桥梁钻孔灌注桩施工基本技术

来源：本站  发布日期：2022/6/28  点击次数：440

随着科学的不断发展钻孔灌注桩在高层、超高层和桥梁等构筑物中被广泛的应用，在施工过程中施工质量的好坏对桩的承载力影响很大，所以钻孔灌注桩在桥梁工程中是十分重要的一步施工步骤。它的施工工艺都有什么？它又容易碰到什么样的事故？

施工流程图：

一、场地准备

旱地：平整 、夯实场地

浅水：筑岛法

▲吹沙筑岛完成，钢便桥和吹沙筑岛便道顺利连接

▲吹沙筑岛施工结束，水上施工便道工作面全面铺开

深水：围堰法

▲双壁钢围堰

▲沉井筑岛

▲钢板桩围堰

二、桩位放样

桩位放样采用全站仪坐标法对钻孔桩桩位放样，埋好护筒          后在护筒四周标记。

▲测量放样中心点与设计允许偏差2CM

三、埋设护筒

1. 护筒的作用：

固定桩孔位置，保护孔口，防止地面水流入，增加孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头的方向。

2.护筒的制作要求：

①护筒通常采用钢筋混凝土和钢制两种，视具体情况而定。钢护筒厚4~8mm，钢筋混凝土护筒厚8~10cm 。护筒上部设1～2个溢浆孔，

②护筒的内径比钻孔桩设计直径稍大。用回转钻机钻孔的宜加大20～30厘米；用冲击钻和冲抓钻钻孔的宜加大30～40厘米。

3.护筒的埋设要求

①钻孔前，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒。

②埋设护筒可采用挖埋或锤击、振动、加压等方法，但注意避免引起孔口开裂，倾斜，埋设完毕及时用粘土沿四周对称分层填压夯实。

③埋置深度一般情况为2—4米，在粘性土中不宜小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m；其高度尚应

为防止护筒下沉特殊情况应加深；同时保证满足孔内泥浆面高度的要求，护筒顶面应高于(地）岛面0.2～0.5m。避免孔口四周浸泡，导致塌孔。

④护筒顶端高程应满足孔内水位设置高度的要求。

▲避免孔口四周浸泡，导致塌孔

四、泥浆制备

泥浆作用：

在孔壁形成泥皮稳定孔壁、悬浮钻渣、润滑钻具 、正循环         排渣。

组成及要求：

①水：水的PH值7～8之间，不含杂质

②粘土（或膨润土）：塑性指数大于25，粒径小于          0.005mm颗粒含量多于总量的50%，相对密度为1.1～1.5

③添加剂：

无机：纯碱等促使颗粒分散、防止凝聚下沉

有机：丹宁液、拷胶液等降低粘度

▲泥浆池

泥浆护壁成孔灌注桩：泥浆池

▲泥浆池

泥浆护壁成孔灌注桩：泥浆池

泥浆三大指标检测：

泥浆三件套（比重计、粘度计、含沙量测定仪）

泥浆比重：将泥浆杯装满泥浆，加盖并擦净溢出的泥浆。让后置于支架上，移动 游码，使杠杆呈水平状态，读出游码左侧所示刻度，即为泥浆的比重。

泥浆稠度：计测量时用手指堵住漏斗下面的出口，用量杯分别将500ml和200ml 泥浆通过滤网倒入漏斗，然后打开出口，让泥浆从漏斗管中流出，用秒表测定流出500ml泥浆所需时间（s），即为泥浆稠度。

