钻孔灌注桩
一、桩基分类及施工原则
1、按承载性桩分类
①摩擦型桩：
摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可以忽略不计。
端承摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受。
②端承型桩：
端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力小到忽略不计。
摩擦端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力来承受。
2、按成桩方法分类
①非挤土桩：
干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻（挖）孔灌注桩、套管护壁法钻（挖）孔灌注桩；
②部分挤土桩：
冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、打入（静压）式敞口钢管桩、敞口预应力混凝土空心桩和H型钢桩。
③挤土桩：
打入（静压）预制桩、闭口预应力混凝土空心桩和闭口钢管桩。
3、按照使用功能分类
抗拔桩、支护桩、承压桩等。
4、施工原则
成桩工艺应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层、地下水位、施工设备条件、施工环境、施工经验、制桩材料供应条件等，按安全使用、经济合理的原则选用。
二、钻孔灌注桩常用机械设备
钻孔灌注桩常用施工机械设备有旋挖钻机、冲击钻机、回旋钻机、汽车吊、泥浆泵、挖掘机、电焊机、对焊机等。
1、旋挖钻机
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械．广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基础施工工程，配合不同钻具，适应于干式（短螺旋），或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能特点。旋挖钻机适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围广，基本可满足桥梁建设，高层建筑地基础等工程的使用．目前，旋挖钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。
2.常用冲击钻机
靠钻具的垂直往复运动，使钻头冲击井底以破碎岩层。其结构简单，没有循环洗井系统，岩屑的清除与钻机不能同时进行，因而功效较低。
主要有2种：
①冲抓锥。利用钻具本身的重量冲击地层。钻具的下端是几个可以张合的尖角形抓瓣，当钻具在自身重量作用下向下运动时，抓瓣张开，切入岩层，然后由卷扬机通过钢丝绳提升钻具，抓瓣在闭合过程中将岩屑抓入锥体内，提出井口卸出岩屑。钻井深度通常为40～50米，最深达100～150米。
②钢丝绳冲击式钻机。由桅杆和装在顶端的提升滑轮、钢丝绳、冲击机构、钻具、电动机等组成。作业时，电动机通过传动装置驱动冲击机构，带动钢丝绳使钻具作上下往复运动，在向下运动时靠钻头本身的重量切入并破碎岩层，向上运动靠钢丝绳牵引。冲击频率30～60次／分。
3、常用回旋钻机
①循环泥浆洗井转盘式钻机。由塔架、卷扬机、转盘、钻具、泥浆泵、水龙头和电动机等组成。作业时，动力机通过传动装置驱动转盘，由主动钻杆带动钻头旋转破碎岩层。有正、反两种循环方式。正循环钻机工作时，井底岩屑通过钻杆外的环形通道被带出井口，在沉淀池沉淀后，泥浆流回泥浆池供循环使用。反循环钻机工作时，泥浆在沉淀池沉淀后从井口自行流入井底，携带岩屑的泥浆则由砂石泵经钻头水口通过钻杆内腔向上抽吸出井，回沉到沉淀池。钻机在钻杆内形成很高的上升流速，排出岩屑和卵石的能力较强，钻井速度快，适用于土层、砂层和卵石直径小于钻杆内径的松散地层。
②压气洗井转盘式钻机。在转盘回转式钻机上用空气压缩机代替泥浆泵，用压缩空气代替泥浆洗井。通常采用反循环方式，又称气举反循环。适用于井深较大和缺水的干旱地区及寒带冻土层。
