空心钻头冲孔灌注桩施工工法.docx
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空心钻头冲孔灌注桩施工工法
空心钻头冲孔灌注桩施工工法完成单位：
中建七局第三建筑有限公司
完成人：
陈仁开王耀赖友华张书锋
1前言
冲孔灌注桩具有无挤土，对周围环境及邻近建筑物影响小，能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点，在桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛应用，已成为一种重要的桩型。
以往冲孔灌注桩施工采用的钻头为实心钻头，其存在的缺点是：
（1）重量重，导向性不够好，成孔垂直度较低；
（2）由于实心钻头是整体铸造的，无法随便改变钻头外径的大小，因此同一种钻头不能对不同桩径的桩进行施工，在施工过程中钻头产生磨损，也无法及时得到修复，影响施工质量和进尺速度；（3）实心钻头在单位面积上产生的冲击力度小，进尺速度慢；（4）不能在钻头冲击的同时进行排渣，生产效率低，进尺速度慢。
我司通过技术攻关及大量工程实践，发明了空心钻头及灌注桩沉渣检测仪，克服了以上的缺陷，极大地提高了施工生产效率并保证了灌注桩的施工质量，空心钻头发明专利目前已受理，申请号：
201010156964.7，灌注桩沉渣检测仪已获发明专利，专利号：
ZL200910111072.2。
2特点
2.0.1产品结构合理，成孔垂直度高：
与实心钻头相比，相同重量的空心钻头，其长度要比实心钻头长30%左右，钻头长则导向性好，故成孔垂直度高；
2.0.2加工方便，单个空心钻头可以通过改变环形腰带的大小，改变空心钻头的有效冲孔直径大小，从而施工不同桩径的冲孔灌注桩；而实心钻头是整体铸造的，无法随便改变钻头的大小；
2.0.3焊接性能好，便于施工现场对空心钻头进行加工和修复等操作，使空心钻头能够及时得到修复，保证空心钻头在成孔过程保持完好：
空心钻头在施工过程会产生磨损，造成空心钻头直径变小，合金牙破坏，通过现场焊接，可使空心钻头得到及时的修复，保证灌注桩成孔质量和进尺速度；
2.0.4由于钻头是空心的，在单位面积上产生的冲击力度大，可保证较快的进尺速度；
2.0.5在空心钻头的中心管插入抽吸装置，如泵管，用副卷扬机提动，随空心钻头的进尺速度放泵管，使泵管始终保持与孔底的距离，碎渣通过空心钻头，可由泵管吸出沉渣，保证空心钻头始终在冲击的状态下，就能实现及时排渣，极大提高施工生产效率；
2.0.6在施工卵石、岩石层时，不必将卵石、岩石击成粉末状后才可排渣，卵石、直径小于15cm的岩石可直接通过空心钻头的空心孔，由泵管排出孔外，提高进尺速度。
3适用范围
适用于地下水位以下的填土、粘性土、砂土、卵石、碎砾石土及风化岩层，对于地质
条件复杂的夹层、孤石等障碍物有较好的穿透能力。
4工艺原理
利用钻头本体自由下落产生的巨大冲击力作用于破碎牙上，由于破碎牙具有很强的嵌岩能力，能够较快的破碎岩层，使其变成碎渣，而碎渣在钻头本体的上下反复搅动的过程中，悬浮于空心钻头的空心孔和桩孔中。
在空心孔内插入抽吸装置，便可利用抽吸装置将悬浮的碎渣及时的从空心孔向外排出。
主钢丝绳副钢丝绳
泥浆沟
泥浆管
出泥浆方向泥浆泵出口
空心锤空心锤成孔示意图空心锤成孔示意图1图
5操作要点
5.1工艺流程
灌注水下混凝
沉渣检灌注水下混凝测量放线定桩废泥浆排第二次清埋设护泥浆沉安放导桩机就位调整平整拌制护壁泥吊放钢筋成钢筋笼制作质量检测第一次清孔
5.2操作工艺5.2.1测量放线定位桩采用全站仪和水准仪对工程桩桩位放样定位测定标高，具体如下：
1控制点测设：
根据业主提供的控制网点，将建筑物的主要轴线测设于地面，并避开桩位、道路、料场等位置，并做好保护措施。
由监理工程师复核认可，桩位测设以此为准。
2桩位测设：
采用极坐标法及直角坐标法测设桩位中心，钉入钢筋。
5.2.2埋设护筒
1护筒一般用钢板卷制而成，钢板厚度视孔径大小采用4～8mm，护筒内径宜比设计桩径大100mm，其上部宜开设1～2个溢流孔。
