铁路钻孔桩施工作业指导书.docx
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铁路钻孔桩施工作业指导书
向莆铁路XPFJ-12B标钻孔桩
作业指导书
编制：
审核：
审批：
日期：
中铁XXX集团有限公司
2018年9月
一、钻孔准备工作
1场地准备
施工场地或工作平台的高度应考虑施工期间可能出现的高水位或潮水位，并高出其上0.5m～1.0m。
施工场地应按以下不同情况进行整理：
a.场地为旱地时，应平整场地，清除杂物，换除软土，夯打密实。
钻机底座不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷。
b.场地为陡坡时，可用枕木或木架搭设坚固稳定的工作平台。
c.场地为浅水时，宜采用筑岛方法。
当水不深，流速不大，采取截流或临时改河方案较有利且不影响群众利益时，可改水中钻孔为旱地钻孔方案。
d.场地为深水或淤泥层较厚时，可搭水上工作平台。
工作平台可用木桩、钢筋混凝土桩或钢管桩做基桩，顶面纵横梁、支撑架可用木料、型钢、万能杆件、贝雷桁架片或其他材料搭设。
平台应能支撑钻孔机械、护筒加压、钻孔操作以及灌注水下混凝土时重力。
要有足够的刚度，并保持稳定，考虑洪水季节能使钻机顺利进人和撒出场地。
e.如场地为深水，但水流平稳，水位升降缓慢，钻机可设在组合船舶或浮箱上，但必须锚固稳定，以免造成偏位、斜孔或其它事故。
f.当场地为深水，流速较大，但河床尚平顺或可以整理平顺时，可采用钢丝网水泥薄壁浮运沉井。
就位后，灌水、下沉、落床，然后在其顶面搭设工作平台，在底部开孔，安设护筒。
g.采用钢板桩围堰时，平台设计应考虑插打钢板桩和沉放导向架的实际需要。
2护筒
（1）一般要求
①护筒内径应比桩径稍大：
当护筒长度在2m～6m范围时，有钻杆导向的正、反循环回转钻护筒内径比桩径宜大20cm～30cm；无钻杆导向的正反潜水电钻和冲抓、冲击锥护筒内径比桩径宜大30cm～40cm；深水处的护筒内径至少应比桩径大40cm。
②护筒顶端高度：
a.当采用反循环回转方法（包括反循环潜水电钻）钻孔时，护筒顶端应高出地下水位2.0m以上，使护筒内水头产生20kPa以上的静水压力；b.采用正循环回转方法（包括正循环潜水电钻）钻孔时，护筒顶端的泥浆溢出口底边，当地质良好、不易坍孔时，宜高出地下水位1.0m～1.5m以上；当地质不良、容易坍孔时，应高出地下水位1.5m～2.0m以上；c.采用其它方法钻孔时，护筒顶端宜高出地下水位1.5m～2.0m；d.当护筒处于旱地时除满足a至c项要求外，还应高出地面0.5m；e.孔内有承压水时，应高于稳定后的承压水位2.0m以上，若承压水位不稳定或稳定后承压水位高出地下水位很多，应先作试桩，鉴定在高承压水地区采用钻孔灌注桩基的可能性；f.处于潮水影响地区时，应高于最高水位1.5m～2.0m以上，并须采用稳定护筒内水头的措施。
③护筒的埋置深度：
a.旱地或浅水处，对于粘质土不小于1.0m～1.5m，对于砂类土应将护筒周围0.5m～1.0m范围内土挖除，夯填粘质土至护筒底0.5m以下；b.冰冻地区应埋入冻层以下0.5m；c.深水及河床软土、淤泥层较厚处，应尽可能深入到不透水层粘质土内1m～1.5m；河床下无粘质土层时，应沉入到大砾石、卵石层内0.5m～1.0m；河床为软土、淤泥、砂类土时，护筒底埋置深度要能防止护管内水头降低（如桥位处于潮水区或河流水位上涨时）产生的涌砂（即流砂）现象，从而使护筒倾陷；d.有冲刷影响的河床，应埋入局部冲刷线以下不小于1.0m～1.5m。
④护筒平面位置的偏差不大于5cm，护筒倾斜度的偏差不大于1％。
（2）护筒的埋设和沉入
①在旱地或岸滩埋设护筒
当地下水位在地面以下超过lm时，可采用挖埋法，如图2-1。
图2-1挖埋护筒（cm）
1-护简2-地面3-夯填粘土4-施工水位
当桩位处的地面标高与施工水位（或地下水位）的高差小于1.5m～2.0m（视钻孔方法和地层情况而定）时，宜采用填筑法安设护筒，如图2-2。
即先填筑工作台地，然后挖坑埋设护筒。
