浅谈钻孔灌注桩施工方法及工艺流.pdf

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摘要:近几年,随着我建设的发展大批高层建筑、高速铁路及
高等级公路的建设,作为基础承力最普遍采用的一种形式——钻孔灌
注桩,在施工中得到了广泛应用。所以我们应该更加彻底的了解以及
学****钻孔灌注桩施工方法、工艺。在施工过程中注意和避免发生不必
要的麻烦。文章通过介绍让在桩基工程施工和监理过程中更加的清晰
和了解。
一、施工中根据地质条件选择冲击钻机、正反循环旋转钻机、旋
挖钻机等机型施工。原则上钻孔桩穿越砂岩或砾石含量大的土层和进
入坚硬基岩的,选用冲击型钻机;对于钻孔桩为穿越土层、粘土、软
风化岩等较软土质的,选用旋挖钻机;对于水上、地基承载力软弱的
地段钻孔施工,采用正反循环旋转钻机。
钢筋笼分节预制,现场吊装焊接,导管法浇筑水下砼成桩。
在钻孔桩正式施工前,首先按设计要求进行试桩。
为保证桩基承载力,同时减少塌孔的危险,根据清孔和钢筋吊装
工艺要求,空孔时间不大于15小时。
⑴工艺框图
钻孔灌注桩施工工艺框图如下:
:.
施工准备
测量定位
陆上钻机平台填筑
护筒定位、埋设
钻机就位
钻渣存放钻进成孔护壁泥浆制备
检测及清孔
泥浆外运安放钢筋笼钢筋笼加工
导管就位
孔内泥浆排放水下混凝土灌注混凝土拌合、运输
桩头处理
移交下道工序
钻孔灌注桩施工工艺框图
⑵施工方法、工艺说明
①钻孔前的准备工作
钻孔前的准备工作主要包括桩位放样,探明地下管线,整理平整
场地,布设施工便道,设置供电及供水系统,制作和埋设护筒,制作
钻孔架,泥浆的制备和准备钻孔机具等。
A场地整理
施工前,施工场地按不同情况进行处理。对于处在水中的钻孔桩
基础搭设施工平台,处在旱地的,清除杂物后夯压密实。
:.
B钻孔桩均使用钢护筒
为保证其刚度,防止变形,在护筒上、下端和中部外侧各焊一道
加劲肋。护筒直径比钻孔桩直径大20cm。护筒埋设时,其轴线对准测
量所标出的桩位中心,护筒周围和护筒底接触紧密,保证其位置偏差
不大于5cm,倾斜度不大于1%。
C泥浆的制作
泥浆池泥浆原料选用用优质黏土,为提高泥浆黏度和胶体率,在
泥浆中掺入烧碱或碳酸钠等添加剂,其掺量经过现场试验决定。造浆
后试验全部性能指标,钻进中随时检验泥浆比重及含砂率。泥浆搅拌
采用机械搅拌。泥浆循环系统布置见下图。
泥浆循环系统布置图
排浆地沟排浆地沟
阀门沉淀阀门
钻孔桩钻孔桩钻孔桩钻孔桩
池
泥浆泵
钻孔桩钻孔桩泥浆净化器钻孔桩钻孔桩
泥浆池
进浆管进浆管
泥浆泵
造浆池
D钻机就位
:.
埋设好护筒后,即可进行钻机就位,就位时,使钻锥中心对准测
量放样时所测设的准确就位。
②钻孔工艺
A旋挖钻机成孔施工工艺
Ⅰ施工准备
施工前探明地下管线,并经文物部门同意后方可施工。与既有道
路交叉的先进行道路改移,防止影响既有路通行。
根据地形、水文、地质条件及机具、设备、材料运输情况,规划
施工场地。位于河中的桩基,采用改流或草袋围堰,再进行桩基施工。
开钻前根据地层岩性等地质条件、技术要求确定钻进方法和选用
合适的钻具。对钻机各部位状态进行全面检查,确保其性能良好。
Ⅱ护筒就位
护筒采用双壁钢护筒,由单节长度2~5m的护筒组成,护筒间由
平头螺栓连接。
旋挖钻机护筒与钻机的动力头驱动连接器连接在一起,钻机操作
手利用导墙将第一节钢护筒准确定位,之后通过大扭矩钻机动力头将
钢护筒旋转压入设计标高。护筒压入前及压入后,通过靠在护筒上的
精确水平仪调整护筒的垂直位置。
Ⅲ泥浆制备
旋挖钻机采用静态泥浆护壁,即随着钻孔深度的增加及时向孔内
补充配备好的化学泥浆,灌注混凝土时泥浆排出孔外,经处理后循环
使用。
泥浆的组成和配比:依据本工程的实际地质情况和试配结果,选
用优质膨润土、纯碱、水解聚丙烯酰鞍(PHP)、水解聚***钾盐(KPAN)、
中性羟基纤维素(CMC)配制化学泥浆。
正式钻孔前经试配和对泥浆效果的观察,确定泥浆配比。泥浆指
:.
