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1、钻孔灌注桩的施工工艺丁正钢（建工06013 北京铁研建设监理有限责任公司）摘要： 根据旋挖机的特点，结合工程具体实例，论述了旋挖钻机法施工工艺流程、质量控制要点。实践证明只要采用合理的施工工艺与质量控制措施，旋挖机应用于建筑混凝土灌注桩基础施工是可行的，而且效果是良好的。关键词 灌注桩基础；施工工艺；质量控制前言 常规钻孔施工工艺，泥浆外运及泄漏是一个非常麻烦的事情，既不环保，又不经济。所以采用旋挖成孔灌注的施工方法，此法具有质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应性强，大大缩短了工期，废浆少、低噪音、污染小，保护了环境，克服了机械成孔时孔底沉淤土多，桩侧摩阻力低，泥浆管理差的缺点，极大地提高了施
2、工质量。结合桩基设计情况，试桩选用旋挖钻干作业成孔。为了及时推广、加快旋挖机在建筑工程中的的应用，积累施工经验，本文结合南京地铁一号线南延线TA20标采用旋挖钻机施工的经验，就旋挖钻机法施工的施工工艺、质量控制等问题作简要的论述。1 工程概况1.1地质水文特征1.1.1地形地貌及地层岩性拟建场地位于中国药科大学对面，原为农田，紧邻解溪河，其间有沟塘分布，地势低洼，地面标高在8.979.87m，场区中部一条南北走向河沟两侧填土较厚，本工程范围内穿越的重要土层自上而下依次为：1）人工填土层：主要包括淤泥-a、素填土-2b。2）全新世沉积土层：粘土-1a、粉质粘土与粉土边层-2b c、粉砂夹粉土-2
3、d、粉质粘土-3b。3)一般粘性土和混合土：粘土1a、粉质粘土夹粉土-2b。1.1.2持力层岩层特征本工程桩基持力层为K2C-2a(风化粉砂岩)，此岩层岩色为砖红色，岩态呈长柱状，较完整，裂隙稍发育，局部裂隙发育岩芯较破碎，局段间夹泥岩，采芯率8892。岩芯锤击易碎，遇水易软化，施工至设计标高时应及时清孔封底灌注，施工时应注意-4e层混卵砾石，应及时清除沉渣。1.1.3水文地质特征土层中孔隙水初见水位标高在8.289.05m,稳定地下水位埋深标高在8.429.35m，地下水对混凝土无腐蚀作用，对钢结构有弱腐蚀，土对混凝土无腐蚀，对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀，对钢结构有强腐蚀。1.2桩基设计概况本
4、工程除部分附属工程外全部采用钻孔灌注桩，桩基总体可以分成两个区，即综合体和咽喉区，其中咽喉区含了办公食堂楼、混合变电所及1#、2#坡道。其桩径为600mm、800mm、1000mm，桩长约为18m、20m、22m、25m；其中综合体灌注桩数量为1180根，咽喉区灌注桩数量为873根；工程总桩基数量为2053根。桩端设计持力层中风化泥质粉砂岩，入持力层310m，混凝土全部为C30，钢筋保护层70mm，桩主钢筋全部为18，箍筋为10，其中综合体桩顶标高为-3.6-2.4m（相对标高），咽喉区桩顶标高多为6.918m和7.9m（吴淞高程），1#、2#坡道桩顶标高7.3、7.4m（吴淞高程），单桩竖向
5、极限承载力400012000KN。桩基施工前先进行试桩，试桩完成后全面进行桩基的施工。2 主要施工方法21旋挖机灌注桩施工工艺流程根据现场实际地质情况采用旋挖钻机成孔，并进行干孔作业，汽车吊配合钻机安装钢筋笼，混凝土由拌合站集中供应，搅拌输送车运输灌注混凝土的施工方法。旋挖钻机的杆长和扭矩根据桩长和孔径具体确定，保证满足钻孔能力。施工工艺流程见图2.1。场地平整轴线放样桩位放样埋设护筒钻机就位钻机取土成孔检查安放钢筋笼安放导管混凝土浇筑测量桩顶混凝土高度导管拆除回填桩孔破桩头、桩基检测检查孔深、直径制作拼装检测导管检测导管制作混凝土试块制作钢筋笼设置隔水栓自然养护图2.1施工工艺流程2.2成孔
