泵吸反循环钻孔灌注桩施工工法.docx
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泵吸反循环钻孔灌注桩施工工法
泵吸反循环钻孔灌注桩施工工法
1前言
近年来，尽管我国在桥梁建设方面取得了不少成绩，在深海桩基施工上取得了进步，但深海桩基在不同程度上还存在不少问题，对成桩稳定性构成极大难题。
深海桩基施工是保证跨海大桥顺利建成的关键，它为桥梁上部结构施工奠定了良好的基础；做好深水桩基工程，是保证跨海大桥正常运营的重要前提。
我们根据实际施工对深海桩基泵吸反循环施工工法及操作要点进行整理总结，并编制成海上桩基泵吸反循环施工工法。
2工法特点
本工法将传统的正循环工艺优化成泵吸反循环工艺，通过砂石泵的抽吸作用,在钻杆内腔形成负压,在孔内液柱和大气压的作用下,孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底,将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔,再经过砂石泵排至地面沉淀池内;沉淀钻渣后,冲洗液流向孔内,形成反循环。
本工法钻孔效率高，清空时间短，成孔后孔底沉渣少，成桩稳定性高，对环境污染少等特点。
3适用范围
本工法适用于具有海洋潮汐影响、常年风浪较大、地质为砂土及粉质黏土、工期要求紧的大直径深水灌注桩的跨海桥梁桩基施工中。
4工艺原理
本工法是通过砂石泵的抽吸作用,在钻杆内腔形成负压,在孔内液柱和大气压的作用下,孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底,将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔,再经过砂石泵排至地面沉淀池内。
沉淀钻渣后,冲洗液流向孔内,形成反循环，成孔后经过一次清孔及二次清孔，最终完成桩基施工。
5施工工艺流程及操作要点
施工工艺流程
图1海上桩基泵吸反循环施工工艺流程框图
操作要点
钢护筒施工
反循环钻机就位前，先进行钢护筒施工。
钢护筒采用钢板卷制，根据钻孔桩直径大小和水位深度选用比钻孔桩直径大300mm，壁厚12mm。
为了保证钢护筒的埋设符合要求必须设置导向架，保证钢护筒的垂直度。
钢护筒深度的确定根据（人民交通出版社的《桥涵》）中的计算公式求得。
计算公式如下：
L=[（h+H）γω－Hγo]÷（γd－γω）
式中：
L--护筒埋置深度（m）
H--施工水位至河床表面深度（m）
h--护筒内水头，即护筒内水位与施工水位之差（m）
γω--护筒内泥浆容重（KN/m3）
γo--水的容重（KN/m3）
γd--护筒外河床土的饱和容重（KN/m3）
其中γd=（△+e）γo/（1+e）
在γd式中：
△--土粒的相对密度，砂土平均取，粘性土取平均取，e--饱和土的孔隙比，砂土为~,粘性土为~，软土为1~。
对于护筒穿过几种不相同的土质是，护筒外河床土的饱和容重取平均值，即γd=（ΣγidLi/ΣLi）。
式中γd---几种不同土的平均饱和容重（KN/m3）
γid---每种不同土的饱和容重（KN/m3）
Li---每种不同土的层厚（m）
图2钢护筒加工及施打
泥浆制备
安装海上泥浆循环池，该工程位置由于海边项目的地质特殊性，根据工程地质勘察报告显示，该地区粘土层位于第5层，深度较深，且以上土层无粘土，所以开孔前需从场外运输粘土做钻孔泥浆护壁材料。
本项目海上桩基受潮汐作用影响显著，项目初期钻进过程中多次出现漏浆跑浆的情况，由于海水的作用，泥浆指标不稳定，因此，本项目针对海水造浆进行专题研究，选用膨润土、CMC、PHP、纯碱、海水专用造浆剂等配制优质泥浆，该泥浆具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。
