有YKC—31、YKC-30等型号.
（四）正循环回转钻机
国产正循环回转钻机的主要部件为转盘、动力机、卷扬机、钻架、
泥浆泵、钻杆和水龙头，另根据土质配备适用的钻锥.如图7—11.3所示。
（五）反循环回转钻机
其主要部件与IE循环回转钻机相同，同，另配置泥石泵（吸泥泵）与真空泵，
水龙头族转话接头
沉淀滄
图7—11.3正*环钻机系统
但一般不需要泥浆泵。
按照吸升泥浆和钻液混合物方法的不或空气吸泥机、水力吸泥机等，如图7—11.4所示^
m7-11.4反循环钻机系统
（六）旋挖钻机
旋挖钻机（见图7—11.5）是一种适合在基础工程中成孔作业的施工机械，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率髙等特点，适应我国大部分地区的土壤地质条件。
配合不同.钻具，适应于短蠔旋、回转斗及岩层的成孔作业。
对干硬性黏土可不用稳定液护壁的干式旋挖工法，一般的覆盖层采用静态泥浆护壁的湿式旋挖工法，它广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、髙层建筑等基础钻孔灌筑桩工程。
旋挖成孔的工艺优势：
1）广泛的适应性，在硬土地层，由于传统钻机的自重有限，不可能给钻头施加更大的进给压力。
而旋挖钻机由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆的重量.钻进能力强。
据统计.在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是转盘钻机的5倍〜10倍。
2）良好的环保性。
目前国内传统钻机多采用连接钻杆形式和掏渣補掏渣，在钻进过程中多采用泥浆循环方式，泥浆对于这类钻机起润滑、支护、置换和携带钻渣的作用。
随着环保对城市建设愈加严格.传统钻机面临更大危机，而旋挖钻机采用动力头形式，其工作原理是用短蜾旋钻头或旋挖斗，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外.在不需要泥浆支护的情况下，可实现干法施工，即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆也只起支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，这使污染源大大减少，进而降低了施工成本.也改善了施工环境，成孔效率高.
3）提高灌筑桩的承载力，由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，它仅需要静压泥浆作护壁.所采用的泥浆一般用膨润土、火碱、纤维素等配置.在孔壁不形成厚的泥皮。
此外由于钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙、不易产生缩径。
与传统的钻孔灌筑桩相比/旋挖钻孔灌筑桩的承载能力提高。
旋挖钻机的结构特点及技术进步：
1）旋挖钻机的底盘„底盘可分为专用底盘、履带液压挖掘机底盘、履带起重机底盘、步履式底盘、汽车底盘等。
履带专用底盘，结构紧凑、运输方便、外形美观、造价高。
履带起重机底盘.工作装置采用附着型式.主臂分为可伸缩箱型结构和框架结构，可兼作旋挖钻机和履带式起重机，节约设备投资1步履式底盘，一般为三支点液压步履式行走支架，稳定性好.但移动运输不够方便、造价低，目前国内少数厂家采用3在80年代国外曾采用过汽车底盘，是以重型载重汽车底盘为基础，工作时放下支腿。
目前国内外生产的旋挖钻机绝大多数应用的是专用底盘，只有少数应用的是挖掘机底盘或起重机底盘，这些底盘在设计上没有兼顾旋挖钻机施工特点.在稳定性方面存在着一定缺陷《
2）钻杆、钻具„钻杆是一个关键部件.分为内摩阻式外加压伸缩钻杆和自动内锁互扣式外加压伸缩钻杆。