五、钻架与钻机就位

钻架要求

①能够承受钻具和其他辅助设备的重量，具有一定的刚度，具有足够的高度。

②钻孔过程中，成孔中心必须对准桩位中心，钻架必须保持平稳，不发生位移、倾斜和沉陷。

③钻架安装就位时，应详细测量，底座应用枕木垫实、塞紧，顶端用缆风绳固定平稳，并在钻进过程中经常检查。

▲冲击钻钻架与钻机

钻机就位之前准备工作：

1.进场钻机要进行进场合格报验

2. 反循环钻头直径至少大于桩设计直径

3.冲击钻钻头直径可小于设计桩径2-3cm

钻机就位：

六、钻孔

钻机就位：

六、钻孔

十字钻头：

冲击钻孔的施工要点：

邻孔混凝土达2.5MPa后开钻；开孔小冲程；孔深为钻头高加冲程后正常冲击。

粘性土、风化层、砾砂石等中、低冲程：1～2m

砂卵石等中等冲程：2～3m

基岩、漂石和密实卵石层高冲程：3～5m

十字形钻头钻 1.5m以上孔径分2级

管形钻头0.7m以上孔分2～4级：分级、扩钻

② 全套管冲抓成孔：

特点：无噪音，无振动；不使用泥浆；挖掘时可以很直观地判别土壤及岩性特征，对于端承桩，便于现场确定桩长；挖掘速度快，挖掘深度大；成孔垂直度易于掌握；孔壁不会产生坍落现象，成孔质量高。成桩质量高；成孔直径标准，充盈系数很小；清孔彻底，速度快；自行式，便于现场移动。

正反循环成孔，现在是在护筒上拉十字线，是使钻机的钻头对准桩的中心线，等钻机对准后往护筒里放水，采用泥浆护壁进行钻孔

④反循环钻孔

反循环钻机的泥浆的循环方式则正好相反，泥浆由孔外流入孔内，由真空泵或其他方法（如空气吸泥机等）将钻渣通过钻杆中心从钻杆顶部吸出，或将吸浆泵随同钻锥一同钻进，从孔底将钻渣吸出孔外。

特点：反循环钻机排渣能力比较强,但工艺比较复杂,操作不当容易引起塌孔埋钻,而且反循环钻机价格比较高。

适用：同正循环。

▲泥浆比重

成孔验收后检孔器检测成孔制量：

检孔器直径：不小于桩的设计直径

长度：不小于4—6倍的检孔器直径

循环排渣：

八、钢筋笼的制作和安装

注意事项：

1、钢筋骨架一般每隔2～2.5米设置直径14～18毫米的加强箍筋一道；

2、钢筋骨架可分段制作；

3、要确保保护层厚度；

4、钢筋骨架运输无论采用何种方法，均不得使骨架变形。

5、钢筋骨架可采用钻机塔架、扒杆或起吊机吊起，对准护筒中心缓慢下放至设计标高。

6、下放钢筋骨架应防止碰撞孔壁

7、当最后灌注的混凝土开始初凝时，应立即割断钢筋骨架的吊环

钢筋笼搭接

钢筋笼搭接注意事项：

1.采用单面搭接焊时，焊缝长度要达到10d

2.采用帮条电弧焊时，焊缝长度要达到5d

3.焊缝要饱满，无气泡

▲灌注桩钢筋冷挤压连接

钢筋笼固定

允许偏差: 单位（mm）

1.顶面高程：±20

2.底面高程：±50

3.钢筋笼与桩心:20

▲钢筋笼安放就位

导管的检测与安装

注意事项：

1.导管在使用之前要做水密承压实验，合格后使用

2.导管长度控制在比孔深小0.3m—0.5m范围内

3.安装完导管以后，进行二次清孔

九、二次清孔

在成孔检验通过后，进行提钻，一直到钢筋的焊接安装完毕，约4小时左右，在这期间孔内泥浆不会有任何扰动情况，因此会发生沉淀现象，导致孔深要比钻孔深小，因此要进行二次清孔。二次清空采用真空循环系统，由泥浆泵提供动力将泥浆压入孔底孔口排出。

注意：在二次清孔结束后如有承压水出现，要泻压力水。

十、灌注水下混凝土

泥浆护壁成孔灌注混凝土的浇筑是在水中或泥浆中进行的，故称为浇筑水下混凝土。

水下混凝土宜比设计强度提高一个强度等级，必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定。

水下混凝土浇筑常用导管法。

浇筑时，先将导管内及漏斗灌满混凝土，其量保证导管下端一次埋入混凝土面以下0.8m以上，然后剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中。

▲导管法浇注桩身砼

水下混凝土灌注过程：

浇注水下混凝土不能将混凝土直接倾倒于水中。因为当混凝土直接与水接触穿过水层时，骨料和水泥很快将产生分离，骨料很快沉入水底，而水泥在较长时间内呼吁悬浮状态，当其下沉时，已凝结硬化。因此水下混凝土的浇注，必须在与周围环境水隔离的条件下进行。水下混凝土浇筑的方法很多。最常用的是导管法。

