大直径深孔钻孔桩施工讲义.docx

大直径深孔钻（挖）孔灌注桩施工

讲 义

中铁大桥局集团有限公司
二00五年十二月

目 录

绪 论
第一章 地基土的主要物理、力学指标及其划分
第二章 钻孔方法的分类
第三章 钻（挖）孔灌注桩施工准备
第四章 钻（挖）孔灌注桩成孔工艺
4.1 正循环旋转法钻进成孔工艺
4.2 反循环旋转法钻进成孔工艺
4.3 冲击（正循环）钻进成孔工艺
4.4 冲击连续反循环钻进成孔工艺
4.5 其它成孔方式施工工艺
4.6 成孔检查
4.7 岩溶地区冲击钻孔成孔施工工艺
第五章 钻孔事故的预防及处理
第六章 清孔
第七章 钢筋骨架及声测管安装
第八章 钻孔桩灌注水下混凝土
第九章 大直径及深孔钻孔灌注桩施工注意事项
9.1 大直径深孔钻孔灌注桩之一般要求
9.2 钻孔准备
9.3 护筒埋设及安装
9.4 泥浆制备及其净化
9.5 钻机选型/

9.6 钻头配置
9.7 成孔工艺
9.8 清孔
9.9 大直径桩水下混凝土灌注
第十章 挖孔桩
10.1 挖孔桩适用范围
10.2 挖孔桩施工工艺
10.3 排水
10.4 终孔检查
10.5 灌注混凝土
第十一章 钻（挖）孔桩常用质量检测
11.1 检验内容及质量标准
11.2 桩身混凝土超声波检测法
11.3 桩身混凝土芯样检测法
第十二章 施工组织及管理