内摩阻式钻杆在软土层钻进效率高，锁扣式钻杆提高了动力头施于钻杆并传到钻具的下压力，适于钻进硬岩层，对操作的要求也较高。
为了提髙作业效率，一台钻机大多配备两套钻杆。
钻具有多种，目前有长螺旋和大直径短螺旋钻头、回转钻斗、捞砂斗、筒形钻斗、扩底钻头、岩心钻头等，
3）动力头„动力头有液压传动、电机传动、发动机传动.无论何种都具备低速钻进、反转高速甩土功能。
目前大都采用液压驱动，有双变量液压马达、双速减速机驱动或低速大扭矩液压马达驱动。
动力头的钻进速度一般都具有多档，适合在多种工况下作业。
电机驱动一般采用特制的恒功率双速电机，力矩大、过载能力强。
80年代在履带起重机上附着工作装置，单设一台发动机驱动，目前由于液压技术和底盘制造技术的进步.此种方式一般不多用了。
4）
电子控制技术。
90年代国外旋挖钻机的控制技术逐步实现智能化，目前国外旋挖钻机普遍具备发动机和泵的电子控制系统，能指导主泵最佳输出，使液压负载与发动机转速相匹配，从而利用发动机的最大功率。
发动机转速可在负荷较小或无.负荷时实现自动控制，自动降低发动机转速，减少油耗、降低噪声和废
'气的排放童。
桅杆垂直度自动调平系统能对桅杆进行实时监控，
可实现手动和自动切换.在一定范围内自动调整角度，保证施工中桩孔的垂直度要求.提髙施工质量.还具备回转倒土控制、钻孔深度测量及显示、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示、故；#检测、报警及信息显示、整机启动前预先自动检测功能。
'■BG20旋挖钻机实例，其主要技术参数：
1）最大钻孔直径：
2m,2）最大钻孔深度••用4层摩擦钻杆可达58.8m;3）整机重a7-n_s
'1：
72t；4）动力头最大扭矩：
191kN.m（在30MP时5）主:
卷扬最大有效拉力：
170kN（在30MPa时），主卷扬最大名义拉力：
2i2kN（在30MPa时）；6）钻桅最
大高度：
22.835m。
常见的旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖斗、筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头，冲抓锥钻头和液压抓斗。
可根据地质情况选用钻头；1）黏土：
选用单层底的旋挖钻斗，如果直径偏小可采用两瓣斗或带卸土板的钻斗。
2）淤泥、黏性不强土层、砂土、胶结较差粒径较小的卵石层.可配用双层底的旋挖钻斗。
3）硬胶泥：
选用单进土口的（单双底皆可）旋挖钻斗，或斗齿直螺。
4）冻土层：
含冰量少的可用斗齿直形蜾钻斗和旋挖钻斗，含冰量大的可用锥形螺旋钻头；螺旋钻头用于土层（除淤泥外）皆有效，但常在没有地下水的情况下使用，以免产生抽吸作用造成卡死。
5）胶结好的卵砾石和强风化岩石：
需要配备锥形螺旋钻头和双层底的旋挖钻斗（粒径较大的用单口，粒径小的用双口）。
6）中风基岩：
配备截齿筒式取心钻头、锥形螺旋钻头、双层底的旋挖钻斗，或者截齿直形螺旋钻头、双层底的旋挖钻斗.7）微风化基岩：
配备牙轮筒式取心钻头、锥形螺旋钻头，双层底的旋挖钻斗，如果直径偏大，可采取分级钻进工艺。
三、钻机和泥政泵主要型号及技术性能（见表7—11.3〜表7—11.5）
表7—11.3钻机主要型号及技术性能
m号
钻机型式
钻孔直径mm
钻孔深度i
扭矩kN•m
转速（rmin）
功率/kW
总重最i
ZKL_400
长蠓旋
400
12〜18
3.7〜4.85
63,81.116
30
ZKL-600
长蟪旋
600
12〜18
12.07
S9.54,71
OJ
ZKL-800
长蠊旋
800
1卜13
14,55
21,27,39
OJ
ZUY1500
伸缩钻杆短®旋
1500
42
11.3
0〜195
95
8
冲抓钻机
冲抓
60Q-120D
50
718
QJ250
转盘式
2500
80-100
70
L0'25,40
95
13
XF-3
转盘式
1500
50
40