正循环钻机的工作原理（如下图所示）。钻机由电动机驱动转盘带动钻杆、钻头旋转钻孔，同时开动泥浆泵对泥浆池中泥浆施加压力使其通过胶管，提水龙头，空心钻杆，最后从钻头下部两侧喷出，冲刷孔底，并把与泥浆混合在一起的钻渣沿孔壁上升经孔口排出，流入循环池。钻渣沉积下来后，较干净的泥浆又流回泥浆池，如此形成一个工作循环。
反循环钻机的工作循环（如下图所示）。这类钻机工作泥浆循环与正循环方向相反，夹带杂渣的泥浆经钻头、空心钻杆，提水笼头、胶管进入泥浆泵，再从泵的闸阀排出流入泥浆池中，而后泥浆经沉淀后再流向孔井内。
4、汽车吊
汽车吊主要用于钢筋笼吊装、钻机移位、混凝土导管下放及其他材料吊装用；主要根据钢筋笼的重量和现场实际吊装工况进行选型。
5、泥浆泵
6、其他设备
挖掘机、电焊机、对焊机等。
三、钻孔灌注桩施工工艺
1、施工准备
钻孔灌注桩是一项质量要求高，施工工序多，并需在一个短时间内连续完成的地下隐蔽工程。要保证施工有秩序、快节奏地进行，必须在开工前认真做好技术准备、现场准备、劳动力准备、机械设备准备、材料准备。
1）技术准备工作
图纸会审、测量交点、施工组织设计的编制审核、技术交底；
根据地质资料进行施工方法选择及机械设备选型；
2）现场工作准备
场地平整，施工道路规划及形成、钢筋加工场地及运输道路形成、泥浆池、泥浆沟的布置及实施、弃渣场的布置及设置、水电布置及形成。
2、测量定位
测量控制网根据业主提供的平面布置图和各单位工程的轴线布置。
对业主交给的测量控制点、高程基准点等关键部位重点保护、标识，并列详细文字资料备案。
桩位测放及标高测量所用仪器为全站仪、水准仪和塔尺。
根据业主提供的测量控制网采用全站仪测放。桩位测放前，应根据施工图和场区坐标系计算出各控制点和桩位的坐标，经复核无误后，填写《施工桩位坐标一览表》，以备测放桩位时使用。
未经验收的桩位严禁施工。
3、护筒埋设
（1） 护筒一般由钢板卷制而成，钢板厚度视孔径大小采用4～8mm，护筒内径宜比桩径大（旋挖钻机大于200mm，冲击钻机大于400mm），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lm；砂土中不宜小于1.5m；其高度尚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500mm，并宜高出施工水位和地下水位2000mmm。
（3） 旱地、筑岛处护筒可采用挖坑埋设法，护筒底部和四周回填黏性土并分层夯实；水域护筒设置应严格注意平面位置、竖向倾斜，护筒沉入可采用压重、振动、锤击并辅以护筒内取土的方法。
（4） 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％。
（5） 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，必要时应打入不透水层。
4、护壁泥浆的调制
（1） 护壁泥浆一般由水、黏土（或膨润土）和添加剂按一定比例配制而成，可通过机械在泥浆池、钻孔中搅拌均匀。
（2） 泥浆的配置应根据钻孔的工程地质情况、孔位、钻机性能、循环方式等确定。
5、钻孔施工
（1） 一般要求
1）钻孔前，应根据工程地质资料和设计资料，使用适当的钻机种类、型号，并配备适用的钻头，调配合适的泥浆。
2）钻机就位前，应调整好施工机械，对钻孔各项准备工作进行检查。
3）钻机就位时，应采取措施保证钻具中心和护筒中心重合，其偏差不应大于20mm。钻机就位后应平整稳固，并采取措施固定，保证在钻进过程中不产生位移和摇晃，否则应及时处理。
4）钻孔作业应分班连续进行，认真填写钻孔施工记录，交接班时应交待钻进情况及下一班注意事项。应经常对钻孔泥浆进行检测和试验，不合要求时应随时纠正。应经常注意土层变化，在土层变化处均应捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。
5）开钻时，在护筒下一定范围内应慢速钻进，待导向部位或钻头全部进入土层后，方可加速钻进。
6）在钻孔、排渣或因故障停钻时，应始终保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度和黏度。
（2）回转钻机成孔