图3开孔前泥浆调试
图4海水造浆材料
钻孔施工
钻机就位后，复测校正，钻头对准钻孔中心，同时使钻机底座水平。
开钻时低档位慢速钻进，以保证桩位准确性，在砂土层中应慢速、稠泥浆钻进,通过钻压、转速、泥浆指标等参数的调节来控制钻进成孔速度，防止孔斜、缩径、塌孔等现象的产生。
（1）开钻时慢速钻进，待钻头全部进入地层后，加速钻进。
（2）钻进过程中，采用纵横十字线控制桩位，钻机工每班、测量组隔天校正桩位、垂直度，确保桩的桩位、垂直度满足规范、验标要求。
（3）钻完完成用检孔器检孔，检孔器高度为6m，直径为。
（4）检验桩孔：
钻孔到设计深度后，采用检孔器对钻孔深度、直径及孔的倾斜度进行检测，成孔孔径不小于设计直径。
孔深采用水准仪定护筒标高，测绳及钢尺量测孔深。
孔的倾斜度通过钻头在孔口位置及孔底位置量测砣绳偏移值计算出孔的倾斜度。
当钻孔深度到达设计要求，用外径等于桩的设计直径，高度为孔径的4倍的钢筋笼检孔器吊入钻孔内进行深度、直径及孔的倾斜度检测，对全长进行检查，并报请监理工程师复查。
图5钻孔施工
第一次清孔
第一次清孔的目的是将泥浆中的钻渣及孔底大部分的沉渣清除，防止在下钢筋笼的及导管的过程中，钻渣大量下沉。
（1）根据地质情况采用正循环清孔方式
（2）清孔时注意事项：
清孔标准符合设计及规范要求，即：
孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于~，含砂率小于2%，粘度17～20pa·s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于规范要求。
严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。
钢筋笼
（1）钢筋笼一次加工成型。
钢筋笼加工时，下料要准确，严格控制钢筋的尺寸，主筋采用焊接或直螺纹套筒连接，并确保焊缝的长度和质量。
主筋间距、箍筋间距要严格控制在规范允许的误差以内。
桩基需进行超声波监测，需按照要求在钢筋笼内预埋声测管，声测管固定在钢筋笼内侧，吊装时在钢筋笼内设置支撑钢筋避免钢筋骨架变形，防止声测管被破坏。
（2）桩孔清完后，用25T吊车采用两点起吊，防止钢筋笼在吊装时发生变形。
钢筋笼入孔时，为防止其变形，要用方木加固，然后用吊车慢慢吊起，慢慢放入孔中，不得左右旋转碰撞孔壁。
下笼时如遇阻碍应停止笼体下放，查明原因，及时处理，严禁高起猛落，强行下放。
（3）钢筋笼入孔后应由测量技术人员对钢筋笼的位置、高程进行复检。
（4）钢筋骨架的制作和吊放的允许偏差为：
主筋间距±20mm；箍筋间距±10mm；骨架外径±5mm；骨架倾斜度%；骨架保护层厚度±10mm；骨架中心平面位置20mm；骨架顶端高程±20mm。
下导管
（1）导管使用前必须进行水密承压、抗拉试验，并对导管进行编号、丈量，且在导管上标志清楚，下放导管时必须按编号依次下放。
（2）导管底口距离孔底应有30～40cm距离。
（3）导管应置于钻孔中心下放，防止钩挂钢筋笼。
第二次清孔
导管下好，在灌注混凝土之前，应继续利用导管进行清孔，防止泥浆再次沉淀，持续到混凝土灌注，保证泥浆指标及孔底沉淀层厚度符合设计及规范要求。
灌注水下混凝土
（1）在灌注水下混凝土之前：
应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底的沉淀厚度，符合要求后方可灌注水下混凝土；
（2）混凝土拌和物运至灌注现场后，应对其和易性和坍落度进行检验，其坍落度为180～220mm，如不符合要求应进行二次拌和，仍不符合要求的不得使用。
（3）灌注之前须再检查一次孔深，并与成孔时的实际孔深比较，确定沉渣厚度，合格后方可灌注混凝土。
该分项工程混凝土采用场外预拌C35水下商混凝土，塌落度为18cm—22cm。
