反循环钻孔桩施工工法.docx

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反循环钻孔桩施工工法

武汉城市圈环线高速公路仙桃段

第一合同段

反循环钻孔桩施工工法

武汉城市圈环线高速公路仙桃段第一合同段

中交一公局湖北仙洪项目经理部

2013年4月

反循环钻孔灌注桩施工工法

1工艺原理

反循环：

泥浆由泥浆池流入钻孔内，同钻渣混合。

在真空泵抽吸力作用下，混合物进入钻头的进渣口，经过钻杆内腔，泥石泵和出浆控制阀排泄到沉淀池中净化，再供使用。

由于钻杆内径较井孔直径小得多，故钻杆内泥水上升比正循环快4~5倍，在桥梁钻孔桩成孔中处于主导地位。

2工艺特点

可利用地质部门常规地质钻机，可用于各种地质条件，各种大小孔径（300mm~2000mm）和深度（40m~100m），护壁效果好，成孔质量可靠；施工无噪音，无震动，无挤压；机具设备简单，操作方便，费用较低，成孔速度快，效率高，但用水量用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制。

3适用范围

适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、黏性土、砂土、软质岩等土层应用。

4施工机具设备

4.1机械设备性能参数

HG-200型（8寸）

钻孔直径

≤3m

钻孔深度

150m

柴油发电机（功率）

100KW

主轴动力

22KW

泥浆泵动力

37KW

主轴转速

8转/分

通孔直径

2500mm

主轴扭距

42000N.m

泥浆泵抽量

420m3/h

提升能力

3000公斤（单绳）

钢丝绳规格

ф16×6×37

钢丝绳容量

50m

钻杆双头丝扣罗纹连接

ф220×2m

钻塔高度

6m

整机轮廓（长×宽×高）

8m×2.5m×2.7m

主机重量

17.5T

4.2测量仪器的配备

4.2.1测量仪器

（1）J2经纬仪

（2）SD3水准仪（3）50m钢卷尺

4.2.2泥浆测试仪器

（1）波美仪

（2）粘度仪（3）浮筒切力仪（4）PH试纸（5）含砂率仪（6）100ml量筒（7）滤纸

4.3施工所需机械

（1）8寸反循环钻机机一台；

（2）砼搅拌和灌注设备；

（3）钢筋骨架加工机械；

（4）造浆和清孔排水设备；

（5）钢筋笼吊放机；

（6）土方清理机械。

5材料

5.1砂宜选用含泥量不大于3—5%的中粗砂。

5.2粗骨料可选用卵石或碎石，最大粒径应不大于30mm，并不大于钢筋间最小间距的1/3。

5.3泥浆制作材料

（1）膨润土

（2）粘土，塑性指数Ip大于17，小于0.005mm的粘粒含量大于50%。

5.4泥浆的性能指标

（1）比重r为1.15—1.2

（2）粘度T为大于18s

（3）静切力θ为25（mg/cm2）

（4）含砂率n为2%

（5）酸碱度PH为7—9

（6）胶体率>98%

（7）失水量β小于30%

5.5粘土的用量

计算公式

式中：

——每立方米泥浆所需的粘土重量（吨）；

———每立方米泥浆应需的粘土体积（立方米）；

———粘土的容重（吨/立方米）；

——要求的泥浆容重（吨/立方米）；

——水的容重

=1吨/立方米；

5.6测量项目及要求

（1）全班工作日开始时，测定一次护筒顶面全套指标，以后钻进过程中，每隔2小时测定一次进浆口和出浆口的比重、含砂量、PH值等指标。

（2）在停钻过程中，每天测一次护筒顶面的全套指标。

6工艺流程及施工要点

6.1工艺流程

6.2施工准备

6.2.1技术准备：

（1）桩基工程施工图及图纸绘审纪要

（2）施工场地和邻近区域内的地下管道、地下构筑物等的调查资料。

（3）水泥、砂石、钢筋等材料及其制品的质检报告

（4）主要施工机械及其配套设备的技术性能资料。

（5）桩基施工组织设计或施工方案。

6.2.2施工场地准备

（1）打桩施工面的设置：

打桩施工面应根据现场实际情况确定，应注意以下几点：

a）施工面距地下水位面应大于1.5m以上。

b）地下水位以上的松散杂填土层，因易跑浆、漏浆造成塌孔，最好予以清除，当清除后的场地标高距地下水位面高度太小时，可辅填一定厚度的垫层作打桩施工面，或先行降低水位后再进行打桩施工。

