南关特大桥冲击式钻桩基作业指导书.docx
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南关特大桥冲击式钻桩基作业指导书
新建铁路合福线合肥至福州段（南关特大桥）
钻孔灌注桩作业指导书
编制
复核
中铁六局合福铁路安徽段站前六标项目经理部二分部
二0一0年十月
钻孔灌注桩作业指导书
1、目的
明确桥梁桩基冲击钻施工作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范桩基作业施工。
2、编制依据
《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》
《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》
《林家干特大桥施工图》
3、适用范围
适用于卵石、坚硬漂石、岩层及各种复杂地质的桥梁桩基施工。
4、施工方法及工艺要求
要求采用整套冲击钻机设备，为防止冲击振动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇灌混凝土强度,应待邻孔混凝土抗压强度达到2.5Mpa后方可开钻。
详见图1钻孔示意图；图2钻孔灌注桩工艺流程图。
4.1施工准备
钻孔场地应清除杂物、换除软土、平整压实。
场地位于浅水、陡坡、淤泥中时，可采用筑岛、或用枕木或型钢等搭设工作平台；当位于深水时，可插打临时桩搭设固定工作平台。
工作平台必须坚固稳定，能承受施工作业时所有静、活荷载，同时还应考虑施工设备能安全进、出场。
4.2埋设钢护筒
钻孔应设置坚固、不漏水的孔口护筒，护筒内径比钻头大约40cm，护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m，在旱地或筑岛时还应高出施工地面0.5m。
护筒埋置深度符合下列规定：
黏性土不小于1m，砂类土不小于2m。
当表层土松软时将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。
岸滩上埋设护筒，在护筒四周回填黏土并分层夯实；护筒顶面中心与设计桩位偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。
水中筑岛，护筒宜埋入河床面以下1米。
4.3泥浆制备
在钻孔之前，需设置泥浆循环净化系统，应在计划施工场地或工作平台时一并考虑，选择和备足良好的造浆粘土或膨润土，泥浆比重可根据钻进不同地层及时进行调整。
泥浆性能指标如下：
泥浆比重：
岩石不大于1.2，砂黏土不大于1.3，坚硬大漂石、卵石层不宜大于1.4。
黏度：
一般地层16～22s，松散易坍地层19～25s。
含砂率：
新制泥浆不大于4%。
胶体率：
不小于95%。
PH值：
应大于6.5。
4.4安装钻机
安装钻机时要求底部应垫平，保持稳定，不得产生位移和沉陷，顶端用缆风绳对称拉紧，钻头在护筒中心偏差不得大于50mm。
4.5钻进
开始钻进时，开孔的孔位必须准确，应使初成孔壁竖直、圆顺、坚实。
在砂石类土、岩层中宜用十字形钻头，钻头重量应考虑泥浆的吸附作用和钢丝绳及吊具的重量，使总重不超过卷扬机的起重能力。
开始进尺应适当控制，采用小冲程开孔，待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲孔，钻进过程中，应勤松绳和适量松绳，不得打空锤。
泥浆补充与净化：
开始前应调制足够数量的泥浆，钻进过程中，如泥浆有损耗、漏失，应予补充。
并应按泥浆检查规定，按时检查泥浆指标，遇土层变化应增加检查次数，并适当调整泥浆指标。
每钻进2m或地层变化处，应在泥浆槽中或孔底捞取钻渣样品，查明土类并记录，及时排除钻渣并置换泥浆，使钻锥经常钻进新鲜地层。
同时注意土层的变化，在岩、土层变化处均应捞取渣样，判明土层并记入记录表中以便与地质剖面图核对。
钻孔时孔内水位高出护筒底面0.5m或地下水位以上1.5-2.0m。
在冲击钻进中取渣和停钻后，应及时向孔内补水或泥浆，保持孔内水头高度和泥浆比重及粘度。
4.6检孔
孔径、孔形及竖直度可采用自制笼式探孔器入孔检查，笼式探孔器用φ20圆钢筋制作，外径等于设计桩径，长度等于4～6倍桩径，检查时，将探孔器吊起，使笼子中心与孔位中心，吊绳保持一致,缓慢放入孔内，上下通畅无阻表明钻孔合格，如中间遇阻则钻孔有缩径或孔斜现象，采用黏土回填至缩径或孔斜部位，用冲击钻重新成孔。
孔深采用标准测绳检测。
孔位中心采用全站仪检测。
4.7清孔
孔桩成孔后上报监理工程师，监理工程师对孔形、孔径、孔深、孔位中心、孔底沉碴及竖直度进行检查，检查合格后方能进行下一道工序。
清孔应达到以下标准：
孔内排出、抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s。
浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度柱桩不大于5cm。
摩擦桩不大于10cm，严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。
4.8钢筋笼制作、安装
钢筋主筋采用等间距形式布置，详见钢筋笼技术交底。
钢筋笼主筋用单面搭接焊连接；主筋、箍筋与加强筋之间用点焊方式连接；在桩身配筋范围内每隔2米设置一道加强箍筋。
为防止吊装时连接松散，在钢筋笼内每隔4米点焊设置十字形两根钢筋以增加钢筋笼整体性。
钢筋笼吊装入孔后将十字钢筋取出来。
在钢筋笼上端设置两个吊环，便于钢筋笼吊装就位。
在钢筋笼外侧对称设置控制钢筋笼保护层厚度用的垫块，确保钢筋笼与孔壁的保护层厚度。
根据各桩位具体设计确定钢筋笼制作长度，及分节制作节数及长度吊装入孔。
节段钢筋笼主筋应预先计算及配筋，以确保同一截面的主筋接头率满足设计及规范要求，节段钢筋笼成型并经检查合格后，由吊车吊起第一节钢筋笼，下至最后一根加强筋断面时，用两根15工钢平行对穿其中，压在孔口两侧枕木上，再将第二节钢筋笼稳定吊起使其中心与第一节钢筋笼中心及桩孔中心重合，使计算好的两主筋接头对正，接头采用单面搭接焊连接。
