钻孔灌注桩成孔工艺设计.docx
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钻孔灌注桩成孔工艺设计
钻孔灌注桩施工工艺设计
1工程概况
柳林三川河特大桥全长3588米，中心桩号为改DIIK203+281.63，位于柳林县内，沿三川河走向，横穿柳林县城，途经锄沟村小学、煤矿家属院门前、上跨南山公园斜拉桥，连接杜家湾1＃隧道。
全桥基础采用桩基础、扩大基础以及挖井基础。
桩基础直径为1.25m，桩长为9~17.5m，地质情况为地表覆盖层为4~6m，以下为砂岩、泥岩。
桩基础均按柱桩设计，采用C30砼。
桩基础采用冲击钻孔法和人工挖孔法施工。
2钻孔灌注桩成孔施工工艺设计
2.1工艺概述
钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方式，在地层中按要求形成一定形状（断面）的井孔，到达设计高程后，将钢筋骨架吊入井孔中，在灌注混凝土（有底下水时灌注水下混凝土），成为桩基础的一种工艺。
钻孔灌注桩由于其施工速度快，质量稳定，受气候影响少，因而被普遍采用。
2.2作业内容
钻孔灌注桩的主要内容有桩位放样、场地平整、下沉、埋设护筒、钻机就位、泥浆制备、钻进（冲击）、制作安装钢筋骨架、清孔、浇注水下混凝土、拔除护筒等。
2.3施工机械及工艺装备
钻孔机械主要有钻机、钻头、电焊机、泥浆泵、千斤顶、验孔器及测绳等。
工艺装备包括储浆池、沉淀池、出浆池、钢护筒。
2.4钻孔灌注桩成孔工艺设计
钻孔灌注桩成孔施工工艺流程图如图所示：
钻孔灌注桩成孔工艺流程图
工艺步骤说明如下：
1、平整场地
钻孔场地的平面尺寸应按桩基设计的平面尺寸、钻机数量和钻机底座平面尺寸、钻机移位要求、施工方法以及其它配合施工机具设施布置等情况决定。
对浅水地区的桩基，筑岛比平时水位高1.0米左右即可，筑岛出水面后进行压实平整。
对陆地上地质好的施工场地，经表面压实平整后，横向铺设枕木，然后在枕木上铺设废旧钢轨或型钢，即构成钻机平台。
场地的大小要能满足钻机的放置、吊机站位及混凝土搅拌车运输等协调工作的要求。
2、埋设护筒
护筒用4～8mm的钢板制作，其内径大于钻头直径300mm。
为增加刚度防止护筒变形，在护筒上、下端外侧各加焊一道加劲板。
护筒的底部埋置在地下水位或河床面以下1.5m，护筒顶高出地下水位2.0m,其高度满足孔内泥浆面的要求。
护筒的顶部应开设1个溢浆口，并高出地面250mm。
桩基护筒埋设采用挖埋法，埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不大于50mm，垂直度偏差不大于1%，以保证钻机钻头沿着桩位垂直顺利钻进。
护筒内存储泥浆使其高出地面或施工水位至少0.5m，防止钻孔过程中由于孔内压力小于孔外压力而导致坍孔。
3、安装钻机
钻机起落钢丝绳中心应对准桩中心。
钻机定位后，底座必须平整，稳固，确保在钻进中不发生倾斜和位移，保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量。
冲击钻在钻头锥顶和提升钢丝绳之间设置保证钻头自转向的装置，保证在钻进中钻锤在平面上自旋转，确保成桩的桩孔为圆形。
4、泥浆的制备及循环净化
根据现场实际情况，本工程拟采用优质泥浆。
各项指标如下：
相对密度：
1.1～1.3、粘度：
16～22s、含砂率：
＜2％、PH值：
8～10、胶体率：
＞98％。
设置储浆池及沉淀池，并用循环槽连接。
出浆循环槽槽底纵坡不大于1.0%，使沉淀池流速不大于10cm/秒以便于钻碴沉淀。
采用泥浆搅拌机制浆。
泥浆造浆材料选用优质粘土和膨润土，必要时再掺入适量Na2CO3纯碱外加剂，保证泥浆自始至终达到性能稳定、离析极少、护壁效果好和成孔质量高的要求。
试验工程师负责泥浆配合比试验，对全部桩基的泥浆进行合理配备。
施工中钻渣随泥浆从孔内排出进入沉淀池，人工用网筛将渣捞出。
然后使处理后的泥浆经泥浆池净化后返回钻进的孔内，形成连续循环。
钻孔弃碴（废泥浆）放置到指定地方，不得任意堆砌在施工场地内或向水塘、河流排放，以避免污染环境。
5、钻孔施工
开钻前应检查各种机具设备是否处于良好状态，泥浆制备是否充足，确保水、电管路的正常情况。
冲击钻孔施工要点如下：
适用土层
施工要点
效果
在护筒刃脚下2m以内
小冲程1m左右，泥浆比重1.2~1.5，软弱层投入黏土块小片石
造成坚实孔壁
黏土或粉质黏土层
中小冲程1~2m，泵入清水或稀泥浆，经常清除钻头上的泥块
提高钻进效率
粉砂或中粗砂层
中冲程1~3m泥浆比重1.2~1.5，投入黏土块，勤冲勤掏渣
反复冲击，造成坚实孔壁，防止坍孔
砂卵石层
中、高冲程2~3m，泥浆比重1.3~1.5，投入黏土块，勤掏渣
提高钻进效率
基岩
高冲程3~4m，泥浆比重1.3左右，勤掏渣
加大冲击能量，提高钻进效率
软弱土层或塌孔回填重钻