-,粘度(漏斗)19—22s,PH值在8左右。
泥浆的循环使用:为保证不因泥浆的数量和质量影响成孔速度和
成孔质量,每个旋挖钻机机组一般在一个施工区段(范围为300m左右)
配备两个泥浆池(约保证3个孔的泥浆用量)。
钻进时,从泥浆制备池中抽取泥浆至井孔,待灌注混凝土时将泥
浆抽回到泥浆沉淀池中,经沉淀除砂后排至泥浆制备池,在泥浆制
备池中对泥浆各项指标进行检测,指标不合格,进行处理合格后使
用。
施工中,严禁采用下列泥浆:未经处理的废浆、混入混凝土的泥
浆、含砂率过大的泥浆、回旋钻机产生的泥浆。
Ⅳ旋挖成孔工艺综述
采用化学泥浆护壁。首先通过底部带有活门的桶式钻斗旋转切削
土层,并直接将岩土装入钻斗内,然后由钻机主卷扬和伸缩式钻杆提
升钻斗至孔外,并及时补充泥浆。这样反复循环,不断取土、卸土,
直至设计深度。
孔内泥浆流对钻进的影响:为防止钻斗与孔壁之间的泥浆流对孔
壁的冲刷,必须根据地质情况限制钻斗在井孔中的运动速度。
Ⅴ每次进尺对成孔的影响
普通钻斗(包括无底板和有底板钻斗)在钻进时必须严格控制进
尺,防止孔内事故发生。
钻进时,钻齿切削岩土进入钻斗内,通过伸缩式钻杆和主卷扬机
提升钻斗到孔外,钻杆反转卸土,返回孔内,进行下一个循环。若进
尺太大,则进入钻斗的岩土将通过钻斗上部充填到钻斗四周,泥浆将
不能进入钻斗下部,在提钻时钻斗下部形成真空,不能提钻,造成孔
内卡钻事故。根据地质状况和钻机性能,钻机在粘土地层中的进尺一
般控制在40~50cm,在砂层中的进尺一般控制在60cm左右,但必须采
用双底板捞砂钻斗。
:.
Ⅵ钻机定位系统和垂直控制系统
旋挖钻机一般采用全电脑控制系统,在操作室即可监控主桅杆、
钻杆垂直度和进尺深度。
Ⅶ孔位对中:
通过主桅杆四边形调整系统、行走系统对中孔位中心,并锁定,
在钻进时,钻机旋转到孔位时自动锁定,可保证孔位的准确性。在操
作时必须严格控制并随时检查,这是确保孔位正确和不出现斜孔的主
要措施。
Ⅷ在砂层中钻进
砂的土工特性决定在砂层中的钻进必须引起足够的重视。
根据试验结果调整护壁结构和钻进方式;对砂层较厚的孔,必须
调整泥浆各项参数,调大比重、粘度、胶体率含量等。调整方式可
采用钻斗携带膨润土至砂层位置提高砂层位置的护壁效果,防止塌
孔。及时换用捞砂钻头,确保砂层全部提出孔外。
Ⅸ根据地质情况及时更换合适的钻头
旋挖钻机机组一般配备筒式普通钻头、筒式捞砂钻头、长螺旋钻
头、短螺旋钻头、开岩钻头、螺旋磨岩钻头等多种型号,在施工中应
根据具体的地质情况更换合适的钻头。
Ⅹ清孔
当钻孔达到设计标高后,及时对孔位、孔径、孔深和孔形等进行
检查确认,随即清孔。旋转钻机采用换浆法清孔,确认沉淀层厚度符
合规定后,及时报请现场监理工程师检查签证。
B冲击钻机成孔施工工艺
Ⅰ开钻前应注意的事项
开钻前,在护筒内多加一些粘土。地表土层松疏时,还要混和加
入一定数量的小片石,然后注入泥浆和清水,借助钻头的冲击把泥
:.