按照施工图要求，需要埋设声测管时，吊装钢筋笼时，声测管需绑扎于加强箍筋内侧，声测管接缝处采用大一个型号的套管连接紧密，为确保混凝土灌注时不进浆，声测管全部进行混凝土灌注前水密性试验，声测管同钢筋笼下放时需在管内注满清水。
钢筋笼制作完成后，向监理工程师填写报检单，监理工程师检查合格后下孔。
钢筋笼下孔过程需要对接时，监理工程师在场方能进行对接。
钢筋笼吊装入孔后不影响清孔时，应在清孔前进行吊放，吊装时，严防孔壁坍塌。
钢筋笼入孔后须准确、牢固定位，钢筋笼允许偏差见表2.
4.9钢导管安装
要求灌注水下混凝土采用钢导管灌注，导管内径采用25-30cm。
导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，严禁用压气试压。
进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力p的1.3倍，p=rchc-rwHw
式中：
p为导管可能受到的最大内压力（kPa）；
rc为混凝土拌和物的重度（24kN/m3）；
hc为导管内混凝土柱最大高度（m），以导管全长或预计的最大高度计；
rw为井孔内水或泥浆的重度（kN/m3）；
Hw为井孔内水或泥浆的深度（m）。
导管内壁应光滑、圆顺，内径一致，接口严密，中间节宜为2米等长，底节可为4米，漏斗下宜用1米长导管。
导管直径与桩径及混凝土浇筑速度相适应。
按自下而上顺序编号和标示尺度。
导管组装后轴线偏差，不超过钻孔深的0.5%并不大于10cm。
导管长度按孔深和工作平台高度决定。
漏斗底距钻孔上口，大于一节中间导管长度。
导管接头法兰盘加锥形活套，底节导管下端不得有法兰盘。
可采用螺旋丝扣型接头，但须设防松装置。
导管安装时，应位于钻孔中央，在浇筑前，应进行升降试验，导管吊装升降设备能力，应与全部导管充满混凝土后的总重量和摩阻力相适应，并有一定的安全储备，其底部距孔底有250～400mm的空间。
4.10混凝土灌注
桩基混凝土采用罐车运输至现场，根据现场地形条件可选用罐车直接倒入漏斗或采用地泵、汽车泵灌注。
配合导管灌注，计算和控制首批封底混凝土数量，下落时有一定的冲击能量，能把泥浆从导管中排出，并能把导管下口埋入混凝土不小于1m。
足够的冲击能量能够把桩底沉渣尽可能地冲开，是控制桩底沉渣，减少工后沉降的重要环节。
首批灌注混凝土的数量需根据桩径和孔深进行计算，以便选用合适的漏斗。
混凝土倒入漏斗之前，须关闭漏斗阀门，避免泥浆水位上升至漏斗内，待漏斗内混凝土达到封底数量后，迅速打开漏斗阀门，放下封底混凝土，首批混凝土灌入孔底后，立即探测孔内混凝土面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。
如发现导管内大量进水，表明出现灌注事故。
需停止灌注，待处理后重新灌注。
灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工，并经常转动和逐渐提升导管。
在灌注过程中，应防止混凝土从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔内，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测探不准确；应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除；导管的埋置深度应控制在1～3m。
同时应经常测探孔内混凝土面的位置，即时调整导管埋深。
导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。
如导管法兰卡挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，再移到钻孔中心。
拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。
要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。
要注意安全。
已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。
循环使用导管4～5次后应重新进行水密性试验并更换垫圈。
在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。
当混凝土面升到钢筋骨架下端时，为防钢筋骨架被混凝土顶托上升，可采取以下措施：
①尽量缩短混凝土总的灌注时间，防止顶层混凝土进入钢筋骨架时混凝土的流动性过小。
②当混凝土面接近和初进入钢筋骨架时，应使导管底口处于钢筋笼底口3m以下和1m以上处，并慢慢灌注混凝土，以减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力；③当孔内混凝土进入钢筋骨架4m～5m以后，适当提升导管，减小导管埋置长度，以增加骨架在导管口以下的埋置深度，从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。
混凝土灌注到接近设计标高时，要计算还需要的混凝土数量（计算时应将导管内及混凝土输送泵内的混凝土数量估计在内），通知拌和站按需要数拌制，以免造成浪费。
在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,超压力降低,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大.如在这种情况下出现混凝土顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。
在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
因为耐久性混凝土粉煤灰掺量较大，粉煤灰可能上浮堆积在桩头，加灌高度应考虑此因素。