2护筒埋置深度一般情况下，在黏性土中不宜小于1m；砂土中不宜小于1.5m；其高度上应满足孔内泥浆面高度的要求。
淤泥等软弱土层应增加护筒埋深；护筒顶面宜高出地面300mm；旱地处护筒可采用挖坑制作水泥混挺土护壁。
3护筒埋设完毕后，护筒中心竖直线应与桩中心重合，除设计另有规定外，平面允许误差为50mm，竖直线倾斜不大于1%。
4护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、压、不漏水。
应根据地下水位涨落影响，适当调整护筒的高度和深度，必要时候应打入不透水层。
5.2.3桩机就位调整平整度
确保施工机械就位平稳，立好前支架，现场场地若不平整，可采用挖掘机稍作平整、碾压以能满足机械行走移位的要求。
5.2.4护壁泥浆的拌制和使用
护壁泥浆一般由水、黏土和添加剂按一定比例配制而成，可通过机械在泥浆池中搅拌均匀；一般情况下，采用原土造浆，但土层缺陷粘性土是可采用人工制备泥浆，泥浆制备浓度可根据地层情况不同分别调配确保护壁稳定，如有需要开孔时应向孔内加入粘土及泥浆处理剂。
在钻进过程中应严格控制泥浆参数，以保护孔壁不坍塌、缩径及保证桩的灌注质量。
冲洗液循环系统由泥浆池、沉淀池，应满足钻进过程中沉渣、清渣、排浆的要求，并经常进行清理，保持泥浆性能。
5.2.5成孔
在不同岩层中的操作要点
1开孔时如有旧基础或硬质回填土时，应提高落距重击，保证穿透硬质废土层；
2在砂性土、砂层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.2～1.4，可向孔中投入黏土、黄土等；
3在卵石层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.2～1.3，可向孔中投入黏土，加大泵吸频率，使卵石能及时排出孔外；
4在密实的黏土层中成孔时，可泵入清水和稀泥浆，防粘钻可投入碎石、砖等；
5遇到孤石时，可采用预爆或高、低频率交替冲击，将孤石击碎挤入孔壁。
5.2.6第一次清孔
1清孔分两次进行，孔深达到设计要求时，对孔深、孔径、孔的垂直度等进行检查，符合要求后进行第一次清孔，钢筋笼、导管安放完毕，混凝土浇筑之前，应进行第二次清孔。
2第一次清孔根据设计要求，施工机械应采用换浆、抽浆等方法进行，第二次清孔根据孔径、孔深、设计要求采用正循环、泵吸反循环等方法进行。
3不论采用何种清孔方法，在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔。
4不应采取加深孔深的方法代替清孔。
5.2.7钢筋笼制作、安放
1钢筋笼制作应符合设计与规范要求。
2长桩钢筋笼应分段制作，分段长度应根据吊装条件和总长度计算确定，应确保钢筋笼在移动、起吊时不变形，相邻两段钢筋笼的接头需按有关规范要求错开。
3应在钢筋笼外侧设置控制保护层厚度的垫块，可采用与桩身混凝土强度相等的混凝土垫块处，并均匀布置。
钢筋笼顶端应4，横向圆周不少于2m或用钢筋焊在竖向主筋上，其间距竖向为
设置吊环。
4钢筋笼的制作和吊放的允许偏差为：
主筋间距±10mm；箍筋间距±20mm；笼外径±10mm；笼长度±50mm；笼倾斜度±0.5%；笼保护层厚度为水下灌注±20mm，非水下灌注±10mm；笼中心平面位置20mm；笼顶端高程±20mm，底面高程±50mm。
钢筋笼除符合设计要求外，还应符合以下规定：
1）分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接并应遵守《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）规定。
2）主筋净距必须大于混凝土粗骨料粒径3倍以上。
3）加劲箍宜设在主筋外侧，主筋不设弯钩。
4）钢筋笼的内径比导管接头处外径大100mm以上。
5）搬运和吊装时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，就位后应立即固定，并保证在安放导管、清孔及灌注混凝土过程中不发生位移。
5.2.8安放导管
导管采用壁厚5mm的无缝钢管制作，直径?