混凝土由混凝土运输车运输，采用钻架进行灌注，来回提降导管进行混凝土振捣。
首批灌注混凝土的数量应满足导管首次埋置深度（≥）和填充导管底部的需要，所需混凝土数量按下面的公式计算：
式中：
V——灌注首批混凝土所需要数量（m3）；
D——桩孔直径（m）；
H1——桩孔底至导管底端间距，一般为；
H2——导管初次埋置深度（m）；
d——导管内径；
h1——桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需要的高度（m），即h1=Hwγw/γc
γc——混凝土拌和物的重度（取24kN/m3）；
γw——井孔内水或泥浆的重度（kN/m3）
Hw——井孔内水或泥浆的深度（m）
（4）灌注中常测混凝土面深度，控制导管的埋置深度在2～6m，拆除导管应及时迅速。
当导管内混凝土不满时应徐徐灌注，严禁在导管内形成高压气囊。
（5）灌注必须连续进行，中间不得停滞时间过长防止断桩。
（6）为防止钢筋骨架上浮，当灌注在混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时，应降低混凝土的灌注速度，当混凝土拌和物上升到骨架底口4m以上时，提升导管，使导管底口高于骨架底部2m以上，即可恢复正常灌注速度。
（7）需振动导管以加快混凝土下落速度时，提升导管不可过猛且提升高度不可过大，防止拉断导管或将导管口提出混凝土造成导管进水而断桩。
（8）混凝土应比设计标高超灌，以保证桩头混凝土质量。
（9）混凝土灌注完成后应及时拔出护筒，防止混凝土凝结护筒无法拔出。
6材料与设备
投入的劳动力
表1主要劳动力表
工种
人数
备注
钻机工
60
要求持证上岗
且熟悉该工艺、岗位的操作流程
起重工
18
要求持证上岗
且熟悉该工艺、岗位的操作流程
电工
3
要求持证上岗
修理工
9
熟悉该岗位的操作流程
钢筋工
18
其中电焊工要求持证上岗
其他辅助工种
10
主要材料
材料名称
规格
单位
数量
执行标准
HRB400钢筋
Φ28
t
xg1-2009
HRB400钢筋
Φ25
t
xg1-2009
HRB400钢筋
Φ22
t
xg1-2009
HRB400钢筋
Φ16
t
xg1-2009
HPB300钢筋
Φ10
t
XG1-2012
水下混凝土
C35
m³
GB/T14902-2012
施工器材
表2主要设备器材表
序号
机械设备
型号
数量
用途
1
反循环钻机
CZ50
20
成孔
2
泥浆泵
PNL
20
循环
3
混凝土罐车
SY5261THB37
6
泥浆外运
4
混凝土罐车
SY5261THB37
10
桩基混凝土运输
5
汽车吊
QY50E
3
现场材料、设备吊运
6
装载机
ZL50G
3
现场钻渣装载、物资搬运
7
自卸汽车
6
钻渣及建筑垃圾外运
8
电焊机
10
钢筋笼焊接
9
钢筋调直机
6
钢筋加工
施工水电
供电设施建设
施工现场临时电全部由变压器接入，现场布置2台300kw的大功率柴油发电机作为备用电源
供水设施
本项目用水采用当地自来水，水质好，经检测合格，完全可满足工程施工及生活需要。
7质量控制
材料质量控制
物资检验、试验：
本工程钢筋、水泥、砂、石等材料由项目部试化验员填写试验委托书，送试验部门进行检验和试验。
物资检验、试验程序如下：
进货验收（检查出厂质量证明文件和外观检查）→见证取样→委托→试验→报告→存档。
监控量测控制
质量标准（《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008））
质
量
标
准
项次
项目
允许偏差
1
桩身混凝土强度
≥C35
2
桩位偏差
单排桩≤5cm
群桩≤10cm
3
钻孔倾斜度
≤%
4
孔深
比设计深度
超深不小于5cm
5