（2）施工前应做好场地平整工作，对于不利于施工机械运行的松软场地应进行坚实处理，施工面最好硬化，雨季施工应做好排水措施。

（3）对于和施工场地相邻的施工管线、通讯线路、石油、天然气管道等采取相应的隔离和保护措施。

6.2.3施工测量网的设置

在施工场地设置井字形测量控制桩及水准点，控制点应设在不受桩基施工影响处，设明显标志及保护架，测量控制点应定期复核。

6.2.4泥浆制备及循环系统的设置

由于钻孔护壁和清孔的需要，需制作一定数量的泥浆，同时为了施工场地的干燥，需进行泥浆制备及循环系统的合理规划。

施工场地设置储浆池一个，容积不小于6m3，沉淀池两个，容积不小于10m3，两个轮换使用，一个进浆沉淀，一个关闸清理，沉淀池进出口设闸门，沉淀池上口应高出造浆池0.5m。

6.2.5砼的搅拌及配比

（1）砼的搅拌采用集中搅拌，电子自动计量，目前采用商品混凝土。

（2）每立方米砂、石、水泥外加剂等用量现场标牌公布。

（3）按每根桩需要的灌注时间确定的砼的初凝时间，并按初凝时间性的控制标准确定缓凝剂的填加量。

6.2.6电源准备

（1）总用电量按下列公式计算：

式中：

1.1

—系数

1.1

—照明用电系数

—电动机额定功率（kw）

—电焊机额定用量（kVA）

—电动机要求系数，取0.6

—电焊机要求系数,取0.6

—功率因素，取0.75

（2）需配备临时发电设备，以备突然停电时使用，以避免钻孔和灌注时事故的发生。

（3）根据施工总平面的布置，合理设置配电箱。

6.2.7钢筋笼的制作

（1）钢筋笼的制作场地应选择在运输和就位都比较方便的场所，设置在钢筋加工场内。

（2）钢筋进场后应按钢筋的不同型号、不同直径、不同长度分别进行堆放。

（3）钢筋骨架绑扎顺序是：

a）主筋调直，在调直平台上进行；

b）骨架成形，在骨架成形架上安放架立筋，按等间距将主筋布置好，用电弧焊将主筋与架立筋固定；

c）将骨架抬至外箍筋流滚动焊接器上，按规定的间距缠绕箍筋，并用电弧焊将箍筋与主筋固定；

（4）钢筋笼分段制作，分段长度在9m左右，对于长桩采取一些辅助措施后，也可定为12m；

（5）主筋对接可采用对焊、搭接焊、帮条焊、机械连接，主筋对接在同一截面内的钢筋接头数不得多于主筋总数的50%，相邻两个接头间的距离不小于主筋直径的35倍，且不小于500mm。

（6）钢筋笼保护层：

为确保桩砼保护层厚度，应在主筋外侧设钢筋定位器，按照设计图纸设置定位筋，同一断面上定位器4处，沿桩四周布置。

（7）钢筋笼的堆放：

钢筋笼堆放应考虑安装顺序、钢筋笼变形和防止事故等因素，以堆放二层为宜。

6.2.8护筒的制作

护筒的规格：

短螺钻机因钻头进出孔口的冲击力较大，护筒内径宜比孔径大200mm，当地下水位较浅时，护筒长度4.5m为宜，步履式锥锅钻机、大锅锥钻机护筒内径比孔径大100mm，护筒长度4.0m。

护筒用8mm的钢板制作，在护筒的上、中、下各加一道加劲筋，顶端焊两个吊环，一为起吊用，二为绑扎钢筋笼吊杆，压制钢筋笼的上浮，护筒顶端同时正交刻四道槽，以便挂十字线，以备验护筒、验孔之用。

6.3施工要点

6.3.1护筒的埋设

根据桩位点设置护筒，护筒用8mm厚钢板制成，内径比设计直径大20cm。

护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m，还应满足孔内泥浆面的高度要求，在旱地或筑岛时还应高出施工地面0.5m。

护筒位置应埋设正确稳定，护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，倾斜度偏差不大于1%，护筒与坑壁之间应填粘土并夯实。

循环钻施工时采用下埋式，埋置护筒要求准确、稳固，护筒周围用粘土或石灰土分层夯实。

护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重合，并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。

护筒的埋设深度：

旱地施工时，黏性土应不小于1m，砂类土应不小于2m。

当表层土松软，宜将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。

埋设护筒，应在护筒四周回填黏土并分层夯实。

可用锤击、加压、振动等方法下沉护筒。

6.3.2钻机就位

在埋设好护筒和备足护壁泥浆后，利用一台25T吊车配合人工将钻机就位，立好钻架，拉好缆风绳，并调整好起吊系统后，将钻头徐徐放进护筒内，然后安装转盘、钻杆、水龙头等。