图2-2填筑式护筒（cm）
1-木护筒2-井框3-土岛4-地下水位
填筑的土台高度应使护筒的顶端比施工水位（或地下水位）高1.5m～2.0m土台的边坡以1:
1.5～1:
2.0为宜，顶面尺寸应满足钻孔机具布置的需要并便于操作。
②在水深小于3m的浅水处埋设护筒
一般须围堰筑岛，岛面应当高出施工水位1.5m～2.0m。
亦可适当提高护筒顶面标高，以减少筑岛填土体积，然后按前述旱地埋设护筒的方法施工。
若岛底河床为淤泥或软土，应先挖除或用吸泥机具排除，以免筑岛围堰和护筒沉陷，影响护筒内水头。
但若需排除的淤泥和软土的数量太大时宜采用长护筒，用加压、锤击或振动方法，将护筒沉入河底土层中。
护筒刃脚应尽量插入粘土中。
刃脚插入土层深度：
在粘土中不小于2.0m（不计淤泥和软土厚度），在砂类土（粉土质砂、细砂、中砂、粗砂）中不小于3.0m。
同时刃脚应在基桩施工期护筒局部冲刷线以下至少0.5m～1.0m，以防止底部穿孔向外漏水（泥浆），或由护筒外向并孔内翻砂而导致护筒底部悬空坍孔，防止灌注水下混凝土时由护筒底脚向外漏失混凝土。
③在水深3m以上的深水河床沉入护筒
在深水中沉入护筒，其主要工序为搭设工作平台（有搭设支架、浮船、钢板桩围堰、浮运薄壳沉井、木排、筑岛等方法）、下沉护筒定位的导向架和下沉护筒等。
3泥浆
（1）泥浆的性能要求
制备的钻孔泥浆和经过循环净化的泥浆要检验泥浆的主要性能是否符合施工要求，主要检测项目包括相对密度、粘度、静切力、含砂率、胶体率、酸碱度等。
根据钻孔方法和土层情况，调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆性能指标可参考表2-2。
（2）泥浆的制备
表2-2泥浆性能指标选择
钻孔方法
地层情况
泥浆性能指标
相对密度
粘度
（s）
含砂率
（％）
胶体率
（％）
失水量
（ml/30min）
泥皮厚
（mm/30min）
静切力
（Pa）
酸碱度
PH
正循环
一般地层
易坍地层
1.05～1.20
1.20～1.45
16～22
19～28
≤4
≤4
≥96
≥96
≤25
≤15
≤2
≤2
1～2.5
3～5
8～10
8～10
反循环
一般地层
易坍地层
卵石土
1.02～1.06
1.D6～1.10
1.10～1.15
16～20
18～28
20～35
≤4
≤4
≤4
≥95
≥95
≥95
≤20
≤20
≤20
≤3
≤3
≤3
1～2.5
1～2.5
1～2.5
8～10
8～10
8～10
推钻
冲抓
冲击
一般地层
易坍地层
1.10～1.20
1.20～1.40
18～24
22～30
≥95
≥95
≤20
≤20
≤3
≤3
1～2.5
3～5
8～11
8～11
注：
a.地下水位高或其流速大时，指标取高限，反之取低限。
b.地质较好、孔径或孔深较小的，指标取低限；反之取高限。
c.用推钻、冲抓、冲击方法钻进时，可用粘土碎块投入孔内，自行造浆固壁。
d.若当地缺乏优质粘土、不能调出合格泥浆时，可掺用填加剂以改善泥浆性能。
e.在不易坍塌的粘性土层中，使用推钻、冲抓、反循环回转方法钻进时，提高水头（≥2m）维护孔壁。
f.对遇水膨胀或易坍塌的地层如泥页岩等，其失水率应＜（3mL一5mL）／30min。
g.相对密度是泥浆密度与4℃纯水密度之比（过去称为比重）。
①粘土的选择及普通泥浆的调制
粘土以水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土或接近地表经过冻融的粘土为好，但应尽量就地取材。
经过野外鉴定，具有下列特征的土，可作为调制泥浆的原料。
a.自然风干后，用手不易掰开捏碎。
b.干土破碎时，断面有坚硬的尖锐棱角。
c.用刀切开时，切面光滑，颜色较深。
d.水浸湿后有粘滑感，加水和成泥膏后，容易搓成1mm的细长泥条，用手指揉捻，感觉砂粒不多。
浸水后能大量膨胀。
e.胶体率不低于95％。
f.含砂率不大于4％。
g.制浆能力不低于2.5L/kg。
一般可选塑性指数大于25，粒径小于0.005mm颗粒含量多于总量50%的粘土制浆。