小冲程反复冲击，加黏土块夹小石块，泥浆比重1.3~1.5
造成坚实孔壁
开钻时先在孔内灌注泥浆，泥浆相对密度等指标根据土层情况而定。
如孔中有水，可直接投入粘土，用冲击锥以小冲程反复冲击造浆。
一般细粒土层可采用浓泥浆、小冲程、高频率反复冲砸，使孔壁坚实不坍不漏。
待钻进深度超过钻头全高加冲程后，方可进行正常冲击。
在开孔阶段4～5m，为使钻渣挤入孔壁，减少掏渣次数，正常钻进后应及时掏渣，确保有效冲击孔底。
在钻进过程中，应注意地层变化，对不同的土层，采用不同的钻进速度。
冲程应根据土层情况分别规定：
一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中采用大冲程；在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中时采用中冲程，冲程过大，对孔底振动大，易引起坍孔；在通过高液限粘土，含砂低液限粘土时，采用中冲程；在易坍塌或流砂地段用小冲程，并应提高泥浆的粘度和相对密度。
在通过漂石或岩层，如表面不平整，应先投入粘土、小片石、卵石，将表面垫平，再用钻头进行冲击钻进，防止发生斜孔、坍孔事故；如岩层强度不均，易发生偏孔，亦可采用上述方法回填重钻；必要时投入水泥护壁或加长护筒埋深。
在砂及卵石类土等松散层钻进时，可按1：
1投入粘土和小片石（粒径不大于15cm），用冲击锥以小冲程反复冲击，使泥膏、片石挤入孔壁。
必要时须重复回填反复冲击2～3次。
若遇有流砂现象时，宜加大粘土减少片石比例，力求孔壁坚实。
当通过含砂低液限粘土等粘质土层时，因土层本身可造浆，应降低输入的泥浆稠度，并采用0.5m的小冲程，防止卡钻、埋钻。
要注意均匀地松放钢丝绳的长度。
一般在松软土层每次可松绳5cm～8cm，在密实坚硬土层每次可松绳3～5cm，应注意防止松绳过少，形成“打空锤”，使钻机、钻架及钢丝绳受到过大的意外荷载，遭受损坏，松绳过多，则会减少冲程，降低钻进速度，严重时使钢丝绳纠缠发生事故。
为正确提升钻头的冲程，应在钢丝绳上做好长度标志。
钻孔施工中，一般在密实坚硬土层每小时纯钻进尺小于5cm～10cm，松软地层每小时纯钻进尺小于15cm～30cm时，应进行取渣。
或每进尺0.5m～1.0m时取渣一次，每次取4～5筒，或取至泥浆内含渣显著减少，无粗颗粒，相对密度恢复正常为止。
取渣后应及时向孔内添加泥浆或清水以维护水头高度，投放粘土自行造浆的，一次不可投入过多，以免粘锥、卡锥。
每钻进1m掏渣时，均要检查并保存土层渣样，记录土层变化情况，遇地质情况与设计发生差异及时报请设计及监理单位，研究处理措施后继续施工。
钻孔作业应连续进行，因故停钻时，必须将钻头提离孔底5m以上以防止坍孔埋钻。
在取渣后或因其他原因停钻后再次开钻，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。
整个钻进过程中，应始终保持孔内水位高出地下水位（或施工水位）至少0.5m，并低于护筒顶面0.3m以防溢出。
桩的钻进应分班连续作业，不得中断，并做好详细钻孔施工原始记录，注意土层变化，对不同的土层及时调整泥浆参数，空内泥浆面保持稳定。
6、成孔检查
钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前，均需对钻孔进行阶段性的成孔质量检查。
钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法如下表：
钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法
序号
项目
允许偏差
检验方法
1
护筒
预面位置
50mm
测量检查
倾斜度
1%
2
孔位中心
群桩
100mm
单排桩
50mm
3
倾斜度
1%
（a）孔径检测
孔径检测是在桩基成孔后，下放钢筋笼前进行的，是根据桩径制做笼式检孔器入孔检测，其外径等于钢筋笼直径加100毫米，但不得大于钻孔的设计孔径，长度等于4～6倍（冲击钻成孔）。
检测时，将探孔器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径符合要求。
（b）孔深和孔底沉渣检测
孔深和孔底沉渣采用标准锤检测。
测锤一般采用锥形锤，锤底直径13cm～15cm，高20～22cm，质量4kg～6kg。
测绳必须经检校过的钢尺进行校核。
（c）成孔竖直度检测
冲击钻施工采用井径检测仪检测成孔垂直度。
7、清孔
清孔的目的是使孔底沉渣厚度、泥浆液中含碴量符合规范和设计要求，为水下混凝土灌注创造良好的条件。
当钻孔达到设计高程后，经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认钻孔合格后，即可进行下笼前清孔。
对孔径不大、孔深不深的桩基础采用正循环法清孔。
对孔径较大、孔深较深的桩基础采用反循环法清孔。