膏、石块挤向孔壁,以加固护筒角。为防止冲击振动使邻孔坍塌或
影响邻孔已灌注砼的凝固,必须等邻孔砼灌注完毕并达到一定的强
度后方可开始钻孔。
冲击钻孔时宜用小冲程,孔底在护筒脚下3-4m后,可根据实际情
况适当加大冲程。
在钻孔桩上部淤泥段,考虑采用冲抓钻:一方面可防止坍孔,另
一方面可以适当加快施工进度。
Ⅱ钻机钻进施工
钻机就位准确后开始钻进。初始钻进时,先在孔内注水,加粘土,
小冲程制浆,进尺适当控制,在护筒刃脚处小冲程、高频率反复冲砸,
使刃脚处有坚实的泥浆护壁,钻至刃脚下1m后正常钻进。钻孔作业时,
注意地质变化,在变化处取渣样,编号保存。
冲击一段时间后,将冲锤提起,掏渣筒掏渣。在开孔阶段,为使
钻渣挤入孔壁,待钻进4-5米后再掏渣。钻进进程中和掏渣后严格控
制和保持孔内水头稳定,并注意观察,发现情况及时处理,并如实填
写钻孔原始记录。
在钻进过程中,始终保持孔内水位高于地下水位或河水位2米左
右。同时控制泥浆比重,在砂粘土地层钻进,-
之间较好,既能获得较高的钻进速度,又能作到不塌孔;在易塌地层
中钻进时,,要适当降低成孔钻速,成孔过快
易坍孔,必要时添加外加剂如CMC、纯碱等,以确保孔壁稳定。
桩孔钻至设计标高后,对成孔的孔径、孔深和倾斜度等进行检查
满足要求后请监理工程师进行检查,为清孔做好准备。
Ⅲ抽渣时应注意的几个问题
及时向孔内补浆或补水,如向孔内投放粘土自行造浆,在抽渣后
随着冲击投放粘土,不宜一次倒进很多,防止粘结。
:.
抽渣筒放到孔底后,要在孔底上、下提放几次,使其多进些钻渣,
然后提出。
钻头刃口在钻井中不断磨损,,每班开
钻前检查钻头直径,若不符设计和规范要求应及时进行补焊,不宜中
途修补,以免卡钻。准备备用钻头,轮换使用和修补。
Ⅳ检孔及清孔:
钻孔至设计标高后,使用长度和外径符合施工技术规范要求,用
Ⅱ级钢筋制作的检孔器吊入孔内,检查孔径大小及垂直度等,得到监
理工程师同意后采用换浆法清孔,清孔后,以开口铁盒检查泥浆,孔
内沉淀指标应达到规范规定标准。清孔时,保持孔内水位在地下水位
~。
C正、反循环旋转成孔施工工艺
钻孔桩的施工应在距5米内的混凝土灌注桩完成后24小时后才能
开始,以免干扰邻近桩混凝土的凝固。校正桩位后将钻机就位,桩机
安设应稳固。
钻机就位对中后,用全站仪进行复核转盘中心与钻架上吊滑轮是
否在同一垂直线上,若有偏差进行调整。
开钻前检查是否有弯曲钻杆,弯曲的钻杆不得使用。
连接好循环系统,开动泥浆泵循环2-3分钟,然后开动钻机,在
循环沟内放置细砂筛,使泥浆经过筛子后漏回孔中。
钻孔采用减压钻进,即钻机卷扬机承受部分钻头和钻杆重力。在
护筒刃角处应低压慢速钻进,使刃角处地层能稳固支撑护筒。
施工中,按照抽检频率检查泥浆指标情况,确保不塌孔;
经常检查钻头直径,发现磨损小于设计桩径时及时修补;检查回
旋钻机顶端的起吊滑轮缘、钻盘中心和桩中心在同一铅垂线上,钻机
底座是否水平,以保证桩身垂直度;
:.
钻孔过程中应注意观察地质情况并做好原始记录,如果发现地质
情况与地质勘探报告不一致,应及时报告,以便采取措施。
对于容易缩径的粘土层,要采取中等钻速,大泵量,稀泥浆的钻
进方法。对于容易塌孔的砂土层要采取较大密度和粘度的泥浆,以提
高泥浆悬浮、携带砂粒的能力,同时控制进尺,轻压、慢速、大泵梁、
稠泥浆钻进,成孔后要减少孔口作业时间,尽快浇注混凝土。
为避免钻孔内泥浆柱的静压力而产生负压差,造成缩径或塌孔,
每钻进一根钻杆之前,提升钻具至打完的钻杆长度后,以2-4m/min
的速度下沉到底,这种做法俗称“划眼”。经确认不至于放钢筋笼而
造成障碍和不缩径后,继续加入钻杆正常钻进。
施工作业分三班连续进行,不允许中途停顿。如因故必须停止钻
进时,不允许将钻头停在孔底,以免沉渣埋住钻头。
施工若出现漏浆现象的处理方法:产生漏浆,不能保持孔内水头
时,首先应集中力量加水,保持水头不下降。属于护筒漏浆时,用粘
土在护筒周围填土加固,漏浆严重时返工重埋护筒。井下漏浆时,用
泥膏填到不漏浆为止,并改进泥浆指标。
①检测及清孔
钻孔至设计标高后,使用长度和外径符合施工技术规范要求,用
Ⅱ级钢筋制作的检孔器吊入孔内,检查孔径大小及垂直度等,得到监
理工程师同意后采用换浆法清孔,清孔后,以开口铁盒检查泥浆,孔
内沉淀指标应达到规范规定标准。清孔时,保持孔内水位在地下水位
~。
②泥浆排放
对钻孔、清孔、灌注砼过程中排出的泥浆,根据现场情况引入到
适当地点进行处理,以防止对河流及周围环境的污染。水中钻孔桩采
用军用浮箱做为泥浆循环池,多余的废浆运输至指定位置。
③钢筋笼制作和吊装就位
:.
