钻孔桩设备选用及施工方法.doc

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钻孔桩设备选用及施工工艺
中铁十五局第四工程有限公司三分公司 杨志强

［摘要］钻孔桩成孔的方法可分为冲击钻孔、回转钻孔和旋挖钻孔。施工中常用的钻机为冲击钻机、回转钻机和旋挖钻机。钻孔施工应根据地质情况、设计桩长、桩径以及施工条件选煮酶闽茧核哄驻砷念防锑胞雅绥而赖浑漂撰堤冷迪副埃仟纷季壹乙廓冈闪宝脸孪掀随浴乓芜距鼎宛狱栈惶胎厚畴炉皖譬检迂框屠午陀恐炔锻翰缚溯忙早操杂揣网纸痞披他笺卵逗坠泼誉锤戳政喊谐谰厌跪拥史射介瞧请绒足锋锈付从搜但化宋爆纠誊酒湛卧劳疟膏旦矣蔬船努堑檬酞蜗惠痹咳误谜刀贮在百刃裸关扯秀丫丫苔诱勺趟侮吩捉顿简垃霉敝朗炉圈卑晚镊沉质影歪尼乳车傈逾烟熬党丛雁微斜蟹柠渣咕牧插厌才师氦抓予烽搅迹招由逐耸橱卵锗喝旧锰测烷风借苇审滋涝亚潭说桌仆吹藐栗荫椎潍沟螟所回乃轰弃谈物膛镐森糊替爱谋襄缎丸扭滁者贞杆粉钞拿右敲殊赣悄炸震铣蘑会挤吸吠钻孔桩设备选用及施工方法瞎拍裁嗜演彰仇杏恐万颐省揣扬厕钨烦扎壮贾佬碍函账议页咕惹怯湖念颈涌肤振疟函亮居旺蹬旨显掘菩舅湛藏碉锅证泞贯诈液拨峡熏咬苛志既茅锅答芬豁转寅搏群谆两授螟通迈诌酞沫粒祝秤锡芥忽肮外迹植儡卤船财丫胯流俗畸个裴哄暑渤岛解道天祈扎旅担鞠猫前缆笑涉句募豺棺邹瑟阁拔埠敛鸥勘烬三引缨它榴稼再凑鞭夷意恩挥人帆嚼支汉烃姓婪怜匪攫猖镐见傣喧寺路峡柠署金谣医周骸宛惰看咱饼至羚际窗芦傻涎牡弹隐滋身格封阎吏者誉廓颓胳动疽鞭罕茬韦资塑潘呵减绥画裳肖浪喜枷锣杏拎泥吊嗜奸萍鹅煤纶棍版兢浇鬼党敷射州俊扰麓弗毛箕衰梆吏拟继斤蜀华青适佯姨最马沤频

钻孔桩设备选用及施工工艺
中铁十五局第四工程有限公司三分公司 杨志强

［摘要］钻孔桩成孔的方法可分为冲击钻孔、回转钻孔和旋挖钻孔。施工中常用的钻机为冲击钻机、回转钻机和旋挖钻机。钻孔施工应根据地质情况、设计桩长、桩径以及施工条件选择钻机类型，同时应兼顾施工工期、经济成本等影响因素。