绪 论
1、桩的应用及其发展（略）：钻渣外运及环境保护问题较为突出
2、桩的分类
2.1、按功能分
（1）承受轴向压力的桩：低桩承台
各类建筑物、构筑物的桩基大体都是以承受竖向荷载为主，基桩桩顶以轴向压力荷载为主。
（2）承受轴向拔力的桩：各类锚桩
水下建筑抗浮力桩基、牵缆桩基、输电塔和微波发射塔桩基等，其主要功能以抵抗拔力为主，基桩荷载以轴向拔力为主。
（3）承受横向荷载的桩：抗滑桩
当外荷载以力或力矩形式作用于与桩身轴线相垂直的方向（横向），使桩身横向受剪、受弯时，称之为横向荷载桩。
2.2、按桩土相互作用特点分
（1）竖向荷载桩
1）、摩擦桩
竖向荷载下基桩所发挥的承载力以侧摩阻力为主时，统称为摩擦桩。以下几种情况均可视为摩擦桩。
A、桩端无坚实持力层且不扩底时；
B、桩的长径比很大，即使桩端置于坚实持力层上，由于桩身压缩量过大，传递到桩端的荷载较小时；
C、当灌注桩桩底残留较厚的虚土、沉渣形成一压缩性高的褥垫，致使坚实持力层无法充分发挥其承载性能时；
D、当预制桩沉桩过程由于桩距小、桩数多、沉桩速度快，使已沉入桩上涌，桩端阻力明显降低时。
（2）横向受荷桩
1）、主动桩
桩顶受横向荷载，桩身轴线偏离初始位置，桩身所受土压力因桩主动变位而产生。风力、地震力、车辆制动力等作用下的建筑物桩基属于主动桩。
2）、被动桩
沿桩身一定范围内承受侧向土压力，桩身轴线被该土压力作用而偏离初始围子。深基坑支挡桩、坡体抗滑桩、堤岸支护桩等均属于被动桩。
2.3、按桩材分类
（1）木桩
木桩适于地下水位以下地层总工作，因在这种条件下木桩能抵抗真菌而保持耐久性。当地下水位离地面深度较大而桩必须支撑于地下水位以下时，可在地下水位以上部分代之以钢筋混凝土桩身，将其与下段木桩相联接。对于地下水位变化幅度大的地区不宜使用木桩。我国木材资源不足，因此工程实践中早已趋向于不采用木桩。
（2）钢桩
钢桩可根据荷载特征制作成各种有利于提高承载力的端面，如图1-1所示。管形和箱形断面桩的桩端常作成敞口式以减小沉桩过程的挤土效应；当桩壁轴向抗压强度不够时，可将挤入管、箱中的土塞挖灌注混凝土。H形钢桩沉桩过程的排土量较小，沉桩灌入性能好。此外，H形桩的比表面积大，用于承受竖向荷载时能提供较大的摩阻力。为增大桩的摩阻力，还可在H形钢桩的翼缘或腹板上加焊钢板或型钢。对于承受侧向荷载的钢桩，可根据弯矩沿桩身的变化情况局部加强其断面刚度和强度。
（3）钢筋混凝土桩
钢筋混凝土桩的配筋率较低（一般为0.3%~1.0%），而混凝土取材方便、价格便宜、耐久性好。钢筋混凝土桩既可预制又可现浇（灌注桩），还可采用预制与现浇组合，适用于各种地层，成桩直径和长度可变范围大。因此，桩基工程的绝大部分是钢筋混凝土，桩基工程的主要研究对象和主要发展方向也是钢筋混凝土桩。
2.4、 按成桩方法分类
按成桩方法可分为两大类：预制桩和灌注桩。
（1）预制桩
多年来，钢筋混凝土预制桩是建筑工程的传统的主要桩型。七十年代以来，随着我国城市建设的发展，施工坏境受到越来越多的限制，预制桩的应用范围逐步缩小。但是，在市郊的新开发区，预制桩的使用是基本不受限制的。
1)、 预制桩不易穿透较厚的砂土等硬夹层(除非采用预钻孔、射水等辅助沉桩措施)，只能进入砂、砾、硬粘土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。
2)、 沉桩方法一般采用锤击，由此产生的振动售噪声污染必须加以考虑。
3)、 沉桩过程产生挤土效应，特别是在饱和软粘土地区沉桩可能导致周围建筑物、道路、管线等的损坏。
4)、 一般说来预制桩的施工质量较稳定。
5)、 预制桩打入松散的粉土、砂、砾层中，由于桩周和桩端土受到挤密，其侧摩阻力因土的加密和桩侧表面预加法向应力而提高；桩端阻力也相应提高。基土的原始密度愈低，承载力的提高幅度愈大。当建筑场地有较厚砂飞砾层时，一般宜将桩打入该持力层，以大幅度提高承载力。当预制桩打入饱和粘性土时，土结构受到破坏并出现超孔隙水压，桩承载力存在显著的时间效应，即随休止时间而提高。
6)、 建筑工程中预制桩的单桩设计承载力一般不超过3000kN，而在海洋工程中，由于采用大功率打桩设备，桩的尺寸大，其单桩设计承载力可高达10000kN。
7)、 由于桩的贯入能力受多种因素制约，因而常常出现因桩打不到设计标高而截桩，造成浪费。
8)、 预制桩由于承受运输、起吊、打击应力；要求配置较多钢筋，混凝土标号也要相应提高，因此其造价往往高于灌注桩。
（2）灌注桩