6.3.3钻进成孔

将钻头提高距离孔底20～30cm，真空泵加足清水（不得使用脏水），关闭控制阀使管路封闭，打开真空管路使气水畅通，然后启动真空泵产生负压，待泥浆泵充满水时关闭真空泵，立即启动泥浆泵。

当泥浆泵出口真空压力达到0.2Mpa以上时，打开出水控制阀，把管路中的泥水混合物排到沉淀室，形成反循环，启动钻机慢速开始钻进，直至成孔。

清孔后提出钻头，由质量员和工程监理进行孔径、孔深、垂直度检测，验收合格后，移走钻机，盖好盖板，进行下道工序施工。

6.3.4钻孔出土的清理

进过泥浆分离器和沉淀池沉淀的渣土，进过晾晒之后，由运渣车运送到指定地点堆放，等待处理，各项指标检测合格之后，用于路基填筑，做到循环利用，保护环境。

6.3.5钢筋笼的吊放

（1）钢筋笼的吊放要对准孔位、扶稳、缓慢，避免碰撞孔位，到位后立即固定。

（2）多节钢筋笼吊放时，应将钢筋笼逐步接长后再放入孔内，利用先插入孔内的钢筋笼上部架立筋将笼体固定在护筒上，利用吊装机械将上节钢筋笼临时吊住进行两节钢筋笼的对接，钢筋笼对接后要请质量员和工程监理对连接质量检查验收，合格后再沉入孔内。

（3）钢筋笼的标高定位，可采用锁定式吊杆。

当灌注桩孔桩深度较大时，尤为必要，使用两根长度略大于施工面至桩顶距离的Ⅰ12的工字钢，在工字钢下端焊若干定位环，间距5cm，在钢筋笼顶端下到孔口时，按照孔口标高至桩顶标高的距离尺寸，确定要使用的定位环顺序，将确定的定位环从主筋外侧首道加劲筋下面插到主筋里侧，再从内侧向环内插入两根同吊杆一样长的插肖，将吊杆锁定，插肖上端与吊杆上端绑扎在一起，起吊吊杆，将钢筋笼徐徐下放到位，然后将吊杆吊环与护筒绑扎在一起，将钢筋笼固定，同时可防止灌注砼时钢筋笼的上浮。

6.3.6导管的安放

钢筋笼吊入固定后，应逐步按下导管，导管的壁厚不宜小于3mm，直径30mm，钻孔深度大时，宜选用大直径导管，以确保导管良好的通导性。

导管直径的制作偏差不应超过2mm，底管长度不宜小于4m。

导管使用前进行拼装打压，以检查导管是否有砂眼，试水压力为1.3P，导管安放触孔底后，上提300—400mm。

6.3.7二次清孔

当导管安装完毕，灌注混凝土前应再次测量沉渣厚度，当沉渣厚度超标时，应进行二次清孔。

二次清孔采用正循环压浆法即可取得很好的效果，将泥浆高压管和导管连接，开启浆泵进行泥浆循环，当孔底沉渣厚度小于规定指标后，再进行一段时间的泥浆循环，以置换泥浆，降低泥浆比重，当空口反上来的泥浆比重小于1.10、含砂率小于2%后可浇注砼。

6.3.8水下砼的灌注

清孔完毕后，由导管上部塞入隔水栓，塞入深度以临近水为准，当储料斗内的砼储量满足剪栓后首次灌注时，即保证导管底端能埋入砼中不小于1.0m时，即可剪栓和开启料仓门。

随着不断的灌注，孔内砼面的上升，随时提升和拆卸导管，导管底端必须保证埋入管外的砼面以下2—6m。

为了保证砼连续灌注，导管不脱离砼面，且有一定的埋置深度，要求详细计算砼灌注料斗、储料斗及导管的体积，并根据不同的成桩孔径，以此推算每次上拔的高度，避免和禁止导管脱离砼面和砼灌注的中断。

第一次砼的灌注量必须满足底端能埋入砼中1.0m的要求。

第二次砼的灌注量（即以后各次）必须满足导管底端能埋入2—6m的要求，任何情况下得少于2m的要求。

第一次（以后各次）的提管，保证导管底端至少埋入砼面以下2m以上，不得产生断桩，在任何情况下，导管的埋深不得大于6m。

为消除沉渣影响，保证桩顶灌注质量，砼的灌注应比桩顶控制标高高出80—100cm.

