冲击钻孔作业指导书.docx
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冲击钻孔作业指导书
新建铁路哈尔滨至大连铁路客运专线
DK35+434.06-DK61+789.17
钻孔桩施工作业指导书
编制人：
日期：
审批人：
日期：
编制单位：
中铁一局集团第二工程有限公司哈大客运专线项目部
冲击钻施工钻孔桩作业指导书
一、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。
二、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》
《施工图设计文件》
三、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，我管段共有桩基2197根，桩基采用桩径100cm、125cm的钻孔桩，部分大跨桥墩采用桩径150cm和200cm的钻孔桩。
四、施工准备
1、场地、道路及施工用水的准备
施工之前对场地和便道进行平整压实，以满足施工机械能够顺利进场、钻机座不产生沉陷。
2、护筒的制做和埋设
为固定桩位、导向钻头、隔离地面水，保护孔口地面及提高孔内水位增加对孔壁的静压力以防坍塌，在钻孔前应埋设护筒。
护筒要坚实，有一定刚度，接头严密，不漏水。
本项目采用钢板卷制护筒。
钢板的厚度不小于4mm，高1.5～2m，可以接长。
护筒上口高出孔口地面10～30cm。
护筒应挖孔埋设，先在桩位处挖直径比护筒大的圆坑，接着把钢护筒按测量桩位置入正中，四周用粘土分层填实即可。
护筒埋设好以后，利用孔口四周护桩挂十字线检查其位置。
护筒平面中心偏差及垂直度不超过规范要求，否则，重新埋设护筒。
3、护壁泥浆及泥浆池
泥浆由粘土、水和添加剂拌合而成，其比重较水大，故对孔壁能增大静水压力，并在孔壁形成一层泥浆护壁，隔断孔内外水流，保护孔壁，防止塌孔。
在冲击成孔中，泥浆比重宜采用1.2~~1.45之间，起到悬浮钻碴、排碴作用。
另外泥浆还可以润滑，冷却钻头，减少钻头阻力和钻头磨损。
泥浆池和桩孔之间通过泥浆池及沉淀池使泥浆形成循环，因此，泥浆池及沉淀池的位置、大小应因地制宜，尽量让沉淀池的长度大一些（一般不应小于10米），且高出地面30cm为宜。
钻进过程中应随时捞取泥浆槽、池中的钻碴，以保证泥浆质量和加快钻孔速度。
泥浆进行回收重复使用。
4、钻机及钻具
冲锥：
根据本项目地质情况,宜采用十字型冲锥。
冲锥由锥身、刃脚和转向装置三部分组成。
锥身提供冲锥所必须的重力和冲击动能；刃脚位于冲锥底部，为直接冲击、破碎土、石的部件；转向装置设于锥顶，和起吊钢丝绳连接，是使冲击能冲成圆孔的关键部件。
钻头上应焊有便于打捞的装置。
4.3封孔设备
封孔设备应包括吊机、导管、卡盘、漏斗、贮料斗、拔塞、上料斗、抽水机等。
吊机应经常检查保养，确保使用正常且另外备有备用件。
导管采用内
径为250mm~300mm，壁厚4~6mm为宜，每节2.0米，每套另配制1.0米、0.5米各一节，以利调节，导管连接采用丝杠式连接。
导管使用前须进行水密实验，水密实验的水压不应小于孔内水深1.5倍的压力。
卡盘有翻板式、开门式、夹管式等各种均可采用，其长度应大于护筒直径1.0米为宜（卡口设正中），宽度一般为0.8~1.0米。
卡盘要保证主梁和卡板有足够强度，设计荷载应考虑导管、贮料斗及其内满装混凝土重量值的2倍以上。
卡盘还应保证其开、关灵活自如，关门后设置限位销。
贮料斗的容量应根据孔径的大小而定。
确保首批混凝土拔塞灌注后导管初次埋深不小于2米（贮料斗容量v≥πd2导h内/πD2桩/4×1.5），贮料斗下口应与导管法兰配套相接。
拔塞上的千斤绳（φ12.5~φ15mm）应比贮料斗长2米左右，拔塞下端应与贮料斗下口吻合。
上料斗使用应灵活可靠，贮量一般以0.8~1.2m3为宜。
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
≤200
柱桩
≤50
二、钻孔
（一）一般要求
钻机就位前，应对场地布置，钻机位置的平整度和地基压实度等检查和加固，配套设备水电的接通等全面检查落实。