当前灌注桩在我国已形成多种成桩工艺、多类桩型，使用范围已扩及到土木工程的各个领域。从国际上的情况看，灌注桩正朝两个方向迅速发展，即大直径巨型桩和小直径(d《250mm》微型桩。前者桩身直径大至4m，扩底直径达9m，其设计承载力，桩端支承于硬粘土层者高达40000kN，支承于基岩者高达70000kN。大直径桩多使用于高重建筑物，并多采用一柱一桩。八十年代以来，随着高层建筑的迅速增多，大直径桩在我国建筑工程中已获得很大发展。微型桩则多用于地基的浅层处理，形成复合地基，或用于旧建筑物基础的托换加固。微型桩在我国近年来也已开始发展起来。
灌注桩按其成桩过程对桩侧土体的影响程度可分为非挤土灌注桩、少量挤土灌注桩、挤土灌注桩三大类，每一类又包含多种成桩方法。
各类灌注桩有如下共同优点：
1)、施工过程无大的噪声和振动(沉管灌注桩除外)。
2)、可根据土层分布情况任意变化桩长，可根据同一建筑物的荷载分布与土层情况采用不同桩径：对于承受侧向荷载的桩，可设计成有利于提高横向承载力的异形桩(如图1—2所示)，还可设计成变断面桩，即在受弯矩较大的上部采用较大的断面。
3)、可穿过各种软、硬夹层，将桩端置于坚实土层和嵌入基岩，还可扩大桩底以充分发挥桩身强度和持力层的承载力。
4)、桩身钢筋可根据荷载大小与性质及荷载沿深度的传递特征，以及土层的变化配置。无需象预制桩那样配置起吊、运输、打击应力筋。其配筋率远低于预制桩，其造价约为预制桩的40～70％。
2.5、 各类桩的特点与适用条件
（1） 预制桩的类型、特点与适用条件
1）、普通钢筋混凝土预制桩(R．C．桩)
这是一种传统桩型，共截面多为方形(250x 250~5(00x 500mm)。
R．C．桩宜在工厂预制，高温蒸汽养护。蒸养可大大加速强度增长，但动强度的增长速度较慢，因此，蒸养后达到了设计强度的R．C．桩，一般仍需放置一个月左右碳化后再使用。
（2）预应力钢筋混凝土桩(P．C．桩)
对桩身主筋施加预拉应力，混凝土受预压应力，从而提高起吊时桩身的抗弯能力和冲击沉桩时的抗拉能力，改善抗裂性能，节约钢材。
P．C．桩的制作方法有离心法和捣注法两种。离心法一般制成环形断面，捣注法多为实心方笋断面，也可采取抽芯办法制成外方带内圆孔的断面。为了减少沉桩时的排土量和提高沉桩贯入能力，往往将空心预应力管桩桩端制成敞口式。
预应力管桩在我国多数采用室内离心成型，高压蒸养法生产。其标号可达C60以上。规格有+400、十500两种，管壁分别为90mm，lOOmm，每节标准长度有8m、lorn(丰台桥梁厂)．也可按需确定节长。表1—1和表1—2列出几种规格预应力管桩的材料用量与桩身承载力。
（3）锥形钢筋混凝土桩
预应力钢筋混凝土管桩材料用量(kg) 表1-1
规格
φ400
φ550
8m桩节
10m桩节
8m桩节
10m桩节
桩头法兰盘
40.8
40.8
59
59
桩套箍
11.8
11.8
16.2
16.2
主钢筋（φ12）
56.3
70.5
84.4
105.8
螺旋筋（φ5）
19.7
24.0
28.1
34.2
架力筋（φ10）
4.3
5.5
6.2
8.0
钢材总重
139.2
152.6
196.7
223.2
混凝土总重
1800
2200
2800
3500
桩管总重
1900
2400
3000
3700
预应力钢筋混凝土管桩桩身承载力 表1-2
规 格
极限承载力
容许承载力（参考值）
(外径*度)<mm)
φ400-90
φ550~100
φ400—90
φ550一100
轴心抗压P(kN)
抗裂弯矩M(kN—m)
极限弯矩M(kN-m)
2890
56
90
4660
128
196
960-1150
40
40
1550—l860
90
90
锥形桩在沉桩过程能起到比等截面桩更多的对土的挤密效应，并可利用其锥面增大桩的侧面摩阻力，从而提高承载力。在桩身体积相同的条件下，其承裁力可比等截面桩提高1—2倍，沉降量也降低。这种桩一般长度较小(／《4m)，多用于非饱和填土等软弱土层不太厚、对承载力要求不太高的情况。苏联七十年代对锥形桩进行过系统研究，我国也在少数工程中试用。表1—3所列为保定对比试验结果。
（4）螺旋形钢筋混凝土桩
螺旋形R．C．桩系通过施加扭矩旋转置人士中，因而可避免冲击沉桩产生的噪声和振动污染。螺旋形可提高桩侧阻力和桩端阻力。
当硬持力层较浅且上部土层很软时，可只在桩端部分设螺旋叶片。带螺旋叶片的桩端可用铸铁制成。用销子将其与钢筋混凝土桩管连接；或将铸铁的叶片装在预制混凝土圆柱上(见图1—1)。
当持力层很深，桩的承载力主要靠发挥桩身摩阻力时，可将混凝土桩身作成全螺旋式桩。 表1—3所示为日本研制的钢纤维混凝土制成的全螺旋预制桩。其材料配比：水灰比为32％，水为153kS／m3，水泥为480kg／m3，砂630kg／m3，石子1056kg／m3，高强外加剂72kg／m3，高性能减水剂8．016kg／m3，钢纤维62．4kg／m3。混凝土28天抗压强度为100MPa。