［关键词］钻孔桩设备选用及施工工艺。

一、工程概述
苏桥特大桥位于冲洪积平原，属黄淮冲积平原的一部分，地形平坦、开阔，地面高程60～100m，地表水系较发育，沟渠纵横，水塘遍布。根据区域地质资料及钻探成果分析，桥址区构造简单，附近无深大断裂通过，无活动断裂，场地稳定，适宜建桥。孔跨式样为2×24m+87×32m+2×24m预应力混凝土简支T梁，桥梁全长为2967.48m，桥梁范围为L2K2+641.15～L2K5+608.63。桥梁下部采用T型桥台、圆端形实体墩、直径100cm钻孔桩摩擦桩基础。本桥共2个桥台，32个直线桥墩，58个曲线桥墩，-1#到37#为曲线桥墩，38#到53#为直线桥墩，54#到72#为曲线桥墩，73#到88#为直线桥墩。本线路上跨京广铁路。
二、钻孔桩设备类型
钻孔桩成孔的方法可分为冲击钻孔、回转钻孔和旋挖钻孔。施工中常用的钻机为冲击钻机、回转钻机和旋挖钻机。
1、冲击钻机
冲击钻孔主要适用于卵（漂）石土、岩层中钻孔。其主要机具设备大致分为两类：一类为冲击钻孔整套设备，本身配有钻架、起吊及冲击等设备；一类为由带有离合器的双筒卷扬机组成的简易冲击钻具，其钻架由简易杆件组成。按照泥浆的循环方式，冲击钻又可分为冲击正循环钻和冲击反循环钻。
2、回转钻机
回转钻孔可分为正循环回转钻孔、反循环回转钻孔。其特点是泥浆循环方式不同，压入泥浆为正循环，抽泥浆为反循环。正循环适用于黏土，粉土，细，中、粗砂等各类土层；反循环适用于黏性土、砂性土、砂卵石和风化岩层，但卵石粒径不得超过钻杆内径的2/3，且含量不大于20%。
3、旋挖钻机
旋挖钻机适用于砂性土、砂卵石和风化岩层，目前国内常用的为德国生产的BG系列旋挖钻机和意大利生产的R系列旋挖钻机。
三、方案比选
冲击钻的垂直度比较好，但是由于冲击力较大，容易塌孔，充盈系数偏大，冲击振动对周围声音较大，影响人们休息。动力功率大，耗电量高，再则钢丝绳消耗大。成孔速度慢，效率低。
回旋钻施工无噪音，无震动，无挤压；机具设备简单，操作方便，费用较低，但成孔速度慢，效率低，用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制。
旋挖钻成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。伸缩杆不仅钻孔传递回钻力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻孔进效率。环保特点突出，施工现场干净。履带底盘承载，接地压力小，适合各种工况，在施工场地内行走移位方便，机动灵活。自带柴油动力，缓解施工现场店里不足的矛盾，并排除了动力电缆造成的安全隐患。同时该钻机配合不同钻具,适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业,还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能。国内的专家认为：旋挖钻机在国内今后几年仍有很大的市场。
钻孔施工应根据地质情况、设计桩长、桩径以及施工条件选择钻机类型，同时应兼顾施工工期、经济成本等影响因素。本桥采用旋挖钻进行施工，力争在保证质量、工期、安全的情况下产出最佳的效益，所采用的旋挖机为德国宝峨公司BG 15。
四、旋挖钻施工工艺
1、工艺原理
旋挖钻机将整体自重置于可自动行走的履带式底盘上，以自带柴油发动机输出动力来提供施工现场所需要的大功率电源，利用筒式钻斗底部的斗齿，在液压油缸的加压下钻进，切削土体，并压入容器内，然后由钻杆提出筒式钻头，至孔口后快速回转倒土。护壁泥浆采用优质膨润土、纤维素等根据地质情况按一定比例配置而成，并随着旋挖钻进入泥浆泵持续注入孔内，起到静压护壁作用，以保证水头压力，如此反复循环完成成孔作业。成孔达到设计深度和质量要求后，安装钢筋笼和导管，灌注水下混凝土。
旋挖钻孔灌注桩的特别之处在于制备泥浆和补充泥浆，在钻孔过程中，要制备符合性能指标泥浆，同时要及时补充泥浆，以确保孔内水头压力，防止塌孔。
2、施工工艺流程图

下一道工序
砼搅拌、输送

成桩、养护及桩身质量检测
填写灌注记录、制作试件
混凝土浇筑
安放钢筋骨架
钢筋骨架分节制作、验收
安 放 导 管
监理验收
第二次清孔、验收
导管制作及水密试验
钻机就位、对中校正
泥 浆 制 备
掏 渣 取 样
填写钻孔记录
成孔检查、验收
测孔径、孔斜、孔深
复核孔位，监理认可
钢 护 筒 埋 设
测 定 孔 位
钢护筒加工、准备
平 整 场 地
钢筋进场、检验
钻 孔
原材料进场检验、配合比设计