为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌100cm以上，以便灌注结束后将此段混凝土清除。
在灌注混凝土时，每根桩应至少留取一组试件，对于桩长较长、桩径较大、浇筑时间很长时，根据规范要求增加。
如换工作时，每工作班都应制取试件。
试件应施加标准养护，强度测试后应填试验报告表。
强度不合要求时，应及时提出报告，采取补救措施。
有关混凝土灌注情况，在灌注前应进行坍落度、含气量、入模温度等检测；在各灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除以及发生的异常现象等，应指定专人进行记录。
4.10.1灌注混凝土测深方法
灌注水下混凝土时，应经常探测孔内混凝土面至孔口的深度，以控制导管埋深。
如探测不准确，将造成埋深过浅，导管提漏，埋管过深拔不出或短桩事故。
因此，在钻孔灌注桩中是一项非常重要的工作，一定要由具有高度责任心的人来操作。
测深可用重锤法，重锤的形状是圆柱形，直径不小于10cm，重量不小于5kg。
用绳系锤吊入孔内，使之通过泥浆沉淀层而停留在混凝土表面（或表面下10－20厘米），根据测绳所示锤的沉入深度作为混凝土灌注深度。
本方法完全凭探测者手中所提测锤在接触顶面以前与接触顶面以后不同重量的感觉而判别。
测锤不能太轻，而测绳又不能太重，否则，探测者手感会不明显，在测深桩，测锤快接近桩顶面时，由于沉淀增加和泥浆变稠的原因，就容易发生误测。
探测时必须要仔细，并以灌注混凝土的数量校对以防误测。
4.11泥浆清理
钻孔桩施工中，产生大量废弃的泥浆，为了保护当地的环境，这些废弃的泥浆，经泥浆分离器处理后，运往指定的废弃泥浆的堆放场地，并做妥善处理。
4.12质量检测
按本设计要求进行低应变检测。
5、钻孔桩常见事故的预防及处理
5.1塌孔
各种钻孔方法都可能发生塌孔事故，塌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。
5.1.1塌孔原因
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，扩展成较大塌孔。
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。
5.1.2塌孔的预防和处理
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）混合物到塌孔处以上1m-2m，如塌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。
5.2钻孔偏斜
各种钻孔方法可能发生钻孔偏斜事故。
5.2.1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。
5.2.2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。
5.3掉钻落物
钻孔过程中可能发生掉钻落物事故。
5.3.1掉钻落物原因
①掉钻落物原因
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。
5.3.2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。
5.3.3处理方法
掉钻后应及时摸清情况，若钻锥被沉淀物或塌孔土石埋住应首先清孔，使打捞工具能接触钻杆和钻锥。
5.4扩孔和缩孔
扩孔比较多见，一般局部的孔径过大。
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，扩孔发生原因与塌孔相同，轻则为扩孔，重则为塌孔。
若只孔内局部发生坍塌而扩孔，钻孔仍能达到设计深度时，需清理孔底沉渣，只是混凝土灌注量增加。
若因扩孔后继续坍塌影响钻进，应按塌孔事故处理。
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.
5.5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。
5.5.1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。
5.5.2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。
5.6卡锥
5.6.1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。
5.6.2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卡钻不宜强提以防塌孔、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。
5.7钻孔漏浆
5.7.1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。
5.7.2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。
表1钻孔桩钻孔允许偏差
序号
项目
允许偏差（mm）
1
孔径
不小于设计孔径
2
孔深
摩擦桩
不小于设计孔深
柱桩
不小于设计孔深，并进入设计土层
3
孔位中心偏心
群桩
≤50
4
倾斜度
≤1%
5
浇筑混凝土前桩底沉渣厚度
摩擦桩
≤100
柱桩
≤50
表2钻孔桩钢筋骨架允许偏差
序号
项目
允许偏差（mm）
1
钢筋骨架在承台底以下长度
±100
2
钢筋骨架外径
±10
3
主钢筋间距
±10
4
加强筋间距
±20
5
箍筋间距或螺旋筋间距
±20
6
钢筋骨架倾斜度
0．5%
7
骨架保护层厚度
±20
5
骨架中心平面位置
20
9
骨架顶端高程
±20
10
骨架底面高程
±50
图1钻孔示意图
图2钻孔灌注桩工艺流程图
中铁六局合福铁路安徽段站前六标项目经理部二分部工程部
二0一0年十月八日
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