锥形桩与方形桩对比试验资料 表1—3
桩型及截面尺寸
桩长（m）
体积（m3）
钢耗（Kg）
单桩极限承载力
打桩历时
（小时/根）
土质
情况
单方承载力
（t/ m3）
平均（t）
百分比（%）
预制方桩200*200mm
3.00
0.12
7.54
13.7
100%
0.5
硬塑亚粘土及轻亚粘土
144
现浇圆锥形桩
φ350mm（上）
φ50mm(下)
3.00
0.10
1.17
28.3
217%
0.5
283
预制方锥形桩300*300mm(上)
60*60mm(下)
3.00
0.10
7.89
40.1
293%
0.5
（至5m深）
401
（5）结节形钢筋混凝土预制桩
为防止地震时地基土的液化，可采用结节桩。在打结节桩时，桩周堆放一定量的砾石，桩沉入时桩身的结节将砾石带入土中，在桩周形成一个一定厚度的砾石圈。桩周的砾石既起排水作用，又可加速打桩引起的超孔隙水压力的消除，使桩的承载力能较快地达到稳定值，同时又能释放地震引起的超孔隙水压力，从而防止土的液化。试验还表明，结节形桩的承载力比普通桩高出30％～40％。日本在采用这种桩型方面有较多的经验。按日本Takenchi~程公司的经验，最大结节直径为500mm，桩身直径为400mm，桩最大入土深度为12m。
（6） 钻孔预制桩
为降低打桩引起的振动，噪声污染，避免打桩产生的挤土效应对周围建筑物的危害，或为克服打桩时硬层难以贯穿的问题，可采用钻孔植桩。钻孔植桩的工艺是先以适当的成孔机钻孔，然后将预制混凝土桩插入孔内。钻孔直径比预制桩一般大4~10cm，桩与孔壁间隙充填水泥浆。 当地下水位低采用干作业时，将水泥浆先灌入孔中一定高度，将桩植入，水泥浆随即挤入桩壁间隙。当地下水位高采用泥浆护壁时，则先以比重大于泥浆的水泥（砂）浆用导管入孔底将泥浆托起，然后植入预制桩，上部泥浆随之被挤出孔外。