使用的所有钢筋应具有出厂日期和质量证明书,检验合格后才能
使用。制作前先将主筋调直,清除钢筋表面油污和杂物等。
钢筋下料要准确控制下料长度。钢筋笼制作采用钢筋加工场集中
制作,每节长度不大于18m,对于大于18m的钢筋笼分节时应考虑主筋
接头按规范要求错开及能在一定范围内移动主筋,对接端预留一段螺
旋筋不绑扎。桩基主钢筋笼各段之间主筋采用滚轧直螺纹连接,要求
必须满足《钢筋机械连接通用技术规程》。
加强筋弯制成型后点焊待加强筋和主筋连接成一个整体后再施
焊,加强筋点焊后必须用扳手消除弹性变形,焊工必须持证上岗。
钢筋笼在制作时要在平整的场地上进行,场地用15cm厚的砼进行
硬化,以保证制作的钢筋笼的整体直度和主筋焊接接长时的对位。用
自制平板拖车托运至孔位处,吊装入孔,在井口连接接长。钢筋笼加
工时在钢筋笼内部隔一定距离设置十字撑,以提高钢筋笼的整体刚
度,防止钢筋笼在加工和运输过程中的变形。
当桩基采用声测管检测时,下放钢筋笼时应注意安装检测管。检
测管采用钢管,连接方式为套管焊接连接,当钢筋笼分节绑扎时,检
测管亦应根据钢筋笼长短分节连接,检测管限位采用φ10钢筋加工成
∽形,一侧与竖向主筋焊接,另一侧穿入套管钢管中,留有足够空隙
利于检测管自由转动。并在检测管限位断面以上20cm处焊接φ8钢筋,
防止检测管滑落孔中(或采用φ10钢筋加工成Ω形直接焊在加强箍筋
上)。管底采用钢板焊封,检测管对接完成后即将管身与钢筋焊接在
一起。管顶高出桩顶50cm,灌满水后用木塞封堵,防止灌桩时砼灌入。
详见下表。
钻孔灌注桩钢筋笼制安误差控制表
名称误差名称误差名称误差
主筋间±骨架倾斜度±骨架顶端高±20mm
:.
箍筋间±骨架保护层厚度±骨架底面高±50mm
骨架外±骨架中心平面位±
④二次清孔工艺
钢筋笼下放到位固定后,立即安放导管。导管采用钢管制成,接
头为快速螺纹接头。导管使用前做水密、承压及接头抗拉试验,然后
用汽车吊逐段吊装接长、下放,导管下端距孔底的距离满足设计和规
范要求。
混凝土导管安放完后,若孔底沉碴厚度不满足设计要求,利用导
管进行二次清孔,使沉碴厚度、孔内泥浆性能满足设计及规范要求。
清孔时及时向护筒内补充优质泥浆,确保护筒内水头,并取样检测,
经监理工程师现场检验合格后,立即拆除吸泥弯头,开始浇筑水下混
凝土。
⑤灌注混凝土
A砼材料要求以及导管、漏斗、储料斗的制备
Ⅰ组成砼的碎石、砂的级配良好,最大颗粒尺寸的选择以适合结
构物尺寸,钢筋间距及砼拌和、装卸、浇注及操作为准。集料中的杂
物含量,符合规范要求,必要时清洗和过筛,以除去有害杂质。
Ⅱ拌制砼用水在使用前做水质化学分析,试验按有关规定进行。
Ⅲ砼所用水泥符合设计及施工规范的规定,所有水泥都必须经
合格分供方评定后,从批准的厂家进货;水泥进场时,必须附有水泥
出厂合格证,并且经本单位中心试验室检验合格。
Ⅳ导管、漏斗和储料斗的制备
导管是灌注砼的重要工具,用3mm厚钢板卷制焊成,其直径按桩
长、桩径和每小时需要通过的砼数量决定,不得小于250mm,导管分
节长度便于拆装和搬运、并小于导管提升设备的提升高度,中间节一
般长2m左右,下端节可加长至4-6m,漏斗下可配长约1m的上端节导管,
以便调节漏斗的高度。中间节两端焊有法兰盘,以便用螺栓互相连接。
:.