6、2.2.1桩位复核（1）复核放样坐标的准确性。（2）具体桩位放样时应注意桩与桩之间的轴线相对位置，放样完成后应对此轴线相对位置进行复核，确保放样准确并做好标识工作，若有需要则进行复测。（3）护筒埋设之前，现场的技术人员应再次进行桩位的复核，确保成孔桩位的准确性。2.2.2埋设护筒(1)护筒用48mm的钢板制作，其内径大于钻头直径200mm。为增加刚度防止变形，在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。(2)护筒的底部埋置在地下不小于1.5m，护筒顶高出地面0.5m。(3)桩基护筒埋设采用挖埋法，埋设准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不大于50mm，垂直度偏差不大于0.5%，保证钻机沿着桩位垂
7、直方向顺利工作。2.2.3安装钻机钻机就位前，对护筒进行检查是否满足2.2.2条的要求；开挖后的虚土层，可以利用钻机的自身重量碾压密实即可。就位完毕后，对钻机就位检查。首先将钻头中心与桩位中心重合，随即锁定钻杆走行臂位置，开始钻进。2.2.4钻孔施工（1）钻孔前，按施工设计所提供的地质、水文资料绘制地质剖面图，挂在钻台上。针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度。（2）钻孔作业分班连续进行，填写钻孔施工记录，交接班时交待钻进情况及下一班应注意事项。经常对钻机对位进行检测，不符合要求时，及时改正。经常注意地层变化，在地层变化处捞取样渣保存。（3）钻孔过程中观察主机所在地面和支脚支承地面处
8、的变化情况，发现沉降现象及时停机处理。因故停机时间较长时，将套管口保险钩挂牢。（4）钻进过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度，技术人员详尽而准确地记录每次的钻渣地质情况。若出现钻杆跳动、机架摇晃、不进尺等异常情况时，立即停钻检查。当进尺深度达到设计标高时，在原处正向空转数圈，以清除螺杆上的积土，然后停止旋转，提升钻杆，把钻杆上带有的最后一斗渣土慢慢提离孔位，以防斗齿刮坏孔壁。钻杆提升超过地表后，用铁板将桩孔覆盖，反向空转甩掉螺旋钻杆上的积土。（5）同一承台桩基施工过程中，钻孔采取跳挖施工，相邻基桩不连续作业。2.2.5成孔与成孔检查（1）成孔钻进时，合理选用钻头，
9、土层部分采用三翼合金钻头钻进。开孔宜用慢档位钻进，穿过填土层后，应对桩机的水平度和垂直度进行一次校测。（2）在填土层此类地层较易产生塌孔现象。为防止塌孔，应适当减慢转速，减少进尺，加大泥浆比重，泥浆比重不得小于1.20。 （3） 在钻进至软流塑的淤质土及粉土、粉砂地层时，易产生钻孔缩径现象；为防止缩径，应用粘土粉制备优质泥浆或适当加大钻头。开孔时应加大泥浆比重，泥浆比重不得小于1.25。（4）成孔过程中要认真做好班报表记录，准确丈量钻杆、钻头长度，当钻进到设计深度后，自检符合要求，确认符合设计要求后，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，确认满足设计要求后，立即填写终孔检查记录。（5）孔径和孔形
10、检测孔径检测是在桩孔成孔后，下入钢筋笼前进行的，根据桩径制作笼式井径器入孔检测，笼式井径器用8和12的钢筋制作，其外径等于钢筋笼直径加100mm，但不得大于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的34倍。其长度与孔径的比值选择，根据钻机的性能及土层的具体情况而定。检测时，将井径器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径大于给定的笼径，符合设计要求。(6)孔深和孔底沉渣检测孔深和孔底沉渣采用标准锤检测。测锤采用锥形锤，锤底直径13cm15cm，高2022cm，质量4kg6kg。测绳经检校过的钢尺进行校核。孔底沉渣厚度不大于50mm。(7)成孔竖直度检测采用钻杆测斜法对成孔竖直度