第一章 地基土的主要物理、力学指标及其划分
支承建筑物的土层（岩层）叫做地基，地基的状态关系着整个建筑物的安危。为确保建筑物的安全和正常使用，地基应满足两个基本条件：一是作用于地基的荷载不超过地基的容许的限度，以保证建筑物不致损坏或影响其正常使用。一般来说，天然地基很难满足上述要求，特别是现代的高层、重型构筑物对基础有严格要求。所以在工程设计之前，必须进行工程地质勘察。在探明工程地质条件之后，综合考虑地质、水文、施工、建筑材料、上部结构荷载、地形及临近既有建筑物等情况，确定地基加固的方案（即基础类型及结构），达到地基和基础既有足够的强度、稳定性和耐久性，又便于施工，技术经济效益也好的目的。

1.1、地基土的物理指标、力学性质
了解各类地基土的性质，对正确选择基础形式及施工工艺方法有着极为重要的意义。土木建筑工程所称的土，狭义来说是指岩石经过风化、剥蚀，搬运，沉积等过程后所形成的各种松散颗粒物质；广义的概念也包括整体岩石在内。土是由固体颗粒和颗粒间孔隙中的水和气体组成的三相体。土中固体颗粒的大小，成分及三相之间的比例关系，反映出土的不同性质，如干湿，松密、轻重，软硬等等。土的这些物理性质与力学性质之间有着密切的联系，如土松而湿则强度低、压缩性大；土干且密，则强度高且压缩性小。
基础工程施工常涉及到土的物理、力学性质的定义及指标，分述如下：
（1）土的容重γ
土在天然状态下单位体积的重量叫做土的天然容重，单位用“N/m3”表示。土的容重与土的含水量，密实程度有关，一般土的天然容重为16-22 N/m3，容重大的土比较密实，强度也较高。
土的干容重γd是土在烘干状态下的容重，即单位体积土颗粒的重量。土愈密实干容重愈大，一般为13-20 N/m3。
土的饱和容重是指土体中孔隙充满水时的单位体积重量；地下水位以下的土，颗粒受到水的浮力作用，其容重称为水下浮容重。
（2）土的含水量W
土的含水量是指土在天然状态下，土中水的重量与土颗粒重量之比，用百分数表示。土的含水量反映土的湿度。含水量越大说明土越湿。对于同一种类的土，当含水量增大时，它的强度就会降低。
（3）土颗粒比重G
土颗粒经100-105℃下烘至恒重的重量与同体积的蒸馏水在4℃时重量的比值，称为土颗粒的比重。土颗粒的比重决定于土的矿物万分和有机质含量，一般土粒比重为2.65-2.75。
（4）孔隙比e与孔隙度n
土的孔隙比e是土中孔隙的体积与土粒体积之比。土中孔隙的体积与土的总体积之比，称为孔隙度n，其值恒小于1。孔隙比与孔隙度都反映土的孔隙特征，间接反映土的密实度和强度。
（5）饱和度Sr
土中孔隙被水充满的程度叫饱和度，以土中水的体积与孔隙体积之比来表示。如果Sr=100%，则表示土的孔隙中充满着水，土是完全饱和的；如果Sr=0，则表示土中没有水。
（6）粘性土的可塑性指标
粘性土的性状与含水量有着密切的关系。对于同一种粘土，当其含水量小于某一限度时，处于坚硬的状态。随着含水量的增加，它就会变为塑性状态。所谓塑性状态是指土体在外力作用下，可塑成任何形状而不发裂，也不改变体积，当外力取消后，还可保持变形后所得的形状。如果含水量进一步增加，土体就会由可塑性状态变为流动状态。
塑限WD（%）土由固态变到塑性状态时的分界含水量，系实测指标。
液限W1（%）当土由塑性状态变到流动状态时的分界含水量。我国广泛采用液限仪来测定。
塑性指数ID液限与塑限之差，系计算求得的指标。塑性指数的大小，主要与土内所含的粘粒多少有关。土中含粘粒愈多，则其塑性指数愈大，即表示土在含水量变化相当大的范围内，仍能保持塑性状态。由于塑性是粘性土的一种特征，故在地基基础规范中以塑性指数作为粘性土的分类标准。
液性指数I1土的天然含水量与塑限之差除以塑性指数的计算指标。液性指数表示粘性土的软硬程度。例如当I1≤0，即W≤WD时，土处于坚硬状态。当I1≥1时，即W≥ WL时，土处于流塑状态。
（7）砂土的密实度指标
砂土的密实程度是确定其承载力的主要指标。密实的砂土压缩性小，强度较大，结构稳定；而松散的砂土，特别是饱和的细砂、粉砂则相反，结构很不稳定，容易发生流砂现象。
砂土的密实度在地基基础规范中是根据天然孔隙比e来分类确定。在实际工作中也可采用标准贯入试验（锤重63.5kg，落距76cm，贯入度30cm）的实测锤击数N63.5来判断砂土的密实程度，见表1-1。
（8）土的渗透性与渗透系数K
由于土粒之间孔隙的存在，水在重力作用下，沿土的孔隙渗透流动。渗透系数K反映了土的渗透性能，其物理意义按达西公式为：当水力坡度为1时的渗透速度。土的渗透系数参考值如表1-2所列。

表1-1 按标准贯入试验判定砂土的密实程度
分 级
实测平均锤击数N63.5
密 实
中 密
稍 密
松 散
30-50
10-29
5-9
＜5

表1-2 土的渗透系数
土类
渗透系数K
m/d
cm/s
粘 土
亚粘土
轾亚粘土
粉 砂
细 砂
中 砂
粗 砂
圆 砾
卵 石
裂隙多的岩石
＜0.005
0.005-0.1
0.1-0.5
0.5-1.0
1.0-5
5-20
20-50
50-100
100-500
＞60
＜6×10-6
6×10-6-1×10-4
1×10-4-6×10-4
6×10-4-1×10-3
1×10-3-6×10-3
6×10-3-2×10-3
2×10-2-6×10-2
6×10-2-1×10-1
1×10-1-6×10-1
＞7×10-2