当缺少适宜的粘土时，可用略差的粘土，并掺入30%的塑性指数大于25的粘土；若采用粘质土时，其塑性指数不宜小于15，大于0.1mm的颗粒不宜超过6%。
所选粘土中不应含有石膏、石灰或钙盐类化合物。
（3）泥浆的调制
制浆前，应先把粘土块尽量打碎，使在搅拌中易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆质量。
制浆采用机械搅拌或钻锥搅拌。
用正反循环回转钻进时，由于要求的泥浆质量高，宜在井孔外以泥浆搅拌机制成泥浆后使用。
在粘土地层中钻进，可先采用清水护壁，钻进时，孔内的清水同钻锥切削下来的粘土，在钻锥回转或冲击搅动下，自然形成泥浆。
若粘土层很厚，泥浆中的粘土含量将逐渐增加，故在钻进中，要及时加水稀释泥浆，使它符合要求的相对密度、粘度和其它性能指标。
制出的泥浆可贮于它处备用。
利用钻锥搅拌多使用于冲击锥或冲抓锥。
将粘土直接投入钻孔内，利用钻锥冲击制造泥浆。
用冲抓制造泥浆时，先不将抓瓣张开，待粘土已冲搅成泥浆有护壁作用时，再开始张开瓣冲抓。
④调制泥浆的粘土用量计算
在粘性土中钻孔，事先只需调制不多的泥浆，以后可在钻进过程中利用地层粘土造浆补浆。
在砂类土、砂砾或卵石中钻孔，事先须备足粘土，其数量可按下述公式和原则计算：
q=V·ρ1=（ρ2-ρ3）·ρ1/（ρ1-ρ3）
式中：
q—每m3泥浆所需的粘土质量，kg；
V—每m3泥浆应需的粘土体积，V=（ρ2-ρ3）/（ρ1-ρ3）；
ρ1—粘土的密度，kg/m3;
ρ2—要求的泥浆密度，ρ2=V·ρ1十（1-V）·ρ3，kg/m3；
ρ3—水的密度，ρ3=1kg／m3。
一个钻孔需要的总粘土量，应考虑泥浆充满钻孔和泥浆槽、沉淀池，还要考虑钻孔的孔径扩大、井孔壁、泥浆槽等处的渗漏。
要考虑泥浆经多次循环使用后，其性能指标变坏须换掉等情况。
一般按井孔体积（考虑扩孔数量）计算的粘土量再增加6％左右。
（3）泥浆性能指标的测定
①相对密度ρx
可用泥浆相对密度计测定。
②粘度η
用工地标准漏斗粘度计测定。
校正方法：
漏斗中注人700ml清水，流出500ml，所需时间应是15s，其偏差如超过±1s，测量时应校正。
③静切力θ
工地可用空心不锈钢泥浆切力计测定，泥浆切力可用下式计算：
θ—泥浆切力，N／cm2；
α—切力计重力（1.4855N）；
F—切力计横断面积（7.5cm2），cm2；
h—切力计沉入泥浆中的深度，cm；
γ—泥浆的容重，N／cm3；
S—切力计横断面周长（13cm），cm。
④含砂率
工地可用含砂率计测定。
⑤胶体率（％）
胶体率是泥浆中土粒保持悬浮状态的性能。
测定方法可将100ml泥浆倒入100ml的量杯中，用玻璃片盖上，静置24h后，量杯上部泥浆可能澄清为水，测量时其体积如为5ml，则胶体率为100-5=95，即95%。
⑥失水率（ml／30min）
工地可用滤纸法测定，用一张12cm×12cm的滤纸，置于水平玻璃板上，中央画一直径3cm的圆，将2ml的泥浆滴人圆圈内，30min后测量湿圆圈的平均半径（mm），减去泥浆坍平后泥皮的平均半径（m），即失水率。
在滤纸上量出泥浆皮的厚度（mm），即为泥皮厚度。
泥皮愈平坦愈薄则泥浆质量愈高，一般不宜厚于2mm～3mm。
⑦酸碱度
即酸和碱的强度简称，也有简称为酸碱值的。
pH值是常用的酸碱标度之一。
工地测量pH值方法可用比色法测定，也可用pH酸碱计，将其探针插入泥浆，直接读出pH值。
⑧稳定性
高质量泥浆要求有稳定性性能指标。
测定方法是将泥浆注满250mL的量筒，用盖盖上静置24h后，小心地用吸管吸出量筒上、中、下三部分的泥浆试样，用相对密度计分别测出其上、中、下各部分泥浆的相对密度，其相对密度值的差即为稳定性。
例如上部分泥浆的相对密度为1.18而下部分为1.21，则稳定性为0.03。
以上各项泥浆性能指标的测定时间，按钻进方法不同要求也不同。
用冲抓锥、冲击锥钻孔时，开始制浆和每班开始工作最好测定一次全套泥浆指标。
无条件时，可只测定相对密度、钻度、含砂率、胶体率几项指标，以后可每隔1h～2h测定钻孔口和孔底（用钻具取出）的相对密度、粘度、含砂率等项指标。
