21 钻孔桩基础.docx
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21钻孔桩基础
2.1.钻孔桩基础
2.1.1施工工艺流程
见工艺流程图：
钻孔桩施工工艺流程图
2.1.2操作要点
1、施工准备
在三通一平的基础上，钻孔的准备工作主要有桩位测量及放样、制作和埋设护筒；泥浆备料调制、泥浆循环系统设置及准备钻孔机具等。
①场地准备
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。
a钻孔场地为旱地时，钻孔前将场地整平压实，清除杂物，更换软土。
在夯填密实土层上横向铺设枕木，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、泥浆循环系统及混凝土运输车等协调工作的要求。
b在浅水中，宜用筑岛围堰法施工，利用草袋围堰构筑工作平台，筑岛面积应按钻孔方法，设备大小等确定。
②埋设护筒
a护筒用4～8mm的钢板制作，其内径大于钻头直径200mm～400mm。
为增加刚度防止变形，在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。
b在旱地或筑岛施工时，护筒顶面应高出地面0.5米。
护筒埋设深度符合下列规定：
岸滩上，黏性土应不小于1m，砂类土应不小于2m；当表层土松软时，宜将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5米。
水中筑岛上，护筒宜埋入河床面以下1m。
c陆地、浅水中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得大于50mm，垂直度偏差不允许大于1%，保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作。
③安装钻机
旋转钻机：
立好钻架并调整和安设好起吊系统，将钻头吊起，徐徐放进护筒内。
启动卷扬机把钻盘吊起，垫方木于钻盘底座下面，将钻机调平并对准钻孔，安装钻盘，要求钻盘中心与钻架上的起吊滑轮在一铅垂线上。
钻杆位置偏差不大于5cm。
旋挖钻机：
钻机就位前，应对钻孔各项准备工作进行检查。
钻机安装后的底座和顶端应平稳，在钻进中不应产生位移或沉陷。
就位完毕，施工队对钻机就位自检。
首先将钻杆中心与桩位中心重合，随即锁定钻杆走行臂位置，即开始钻进。
④泥浆的制备及循环净化
a根据现场实际情况，本标段主要为砂类土，宜采用膨润土泥浆护壁。
b根据桩基的分布位置设置多个制浆池、储浆池及沉淀池，集中制浆及深水桩基施工设泥浆分离设备，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/s以便于石碴沉淀。
c采用泥浆搅拌机制浆。
泥浆造浆材料选用优质粘土，为提高泥浆粘度和胶体率，可在泥浆中掺入适量的碳酸钠、烧碱等，其掺量经试验确定。
制浆后应试验全部性能指标，钻孔过程中应随时检验泥浆比重和含砂率，并填写试验记录表。
泥浆的性能指标见表 不同地层下泥浆的性能指标要求表。
不同地层下泥浆的性能指标要求表
地质情况
泥浆指标
相对密度
（g/cm3）
粘度（s）
胶体率（%）
失水率
（ml/30min）
含砂率（%）
泥皮厚（mm/30min）
静切力
（Pa）
酸碱度
（pH）
亚砂土
1.20～1.45
19～28
≥96
≤15
≤4
≤2
3～5
9～11
淤泥质亚粘土
1.20～1.35
19～28
≥96
≤15
≤4
≤2
3～5
9～11
粘土
1.06～1.10
18～28
≥95
≤20
≤4
≤3
1～2.5
9～11
亚粘土
1.06～1.10
18～28
≥95
≤20
≤4
≤3
1～2.5
9～11
细砂
1.20～1.45
18～28
≥95
≤20
≤4
≤3
1～2.5
9～11
粘土、亚粘土
1.06～1.10
18～28
≥95
≤20
≤4
≤3
1～2.5
9～11
d施工中钻碴随泥浆从孔内排出进入沉淀池，人工用网筛将石碴捞出。
然后使沉淀后的泥浆经泥浆池返回钻进的孔内，形成不断的循环。
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直接向水塘、河流排放，以避免污染环境。
2、钻孔施工