2.5钻孔事故预防与处理
常见的钻孔（包括清孔时）事故及处理方法分述如下：
一、坍孔
各种钻孔方法都可能发生坍孔事故，坍孔的特征是孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，出渣量显著增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。
1、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；
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，或钻孔通过砂砾等强透水层，孔内水流失等而造成孔内水头高度不够；
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；
④.在松软砂层中钻进进尺太快；
⑤.提出钻锥钻进，回转速度过快，空转时间太长；
⑥.水头太高，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停顿时间过长；
⑨.吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。
2、坍孔的预防和处理
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；
②.发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻；
③.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；
④.清孔时应指定专人补浆（或水），保证孔内必要的水头高度。
供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中，可免冲刷孔壁。
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；
⑤.吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。
二、钻孔偏斜
各种钻孔方法可能发生钻孔偏斜事故。
1、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.钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移；
⑤.钻杆弯曲，接头不正。
2、预防和处理
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.由于主动钻杆较长，转动时上部摆动过大。
必须在钻架上增设导向架，控制杆上的提引水龙头，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。
三、掉钻落物
钻孔过程中可能发生掉钻落物事故。
1、掉钻落物原因
①.卡钻时强提强扭，操作不当，使钻杆或钢丝绳超负荷或疲劳断裂；
②.钻杆接头不良或滑丝；
③.电动机接线错误，钻机反向旋转，钻杆松脱；
④.转向环、转向套等焊接处断开；
⑤.操作不慎，落入扳手、撬棍等物。
2、预防措施
①.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；
②.经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置。
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首先清孔，使打捞工具能接触钻杆和钻锥。
四、糊钻和埋钻
糊钻和埋钻常出现于正反循环回转钻进中，糊钻的特征是在细粒土层中钻进时进尺缓慢，甚至不进尺出现憋泵现象。
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解决泥包糊钻，选用刮板齿小、出浆口大的钻锥；严重糊钻，应停钻，清除钻渣。
对钻杆内径、钻渣进出口和排渣设备的尺寸进行检查计算。
五、扩孔和缩孔
扩孔比较多见，一般表局部的孔径过大。
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，扩孔发生原因与坍孔相同，轻则为扩孔，重则为坍孔。
若只孔内局部发生坍塌而扩孔，钻孔仍能达到设计深度则不必处理，只是混凝土灌注量大大增加。
若因扩孔后继续坍塌影响钻进，应按坍孔事故处理。
缩孔即孔径的超常缩小，一般表现为钻机钻进时发生卡钻、提不出钻头或者提外鸣叫的迹象。
缩孔原因有两种：
一种是钻锥焊补不及时，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要求为止。
对于有缩孔现象的孔位,钢筋笼就位后须立即灌注,以免桩身缩径或露筋.