250，导管必须具有良好的密封性能，使用前应进行水密承压和街头抗拉试验，进行水密试验的水压不应小于孔内水1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受受灌注时最大压力的1.3倍。
导管吊放时应居中且垂直，下口距孔底0.3~0.5米，最下节导管长度应大于4米，导管街头用法兰或双螺纹方扣快速接头。
5.2.9二次清孔
因孔底可能存在较大颗粒的沉渣以及桩孔泥浆浓度不满足灌注条件，在混凝土灌注前，必须对桩孔进行二次清孔，清孔可采用正循环或反循环清孔，长桩宜采用反循环清孔；清孔后泥浆浓度控制在1.15～1.20之间且沉渣厚度不大于50mm。
5.2.10沉渣检测
1使用沉渣检测仪（发明专利号：
ZL200910111072.2）检测沉渣厚度，当检测仪沉至桩底时，单向板（正常情况下只能向上滑动）受到沉渣的阻力停止下沉，探针在配重棒的作用下继续向下运动，直至遇到坚硬岩层，通过探针上的刻度尺可读出沉渣厚度的大小，如测出清孔的沉渣厚度不符合要求就可马上安排再次清孔，直至测出的沉渣厚度符合要求。
1
2
1—吊绳；2—吊耳；3—配重棒；4—护板；
5—探针；6—导向板；7—弹簧片；8—单向板
图5.2.10灌注桩沉渣检测仪
2第二次清孔后的沉渣厚度和泥浆性能指标应满足设计要求，一般应满足下列要求；沉渣厚度摩擦桩≤300mm，端承桩≤50mm，摩擦端承或端承摩擦桩≤100mm；泥浆性能指标在浇筑混凝土之前，孔底500mm以内的相对密度≤1.25，黏度≤28s，含砂率≤8%。
3沉渣厚度采用沉渣检测仪进行检测，如测出清孔的沉渣厚度不符合要求应马上安排再次清孔，直至测出的沉渣厚度符合要求。
5.2.11灌注水下混凝土
1灌注水下混凝土时的混凝土拌合物供应能力，应满足桩孔在规定时间内灌注完毕；混凝土灌注时间不得长于首批混凝土的初凝时间。
2混凝土运输宜选用混凝土泵或混凝土搅拌运输车；在运距小于200m时，可采用机动翻斗车或其他严密坚实、不漏浆、不吸水、便于装卸的工具运输，需保证混凝土不离析，具有良好的和易性和流动性。
灌注水下混凝土的技术要求：
3
1）混凝土开始灌注时，应先搅拌0.5～1.0m3同混凝土强度的水泥砂浆放在料斗底部，且漏斗下的封水塞可采用预制混凝土塞、木塞或充气球胆。
2）混凝土运至灌注地点时，应检查其均匀性和坍落度，如不符合要求应进行第二次拌合，二次拌合后仍不符合要求时不得使用。
3）第二次清孔完毕，检查合格后应立即进行水下混凝土灌注，其时间间隔不宜大于30min。
4）首批混凝土灌注后，混凝土应连续灌注，严禁中途停止。
5）在灌注过程中，应经常测探孔内混凝土面的位置，及时地调整导管埋深，导管埋深宜控制在2～6m。
严禁导管提出混凝土面，要有专人测量导管埋深及管内外混凝土面高差，填写水下混凝土灌注记录。
6）在灌注过程中，应时刻注意观测孔内泥浆返出清孔，倾听导管内混凝土下落声音，如有异常必须采取相应处理措施。
7）在灌注过程中宜使用导管在一定范围内上下窜动，防止混凝土凝固，增加灌注速度。
8）为防止钢筋笼上浮，当灌注的混凝土面距钢筋笼底部1m左右时，应降低混凝土的灌注速度，当混凝土拌合物上升到笼底口4m以上时，提升导管，使其底口高于笼底部2m以上即可恢复正常灌注。