①正循环旋转钻钻孔
a先启动泥浆泵和转盘，使之空转一段时间，待泥浆输入钻孔中一定数量后，方可开始钻进。
开始钻进时，应低档慢速钻进，使护筒下口处有坚固的泥皮护壁。
钻至护筒下1m后，才可按正常速度钻进。
如护筒外侧土质松软发现漏浆时，可提起钻头，向孔中填入粘土，再下钻头钻孔，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆空隙，稳住泥浆后再继续钻进。
接长钻杆时，先卸去方形套，提升方钻杆达到钻头与钻杆相连处露出转盘为止。
用钻杆夹持器卡住钻头并支承于转盘，卸去方钻杆，然后吊起一节圆钻杆，连接于钻头，卸去夹持器，把圆钻杆连同钻头放入钻孔。
当圆钻杆上端接近转盘时，照上述夹持器支持圆钻杆，松吊绳，将方钻杆吊来与圆钻杆联结，撤去夹持器，把方钻杆降入转盘内并安好方形套，继续钻进。
以后需要再接长钻杆时，照以上步骤在方钻杆同圆钻杆之间加接圆钻杆即可，一直钻孔到需要深度为止，卸钻杆如上述逆做法办理。
接、卸钻杆的动作要迅速、安全，争取尽快完成，以免停钻时间过长。
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。
b在钻进过程中，应注意地层变化，对不同的土层，采用不同的钻进方法。
在粘质土中钻进，由于泥浆粘性大，钻头所受阻力也大，易糊钻。
宜选用尖底钻锥中等转速、大泵量、稀泥浆钻进。
在砂类土或软土层钻进时，易坍孔，宜选用低速、轻压钻进，控制进尺，低挡慢速、大泵量、同时就提高孔内水头和加大泥浆比重。
在卵石、砾石类土层中钻进时，因土层软硬不均，会引起钻头跳动，钻杆摆动加大和钻头偏斜等现象，易使钻机因超负荷而损坏。
宜采用低档慢速、优质泥浆、大泵量的方法钻进。
c钻孔时，必须采取减压钻进，即使孔底承受的钻压不超出钻锥重力和压重块重力之和扣除浮力后的80%，这样可使钻杆维持竖直状态，使钻头竖直平稳旋转，避免或减少斜孔、弯孔和扩孔现象。
d开钻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。
每钻进2m或地层变化处，应在泥浆槽中捞取钻渣样品，查明土类并记录，以便与设计资料核对。
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。
e钻进过程中应经常测量孔深，并对照地质柱状图随时调整钻进技术参数。
达到设计孔深后及时清孔提钻，清孔时以所换新鲜泥浆达到孔内泥浆含砂量逐渐减少至稳定不沉淀为度。
②反循环旋转钻钻孔
a开始钻孔时，为防止堵塞钻头的吸渣口，应将钻头提高距孔底约20～30cm，将真空泵加足清水，关紧出水控制阀和沉淀室放水阀使管路封闭，打开真空管路阀门使气水畅通，然后启动真空泵，抽出管路内的气体，产生负压，把水引到泥浆泵，通过沉淀室的观察室看到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池，形成反循环，待泥浆均匀后以低档慢速开始钻进，使护筒角处有牢固的泥皮护壁。
钻至护筒脚下1.0m后，方可按正常速度钻进。
如护筒底土质松软发现漏浆时，可提起钻头，向孔内投放粘土，再放下钻头旋转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆空隙，待不再漏浆时，继续钻进。
钻进过程中，保证钻孔垂直。
当一节钻杆钻完后，先停止钻盘转动，并使反循环系统延续工作至孔底沉渣基本排净，然后关闭泥浆泵接长钻杆；在接头法兰盘之间垫3～5mm厚的橡皮圈，并拧紧螺栓，以防漏气、漏水；然后如上工序，一切正常钻进。
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。
b在钻进过程中，应注意地层变化，对不同的土层，采用不同的钻进方法。
在硬粘土中钻进时，用一档转速，放松起吊钢丝绳，自由进尺；
在普通粘土、砂粘土中钻进时，可用二档、三档转速，自由进尺；
在砂土或含少量卵石中钻进时，宜用一、二档转速，并控制进尺，以免陷没钻头或抽吸钻渣的速度跟不上；
遇地下水丰富容易坍孔的粉砂土，宜用低档慢速钻进，减少钻头对粉砂土的搅动，同时应加大泥浆比重和提高水头，以加强护壁防止塌孔。
c钻孔时，必须采取减压钻进，即使孔底承受的钻压不超出钻锥重力和压重块重力之和扣除浮力后的80%，这样可使钻杆维持竖直状态，使钻头竖直平稳旋转，避免或减少斜孔、弯孔和扩孔现象。