）2
40
7
ZJ150-1
转盘式
1500
70〜J00
3.5S.5,7.：
it20
120.86,59,22
55
1U
红星400
转盘式
550
400
13上5,3+46.2.4S
22,59，86,126
40
9.7
BDM-08
转盘式
1200
40〜60
4,2〜8.7
15〜
11
6
HDM-1
转盘式
1250
40〜60
丄32-12,12
9-52
22
9.2
BDM-2
转盘式
1500
40-50
7〜28
5〜34
28
13
BDM—4
转盘式
3000
40〜100
15〜80
6〜35
75
32
GPS-15
反循环回转钻
800〜1500
18
13，23,42
30
15
QZ-200
反循环回转钻
400〜1500
20,40,60
S8.8
9.5
JH-S00
反循环回转钻
1500〜2000
20
8
40
3
ZKD150
动力头式
1500
100
16.23,9.33
89,47
45
9
ZKH120
伸缩钻杆动力头
1200
32
20
16〜160
BQZ400
长螵旋（步*底盘>
300〜彻
10
L5
140
32
10
GZQ-800
»水钻机
800
50
1.2
200
22
4.6
GZQ-1250
潜水铱机
3250
50
4.75
45
22
7.5
GZQ-1500
潜水钻机
1500
50
5.75
39
22
7.S
KQ-1250
潜水钻机
450〜1250
80
4.6，
45
22
KQ-I500
潜水钻机
細〜1500
80
6.87
38
22
表7-11.4常用冲击钻机技术性能
钻机类型
卷简负荷/kN
钴头最大质ft/t
冲程/m
冲击頻率/miiT1
电动机功率kW
钻机重f：
t
YKC22
20
1.3
0.35〜1-0
40.45,50
20
6.85
YKC20
15
1.0
0-45〜1,0
40.45,50
20
6.18
YKC20-2
12
1.0
0.3〜0.76
56,58
YKC30
2.5
1»0.8,0.7,0.5
40,45«50
40
11.15
GJD-1500
3
0.卜1.0
0-30
30
16
CZ30
30
2.5
tX5〜1,0
40，45.50
40
13
霣表7—11.4
钻机类型
卷筒负荷/kN
钻头最大质童t
冲程_m
冲击频率min〜
电动机功率/kW
钻机重量,t
C122
20
1.5
0.35〜1.〔丨
40.4d.50
11
7
CZ20
20
1.3
40,-JS.5n
20
6,18
CZ20-2
12
1.2
56,58
22
12.1
飞跃U
1.5
a■卜].0
40，io*50
20
S
丰收120
15
1.0
0,65〜0.7-3
40
10〜14
1.3
冲击150
13
1,0
0.6卜0.89
M
1.3
冲击250
25
1.0
0.HG8
22-28
主机2
蔺易冲击钻机
30〜100
任选
门式汽动1塑
]00
10
1U.G
]2，IS
60
1J.5
门式汽动n型
100
10
1.0-1.1
18,20
60
29.7*
表7—11.5泥浆*主要型号及技术性能
名称
型号
泵流童/WVli
场程/m
动力
离心式污水泵
2_/:
PW
43-108
1«.5〜39
22
4PW
108〜180
27.5〜24-5
30
6PWL
250〜450
30〜23
55
8PWL
400〜700
27.3〜21
75
离心式泥浆泵
3PN
5卜d
26〜15
22
4PN
100〜200
11-37
55
5PN
230〜320
27〜25
75
8PN
450〜600
65〜62
215
离心式衬胶泥浆泵
4PNJA
95〜160
43〜40
55
6PNJA
250-400
38〜33
75
离心式泥砂泵
4PS
90〜160
37〜3二5
55
5PS
180〜320