1）回转钻机适用于各种直径、各种土层的钻孔桩，成孔时应注意控制钻进速度，采用减压钻进，保证成孔的垂直度，根据土层变化调整泥浆的相对密度和黏度。
2）在黏土、砂性土中成孔宜采用疏齿钻头，翼板的角度根据土层的软硬在30°～60°之间，刀头的数量根据土层的软硬布置，注意要互相错开，以保护刀架。在卵石及砾石层中成孔时，宜选用平底楔齿滚刀钻头；在较硬岩石中成孔时，宜选用平底球齿滚刀钻头。
3）桩深在30m 以内的桩可采用正循环成孔，深度在30～50m 的桩宜采用砂石泵反循环成孔，深度在50m 以上的桩宜采用气举反循环成孔。
4）对于土层倾斜角度较大，孔深大于50m 的桩，在钻头、钻杆上应增加导向装置，保证成孔垂直度。
5）在淤泥、砂性土中钻进时宜适当增加泥浆的相对密度；在卵石、砾石中钻进时应加大泥浆的相对密度，提高携渣能力；在密实的黏土中钻进时可采用清水钻进。
6）在卵石、砾石及岩层中成孔时，应增加钻具的重量即增加配重。
（3）冲击钻机成孔
1）开孔时应低锤密击，表土为淤泥、细砂等软弱土层时，可加黏土块夹小石片反复冲击造壁；
2）在护筒刃脚以下2m 以内成孔时，采用小冲程lm 左右，提高泥浆相对密度，软弱层可加黏土块夹小石片；
3）在砂性土、砂层中成孔时，采用中冲程 2～3m，泥浆相对密度1.2～1.4，可向孔中投入黏土；
4）在密实的黏土层中成孔时，采用小冲程1～2m，泵入清水和稀泥浆，防粘钻可投入碎石、砖；
5）在砂卵石层中成孔时，采用中高冲程2～4m，泥浆相对密度1.2～1.3，可向孔中投入黏土；
6）软弱土层或塌孔回填重钻时，采用小冲程lm 左右、加黏土块夹小石片反复冲击，泥浆相对密度1.3～1.5；
7）遇到孤石时，可采用预爆或高低冲程交替冲击，将孤石击碎挤入孔壁。
（4）钻进过程中的注意事项
1）钻进时应时刻注意钻具和钻头连接的牢固性、钢丝绳的磨损等如有异常应及时处理。
2）大直径桩孔成孔可分级成孔，一般情况下第一级成孔直径为设计桩径的0.6～0.8 倍。
3）在钻进过程中出现钻杆跳动、机架晃动、钻不进尺等异常情况，应立即停车检查，排除故障；如钻杆或钻头不符合要求时，应及时更换，试钻达到正常后，方可施钻。
4）钻孔完毕，应及时将混凝土浇筑完毕，或及时盖好孔口，并防止在盖板上过车、行人；钻进过程中应及时清理虚土，提钻时应事先把孔口积土清理干净。
5）钻进成孔过程中应时刻注意土层变化，调整泥浆性能、采用合理的进尺方法，确保不塌孔、不缩颈。
6、清孔
（1）清孔分两次进行，钻孔深度达到设计要求，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；钢筋骨架、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，施工机械采用换浆、抽浆、吸泥法、掏渣等方法进行，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、气举反循环等方法进行。
（3）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；泥浆性能指标在浇注混凝土前，孔底500mm 以内的相对密度≤1.25，黏度≤28s，含砂率≤8％。
（4）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。
7、钢筋骨架的制作安装
（1）钢筋骨架的制作应符合设计与规范要求。
（2）长桩骨架宜分段制作，分段长度应根据吊装条件和总长度计算确定，应确保钢筋骨架在移动、起吊时不变形，相邻两段钢筋骨架的接头需按有关规范要求错开。
（3）应在钢筋骨架外侧设置控制保护层厚度的垫块，可采用与桩身混凝土等强度的混凝土垫块或用钢筋焊在竖向主筋上，其间距竖向为2m，横向圆周不得少于4 处，并均匀布置。骨架顶端应设置吊环。
（4）大直径钢筋骨架制作完成后，应在内部加强箍上设置十字撑或三角撑，确保钢筋骨架在存放、移动、吊装过程中不变形。
（5）骨架入孔一般用吊车，对于小直径桩无吊车时可采用钻机钻架、灌注塔架等。起吊应按骨架长度的编号入孔，起吊过程中应采取措施确保骨架不变形。