d施工中每钻进1m或地层变化处，应及时捞取钻渣样品，查明土类并记录，以便与设计资料核对。
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。
e钻进过程中应经常测量孔深，并对照地质柱状图随时调整钻进技术参数。
达到设计孔深后及时清孔提钻，清孔时以所换新鲜泥浆达到孔内泥浆含砂量逐渐减少至稳定不沉淀为度。
f泥浆泵应有足够的流量，以免影响钻孔速度。
如泥浆泵流量不足可用污水泵代替。
为了避免泥浆泵损坏时停工，每台钻机应配备两套泥浆泵轮换使用。
③旋挖钻机钻孔
a钻孔前，按施工设计所提供的地质、水文资料绘制地质剖面图，挂在钻台上。
针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及适当的泥浆比重。
b钻孔作业分班连续进行，填写钻孔施工记录，交接班时交待钻进情况及下一班应注意事项。
经常对钻孔泥浆及钻机对位进行检测，不符合要求时，应及时改正。
经常注意地层变化，在地层变化处应捞取样渣保存。
c钻孔过程中观察主机所在地面和支脚支承地面处的变化情况，发现沉降现象及时停机处理。
因故停机时间较长时，应将套管口保险钩挂牢。
d当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，确认满足设计要求后，立即填写终孔检查证，并经驻地监理工程师认可，方可进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。
e钻进过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度，技术人员详尽而准确地记录每次的钻渣地质情况，为下步施工提供依据。
若出现钻杆跳动，机架摇晃，不进尺等异常情况时，立即停钻检查。
当进尺深度达到设计标高时，在原处正向空转数圈，以清除螺杆上的积土，然后停止旋转，提升钻杆，把钻杆上带有的最后一斗钻渣慢提离孔位，以防斗齿刮坏孔壁。
钻杆提升超过地表后，用铁板将桩孔覆盖，反向空转甩掉螺旋钻杆上的积土。
必要时换清碴钻头清除孔底沉碴。
3、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。
①孔径和孔形检测
孔径检测是在桩孔成孔后，下入钢筋笼前进行的，是根据桩径制做笼式井径器入孔检测，笼式井径器用φ8和φ20的钢筋制作，其外径等于钢筋笼直径加100mm，但不得大于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的3～4倍（旋转钻成孔）。
其长度与孔径的比值选择，可根据钻机的性能及土层的具体情况而定。
检测时，将井径器吊起，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大于给定的笼径。
②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。
③成孔竖直度检测
旋转钻采用钻杆测斜法。
④质量标准
钻孔灌注桩成孔后，在灌注水下混凝土前，其质量检验的标准见表：
钻孔桩钻孔允许偏差。
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
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
≤100
4
倾斜度
≤1%
5
浇筑混凝土前桩底沉渣厚度
摩擦桩
≤200
柱桩
≤50
4、第一次清孔
清孔处理的目的是使孔底沉碴（虚土）厚度、泥浆液中含钻碴量和孔壁垢厚度符合质量要求和设计要求，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，即可进行第一次清孔。
①抽浆法清孔：
采用反循环钻机钻孔时，可在终孔后停止进尺，一边利用钻机的反循环系统的泥浆泵持续抽浆，把孔底泥浆、钻碴混合物排出孔外，一边向孔内补充经泥浆池净化后的泥浆，使孔底钻碴清除干净。
抽浆清孔比较彻底，适用于各种钻孔方法的摩擦桩、支承桩和嵌岩桩。
但孔壁易坍塌的钻孔使用抽浆法清孔时，操作要注意，防止坍孔。
②换浆法清孔：