钻机安装就位后，底座和顶部应平稳，保证在钻进过程中不产生位移或沉陷。
钻机顶部的起吊滑轮缘和桩孔中心二者应在同一铅垂线上，其偏差不得大于2cm。
1、控制钢丝绳放松量，勤放少放，防止钢丝绳放松过多减少冲程，放松过少则不能有效冲击，形成空打，损坏冲击机具。
2、使用卷扬机施工时，应在钢丝绳上作记号控制冲程。
冲击头到底后要及时收绳提起冲击钻头，防止钢丝绳缠卷冲击钻具或反缠卷筒。
3、必须保证泥浆补给，保持孔内浆面稳定；护筒埋设较浅或表土层土质较差者，护筒内泥浆压头不宜过大。
4、一般不宜多用高冲程，以免扰动孔壁面四起坍孔、扩孔或卡钻事故。
5、经常检查钢丝绳磨损情况，卡扣松紧程度，转向装置是否灵活，以免突然掉钻。
6、冲击钻头磨损较快时，应经常补焊。
7、升、降钻头时须平稳，钻头提出孔口时应防止碰撞护筒、孔壁和钩挂护筒底部。
因故需停钻时，钻头应提出桩孔，并在孔口加护盖。
8、每次掏碴后或因其它原因停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐增加到正常冲程。
9、施钻前，应根据地质勘探资料绘制孔位地质剖面图，以便钻进时按不同的地层选用适当的冲程。
施钻过程中，必须及时填写钻进记录，交接班时应交代钻进情况及一下班应注意事项。
钻孔作业必须分班连续进行；应经常对钻孔泥浆进行实验，不符合要求时，随时改正；应经常注意土层变化，在土层变化处应捞取碴样，判明土层，确定标高，记入记录表中，以便与地质剖面图核对。
必要时通知监理工程师到场核实确认。
三、清孔
钻孔达到设计标高，经终孔检查符合要求（见钻孔灌注桩成孔质量允许偏差表）后，立即进行清孔。
其目的在于使沉淀层尽可能减少，提高孔底承载力，同时也可保证水下混凝土灌注质量，不出故障。
清孔的方法应根据设计要求、钻孔方法、机具设备和地质情况而定。
清孔时应注意以下事项：
1、保持孔内水头，防止坍孔；
2、清孔后，孔底、中、上部泥浆比重应控制在1.15～1.25之间，粘度≤20s，含砂率≤4%。
3、孔底沉淀厚度不得大于设计及规范规定；不能用加深孔深的方法代替清孔。
四、灌注水下混凝土
（一）钢筋笼的安装
1、钢筋笼可用吊车安装。
钢筋笼的单节长度应视现场起吊能力而定。
2、起吊时，须用双吊点，吊点位置要恰当，一般设在加强箍筋处（吊点处应加焊）。
3、吊入钢筋笼时，应对准孔位轻放、慢放。
若遇阻碍，可徐徐起落，并正、反旋转使之下放，防止碰撞孔壁引起坍塌。
下放过程中注意观察孔内水位情况，如发生异样，马上停止，检查是否坍孔。
4、钢筋笼入孔接长宜用单面搭接焊，并使用相应焊条。
焊缝长度应≥10d，同一主筋上下轴线要在同一直线上。
5、钢筋笼入孔后，要牢固定位，并采取具体措施防止在灌注水下混凝土过程中上浮。
入孔定位标高应准确，可在上口外圈焊定位筋支撑在护筒壁上。
6、桩身混凝土灌注完毕、待桩上部混凝土初凝后，即解除钢筋笼的固定措施，以便使钢筋笼随同混凝土收缩，避免粘能力的损失。
（二）导管安装：
导管安装前要检查其内壁光滑度，并编号记录。
最后一节下口不设法兰，长度应尽量长一些，一般为4~6米，使拔管不带动混凝土，然后依次安装2米管节。
在考虑孔底悬空20~40cm后，计算到卡盘顶面的高度，以便最上几节用1米、0.5米、管节调整导管长度。
导管接口须平整，接口间须垫合适的橡皮胶垫（厚3~5mm），并在胶垫两面均匀地涂上一层黄油，以利密封。
导管应放在孔中心。
在导管上口接贮料斗（接口应在孔口1米以上），贮料斗使用前应用水浇湿，拔塞的千斤绳上端应扎在贮料斗顶口。
贮料斗旁应搭设操作支架，上设工作平台。
布置好上料斗、贮料斗、混凝土运输车和吊车等的位置关系，以便操作，进退自如，准备工作应尽量缩短时间，减少孔底沉淀。
（三）灌注水下混凝土
灌注前，应控制孔底泥浆沉淀厚度，如不满足要求，须二次清孔，但要注意稳定孔壁，防止塌孔。
混凝土运到灌注地点时，应检查均匀性和坍落度，如不符合要求时，不得使用。
贮料斗安装就位和其它工作准备就位后，在贮料斗装满混凝土后（还应准备连续浇注的混凝土备灌），即可进行首批混凝土的灌注。
首批混凝土灌注后，导管埋深不得小于2米。