法兰厚度10-12mm,法兰边缘比导管外壁大出40-50mm,法兰上有直径
12-16mm的螺栓孔6-8个。在一端法兰附近焊有小吊耳一对,备栓挂钢
丝绳用,上下两节法兰间垫以4-5mm厚橡胶垫付圈,其宽度外侧齐法
兰盘边缘,内侧稍窄于法兰内缘。
漏斗用2-3mm厚的钢板制成圆锥形或棱锥形,在距漏斗上口的
15cm处的外面两侧对称地焊吊环各一个,圆锥形漏斗上口直径取
800mm,高为900mm;锥形漏斗结构尺寸为1000×1000×800mm,插入
导管的一般长度均设15cm。
储料斗采用3mm厚钢板及加劲肋制做,底部做成斜坡,出口设闸
门,活动溜槽设在储料斗出口下方,溜槽下接漏斗。
B砼的拌和及运输
混凝土的拌和采用拌和站集中拌和,混凝土运输车运送。
C钻孔桩砼灌注
水下混凝土灌注采用导管法,混凝土灌注应在钢筋笼吊放完成,
各项检测数据合格后立即开始,钻孔桩灌注前,应计算初灌的灌注量,
确保初灌埋管的成功。
砼在拌和站集中拌和,导管灌浇。采用砍球法灌注混凝土,确认
初存量备足后,即可剪断隔水塞铁丝,灌入首批混凝土。同时,观察
孔内返浆情况,测定埋管深度并作好记录。
灌注砼接近桩顶部位时,为了严格控制桩顶标高,计算混凝土的
需要量,严格控制最后一次混凝土灌入量。
砼灌注工作开始后,必须连续不断地进行并且每斗砼灌注间隔时
间尽量缩短,拆除导管所耗时间严格控制,一般不超过15min,不能
中途停工;在灌注砼过程中,随时探测砼高度,及时拆除或提升导管,
注意保持适当的埋深,导管埋深一般保持在2~4m,最大埋深不大于
6m。
灌注砼注意的几个问题
Ⅰ~;在一切工作就绪,经
:.
量测孔底沉淀层超标时,采用射水(射风)管冲射3-5min。
Ⅱ。水下灌注砼的实际
~。
Ⅲ混凝土强度应满足设计要求,每根桩基应制作不少于2组混凝
土抗压强度试件,应按相关施工技术标准的有关规定检验混凝土强
度;每根基桩均须采用无损法或超声波检测混凝土浇筑质量,发现桩
的质量有异常现象或设计有要求时,应钻取混凝土芯样进行检查,对
。
Ⅳ严禁导管漏水或导管底口进水(即封不住底)而造成断桩事
故,保证施工质量。
Ⅴ当砼灌注完毕后,待桩上部砼开始初凝,解除对钢筋笼固定
措施,保证钢筋笼随着砼的收缩而收缩,避免粘结力的损失。
Ⅵ混凝土灌注至桩顶后,即将表面已离析混合物和水泥浮浆等
清除干净。
⑥清理桩头
等桩头砼强度达到设计值的25%时,立即拆除护筒并凿除桩头多
余砼至桩顶设计标高。凿除桩头砼采用人工手工凿除,不采用爆破或
其它影响桩身质量的方法进行。
二、结束语:
综上所述,为了不断提高建设工程钻孔灌注桩的质量,监理单位
应从以下几个方面进行严格控制并不断进行研究、改进和提高:
(l)对施工单位钻孔设备钻头的切削性能、泥浆的处理设备等与
施工效率和质量有关的机具、仪器等都应进行检查。
(2)不同的施工方法其效率和质量有很大差异,监理应从施工方
法着手进行预先控制。
:.
(3)认真研究质量检测设备的准确性和可靠性,如大小应变动测
的适用范围等。检测结果不准确易引起纠纷,处理不当会降低安全度,
留下工程隐患。
(4)提高和完善管理水平,应以工序控制和事前控制为主,建立
系统化的动态管理制度和方法。
(5)桩的施工过程中既要做到严格监理、关键工序进行旁站,又
要热情服务,把质量隐患消除在萌芽中。