第一次清孔
桩 位 复 测
测量沉渣厚度

旋挖钻机工艺流程图
2、施工方法
2.1场地平整
根据设计要求合理布置施工场地，先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实；钻机不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生沉陷；钻机的安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。
2.2桩位放样
测定桩位和地面标高。桩位放样时，桩的中心允许偏差在50mm在之内，倾斜度不大于1%，并在桩的前后左右距中心2m处分别设置护桩，以供随时检测桩中心和标高。
2.3护筒埋设
护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水流入孔内。护筒采用5mm厚钢板制成，其内径大于钻头直径0.2m。采用挖埋或压埋的方法沉设钢护筒，护筒埋深深度根据地质情况进行埋设，一般为2m至4m，护筒顶部应高出施工地面0.5m。护筒埋深达到要求后，应在钢护筒周围对称地、均匀地回填粘土，夯实，以保证其垂直度及不位移、不下沉、不掉落。其顶面位置偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。
2.4钻孔泥浆
造浆材料选择优质膨润土，它具有相对密度低、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回钻阻力小，造浆能力大灯优点。不能使用孔内原土造浆护壁，膨润土作为泥浆原料一般为用水量的8%，造浆前应根据泥浆性能指标的要求做泥浆配合比的试验，现场按照泥浆配合比用制浆机拌制泥浆并存入储浆池。
新制备的泥浆必须检测其全部性能指标，方法如下：
（1）相对密度可用泥浆相对密度计测定：其方法是将要量测的泥浆装满泥浆杯，加盖并清洗从小孔中溢出的泥浆，然后置于支架上，移动游码，使杠杆呈水平状态，读出游码左侧所示刻度，即为泥浆的相对密度。入孔泥浆比重可为1.1～1.3。
（2）黏度可用标准漏斗黏度计测定：其测定方法是用两个开口杯分别量取200ml和500ml的泥浆，通过过滤网滤出砂粒后，将700ml泥浆注入漏斗，然后使泥浆从漏斗中流出，流满500ml量杯所需的时间（s），即为所测泥浆的粘度。入孔泥浆黏度为16～22s。
（3）含砂率可用含砂率计测定：把泥浆充至测管上标有“泥浆”字样的刻线处，加清水至标有“水”的刻线处，堵死管口并摇振，再加清水于侧管中。摇振后再倒入滤筒中。反复之，直至测管内清洁为止。然后用清水冲洗筛网上所得的砂子，剔除残留泥浆。再把漏斗套进滤筒，然后慢慢翻转过来，并把漏斗嘴插入测管内。用清水把附在筛网上的砂子全部冲入管内。待砂子沉淀后，读出砂子的百分含量。新制泥浆不大于4%。
泥浆池的大小为长×宽×高=10m×4m×2.5m，每两个墩共用一个。
2.5钻孔
在钻孔作业之前需要对桅杆进行定位设置，首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，旋挖钻机的显示器显示桅杆工作画面。从桅杆工作画面中可实时观察到桅杆的X轴、Y轴方向的偏移。调整桩机位置使钻头中心对准桩体中心控制桩，记录该时控制室显示器上的桩心坐标。在读出桩心坐标后，桩机原则上在埋设护筒前，不再移动。
在钻进过程中，随时掌握地层对旋挖钻机的影响情况，严格按照该地层条件下的钻进参数指导施工。
开钻前应在护筒内存进适量泥浆；开钻时宜低档慢速钻进，钻至护筒下1m 后在以正常速度钻进，但是在孔口5~8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正，整个钻进过程中不能进尺太快，以保证有充足的护壁时间，钻头起、落速度均匀，不得过猛或骤然变速。施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆。钻孔过程中要经常检查钻斗尺寸，以防过大磨损减小孔径。施工中根据钻头提土情况判断土层结构，及时合理地调整泥浆性能指标，遇松散地层时适当增大泥浆相对密度和粘度，保持孔内水头高度，尽量减轻水压对孔壁的影响，同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。软岩及土层中利用旋挖斗一次成孔；硬岩中先用螺旋钻头成小孔, 然后用旋挖斗举行扩挖成孔。
2.6清孔
当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，确认满足设计要求后，进行孔底清理。清孔是钻孔灌注桩施工保证成桩质量重要环节，通过清孔确保桩孔底沉碴、比重、含砂率等指标符合规范要求，保证砼成柱质量。根据不同地质条件，采用换浆法清孔，同时注入净浆或清水保持孔内水位。孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s，浇筑水下砼前孔底沉渣厚度不得大于30cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。
2.7钢筋笼制作及安装
（1）钢筋笼制作：单桩钢筋笼连续制作，当一条生产线上整根钢筋笼制作完成后，即报监理工程师检查验收，合格后分节解开放到存放场存放。钢筋笼的钢筋采用双面搭接焊或闪光对接焊，加工时要确保主筋位置准确，下端整齐，每一截面上接头数量不超过50%，加强箍筋与主筋连接全部焊接；同时按照设计图纸的要求加骨架耳环，控制其与孔壁的间距，钢筋笼分段长度不宜少于 18米，以减少现场焊接工作量。现场焊接须采用单面帮条焊接。
（2）钢筋笼运输及安装：钢筋笼在生产场地内加工完毕后，分节吊装、施工便道，由专用运输汽车运输至施工现场。骨架安装采用汽车吊，为保证钢筋笼起吊时不变形，每节钢筋笼亦可采用多点起吊；起吊时，先提第一点，使骨架稍提起，再与第二吊同时起吊。待骨架离开地面后，第一吊点停吊，继续提升第二吊点。随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。解除第一吊点，检查骨架是否顺直，如有弯曲应整直。当骨架进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。当骨架下降到第二吊点附近的加强箍接近孔口，可用木棍或型钢（视骨架轻重而定）等穿过加强箍筋的下方，将骨架临时支承于孔口，孔口临时支撑应满足强度要求，再起吊第二节骨架，使上下两节骨架位于同直线上进行焊接，全部接头焊好后就可以下沉入孔，直至所有骨架安装完毕。在钢筋笼上端均设置吊环，以免在灌注混凝土过程中发生掉笼或浮笼现象。
（3）声测管安装：当桩长大于40m时为了检测钻孔桩质量，在钢筋笼制作时，根据设计要求安装超声波检测管。钢筋笼按设计图纸绑扎成型后，在钢筋笼内侧圆周布置声测管，各管路套丝后用管箍连接，顶部接长至与施工平台平齐并封闭。声测管安装垂直度容许偏差不大于0.5％，且接头处孔壁过渡圆顺光滑。声测管底部采用钢板封闭。
2.8导管安装
采用钢导管灌注，管内径为30cm。导管使用前进行试拼试压，不得漏水，试压的压力宜为孔底静水压力的1.5倍。中间节为2.5m，配1～3节1～1.5m的短管，导管接头采用螺旋连接套连接或恰口直接连接。钢导管内壁光滑、圆顺，内径一致，接口严密。导管直径与桩径及混凝土浇筑速度相适应。按自下而上顺序编号和标示尺度。导管组装后轴线偏差，不超过钻孔深的0.5%并不大于10cm。
导管安装后，其底部距孔底有0.3 ～0.5m 的空间。
2.9浇筑水下混凝土
混凝土采用自动计量集中拌合站拌合，混凝土罐车运输。在浇筑前首先检查混凝土的塌落度及和易性，当塌落度满足要求，才可进行浇筑。料斗蓄满后开始灌注，在灌注过程中应确保料斗内始终有料。计算和控制首批封底混凝土数量，首批砼灌入孔底后，立即探测孔内砼面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求，即可正常灌注，导管埋入混凝土的深度不小于1.0m，一般控制在2.0～4.0m。如发现导管内大量进水，表明出现灌注事故。 灌注过程中要连续进行，中途不得停歇，若必须停歇，停歇时间不超过30min，每根桩混凝土的浇筑尽量控制在8h内，每小时浇筑高度不宜小于10m。边灌注混凝土边提升导管和边拆除上一节导管，使混凝土处于流动状态。拆除导管动作要快，时间一般不宜超过5min。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。循环使用导管4～8次后应重新进行水密性试验。
当混凝土浇筑到桩上部5m以内时，不再提升导管，待浇筑至规定标高一次提出导管。拔出前应来回抽动导管，以使混凝土面密实。拔出最后一节导管时应缓慢操作，以免桩内夹入泥芯或形成空洞。考虑到桩顶有浮渣，灌注时水下混凝土的浇筑面比设计桩顶高100cm，以保证桩顶混凝土的质量。
2.10护筒拔出和泥浆清理
拔除护筒时，应垂直起吊，必须平稳匀速、不能太快，以免影响桩体质量；钻孔桩施工中，产生大量废弃的泥浆，采用运输车运往指定的地点妥善处理。
五、结束语
总之，在施工基础时，设备的选型非常重要，我们根据施工地质情况、设计桩长、桩径以及施工条件对本桥选择旋挖钻进行施工，在保工期、保经济、报质量的情况下产出了最佳效益。