用吊车灌注顺利后，应立即拆除贮料斗，在导管上口接漏斗，使混凝土运输车或混凝土输送泵直接对导管口灌注，以减少环节，加快灌注速度。
灌注过程要注意保持孔内水头，并经常探测井孔内混凝土面位置，及时调整导管埋深，并做好灌注记录。
导管埋深须控制在2~5m之间，导管拆除不超过10分钟。
探测孔内混凝土面标高要尽量准确；每根桩钻孔和灌注前均要用钢尺检测测绳长度。
孔内溢出的泥浆应通过泥浆槽回收泥浆池（坑）内，防止污染环境，也可重复使用。
灌注接近桩顶时，由于混凝土冲击力减少，易堵管，可采用抬高灌注点来增大压差灌注。
最终灌注高度应比设计桩顶高出0.5~1.0米为宜。
最后一节导管拔出时，要缓慢进行，防止造成桩顶泥芯。
混凝土灌注过程中，应随时清洗拆出的导管，最后全部清洗堆码，以便下次再用。
灌注完成后，拔出护筒并冲洗干净待用。
（四）施工注意事项
4.1在灌注水下混凝土前应全面检查灌注准备情况，各个工序衔接无误时，填写工程检查证，并经监理工程师签认后方可开盘灌注。
4.2灌注中应勤测勤记，随时推算实际孔径。
一般每米测一次或每车灌注完测一次。
混凝土实灌数量一般为设计值的1.1~1.2倍。
4.3灌注水下混凝土工作应迅速，防止坍孔和泥浆沉碴过厚。
开灌前应再次核对钢筋笼的标高及顶端位置、导管下口悬空尺寸、孔深、泥浆沉淀厚度、孔内水头等。
如不符合要求，经处理后再灌。
4.4水下混凝土的坍落度以18~22cm为宜，并有一定的流动度。
每根桩应尽量在3h内灌完，以防止顶层混凝土凝固造成导管提升、灌注翻浆等困难。
水下混凝土拌和时间应适当延长到1~1.5分钟。
已经开盘灌注，应连续灌注完成。
中途停灌不得超过30分钟，并不时活动导管。
否则可能会造成断桩事故，需重钻。
4.5导管内混凝土不下时，应上、下活动导管，并附以导管外部振动，使灌注顺畅。
若仍不下时，应视为灌注中断，需处理。
4.6整个灌注过程必须连续进行，不得中断，否则造成断桩。
4.7随孔内混凝土的上升，需逐节快速拆除导管，时间不宜超过15min。
4.8在任何情况下，严禁施工人员进入没有护筒或其它防护设施的钻孔内处理故障。
当必须下入有护筒或有其它防护设施的钻孔内时，应在检查孔内无有害气体，并备齐防毒、防溺、防坍埋安全设施后，方可操作。
4.9施工前要探明地下管线的位置、埋深及走向，在其位置插置标识牌，施工时要谨慎作业，避免挖断地下管线造成损失。
4.10要加强环保和现场文明施工。
五、成桩质量标准
5.1桩基强度、桩长、桩径不小于设计值。
5.2桩身要连续、均匀，无缩径、断层或夹层。
桩底沉碴满足设计要求（支撑桩），桩头凿除预留部分后无残余松散层和薄弱混凝土层。
5.3嵌入承台内桩头及锚固钢筋长度符合设计要求。
六、钻孔灌注桩施工工艺框图：
场地准备
桩位放样
检验护筒
埋设护筒
检验钻架等设备
检验钻机和备件
钻机就位
安装钻架等设备
测量钻孔深度、斜度、直径、做好钻孔记录
钻孔
泥浆制备、向钻孔
内灌注泥浆
清孔
测量沉淀厚度
钻孔完毕后移走
不用的设备
钢筋骨架制作、运输及安装导向设备
吊装钢筋骨架
检查签证
接装导管和料斗
检查导管等设备
灌注水下混凝土
混凝土制备及运输
灌注完毕、拔出护筒
七、难点施工
我管段部分桥梁通过岩溶发育地段，部分桩基穿过溶洞，施工难度较大，为保证钻孔顺利进行，采用冲击钻成孔，护筒跟进的施工方法。
⑴钻孔前的溶洞处理方法
开钻前，设计单位未逐根钻探的钻孔位置用地质钻机补探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，画图列表，为制定相应施工方案提供详实依据。
对填充物进行土工试验，分析其物理力学特性，检测容重、含水量、孔隙率等，为注浆参数计算提供依据。
根据地质钻探资料和填充物情况，对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。
对每种处理方案，都要进行仔细的计算，施工前在桥位外进行溶洞注浆及钻孔试桩试验，取得经验数据，完善施工方案，指导施工。
根据岩溶发育程度,拟定六种处理方案。
A、对于已探明较小封闭型溶洞在钻孔前可用注浆加固法处理。
B、对于遇到未探明岩隙:
发现孔内泥浆面较慢下降时采用优质膨润土配置5%的CMC外加剂并加入锯木灰拌成软塑状，分批投入孔内，再用1-1.5m小冲程进行冲钻，使锯木灰和粘土挤入岩石裂隙，隔断泥浆漏失的通道。
C、对于遇到未探明的小溶洞:
如突然发现孔内泥浆面较快下降，用小片石（直径10～20CM）和粘土，按1:
1的比例迅速回填，并用小冲程挤压密实。
同时迅速补水，直到泥浆面不再下降。
D、较大封闭型溶洞:
先在孔口附近准备好足够的块石、粘土、水泥。
在洞顶打穿时，一旦发现漏浆，要迅速填堵，防止塌孔。
一般溶洞洞顶击穿后，桩孔中泥浆会迅速下降，此时要用铲车及时将准备好的块石、粘土、水泥抛入孔中直到泥浆停止下降，并慢慢上升，此时可用冲锤进行适当挤压，反复抛块石、粘土、水泥，直至把桩基两侧的溶洞都填满或堵死为止，最后补充满泥浆再重新成孔。
E、对于单级串通型溶洞：
采取用12mm厚钢板加工成的双护筒跟进方法解决,大护筒跟进至溶洞顶岩石上,小护筒跟进至溶洞下0.5米，大护筒比设计孔径大0.4米,小护筒比设计孔径大0.2米.大小护筒需用等直径钻头冲孔。
F、对于多级串通型的溶洞:
同单级串通型溶洞处理方案类似,只是采用多级护筒跟进方法解决,最内侧小护筒跟进到最下层溶洞底以下0.5m。
岩溶地质钻孔桩施工工艺框图
⑵护筒跟进法施工要点
A、岩溶地区钻孔桩基础施工工艺与一般地层区别极大，也困难得多。
采用冲击成孔工艺，以十字型钻头冲击成孔，泥浆护壁，下沉与冲孔直径相同的钢护筒达基岩面，其作用是防止孔壁坍塌.当进尺接近溶洞顶部2m左右时，要求钻机操作人员改用低冲程（1～1.5m）冲击，以防止击穿溶洞顶板时卡钻，这是岩溶钻孔的特殊性所决定的。
B、当钻穿岩溶顶板时暂停钻孔，将小于上述钢护筒直径20cm的钢护筒沉入岩溶层，并随钻孔跟进至稳定性岩面。
小钢护筒作用是防止溶洞中填充物涌入钻孔，并为钻孔过程中清碴和终孔后清孔创造较好条件（岩溶地层钻孔时取碴和终孔后取碴清孔时极易塌孔，甚至导致墩位地表发生大塌陷）。
最后，冲击钻进至设计标高，清孔，安放钢筋笼，灌注水下混凝土，钢护筒则留在岩溶地层中与水下混凝土结合成为一根“钢护筒混凝土桩”。
C、跟进的钢护筒底要进行加固处理:
用旧钢轨与钢护筒底焊接劳固插打钢护筒.
D、钢护筒跟进要安装桩帽及桩锤。
E、锤击钢护筒下沉过程中，要严格控制钢护筒的倾斜度和锤击贯入度，中心偏差不得大于5cm，斜度不得大于1%。
F、钻孔内投放的片石及粘土数量要作好记录，钻进资料应齐全完整，并应有岗位负责人签字.
G、钢护筒跟进先利用振动锤打入，然后边冲孔边跟进，直到穿过易坍塌的地层。
护筒到位后，当钻头钻至护筒底脚以上0.5m时，投入15cm直径以下块石和优质粘土,在不掏渣的情况下钻至护筒以下0.5m，掏出泥浆，再投入同样数量的块石和粘土，利用钻头的冲击力将块石和粘土造成一个高质量的壳体孔壁，使护筒底脚与孔壁结合紧密。
⑶岩溶区或溶洞处理后钻进成孔时注意事项
A、冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行，一般等待时间为10ｄ左右。
B、为防止意外，冲孔前应有备用措施，备好材料，一旦泥浆泄露，及时向孔内投放粘土、水泥和片石，依靠冲挤在溶洞内形成片石夹粘土的围护结构墙，保持孔内泥浆高度，使得冲钻顺利进行。
C、加大泥浆质量和密度。
采用优质泥浆，当缺少优质粘土时，可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末，以提高泥浆胶体率和悬浮能力。
D、当岩面的倾斜较大时，钻头摆动撞击护筒或孔壁，这时，回填片石，使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔或采取孔内爆破。
E、接近岩溶地段，采取轻锤冲击、加大泥浆密度的方法成孔，以防卡钻和掉钻。
当孔深达到设计要求，检孔合格后，即可进行清孔、下钢筋笼、下导管、混凝土水下灌注等工序。
中铁一局集团第二工程有限公司
哈大客运专线项目部
2007年10月8日
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