六、梅花孔（或十字孔）
常发生在以冲击锥钻进时，冲成的孔不圆，叫做梅花孔或十字孔。
1、形成原因
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；
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.操作时钢丝绳太松或冲程太小，冲锥刚提起又落下，钻头转动时间不充分或转动很小，改换不了冲击位置；
④.有非匀质地层，如漂卵石层、堆积层等易出现探头石，造成局部孔壁凸进，成孔不圆。
2、预防办法
①.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；
②.选用适当粘度和相对密度的泥浆，并适时掏渣；
③.用低冲程时，每冲击一段换用高一些冲程冲击，交替冲击修整孔形；
④.出现梅花孔后，可用片、卵石混合粘土回填钻孔，重新冲击。
七、卡锥
常发生在以冲击锥钻进时。
1、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.孔口掉下石块或其它物件，卡住冲锥；
⑤.在粘土层中冲击冲程太高，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.当为梅花卡钻时，若锥头向下有活动余地，可使钻头向下并转动直径较大方向提起钻头。
也可松一下钢丝绳，使钻锥转动一个角度，有可能将钻锥提出；
②.卡钻不宜强提以防坍孔、埋钻。
宜用由下向上顶撞的办法，轻打卡点的石头，有时使钻头上下活动，也能脱离卡点或使掉入的石块落下；
③.用较粗的钢丝绳带打捞钩或打捞绳放进孔内，将冲锥勾往后，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；
④.在打捞过程中，要继续搅拌泥浆，防止沉淀埋钻；
⑤.用其它工具，如小冲锥、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；
⑥.用压缩空气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；
⑦.使用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拨正；
⑧.用以上方法提升锥无效时，可试用水下爆破提锥法。
将防水炸药（小于1kg）放于孔内，沿锥的滑槽放到锥底，而后引爆，震松卡锥，再用卷扬机和链滑车同时提拉，一般是能提出的。
八、外杆折断
常见于旋转钻机。
1、折断原因
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；
②.钻进中选用的转速不当，使钻杆所受的扭转或弯曲等应力增大，因而折断；
③.钻杆使用过久，连接处有损伤或接头磨损过甚；
④.地质坚硬，进尺太快，使钻杆超负荷工作；
⑤.孔中出现异物，突然增加阻力而没有及时停钻。
2、预防和处理
①.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，以螺丝套连接的钻杆接头要有防止反转松脱的固锁设施；
②.钻进过程中应控制进尺速度。
遇到坚硬、复杂的地质，应认真仔细操作；
③.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；
④.在钻进中若遇异物，须以处理后再钻进；
⑤.如已发生钻杆折断事故，可按前述打捞方法将掉落钻杆打捞上来。
并检查原因，换用新或大钻杆继续钻进。
九、钻孔漏浆
1、漏浆原因
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；
②.护筒埋置太浅，回填土夯实不够，致使刃脚漏浆；
③.护筒制作不良，接缝不严密，造成漏浆；
④.水头过高，水柱压力过大，使孔壁渗浆。
2、处理办法
①.凡属于第一种情况的回转钻机应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片石、卵石反复冲击增强护壁；
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办理。
如接缝处漏浆不严重，可由潜水工用棉、絮堵塞，封闭接缝。
如漏水严重，应挖出护筒，修理完善后重新埋设。
2.6作业组织
钻孔施工每台钻机包括机长1人，负责机组管理和施工技术、安全，指导钻机保养维修。
每工班需要钻工2人，钻工兼作记录；电焊工1人，负责钻头补焊。
实行3班制作业。
2.7安全生产与环境保护
1、钻机安装应牢固，防止倾覆。
钻机就位后，机身要用方木垫平，塞牢。
2、主要施工安全，配电箱加锁。
3、钻孔中，应注意观察有无漏浆现象，随时补充泥浆，保证孔内水位。
应在钻孔附近设置醒目标志和围栏，以防人员掉入孔内。
4、每工班检查钻头，主绳、主绳与钻头连接、提梁、绳卡等，及时处理问题。
5、冲击钻机施工噪音较大，夜间施工对附近居民造成影响，应协调好关系。
6、泥浆应沉淀处理后排放，并符合环保要求，必须及时清运渣土，防止污染。
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