（9）土的压缩性
土在压力作用下体积减少的性质叫土的压缩性。土的压缩主要是在荷载作用下，土中水或气体所占孔隙体积减少造成的，故土的压缩性是测定在不同压力下孔隙体积变化，即压力与孔隙比之间的关系来确定。
土的压缩性通常用压缩系数a1-2来表示，它的单位正好是压力单位的倒数，即cm2/kgf=Mpa-1，a1-2表示压力为1-2 kgf= cm2作用下的压缩系数。
当a1-2＜0.102 Mpa-1（0.01/cm2/kgf）时，属低压缩性土；
0.102＜a1-2＜0.510 Mpa-1（0.05/cm2/kgf）时，属中压缩性土；
a1-2＞0.510 Mpa-1（0.05/cm2/kgf）时，属高压缩性土。
工程上也常用室内试验求压缩模量ES作为土的压缩性指标。表1-3所列为地基土按ES值划分压缩性等级的规定。
表1-3 地基土按ES值划分压缩性等级
ES（Mpa）
2-4
4-7.5
7.5-11
11-15
＞15
压缩性等级
高压缩性
中高压缩性
中压缩性
中低压缩性
低压缩性
（10）土的抗剪强度
土的抗剪强度是指土体抵抗剪切滑动的极限强度。土体的抗剪强度与作用在它上面的法向应力及土的内摩擦角ψ的变化范围约在30°（圆粒、均匀的松细砂）到45°（尖粒、不均匀的紧密粗砂）之间。含水量对它的影响很小。对于极松散的砂，它的内摩擦角ψ近于天然坡角。所谓天然坡角，是指砂土在自重作用下可能堆成的最大坡角（坡面与水平面的夹角）。
粘土类土的内摩擦角ψ与密实度及含水量有关，约为5-25°。粘性土的抗剪强度不仅包括内摩擦阻力，还包括粘聚力C。因为粘土颗粒间具有分子粘结力，而结合水在颗粒间又起着联结作用，这些力的总和构成粘性土的内聚力亦即粘聚力，它能抵抗一定的拉力和剪力作用。粘性土的粘聚力C一般为10-115kpa。

1.2、地基土的分类
土和岩石的分类方法很多，不同部门根据其用途采用各自的分类方法。在建筑工程中，土是作为地基以承受建筑物的荷载，因此着眼于土的工程性质及其与地质成因的关系来进行分类。
（1）土的工程分类
工程分类是以反映土的工程特性的主要特征作为土的分类标准。例如，对于无粘性的碎石土、砂土，颗粒的大小及级配能反映土的压缩性、抗剪强度、渗性等物理力学性质，故按颗粒大小及级配分类比较适当。而粘性土，由于受土粒表面活动性的影响，它的性质主要取决于土粒与孔隙水之间的相互作用，而塑性指数是全面反映这种作用的一个综合指标，所以粘性土按塑性指数进行分类。
我国《工业与民用建筑地基基础设计规范》将建筑地基的土分为岩石、碎石土、砂土、粘性土和人工填土五大类，以及几种物理性质特殊的特殊土。
1）、岩石 呈整体或具有节理裂隙的岩体。按坚固性分为硬质和软质。凡新鲜的饱和单轴极限抗压强度大于或等于30Mpa者，划为硬质岩；小于30Mpa者，为软质岩，见表1-4。按风化程度分为微风化、中风化和强风化，见表1-5。
表1-4 岩石按强度分类表
岩石类别
饱和单轴极限抗压强度R
(Mpa)
硬质岩石
极硬岩
硬质岩
R＞60
30＜R≤60
软质岩石
软质岩
极软岩
5＜R≤30
R≤5
2）、碎石土 粒径大于2mm的颗粒含量超过总重50%的土。根据颗粒级配及形状按表1-6分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。

表1-5 岩石风化程度的划分
风化程度
特 征
微风化
岩质新鲜，表面稍有风化迹象
中风化
1、结构和构造层理清晰；
2、岩体被节理、裂隙分割成块状（20-50cm），裂隙中充填少量风化物；锤击声脆，且不易击碎；
3、用镐难挖掘，机械岩心钻方可钻进
强风化
1、 结构和构造层理不甚清晰，矿物万分已显著变化；
2、 岩体被节理、裂隙分割成块状（20-20cm），碎石可用手折断；
3、 用镐可以挖掘，人力推钻不易钻进