焊吊筋，防止浇筑砼时钢筋笼上浮

灌注要求：

导管宜分段制作，每节长2米左右，最下端一节宜为3～6米，采用法兰连接，导管应不漏水、不漏气。

在孔内水面以上20～30厘米处设置隔水栓，待混凝土灌下时，剪断隔水栓的连接绳。

为保证水下灌注混凝土的速度和质量要求，导管上应采用混凝土储料斗。

水下灌注混凝土应连续进行，严禁中途停顿。导管在混凝土中埋入深度一般为2～4米，在任何情况下不得小于1米或大于6米。

▲水下混凝土浇筑专用下料斗

导管提升过程中，应保持位置居中，轴线垂直，逐步提升。

混凝土实际灌注高度应比设计桩顶高出一定高度。高出的高度应根据桩长，地质条件和成孔工艺等因素合理确定，其最小高度不宜小于桩长的5%，且不小于2米。

在灌注接近结束时，由于导管混凝土柱高度减小，压力降低，而导管管外的泥浆稠度增加，如出现混凝土面上升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。

▲砼坍落度现场监测

▲水下混凝土首灌开始

▲截桩头

补充注意事项：浇筑前混凝土检验

1、查看孔深是否合格，此时涉及到一个沉淀厚度的概念，规范要求：

摩擦桩桩径≤1.5m；沉淀≤200mm；桩径＞1.5m；沉淀≤300mm；

支撑桩沉淀厚度出设计要求外≤50mm

2、塌落度要求

d＜1.5，塌落度要求180-220mm

d≥1.5，塌落度要求160-200 mm

同时要求具有良好的和易性，流动性。

3.混凝土石子粒径不宜过大，规范规定粗骨料最大粒径不大于导管直径和钢筋最小净距的1/4，同时不大于  37.5mm

▲桩头混凝土取样

浇筑注意事项

1.混凝土开仓时，做好开仓时间记录同时计算好首批混凝土入仓要求达到埋置导管1m以上。

2.浇筑过程中要控制拔管速度，控制导管在混凝土中的埋置深度在2-6m范围内，不能超拔亦不能少拔

3.浇筑到距钢筋底标高4米左右时，宜提高导管，减缓浇筑速度，直到混凝土面超过钢筋底面2m以上，再恢复正常的浇筑速度。为的是防止钢筋笼上浮。

十一、钻孔事故的预防及处理

1)坍孔：

各种钻孔方法都可能发生坍孔事故，坍孔的表征是孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，出渣量显著增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。

a.坍孔原因:

(a)泥浆比重不够及其他泥浆性能指标不符合要求，使孔壁未形成坚实泥皮:

( b)由于掏渣后未及时补允水或泥浆，或河水潮水上涨，或孔内出现承压水，或钻孔通过砂砾等强透水层，孔内水流失等而造成孔内水头高度不够;

(c)护筒埋置太浅，下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软，或钻机装置在护筒上，由于振动使孔口坍塌，扩展成较大坍孔

(d)在松软砂层中钻进，进尺太快:

(e)捉住钻锥钻进，回转速度过快，空转时间太长

(f)冲击(抓)锥或掏渣筒倾倒，撞击孔壁，或爆破处理孔内孤石、探头石、炸药量过大，造成过大振动;

(g)水头太大，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔

(h)清孔后泥浆比重、粘度等指标降低，’用空气吸泥机清孔，泥浆吸走后未及时补水，使孔内水位低于地下水位，清孔操作不当，供水管直接冲刷孔壁，清孔时间过久或清孔后停顿过久。

(i)吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。

b.坍孔的预防和处理:

(a)在松散粉砂土或流砂中钻进时，应控制进度速度，选用比重、钻度、胶体率较大的泥浆，或投人掺片(卵)石的猫土，低锤冲击，使钻土膏及片(卵)石挤入孔壁起护壁作用。

(b)汛期或涨潮，水位变化过大时，应采取升高护筒，增加水头，或用虹吸管、连通管等措施保证水头相对稳定。

(c)发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻。

(d)如发生孔内坍塌，先判明坍塌位置，回填砂和猫土(或砂砾和黄土)混合物到坍孔处以上1--2m，如坍孔严重时全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。

(e)严格控制冲程高度和炸药用量。

(f)清孔时应指定专人补水，保证钻孔内必要的水头高度。

2)钻孔偏斜：

a.偏斜原因:

(a)钻孔中遇有较大的弧石或探头石;

(b)在有倾斜度的软硬地层交界处，或者在粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均

(c)扩孔较大处，钻头摆动偏向一方;

(d)钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷:

(e)钻杆弯曲，接头不正

b.预防和处理

(a)安装钻机时要使转盘、底坐水平:起重滑轮缘、固定钻杆的卡口和护筒中心三者应在一条竖直线上，并经常检查校正.