9）灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为0.5～1.0m，以保证桩头混凝土强度，多余部分接桩前必须凿除，桩头应无松散层。
10）在灌注将近结束时，应核对混凝土的灌入数量，以确保所测混凝土的灌注高度是否正确。
5.3对于可能发生的异常情况所采取的措施
5.3.1斜孔时，可将钻具上提至直孔段再自上而下往复扫孔修正，或在孔内回填粘土，水泥拌土、风化软岩块等至偏孔上方0.5m处再钻进；
5.3.2塌孔时，应立即停钻，将钻头提离孔底后回填粘土，反复冲击造壁，造壁稳定后加大泥浆比重，继续钻进；
5.3.3针对可能产生堵管现象所采取的措施，（产生堵管的主要原因是混凝土的塌落度偏小，流动性差，与导管之间磨阻力太大，造成水泥浆缓缓流坠，骨料滞留在导管中。
）
1保证混凝土的塌落度，考虑到商品砼在运输过程产生的坍落度损失，在试配时提高砼的坍落度（设计180±20mm，试配200±20mm）。
2保证导管的气密性。
3导管在浇灌结束后立即清洗干净，孔壁不留有水泥渣，保证球塞顺畅冲出导管。
保证连续浇灌混凝土，在不连续的情况下，应经常窜动导管。
4
5.4劳动力组织
表5.4班组劳动力组织情况表（单台桩机人员配备表）
机普电焊
6材料与设备
6.1主要材料
6.1.1圆管形耐磨铁、合金牙、环形腰带、加劲肋。
6.2主要机具
表6.2主要机具一览表
序号机具名称单位数量备注
冲击钻机钻头1个1
1台泥浆泵2
把悬浮的碎渣及时地从空心孔向外排出1套泵管3
用于加工及维修钻头1台电焊机4
1
台冲击钻机5
7质量控制
7.1质量控制标准
7.1.1质量标准：
执行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001、《建筑地基基础工程质量验收规范》GB50202-2002、《福建省建筑工程文件管理规程》（施工分册）DBJ13-56-2004。
7.1.2空心钻头的制作质量应符合以下标准
1空心钻头本体
（1）、连接于钻头本体顶部的吊装部件
（2）以及设置于钻头本体底部的破碎牙（3），其特征在于：
钻头本体的体内设有自上而下的空心孔（4）。
2空心孔（4）内设有从空心孔的上孔口伸入空心孔内的抽吸装置（5），抽吸装置的抽吸口与空心孔的孔底之间留有间距。
3抽吸装置优先选用泵管。
4钻头本体的外周壁固定连接有环形腰带（6）。
，环形腰带焊接于）7钻头本体的外周壁分布有多道竖向分布或竖向和横向分布的加劲肋（5
加劲肋的外围。
，破碎牙为焊接）6钻头本体的底部固定连接有环绕于空心孔的孔底周围的圆管形耐磨铁（8于圆管形耐磨铁底部的合金牙。
2
4
5
AA－717AA
66
1（b）A-A剖视图
8
3a）空心钻头结构示意图（
1—钻头本体（壁厚不小于10cm，且须整体铸造）；2—吊装部件；
3—破碎牙（规格为10cm×6cm×4cm，间距约为20cm，每个钻头应焊有10±2个破碎牙）；
4—空心孔；5—抽吸装置；6—环形腰带（厚度不小于2.0cm，宽度不小于10cm）；