灌注过程中,应有专人测量导管埋深及管内外砼面的高差，填写砼灌注记录。

水下砼必须连续灌注施工，每根桩的浇注时间按初盘砼的初凝时间控制，对浇注过程中的一切故障均应记录备案。

7施工质量控制要点

（1）加强原材料试验工作，严格执行各种材料的检验制度，不合格材料严禁进场和使用，水泥、钢材均应有出厂证明和试验资料，砼要做配比试验，严禁套用配合比。

（2）钢筋笼成形绑扎点焊引弧不得在主筋上进行。

（3）护筒的埋设、泥浆的制备、钻孔的清孔要有专人负责，严禁缩颈、夹层、歪斜等质量通病。

（4）钻机因故停止钻孔时，应设专人值班补浆，防止塌孔事故。

（5）钻孔成孔后要及时灌注，不得过夜，以免造成缩径和塌孔。

（6）测绳要定期用钢尺校验，当更换测绳、搭接测绳或其它不明情况发生时，要随时用钢尺检验。

（7）砼灌注时，要防止钢筋笼上浮，必须对钢筋笼采取足够的压制力，同时在砼灌注到钢筋笼位置时，要勤拔导管，使导管埋深保持在2—6m。

减少因砼上升时的磨擦力。

（8）砼灌注完毕，开始初凝，即割断钢筋笼挂环，使钢筋骨架不影响砼的收缩，及钢筋与砼的粘结力。

（9）灌注导管使用后要及时用水清洗，管壁要经常检查，随时清除砂眼、接口变形等隐患，破损的胶垫和连接螺栓要及时更换。

（10）停滞时间较长的砼应进行坍落度检测，不合格的严禁灌入。

（11）每个台班做两次塌落度试验，并检测砂石含水量、调整水灰比和塌落度。

（12）每浇注50m3混凝土必须有一组试件，小于50m3的桩，每根桩必须有一组试件。

（13）做好测量控制，保护好测量控制点，经常进行复测。

（14）认真做好施工记录和各项原始记录管理，做到完工资料齐全，并及时整理归档，成孔记录和灌注记录应做到一桩一表。

8施工劳动组织

（1）护筒埋设：

工人2—3人

（2）反循环钻机：

司机1人，指挥兼记录1人，钻杆安装2人，清渣工2人

（3）砼灌注：

司机1人，孔口导管安装3人，杂工6人，测量记录1人

（4）砼搅拌：

司机1人，上料4人，计量1人

（5）辅助工：

泥浆制作1人，泵工1人，其它工种如电工、修理工、测量工酌情考虑。

以上劳动组织为一班施工人员，如两班制则乘以2。

9应注意的安全事项及具体措施

（1）贯彻安全第一、预防为主的安全工作方针，加强安全教育，严格执行安全生产制度和操作规程，做好安全交底。

（2）建全安全管理组织，各级管理组织设立专职质量安全员和兼职安全员，对安全关键部位进行经常性检查。

（3）大直径灌注桩井口设安全盖，防止掉物和塌孔。

（4）加强机械维护、检修、保养，机电设备由专人操作。

（5）严格用电管理，施工现场的一切电源电路的安装和拆除，必须由持证电工操作，电器必须严格接地、接零和漏电保护器，场地电缆应架空，严禁拖地和埋压土中。

（6）作好防雨、防雷和防洪措施，现场工人作业须戴安全帽。

（7）严禁酒后操作机械和上岗工作。

（8）砼灌注完后的空桩孔位，要及时回填压实。

10质量标准要求

10.1本工法所采用的施工技术规范

（1）中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ/TF50—2011；

（2）《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1—2004。

10.2质量标准要求

10.2.1钢筋笼制作允许偏差：

（1）主筋间距±10mm

（2）箍筋间距±20mm

（3）直径±10mm

（4）长度±100mm

（5）主筋保护层允许偏差±20mm

10.2.2灌注桩施工的有关容许偏差：

（1）垂直度允许偏差1%

（2）孔底沉渣厚度（包括泥浆沉淀及虚土），摩擦桩≤300mm。

10.2.3砼的要求

（1）配合比符合设计，水泥用量不少于360kg/m3；

（2）塌落度为18—22cm；

（3）砼具有良好的和宜性、保水性，初凝时间应控制在4小时以上；

（4）严格撑握水灰比；

（5）搅拌时间不少于3分钟；

（6）材料允许偏差：

水泥2%，砂石3%，水2%；

（7）每根桩应做一组试块。

11社会经济效益

反循环钻施工从钻机、钻杆及钻头的安、拆卸及使用上，它节省了大量的人力，提高了机械化程度，减轻了劳动强度，从而加快了工程进度；节省了水费、电费，降低了施工成本，减少了环境污染；该工艺施工时，还有一最大优势就是噪音低、振动小，适用于各种土层，对周围居民影响不大。

另外该工艺由于其施工速度快，施工质量好，土层适应性广，成桩质量好。