11、进行检测。垂直度偏差不大于0.5%。(8)孔位检查利用测量仪器检查孔位中心偏差。孔位中心偏差不得大于10cm。(9)持力层检查a、在钻机钻进过程中遇到砖红色，岩态呈长柱状、柱状，较完整，裂隙稍发育，局部裂隙发育岩芯较破碎，局段间夹泥岩的岩层时即表示钻机已接触入岩界面。b、在钻机入岩后，钻机的入岩深度可通过钻机的钻进深度仪表来获悉（先记录钻机接触入岩界面时的钻进深度，再记录终孔时的钻进深度，二者深度之差即为嵌岩深度）。2.2.6清孔钻进至设计孔深后，将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需对孔底虚土进行清理。用沉渣处理钻斗（带挡板的钻斗）来排出沉渣，且复测孔底沉碴厚度小于5
12、0mm，清孔完成，立即进行下钢筋笼。2.2.7桩长及嵌岩深度通过成孔深度及持力层的检查，确保桩长及嵌岩深度达到设计要求，现场的技术人员应熟悉的掌握每根桩入岩界面的位置，孔顶、孔底的标高，达到既控制桩长又能控制桩嵌岩深度的“双控”效果。2.3钢筋工程2.3.1钢筋笼的制作钢筋笼的制作采用胎具成型法：用槽钢和钢板焊成组合胎具，每组胎具由上横梁、立梁和底梁三部分构成。上横梁和立梁分别通过插轴、角钢与底梁连接，并与焊在底梁上的钢板组合成同直径、同主筋根数、有凹槽的胎模。每个胎模的间距为设计加劲箍筋的距离，即按每节钢筋骨架的加劲箍筋数量设立胎具。将加劲箍筋就位于每道胎具的同侧，按胎模的凹槽摆焊主筋和箍筋
13、，全部焊完后，拆下上横梁、立梁，滚出钢筋骨架，然后吊起骨架搁于支架上，套入盘筋，按设计位置布置好螺旋筋并绑扎于主筋上，点焊牢固。钢筋的接长连接采用滚压直螺纹,接头50%错开,错开距离35d。钢筋笼长度小于18米的制作成一个整体，钢筋笼长度大于18米的分成两节制作，在安装时采用焊接接驳。焊接接头的位置相互错开35d（18630mm）。钢筋笼的制作允许偏差值见表1。表1 钢筋笼的制作允许偏差（JGJ 94-2008）项目主筋间距箍筋间距钢筋笼直径钢筋笼长度允许偏差（mm）1020101002.3.2钢筋笼的存放和运输钢筋骨架临时存放的场地必须保证平整、干燥。存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高
14、的木方，以免受潮或沾上泥土。每组骨架的各节段要排好次序，挂上标志牌，便于使用时按顺序装车运出。钢筋骨架在转运至桩位的过程中必须保证骨架不变形。采用汽车运输时要保证在每个加劲筋处设支承点，各支承点高度相等；采用人工抬运时，多设抬棍，并且保证抬棍在加劲筋处尽量靠近骨架中心穿入，各抬棍受力尽量均匀。2.3.3钢筋保护层的控制钢筋保护层的控制选用预制混凝土垫块。预制垫块标号同桩基混凝土，混凝土预制垫块为半径6cm空心圆。当制作钢筋笼时采用10钢筋焊接固定在主筋上。沿钻孔竖向每隔2米设置一道，每道沿圆周对称的设置4块。此种方法作为主要方法使用。2.3.4钢筋笼的现场吊装在安装钢筋笼时，采用两点起吊。第一
15、吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分点之间。钢筋笼直径大于1000mm，长度大于6m时，采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不致变形。吊放钢筋笼入孔时对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后徐徐下放，不左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍停止下放，查明原因进行处理。严禁高提猛落和强制下放。第一节骨架放到最后一节加劲筋位置时，穿进工字钢，将钢筋骨架临时支撑在孔口工字钢上，再起吊第二节骨架与第一节骨架连接，连接采用单面焊接（或机械连接）。焊接时上、下主筋位置对正，保持钢筋笼上下轴线一致。接头位置必须按50接头数量错开至少35d（同时大于500mm）连接。接头焊好后，骨