7—加劲肋（采用破口焊，焊缝厚度不小于8mm，焊接于钻头本体周壁）；
8—圆管形耐磨铁（宽度不小于5cm厚度不小于3cm）
图7.1.2大样图
7.1.3空心钻头冲孔灌注桩施工应符合下列规定：
1冲孔灌注桩应以钻取芯样法或超声波法等无破损检测法对桩的匀质性进行检测。
检测根数按施工规范要求进行。
2对质量有怀疑的桩及因灌注过程处理过的桩，均应进行检测。
3灌注桩水下砼的质量应符合下列要求：
1）砼强度符合设计要求。
2）无断层或夹层。
3）冲孔桩的桩底不高于设计标高，桩底沉淀厚度不大于设计规定。
4）桩头凿除预留部分无残余松散层和薄弱砼层。
7.1.4冲孔桩质量允许偏差
表7.1.4冲孔灌注桩成孔质量允许偏差
允许偏差（mm）
编号项目1～3根桩、条形桩基沿垂直轴线条形桩基沿轴线方向和群桩基础的中间桩方向和群桩基础中的边桩
1000mm
≤d150d/4d/6且不大于100
桩位1且不大于d>1000mm
50±孔径2
倾斜度3小于１／１００+300mm孔深4
50≤端承桩孔内沉淀厚5度150≤摩擦桩清孔后泥浆指标1.15～6
1.2
8安全措施
8.0.1桩机进场前须办理有关手续。
8.0.2进入现场的管理人员和工人，必须戴好安全帽，不准穿拖鞋、高跟鞋、硬底鞋、打赤脚，严禁酒后作业，高空作业应系好安全带。
8.0.3机架的安装、拆除应按操作规程进行，且须有专人指挥，严禁机架下站人。
8.0.4机械设备要定期检修，不得带病作业，机械转动部位应配保护罩，严禁在运转中加油，修理机械。
电机设备检修时应先切断电源，挂工作牌，严禁带电作业。
8.0.5
8.0.6施工现场的一切电机，电路的安装和拆除必须由持证电工操作。
电器必须严格按规定接地，接零和使用漏电保护器，各机用电必须分闸，严禁一闸多用。
地面电缆必须架空，跨越行人过道时应架空离地面2.0m以上，严禁拖地和压入土中。
8.0.7安装机台和安放钢筋笼时，应注意附近是否有高压线或电线，其距离多少，以确保安全施工为准。
8.0.8当班人员不得擅离工作岗位，当班不准睡觉，要做好交接班工作。
8.0.9施工前应详细了解地下管线位置，平整场地。
场地内无积水时，可稍作平整、碾压以能满足机械行走移位的要求；场地为浅水且水流较平缓时，采用筑岛法施工。
桩位处的筑岛材料优先使用粘土或砂性土，不宜回填卵石、砾石土，禁止采用大粒径石块回填。
筑岛高度应高于最高水位1.5m，筑岛面积应按采用的桩机、混凝土运输浇筑等的要求决定；场地为深水时，可采用钢管桩施工平台、双壁钢围堰平台等固定式平台，也可采用浮式施工平台。
平台须牢靠稳定，能承受工作时所有静、动荷载，并能满足机械施工、人员操作的空间要求。
9环保措施
环境保护是我国的一项基本国策，在施工中，应作好施工现场的环境保护工作，减轻施工带来的环境污染，保护自然，维护生态平衡，保障身体健康。
9.1泥浆、污水、废油
9.1.1施工中产生的泥浆应通过泥浆运输车辆运至环保部门规定的指定地点排放，严禁向内河及施工场地内随意排放。
9.1.2来自生活区、办公区和施工区的污水经过净化处理，并经检验符合环保标准后才能排放。
9.1.3加强对施工机械的维修保养，遇到漏油、漏水的机械必须修好后方可继续参与施工，废油回收后集中存放，统一处理。