（6）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。钢筋骨架吊放入孔时应居中，防止碰撞孔壁，钢筋骨架吊放入孔后，使其位置符合设计及规范要求，并保证在安放导管、清孔及灌注混凝土过程中不发生位移。
8、混凝土灌注
（1）灌注水下混凝土时的混凝土拌和物供应能力，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。
（3）灌注水下混凝土一般采用钢制导管回顶法施工，导管内径为200～250mm，视桩径大小而定，壁厚不小于3mm；直径制作偏差不应超过2mm；导管接口之间采用丝扣或法兰连接，连接时必须加垫密封圈或橡胶垫，并上紧丝扣或螺栓。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验（试水压力一般为0.6～1.0 MPa），确保导管口密封性。导管安放前应计算孔深和导管的总长度，第一节导管的长度一般为4～6m，标准节一般为2～3m，在上部可放置2～3根0.5—1.0 m 的短节，用于调节导管的总长度。导管安放时应保证导管在孔中的位置居中，防止碰撞钢筋骨架。
（4）灌注水下混凝土的技术要求
1）混凝土开始灌注时，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，二次拌和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，应经常测探井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，就要有专人测量导管埋深及管内外混凝土面的高差，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情况，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）为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部lm 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，使其底口高于骨架底部2m 以上，即可恢复正常灌注速度。
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。
四、施工平面布置
施工场地在设备进场前要进行平整；接通水、电、铺设施工车辆进出道路；按成孔、灌注、制作钢筋笼，堆置砼材料、废水废渣临时存放，材料工具存放，及搭建工地临时设施等方面的需求进行规划布置。
由于在施工过程中会产生大量的废浆污水和含泥浆的钻渣，稍有管理不慎即会四处流水淌，使作业场地变得遍地泥泞，影响人员车辆通行和设备器材的搬移，污染施工材料，同时污染周边环境。因此作业场地准备要考虑现场泥泞的可能，除了适当增大循环系统的尺寸容积外，还需布置多条废浆钻渣的清运通道，必要时可在通道上铺垫碎石炉渣并充分压实或备用钢板，在通道两旁和场地其它低洼易积水处挖设排水沟和积水池，并经常进行疏浚，防止污水外溢。
场地按“三通一平”要求交付后，按照施工总平面布置图对现场进行统筹安排考虑，合理布置泥浆循环系统，材料堆放合理便利、整齐有序，即要考虑到材料出入便利，又要照顾到施工操作方便。
五、质量标准及控制要点
(一)钢筋笼质量检验标准 （mm）
(二)混凝土灌注桩施工质量检验标准 （mm）
(三)混凝土灌注桩桩位允许偏差 （mm）
1、施工机具的好坏对能否保证施工质量起着至关重要的作用,选择好合适的施工机具是实现质量控制的前提。
2、桩机就位首先要保证工程桩位的准确无误，为此，除全面测设工程桩位外，还应在桩机就位时复测工程桩位，并采取不同的测站进行复核，在可能的情况下，应用钢尺对前后左右相邻桩位进行相互校验。在灌注桩施工中的桩位控制必须引起高度重视，一旦发生错误将难以弥补。
3、桩机就位的基本要求是平面位置准确，桩机机台水平、稳固，安装就位后要用水平尺和测锤校验，由于在冲孔过程中振动较大，常因桩机机台未垫实而发生倾斜、偏位，因此，在冲孔过程中尚应定时或不定时的复核钢丝绳是否与桩位中心重合，这样桩的垂直度和桩位才有保证。