36〜31
75
GPS
320〜500
29〜26
115
往复式泥浆泵
BW—600/30
36
300
52
BW-850
5]
'200
40
BW-1200
72
250
75
7-11-5施工准备
1.进行场地踏勘，对既有架空电线、地下电缆、给排水管道等设施，如果妨碍施工或对安全操作有影响.应采取淸除、移位、保护等措施妥善处理。
2.平整场地，以便钻机安装和移位。
对不利于施工机械运行的松散场地，应采取硬化、加固等措施。
场地要采取有效的排水措施。
3.场地布置应根据施工组织设计.合理安排泥浆池、沉淀池的位置，沉淀池的容积应满足2个孔以上排潦量的需要。
-4.收集工程地质资料，施工图审核意见、施工组织设计或方案，编制工艺施工组织设计和施工工艺设计。
5.水上钻孔作业.应搭设工作平台。
准备一定数量的造浆黏土6
6.用全站仪等准确放样各桩位中心，用十字桩固定位置，用水准仪测量地面髙程，确定钻孔深度；测好的桩位必须复测，误差控制在5mm以内。
7.确定科学合理的钻孔方法和设备，制备基桩检测管。
参考表7—11.1。
8/架设电力线路。
配备适合的变压器或柴油机。
9.组织钢材、水泥、砂石等材料进场、检验，取得各种原材料及其抽检试验报告、混凝土配合比设计报告以及有关资料。
10.编制作业指导书，操作规程和技术交底书，组织技术交底和技术培训。
7-11-6艺及质量控制流程
钻孔灌筑桩施工工艺及质量控制流程见图7—11.6。
工艺步序说明
7-11-7
一、制作、埋设护筒
（1）
拽设护简
护筒一般用4〜8mm厚的钢板加工制成，高度为1500〜2000mm。
钻孔桩的护筒内径应比钻头直径大10050mm;冲孔桩的护筒内径应比钻头直径大200〜250mm。
护筒的顶部应开设1〜2个溢浆口，
并髙出地面250〜350mm。
护筒顶高程，采用反循环钻时顶部应高出地下水位2.0m;采用正循环钻时应高出地下水位1.0•5cm，且高出地面0.3m。
（2）护筒有定位、保护孔口和维持水位高差等重要作用。
所以护筒中心与桩位中心应重合，周边用黏土夯填密实。
图7—11.6钻孔*筑桩K工工艺及质量控制流程®
护筒位置要根据设计桩位，按纵横轴线中心埋设。
埋设护筒的坑不要太大。
坑挖好后，将坑底整平，然后放人护筒，经检查位置正确，筒身竖直后.
四周即用黏土回填，分层夯实，并随填随观察>防止填土时护筒位置偏移。
护简埋好后应复核校正.护筒中心与桩位中心应重合.偏差不得大于50mnu
（3）护筒的埋设深度：
在黏性土中不宜小于lm;
在砂土中不宜小于1.5m，并在保持孔内泥浆液面高于地下水位lm以上
二、泥浆制备
（一）灌筑桩钻孔施工中泥浆的作用
1.护壁作用，防渗、防水帷幕。
以孔内高于地
下水位的泥浆的侧压力平衡孔壁土压力和孔周水压力.抵抗孔周水渗人孔内，维持孔壁稳定。
2.悬浮土渣，携带土潼出桩孔。
不使土渣沉入孔底造成钻孔困难、影响桩底沉渣厚度。
（二）泥浆必须具备的性质-
1.物理稳定性，静置相当时间其性质不变化，不因重力而沉淀。
2.化学稳定性，不因水泥、海水等异物混入而污染。
3.适当的比重。
比重大对护壁、浮渣有利，但比重太大会使泵的能力不足，或妨碍混凝土灌筑。
4.良好的触变性。
要求泥浆在流动时，阻力很小，以便泵送。
当停止钻孔时，泥浆能很快凝聚成凝胶状.避免浆中砂粒迅速下沉；渗人孔内的泥浆又能很快凝聚成凝胶状，避免浆中砂粒迅速下沉；而渗人孔不的泥浆能快速固结，以维持孔壁稳定。
5.形成薄而韧的泥皮，黏附于孔壁上，不透水.
6.能够容易从沉淀池、旋转器中分离出来>
7.不产生过多气泡。
钻孔用泥浆性能指标见表7_11.6。
表7—1丨.6泥浆性能指标要求
钻孔
方法
地层
情况
泥浆性能指标要求
相对密度
黏度
（s）
静切力
（MPa）
含砂率
（YO
胶体率失水率
（%）（
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