9.2废物和垃圾
9.2.1施工和生活中的废物集中放置，并及时处理或运至工程师和当地环保部门同意的地点放置，如无法及时处理或运走，则必须加以掩盖以防散失。
9.2.2如果废弃材料有毒，应将其置于环境部门批准设置的永久性废料弃置区予以封闭，以防污染地表水。
9.3灰尘
9.3.1当运输易飞扬的材料时，应加以覆盖以防尘土飞扬，储存松散和易于飞扬材料地点应当位于避风处。
．
9.3.2及时清理施工现场，安排专人加强对现场临时道路的清扫养护，在干燥季节进行施工时应洒水，避免尘土飞扬。
9.4噪声：
在沿线人群居住密集区附近，应严格按照环境保护规定的施工时间作业，一切非施工噪声都应尽力避免，通过有效的管理和技术手段将施工噪声降低到最低程度。
9.5对周围建筑物、公用管线的监测、保护措施
9.5.1根据设计图纸，合理安排施工顺序，减少土压力对周边的影响。
9.5.2根据要求开挖防振沟，减少土压力破坏。
9.5.3根据检测结果，调整施工进度，合理控制每天成桩根数。
10效益分析
本工法可操作性强，安装简便、技术难度不大，空心钻头制作安装质量容易控制，提高了施工效率；有效解决了导向性不够好，成孔垂直度较低；钻头无法随便改变外径的大小，因此同一钻头不能对不同桩径的桩进行施工；、钻头在施工过程中产生磨损无法及时得到修复，影响施工质量和进尺速度；钻头在单位面积上产生的冲击力度小，进尺速度慢；不能在钻头冲击的同时进行排渣，生产效率低，进尺速度慢等一系列问题。
大大提高了施工质量及生产效率，有较好的社会效益。
11应用实例
本工法成功应用于福州中旅城二期工程、福州琴亭湖畔6#～9#楼、福州恒力·金融中心等工程。
现以福州中旅城二期工程工程为实例进行简要说明。
11.0.1工程概况
福州中旅城二期工程位于福州市五四路黄金地段，总建筑高度150m，四层地下室，单层地下室面积约18000㎡，地下室埋深约20m。
桩基工程设计为冲（钻）孔灌注桩，桩基工程量大，工程桩总桩数912根，桩端持力层为碎块状强风化花岗岩或中风化花岗岩，各岩层之间的含砂率高达12％～15％，施工孔深达50m～72m，浇注桩身砼空孔高度达18m～21m，桩基工程总工期仅为150天。
11.0.2施工情况
自2007年11月23日至2008年04月06日，共136天，共完成工程桩912根，每台机施工时间由以往的6.8天/根桩提高到5.66天/根桩。
施工过程中对实心锤施工与空心锤施工的部分桩施工不同地层效率进行统计，统计结果见下
表：
表11.0.2施工效率统计表
土层强风化中风化平残积卵砾杂填淤粉质粘圆角岗岗厚m/m/m/m/m/m/m/m/成方1.0m9.3m5.2m10.1m13.8m15.60m3.3m
6.8m
实心锤施工0.21.11.47.51.30.351.250.8均效空心锤施工0.25
1.6
1.2
0.95
0.45
2.3
12
1.5
均效率11.0.3工程评价
通过本工法的成功应用，大大提高了桩机施工效率，避免了大量人力、物力的重复消耗，产生节约工期利润372400元。
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