4、冲孔灌注桩是靠泥浆护壁，防止坍孔，运用泥浆循环清孔掏渣，泥浆比重和粘度是两项最直观、最重要的指标，泥浆比重太小则难以护壁，容易坍孔；泥浆比重太大则会影响冲孔进度且壁膜太厚，因此，正确控制泥浆比重是成孔施工顺利及保证质量的一个重要环节。在冲孔灌注桩施工过程中，泥浆比重依土层不同而采用不同数值防止出现扩孔、坍孔的情况，从而保证工程质量。
5、冲孔过程中，泥浆循环量应根据地层和进尺速度加以调整，若进尺速度快而循环量小，泥浆必定粘稠而泥块沉渣多，影响成孔质量；在松软地层若循环量大，则会造成扩径甚至坍孔。终孔时，需对桩孔的孔深、孔径和是否到达持力层进行检查，符合设计及规范要求方可终孔。
6、冲孔灌注桩属部分挤土成孔法，应实行跳打原则，防止因桩机荷载和冲孔所产生的应力释放而影响到刚浇筑完混凝土的邻桩的质量，当无法调整避开时，应至少待混凝土浇筑完成72小时后方可进行邻桩施工。
7、冲孔过程中，泥浆循环量应根据地层和进尺速度加以调整，若进尺速度快而循环量小，泥浆必定粘稠而泥块沉渣多，影响成孔质量；在松软地层若循环量大，则会造成扩径甚至坍孔。终孔时，需对桩孔的孔深、孔径和是否到达持力层进行检查，符合设计及规范要求方可终孔。
8、通常运用二次清孔来达到混凝土灌注前对泥浆的技术性能要求。
第一次清孔是冲孔至持力层并进入持力层达到设计深度要求时进行的泥浆循环清孔工作。第一次清孔是能否达到技术要求的基础，不能因为有第二次清孔而忽视第一次清孔的重要性，因为第一次清孔吸力大，清孔能力强，可以把绝大部分沉渣吸出孔外；而第二次清孔是在下完钢筋笼和导管后，利用导管进行清孔，吸力要小得多，目的是清除在下钢筋笼和导管过程中沉淀到孔底或是被钢筋笼碰撞而掉下去的泥块沉渣。在清孔过程中必须保持孔内水头，防止坍孔。
9、钢筋笼制作的技术要求主要是：
①钢筋笼直径应符合设计尺寸；
②每节的长度不宜超过9米，也不宜短于5米，因为过长则吊起时易弯曲变形，过短则增加焊接时间，对成桩的质量不利；
③使用法兰接头导管时，加劲箍宜设在主筋外侧，主筋一般不设弯钩，根据工艺要求所设弯钩不得向内圆伸露，以防导管挂钩造成钢筋笼上浮；
④制作好的钢筋笼应平卧堆放在平整干净的场地，堆高不得超过两层。
⑤钢筋笼应逐节吊装，孔口焊接，钢筋笼主筋焊接方式为立焊，要求施焊人员具备相当高的焊接工艺水准，方能保证焊接质量。
⑥钢筋笼在下笼过程中应从速，一般桩孔应在2—4个小时内完成。
10、水下混凝土浇灌的要求
首先，混凝土的强度等级必须满足设计要求，此外，根据灌注桩的特点，水下混凝土还需控制：①初凝时间：这个指标对于灌注桩非常重要，一般要求所提供配比的初凝时间是实际浇灌时间的两倍，否则容易在浇灌过程中出现导管凝死等事故。②良好的和易性：含砂率宜为40—45，并宜选用中粗砂，粗骨料最大粒径应小于40MM，有条件时可采用二级配，要求坍落度180-220MM之间，当坍落度小时，易堵塞导管，坍落度大时易发生离析。
以上技术要求应在混凝土供应合同中予以明确。
①水下混凝土灌注前应检查桩底的沉渣厚度与泥浆技术性能指标，不符合要求则应再次清孔。
②开始浇筑混凝土时,为使隔水栓能顺利排出,导管底部至孔底的距离宜为300—500MM，并应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下标 0.８M以上，当混凝土灌到孔口不再返出泥浆时，说明混凝土压力已等于或小于其在桩内顶升的阻力，此时应提升导管；若需提高0.5-1.0M以上才能灌入混凝土，则此时应拆除一些导管，减小导管在混凝土的埋深，使动力重新大于阻力。
③导管埋深宜为2—6M，导管的埋深太大或太小都是不利的，埋深太大容易发生砼凝住导管的断桩事故，埋深太浅容易冲翻孔内砼顶面而将沉渣泥浆卷入，造成夹泥至断桩，也容易发生将导管拔出砼的事故。因此，应做到勤提勤拆，不能出现一次拆十几米的情况。
④控制好最后一次的灌注量,桩顶不得偏低, 必须保证凿除泛浆高度后的桩顶混凝土达到强度设计值。
⑤水下混凝土必须连续施工每桩浇筑时间按初盘混凝土的初凝时间控制，做好施工记录，对浇筑过程中的一切故障均要记录在案。
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