采用正循环钻机钻孔时，可在终孔后停止进尺，稍提钻头离孔底10～20cm空转，并保持泥浆正常循环，以中速将相对密度1.03～1.10的较纯泥浆压入，把钻孔内悬浮钻碴较多的泥浆换出。
直至孔底钻碴清除干净。
③清孔应达到以下标准：
孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20秒。
同时保证水下混凝土灌注前孔底沉碴厚度：
柱桩≯5cm、摩擦桩≯20cm。
严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。
5、钢筋笼加工及吊放
①钢筋骨架制作：
钢筋笼骨架在制作场内分节制作。
a采用胎具成型法：
用槽钢和钢板焊成组合胎具，每组胎具由上横梁、立梁和底梁三部分构成。
上横梁和立梁分别通过插轴、角钢与底梁连接，并与焊在底梁上的钢板组合成同直径、同主筋根数、有凹槽的胎模。
每个胎模的间距为设计加劲箍筋的距离，即按每节钢筋骨架的加劲箍筋数量设立胎具。
将加劲箍筋就位于每道胎具的同侧，按胎模的凹槽摆焊主筋和箍筋，全部焊完后，拆下上横梁、立梁，滚出钢筋骨架，然后吊起骨架搁于支架上，套入盘筋，按设计位置布置好螺旋筋并绑扎于主筋上，点焊牢固，最后安装和固定声测管。
b钢筋骨架保护层的设置
绑扎混凝土预制块：
混凝土预制块为15cm×20cm×8cm，靠孔壁的一面制成弧面，靠骨架的一面制成平面，并有十字槽。
纵向为直槽，横向为曲槽，其曲率与箍筋的曲率相同，槽的宽度和深度以能容纳主筋和箍筋为度。
在纵槽两旁对称的埋设两根备绑扎用的U型12号铁丝。
垫块在钢筋骨架上的布置以钻孔土层变化而定，在松软土层内垫块应布置较密。
一般沿钻孔竖向每隔2米设置一道，每道沿圆周对称的设置4块。
②钢筋骨架的存放、运输与现场吊装
a钢筋骨架临时存放的场地必须保证平整、干燥。
存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的木方，以免受潮或沾上泥土。
每组骨架的各节段要排好次序，挂上标志牌，便于使用时按顺序装车运出。
钢筋骨架在转运至墩位的过程中必须保证骨架不变形。
采用汽车运输时要保证在每个加劲筋处设支承点，各支承点高度相等；采用人工抬运时，应多设抬棍，并且保证抬棍在加劲筋处尽量靠近骨架中心穿入，各抬棍受力尽量均匀。
b钢筋笼入孔时，由吊车吊装
在安装钢筋笼时，采用两点起吊。
第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分点之间。
钢筋笼直径大于1200mm，长度大于6m时，应采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不致变形。
吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后应徐徐下放，不宜左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。
若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。
严禁高提猛落和强制下放。
第一节骨架放到最后一节加劲筋位置时，穿进工字钢，将钢筋骨架临时支撑在孔口工字钢上，再起吊第二节骨架与第一节骨架连接，连接采用挤压套筒连接。
连接时上、下主筋位置对正，保持钢筋笼上下轴线一致：
先连接一个方向的两根接头，然后稍提起，以使上下节钢筋笼在自重作用下垂直，再连接其它所有的接头，接头位置必须按50%接头数量错开至少20d连接。
接头焊好后，骨架吊高，抽出支撑工字钢后，下放骨架。
如此循环，使骨架下至设计标高。
骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，为防止钢筋笼掉笼或在灌注过程中浮笼，钢筋笼的定位采用螺纹钢筋悬挂在钢护筒上。
钢筋笼中心与桩的设计中心位置对正，反复核对无误后再焊接定位于钢护筒上，完成钢筋笼的安装。
钢筋笼定位后，在4小时内浇筑混凝土，防止坍孔。
③声测管的布置及数量必须满足设计要求，与钢筋笼焊接在一起后与钢筋笼一起吊放。
声测管要求全封闭（下口封闭、上端加盖），管内无异物，水下混凝土施工时严禁漏浆进管内。
声测管与钢筋笼一起分段连接（采用套管丝扣连接），连接处应光滑过渡，管口高出设计桩顶20cm，每个声测管高度保持一致。
④钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法，见表钻（挖）孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法。
钻（挖）孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法
序号
项目
允许偏差
检验方法
1
钢筋骨架在承台底以下长度
±100mm
尺量检查
2
钢筋骨架直径
±20mm
3
主钢筋间距
±0.5d
尺量检查不少于5处
4
加强筋间距
±20mm
5
箍筋间距或螺旋筋间距
±20mm
6
钢筋骨架垂直度
1%
吊线尺量检查
注：
d为钢筋直径，单位：
mm
6、第二次清孔
由于安放钢筋笼及导管准备浇筑水下混凝土，这段时间的间隙较长，孔底产生新碴，待安放钢筋笼及导管就序后，采用换浆法清孔，以达到置换沉渣的目的。
施工中勤摇动导管，改变导管在孔底的位置，保证沉渣置换彻底。
待孔底泥浆各项技术指标均达到设计要求，且复测孔底沉碴厚度在设计范围以内后，清孔完成，立即进行水下混凝土灌注。
7、灌注水下混凝土
①采用直升导管法进行水下混凝土的灌注。
导管用直径250mm的钢管，壁厚3mm，每节长2.0～2.5m，配1～2节长1～1.5m短管，由管端粗丝扣、法兰螺栓连接，接头处用橡胶圈密封防水。
导管使用前，应进行接长密闭试验。
下导管时应防止碰撞钢筋笼，导管支撑架用型钢制作，支撑架支垫在钻孔平台上，用于支撑悬吊导管。
混凝土灌注期间时用钻架吊放拆卸导管。
②水下混凝土施工采用罐车运输混凝土、输送泵泵送至导管顶部的漏斗中。
混凝土进入漏斗时的坍落度控制在18～22cm之间，并有很好的和易性。
混凝土初凝时间应保证灌注工作在首批混凝土初凝以前的时间完成。
③水下灌注时先灌入的首批混凝土，其数量必须经过计算，保证把导管下口埋入混凝土的深度不少于1m。
必要时可采用储料斗。
④使用拔球法灌注第一批混凝土。
灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。
在整个灌注过程中，导管埋入混凝土的深度不得少于1.0m，一般控制在4m以内。
⑤灌注水下混凝土时，随时探测钢护筒顶面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制导管埋入深度和桩顶标高。
测锤法：
用绳系重锤吊入孔中，使之通过泥浆沉淀层而停留在混凝土表面，根据测绳所示锤的沉入深度换算出混凝土的灌注深度。
测砣一般制成圆锥形，锤重不宜小于4kg，测绳采用质轻、拉力强，遇水不伸缩，标有尺度之测绳。
钢管取样盒法：
用多节长1m～2m的钢管相互拧紧接长，钢管最下端设一铁盒，上有活盖用细绳系着随钢管向上引出。
当灌注的混凝土面接近桩顶时，将钢管取样盒插入混合物内，牵引细绳将活盖打开，混合物进入盒内，然后提出钢管，鉴别盒内之物是混凝土还是泥渣，由此确定混凝土表面的准确位置。
当混凝土灌注接近设计桩顶以上1m时，必须采用钢管取样盒法探测。
⑥在混凝土灌注过程中，要防止混凝土拌合物从漏斗溢出或从漏斗处掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝固，致使测深不准。
同时应设专人注意观察导管内混凝土下降和井孔水位上升，及时测量复核孔内混凝土面高度及导管埋入混凝土的深度，做好详细的混凝土施工灌注记录，正确指挥导管的提升和拆除。
探测时必须仔细，同时以灌入的混凝土数量校对，防止错误。
⑦施工中导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。
如导管法兰盘卡住钢筋管架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔中心。
当导管提升到法兰接头露出孔口以上一定高度，可拆除1节或2节导管（视每节导管长度和工作平台距孔口高度而定）。
拆除导管动作要快，拆装一次时间一般不宜超过15分钟。
要防止螺栓、橡胶垫和工具掉入孔中，要注意安全。
已拆下的导管要立即清洗干净，堆放整齐。
8、成桩检测
对钻孔桩桩身全部进行无损检测。
检测方法符合《铁路工程基桩无损检测规程》（TB10218）的规定。
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