对于正、反循环钻孔的泥浆可按下述要求测定：
a.每班开始工作时，测定一次各池闸门出口处泥浆面下0.5m处的全套泥浆指标。
以后钻进过程中每隔2h测定一次进浆口和排浆口的相对密度、粘度、含砂率、pH值4项指标。
b.停钻过程中，每天测定一次各池闸门出口处泥浆面下0.5m处的全套泥浆指标。
（4）制备泥浆的水质和设备要求
①要求使用不纯物含量少的水，当不能用自来水时，应事先进行水质检查，以保证泥浆质量。
②当制备泥浆的水不能确保时，需另外准备10m3～20m3的清水或泥浆储存设备。
③清洗机械设备，宜准备管径25mm、流量为50L／min的给水设施。
④为使钻孔中的泥浆重复使用，应准备水泵和储存钻；为处理清洗机械设备的废水,需设置排水沟和沉淀池。
⑤废泥浆应用罐车送到处理场进行处理，不得在施工现场就地排放。
4钻孔灌注桩的施工工艺流程
钻孔桩施工工艺流程见图2-3。
图2-3钻孔桩施工工艺流程框图
当同时进行几根桩或几个墩台施工时，要注意它们之间的配合，避免相互干扰和冲突，并尽可能做到均衡使用机具和劳动力。
从一根桩或一个墩台完成施工转到下一根桩或下一个墩台时，既要抓好新钻孔工作，也要做好已成桩或墩台的养护和质量检查工作。
二、冲击钻机成孔
冲击钻机成孔工艺如下：
（1）机具布置：
机具布置随所用的钻机类型而异。
冲击钻机一般都备有钻架。
在埋好的护筒和备足护壁泥浆粘土后，将钻机就位，立好钻架，对准桩孔中心，拉好缆风绳，就可开始冲击钻进。
（2）开孔：
开钻时应先在孔内灌注泥浆，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。
开孔及整个钻进过程中，应始终保持孔内水位高出地下水位（河中水位）1.5m～2.0m，并低于护筒顶面0.3m以防溢出，掏渣后应及时补浆。
护筒底脚以下2m～4m范围内属河床表面，一般比较松散，应认真施工。
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。
在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时，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。
开孔或钻进遇有流砂现象时，宜加大粘土减少片石的比例，按上述方法进行处理，力求孔壁坚实。
（3）用钻机正常钻进时，应注意以下事项：
①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时宜采用高冲程（100cm），在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中时宜采用中冲程（约75cm）。
冲程过高，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，宜采用中冲程。
在易坍塌或流砂地段宜用小冲程，并应提高泥浆的粘度和相对密度。
②在通过漂石或岩层，如表面不平整，应先投入粘土、小片石，将表面垫平，再用十字形钻锥进行冲击钻进，防止发生斜孔或坍孔。
③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3cm～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。
（4）用卷扬机简易钻机正常钻进时，除按正式钻机钻进的要求外，并应注意以下事项：
①冲程大小和泥浆稠度应按通过的土层情况掌握。
当通过砂、砂砾石或含砂量较大的卵石层时，宜采用lm～2m的中、小冲程，并加大泥浆稠度，反复冲击使孔壁坚实，防止坍孔。
②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lm～2m的小冲程，防止卡钻、埋钻。
③当通过坚硬密实卵石层及漂石、基岩之类土层时，可采用4m～5m的大冲程，是卵石、漂石或基岩破碎。