孔径
不小于设计孔径
6
超声波检测
合格
7
钻芯取样
合格
8
沉淀层厚度
≤20cm
工程检验、试验
本工程检验和试验包括原材料试化验、隐蔽工程验收、检验批验收、分项工程验收、分部工程验收、施工过程试验和竣工验收。
8.安全生产保证措施
施工生产都必须贯彻“安全第一，预防为主“的方针，搞好安全基础建设，强化生产管理，狠抓安全生产关键，全面提高企业整体素质和安全工作质量，以保证施工生产任务的完成。
为增强全体员工安全意识，以保证桩基施工中的顺利进行，特制定安全措施：
、进入施工现场必须戴好安全帽，施工过程中要集中注意力，并服从指挥，防止意外受伤。
、对钻机周围设置安全防护栅栏，非工作人员不得进入钻机区，在周围应设置明显的警告标志。
、搬运物料时，应注意前后左右保持安全距离，并注意交通情况。
用手推车装运物料，应注意平稳，掌握重心，不得猛跑和撒把溜放。
前后车距在平地不得少于2米，下坡不得少于10米。
、建立严格的交接班制度，每班检查一次设备情况并详细记录，发现危象，及时处理。
每次交接班时，认真检查机械设备（泥浆泵、钻机等）、临时用电设备等，要每天检查，发现问题及时处理，严禁使用不合格设备或工具。
、钻孔作业时必须有专人值班，随时钻进情况，对钻进情况及时作好记录，严禁脱岗。
、施工区域周围设置明显的警告标志，非工作人员不得进入施工作业区。
在距井口周围设置安全警示牌和彩绳，3m范围内不得通行载重车辆。
、夜间施工要做好现场照明工作，对容易出现在安全问题的位置悬挂警示灯。
、工作人员不得超时工作，严禁酒后操作，以免发生事故。
、施工场内的一切电源电线的安装和拆除，由持证电工专管。
临时用电必须严格遵守安全用电规范。
、对施工现场所有设备、设施、安全装置，工具和劳保用品等经常进行检查，确保完好和安全使用。
、特殊工种必须持证上岗。
、未尽事项，严格按照相关安全规范执行。
9环境保护及文明施工
环境保护措施
周边环境保护、植被保护和水质保护有极高的要求，防止水污染。
在整个施工过程中，环境保护措施如下：
.施工环保、水保保证体系
根据国家、地方政府有关的法律、法规，结合本工程的特点，在施工过程中相应建立健全各种组织，制定有关管理制度，认真做好环境保护、水土保持工作，有关技术措施考虑长久性。
建立由项目经理任组长的环保、水保质量体系，安全员任兼职环保员，实行工程项目环保、水保负责制，并落实开工前、施工中、施工后环保、水保检查。
.大气与水质的保护
超标排放车辆、机械要安装净化装置，降低废气排放量。
施工中履带吊等水中动力设备，采取严格的控制设施，防止漏油，渗油及尾气污油造成水质污染；栈桥作业的机械设备，下部均设置漏油池，防止漏油时，污染水源。
严禁在栈桥上进行安拆、维修机械设备。
所使用的焊条残渣集中存放，定期清理运出，统一处理。
栏杆涂漆时。
采取可靠措施，防止油漆滴落水中。
清理、修理施工机械的废油、废水进行污水处理，不得随意倾泄。
.废弃物的处理措施
工程废弃物应集中堆放，不得弃于海中。
.所有临时工程、临时设施及临时弃土都要在工程全部完工后清除并恢复原貌。
10效益分析
工期效益
泵吸反循环施工工艺比传统的正循环钻孔效率提升了近两倍，通过平行交叉作业，加快了施工速度，减少每循环时间，提高了施工效率，缩短了桩基的施工工期。
经济效益
本工法通过制备性能稳定的优质泥浆，提高泥浆的护壁质量，避免了桩基跑浆、漏浆甚至塌孔情况的发生，减少了后期反复补浆的工序，提高了成桩质量，获得良好的经济效益。
社会效益
采用泵吸反循环工艺进行海上桩基施工，有效减小了钻孔过程中对周围土体的挠动，有效避免了周围桩基塌孔的风险，优质的泥浆保证了钻进过程的稳定性，保证其他附属物和运营设备的正常使用和行车安全。
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