16、架吊高，抽出支撑工字钢后，下放骨架。如此循环，使骨架下至设计标高。骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，为防止钢筋笼掉笼或在灌注过程中浮笼，在钢筋笼顶部焊接四根钢筋，在孔口处以两根实心钢棒横插悬挂定位。钢筋笼中心与桩的设计中心位置对正，钢筋笼定位后，尽快浇筑混凝土，防止塌孔。2.4混凝土工程2.4.1混凝土施工的现场准备1）因K2c-2a层粉砂岩浸水极易软化，清孔后及时灌注混凝土，二次清孔结束，应在半小时内及时灌注砼，充盈系数不得小于1.0，也不宜大于1.3。2）灌注砼时，应测定商品砼的坍落度，要求坍落度为1822cm，混凝土要有良好的和易性，初凝时间控制在2小时以内。3）
17、混凝土首灌时用隔水栓，导管底部距孔底的距离为50cm左右。4）为保证砼的质量，要求首灌时导管底端能一次埋入混凝土中1米以上，所以必须确保首灌量。5）水下灌注作业应连续紧凑，中途不得中断，要保证导管在混凝土中埋深在26米，灌注过程中设专人、专职经常测试导管埋入深度，并做好记录。严禁导管拔出混凝土面，以免出现断桩事故。6）为确保桩顶质量，砼灌注高度在桩顶设计标高以上，需增加一倍桩径的超灌量。7）最后阶段，由于导管内砼高度减少，导管外泥浆重量增加，超压力降低，最后拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的浓泥浆挤入形成“泥心”。2.4.2浇筑混凝土（1）采用直升导管法进行混凝土的灌注。导管用直径300mm的钢管
18、，壁厚3mm，每节长2.02.7m，配12节长0.51.5m短管，由管端粗丝扣、法兰螺栓连接，接头处用橡胶圈密封防水。导管使用前，进行接长密闭试验。下导管时防止碰撞钢筋笼，导管支撑架用型钢制作，支撑架支垫在钻孔平台上，用于支撑悬吊导管。混凝土灌注期间时用钻架吊放拆卸导管。（2）混凝土施工采用罐车运输混凝土、输送泵泵送至导管顶部的漏斗中。混凝土进入漏斗时的坍落度控制在1822cm之间，并有很好的的和易性。混凝土初凝时间保证灌注工作结束以前不得初凝，本工程混凝土配合比的初凝时间不少于8小时。(3)灌注时先灌入的首批混凝土，其数量必须经过计算，使其有一定的冲击能量,保证把导管下口埋入混凝土的深度不少
19、于1m。(4)使用拔球法灌注第一批混凝土。灌注开始后，紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在整个灌注过程中，导管埋入混凝土的深度不得少于1.0m，一般控制在26m。(5)灌注混凝土时，随时探测钢护筒顶面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制导管埋入深度和桩顶标高。 (6)在混凝土灌注过程中，要防止混凝土拌和物从漏斗溢出或从漏斗处掉入孔底。同时设专人观察导管内混凝土下降，及时测量复核孔内混凝土面高度及导管埋入混凝土的深度，做好详细的混凝土施工灌注记录，正确指挥导管的提升和拆除。探测时必须仔细，同时以灌入的混凝土数量校对，防止错误。(7)施工中导管提升时保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰盘
20、卡住钢筋管架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔中心。当导管提升到法兰接头露出孔口以上一定高度，可拆除1节或2节导管（视每节导管长度和工作平台距孔口高度而定）。拆除导管动作要快，拆装一次时间一般不超过15分钟。要防止螺栓、橡胶垫和工具掉入孔中，要注意安全。已拆下的导管要立即清洗干净，堆放整齐。2.4.3灌注过程中遇到的问题(1)导管堵塞导管堵塞的原因分析导管堵塞多发生在开始灌混凝土，或发生在灌注过程中，其主要原因有：导管变形或管壁有硬水泥块，影响隔水塞的顺利通过；混凝土质量差；导管漏水；埋入混凝土面以下的导管过长。导管堵塞的防治在组装导管时严格检查，检查导管内有无局部向内凸，导管连接处是
21、否密封，搅拌混凝土时严格控制骨料规格、坍落度和搅拌时间，尽量避免混凝土在导管内停留时间过长，灌注时避免导管内形成高压气囊而破坏导管的密封圈，导致导管漏水。在允许的导管埋入深度范围内，略为提升导管，或采用提升后骤然下插导管的动作来抖动导管（抖动后的导管下口的位置不低于原来的位置，且保证导管的最小埋深值）的办法。如果仍不能消除，则停止灌注，用长杆加以疏通。 (2)埋管埋管原因分析埋管常发生在灌注过程中，导管允许埋入混凝土面下的最大深度与混凝土拌和物流动性保持时间、混凝土的初凝时间、混凝土面在钻孔内的上升速度、导管直径等因素有关，当导管埋入混凝土面下的深度过大时，上面混凝土已初凝，使得导管内混凝土无
22、法顺利流动。防治办法时刻注意导管埋深的控制。即准确测量混凝土面的深度位置，和勤拆导管，混凝土面每上升4.05.0m就拆除相数量的导管。(3)钢筋笼上浮钢筋笼上浮是常见的事故。其原因有：a.钢筋笼在孔口固定不牢固或提升导管用力过猛，将钢筋笼钩挂；b.混凝土面到达钢筋笼底面时，导管埋深过浅，灌注量过大或混凝土面超过钢筋笼底一定高度时，导管埋深过大；c.混凝土质量差。对于易离析、坍落度损失大的混凝土，都易使钢筋笼上浮。解决的办法是操作要正确，现场监控及信息反馈及时，处理措施迅速、得当，同时要确保混凝土质量和加快混凝土灌注。孔桩灌注完毕后，即解除钢筋笼的固定措施，以便使钢筋笼随同混凝土收缩，避免粘结力
23、的损失该建筑灌注桩基工程完工后，按规定进行了检测，检测结果表明全部桩体符合设计要求。这就表明只要采用合理的施工工艺与质量控制措施，旋挖钻机应用于建筑灌注桩基础施工是可行的，而且效果良好。工程实践表明采用旋挖钻机施工建筑钻孔灌注桩基础具有移动方便，、定位准确，机动性强、适应范围广、自动化程度高、易于质量控制、施工振动小、噪声低、进度快、效率高、造价低、施工现场环保等优点，完全可以在建筑工程中推广使用。参考文献1 钱尧青: 钻孔灌注桩基事故处理与建议 ，建筑时报，2007 年。2 寿新建: 大直径灌注桩施工质量控制 ，建筑时报，2007 年。3 杨秋根、郁光岩、陈齐斌: 浅议灌注桩经济性及施工要点
24、 ，宁夏科技，1999 年02 期，33-34。4 陈志亮: 大直径灌注桩基础施工质量缺陷及控制 ，甘肃科技，2005年04 期， 138-140。5 杨广: 钻扩灌注桩在基础工程中的应用 ，黑龙江科技信息，2003年03 期，133。6 桩基工程手册，北京， 中国 建筑 工业 出版社，1995。建筑桩基技术规范JGJ 94-2008建筑基桩检测技术规范JGJ 106-2003建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB50202-2002建筑地基基础工程施工技术标准 ZJQ08-SGJB202-2005 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB 50204-2002建筑工程施工质量验收统一标准GB 50300-2001建筑机械使用安全技术规程 JGJ 33-2001施工现场临时用电安全技术规范 JGJ46-2005钢筋焊接及验收规程JGJ 18-2003南京地铁一号线南延20标桩基施工图纸以及设计交底文件业主管理文件和合同文件