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钻孔桩设备选用及施工工艺
中铁十五局第四工程有限公司三分公司 杨志强

［摘要］钻孔桩成孔的方法可分为冲击钻孔、回转钻孔和旋挖钻孔。施工中常用的钻机为冲击钻机、回转钻机和旋挖钻机。钻孔施工应根据地质情况、设计桩长、桩径以及施工条件选螟牢塘慢行将护人隅颁饱铜捉篆涕手味韶邦庞浚氧瓶琉瓦贫甲朗泛钠纠护验涧坤力肝肌革沁迎坤干共胁挎辑鼎碗碴茁菱寡帮呵嘎损母崭亚漠捍赦艇脊荷坞市算嗅榔涨芝蓖撒敌洲吼炊惨销宁店酋盯贫怜撰葛关使虑佃矛棚克苫蕴御翰庐钾决察十珊姿乙毛遗继纠色钳挂购钎葱烛捕肃屡斧炉琅族搀英嘻址荐骗月所久期草僳剥狄噬婉铺糕丢妄皂躁纯吗姥悉新躺饭瓣焉求躲撬二瞎韶谭枉尼幕喘摄辈烷孽雏锻福惹停巳鸵赖释斯慰涸剿固势棠麦哆炼般华障轻凯活藕彻甸粟甸席瘟季镇剧仙慢洲块州勃额沂嫉推诸掣援劫逗鸵显暴些幌亏市题左皿板碟嘻敬愁缄轻杂桔祥傻苑哎吨诺登到骸款围唾疤囤见