泥浆性能要求见前述。
④在任何情况下，最大冲程不宜超过6m，防止卡钻、冲坏孔壁或使孔壁不圆。
⑤为正确提升钻锥的冲程，宜在钢丝绳上油漆长度标志。
⑥在掏渣后或因其它原因停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。
（5）掏渣：
破碎的钻渣和泥浆部分一起被挤进孔壁，大部分靠掏渣筒清除出孔外，故在冲击相当时间后，应将冲击锥提出，换上掏渣筒，下入孔底掏取钻渣，提出倒进钻孔外的倒渣沟中。
管锥本身兼作掏渣筒，无须另换掏渣筒。
当钻渣太厚时，泥浆不能将钻渣全部悬浮上来，钻锥冲击不到新土（岩）层上，还会使泥浆逐渐变稠，吸收大量冲击能，并妨碍钻锥转动，使冲击进尺显著下降，或有冲击成梅花孔、扁孔的危险，故必须按时掏渣。
一般在密实坚硬土层每小时纯钻进小于5cm～lOcm、松软地层每小时纯钻进小于15cm～30cm时，应进行掏渣。
或每进尺0.5m～1.Om时掏渣一次，每次掏4～5筒，或掏至泥浆内含渣显著减少、无粗颗粒、相对密度恢复正常为止。
在开孔阶段，为使钻渣挤入孔壁，可待钻进4m～5m后再掏渣。
正常钻进每班至少应掏渣一次。
在松软土层，用管锥钻进比十字型冲击锥快，故掏渣应较勤。
一般锥管内装满钻渣后，应立即提锥倒渣。
管锥装满状态，可根据实际测定。
掏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。
（6）分级钻进：
为适应钻机负荷能力，在钻大孔时，可分级扩钻到设计孔径，当用十字型钻锥钻150cm以上孔径时，一般分两级钻进。
第一级钻头直径可为孔径的0.4～0.6倍。
当用管锥钻70cm以上孔径时，一般分2～4级钻进。
分级钻进，会产生大粒径的卵石掉入先一级已钻成的小孔中，造成扩钻困难，可在小孔钻成后向小孔填泥块到1/4～1/3孔深处。
一般先钻的孔只宜超前数米，随后即钻次级的孔；如超前过深，将使先钻的孔淤塞。
（7）检孔：
钻进中须用检孔器检孔。
检孔器用钢筋笼做成，其外径等于设计孔径，长度等于孔径的4～6倍。
每钻进4m～6m，接近及通过易缩孔（孔径减少）土层（软土、软塑粘土、低液限粘土等）或更换钻锥前，都必须检孔。
用新铸或新焊补的钻锥时，应先用检孔器检孔到底后，才可放入新钻锥钻进。
不可用加重压、冲击或强插检孔器等方法检孔。
当检孔器不能沉到原来钻达的深度，或大绳（拉紧时）的位置偏移护筒中心时，应考虑可能发生了弯孔、斜孔或缩孔等情况，如不严重时，可调整钻机位置继续钻孔。
不得用钻锥修孔，以防卡钻。
（8）钻孔的安全要求：
冲击锥起吊应平稳，防止冲撞护筒和孔壁；进出孔口时，严禁孔口附近站人，防止发生钻锥撞击人身事故；因故停钻时，孔口应加盖保护，严禁钻锥留在孔内，以防埋钻。
（9）劳动组织
冲击成孔所需的人员，视所用的机具、设备而定，一般情况是：
①用冲击钻机施工时，每台班共3人，其中司机兼记录1人，投粘土兼掏渣2人。
②用卷扬机带动冲击钻具施工时，每台班共计4人，其中司机2人轮流作息兼作记录，投粘土兼掏渣2人。
另配备电焊工1～2人，及时焊补冲击锥。
钻孔桩质量检验及质量标准
1）孔桩在清孔后,使用仪器对成孔的孔位、孔深、孔形、孔径、竖直度、泥浆性能、孔底沉渣厚度进行检验。
2）成桩检测：
每根混凝土灌注桩应留取抗压强度试件不少于两组，采用超声波法对桩的均匀性进行检测，检测频率为100%。
钻孔灌注桩成孔质量允许偏差
序号
项目
允许偏差
1
孔的中心位置
群桩：
不大于10cm。
单排桩：
不大于5cm。
2
孔径
不小于设计桩径
3
倾斜度
小于1%
4
孔深
不小于设计规定，即比设计深度超深不小于50㎜
5
孔内沉淀厚度
不大于设计规定
6
清孔后泥浆指标
相对密度1.03～1.1，粘度17～20秒，含砂率小于2%。
7.可追溯性记录
7.1施工日志
7.2放桩和超平记录
7.3模板检查表
7.4钢筋检查表
7.5钻孔桩记录表
7.6水下混凝土灌注记录表
7.7桩基检测报告单
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