(b)由于主动钻杆较长，转动时上部摆动过大，必须在钻架上增设导向架，控制钻杆上的提引水笼头，使其沿导向架向中钻进。

(c)钻杆、接头应逐个检查，及时调正。主动钻杆弯曲，要用千斤顶及时调直。

(d)在有倾斜的软、硬地层钻进时。应吊着钻杆控制进尺，低速钻进。或回填片、卵石冲平后再钻进。

查明钻孔偏斜的位置和偏斜情况后，一般可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时应回填砂钻土到偏斜处，待沉积密实后再继续钻进。

冲击钻进时，应回填砂砾石和黄土待沉积密实后再钻进.偏斜严重的可在开始偏斜处设置少量炸药爆破，然后用砂土和砂砾石回填到该位置以上lm左右重新冲钻。

3)掉钻、落物:

各种钻孔方法均可能发生掉钻、落物事故。

(a)卡钻时强提强扭，操作不当使钢丝绳或钻杆疲劳断裂;

(b)钻杆接头不良或滑丝;

(c)电动机接线错误，使不应反转的钻机反转，钻杆松脱;(d)冲击钻头合金套灌注质量差，钢丝绳拔出;

(e)转向环、转向套等焊接处断开;

(f)钢丝绳与钻头连接钢丝绳卡数量不足或松弛等，或钢丝绳过度陈旧，断丝太多;

(g)操作不慎落人扳手撬棍等物。

a.掉钻、落物原因:

b.预防和处理:预防措施:

(a)开钻前应清除孔内落物.零星铁件可用申磁铁吸取较大落物和钻具也可用冲抓锥打排。然后在护筒口加盖;

(b)经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和连接装置;

(c)为便于打捞落锥，可在冲锥上预先焊打捞环、打捞杠或在锥身上围捆几圈钢丝绳等。

处理方法:

掉钻后应及时摸清情况，若钻锥被沉淀物或坍孔土石埋住应首先清孔。使打捞工具能接触钻锥。打捞工具有以下几种:打捞叉，打捞钩，打捞活套，偏钩和钻锥平钩，打捞钳:

4)糊钻和埋钻:

糊钻(吸锥)和埋钻常出现于正反循环回转钻进和冲击锥钻进。在软塑猫土层回转钻进，因进尺快，钻渣量大，出浆口堵塞而造成糊钻。

预防处理办法：首先应对钻杆内径大小进行计算决定;还应控制进尺，选用刮板齿小、出浆口大的钻锥。若已严重糊钻，应将钻锥提出孔口，清除钻锥残渣。对冲击锥钻分进行预防措施是减少冲程，降低泥浆稠度，在钻土层上回填部分砂、砾石。

5)扩张和缩孔:

扩孔是孔壁坍塌浩成的结果.采用各种钻孔方法时均可能发生扩孔情况。

若因孔内局部发生坍塌而扩孔，钻孔仍能达到设计深度则不必处理，只是使混凝土灌注量大大增加。

若因扩孔后继续坍塌影响钻进，应按坍孔事故处理

缩孔原因有两种:

一种是钻锥焊补不及时，严重磨耗的钻锥，则往往会钻出较设计桩径稍小的孔。

另一种是由于地层中有软塑土(俗称橡皮土)，遇水膨胀后使孔径缩小。

为防止缩孔，前者应及时修补磨耗的钻头，后者要使用失水率小的优质泥浆护壁快转慢进，并复转二三次;

或使用卷扬机吊住钻锤上下、左右反复扫孔以扩大孔径，直到缩孔部位达到设计孔径为止。

6)钻孔漏浆：

在透水性强或有地下水流动的地层中，稀泥浆会向孔外漏失，护筒埋设太浅，回填土不密实或护筒接缝不严密，会在护筒刃脚或接缝处漏浆，也可能由于水头过高使孔壁渗浆。

为防止漏浆，可加稠泥浆或倒人粉土慢速转动，或回填土掺片石强护壁，在有护筒防护范围内，接缝处泥浆可由潜水工用棉絮堵塞，、卵石，反复冲击增封闭接缝。

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