表1-6 碎石土的分类
土的名称
颗粒形状
颗粒级配
漂 石
块 石
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径大于200mm的颗粒超过总重50%
卵 石
碎 石
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径大于200mm的颗粒超过总重50%
圆 砾
角 砾
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒超过总重50%
碎石土的密实度分为密实、中密和稍密三类。
⑴密实 骨架颗粒含量大于总重的70%，呈交错排列，连续接触，钻进或挖掘都很困难，孔壁较稳定。
⑵中密 骨架颗料含量等于总重的60-70%，呈交错排列，大部分接触，铁镐可挖掘，钻进较困难，孔壁有坍塌现象。
⑶稍密 骨架颗粒含量大于总重的60%，排列混乱，大部分不接触，锹可挖掘，钻进较易，孔壁易坍塌。
3）、砂土 颗粒大于2mm的颗粒含量不超过总重50%，塑性指数IP不大于3，根据颗粒级配，分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂，见表1-7。
表1-7 砂土的分类
土的名称
颗 粒 级 配
砾 砂
粗 砂
中 砂
细 砂
粉 砂
粒径大于2mm的颗粒占总重的25-50%
粒径大于0.5mm的颗粒超过总重的50%
粒径大于0.25mm的颗粒超过总重的50%
粒径大于0.1mm的颗粒超过总重的75%
粒径大于0.1mm的颗粒不超过总重的75%
砂土密实度根据天然孔隙比e按表1-8分为密实，中密，稍密和松散四类。
1-8 砂土的密实度
密实度

土的名称
密 实
中 密
稍 密
松 散
砾砂、粗砂、中砂
细砂、粉砂
e＜0.60
e＜0.70
0.60≤e≤0.75
0.70≤e≤0.85
0.75＜e≤0.85
0.85＜e≤0.95
e＞0.85
e＞0.95
砂土湿度根据饱和度Sr（%）分为：
稍湿 Sr≤50
很湿 50＜Sr≤80
饱和 Sr＞80
4）、粘性土 塑性是粘性土的特征之一。根据塑性指数IP，粘性土分为粘土,砂粘土及粘砂土三类。其中粘土的粘性与可塑性最大,IP＞17；砂粘土次之，IP在10-17之间；粘砂土粘性最小，IP在3-10之间。
由于粘性土含水量不同时，表现出来的软硬程度有很大的差异，故有关规范还根据液性指数I1将粘性土分为五种不同的状态，见表1-9。
表1-9 粘性土软硬状态划分
粘性土状态
坚 硬
硬 塑
可 塑
流 塑
流 动
液性指数I1
I1≤0
0＜I1≤0.25
0.25＜I1≤0.75
0.75≤I1≤1
I1≥1
对于粘性土软硬程度也可采用锥式液限仪在原状土样上的贯入深度来判别，判别标准见表1-10。
表1-10 粘性土天然软硬状态判别标准
粘性土状态
坚 硬
硬 塑
可 塑
流 塑
流 塑
锥体沉入深度
＜2mm
2-3mm
3-7mm
7-10mm
＞10mm
5）、人工填土 一般人工填土可分为三类：由砂土、碎石、粘性土等组成的填土，称素填土；含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土称为杂填土；由水力冲填泥砂形成的沉积土称冲填土。
6）、特殊土 主要有四种，其基本特征为
A）、淤泥 含有有机质的呈流动状态的粘性土。其天然含水量接近或大于液限，且孔隙比大于1的粘质砂土或砂质粘土；及孔隙比大于1.5的粘土，可称为淤泥。
B）、泥炭土 土中含有机质或腐值质的重量超过颗粒重量10%时，称为泥炭土。
C）、黄土 粘性土在天然状态下，肉眼可看出其中的孔隙，而这种孔隙大小比骨架颗粒尺寸大得多时，称为黄土。一般具有大孔隙，或含姜石和古老的土壤层，按生成年代划分为新黄土和老黄土。
D）、冻土 在温度为0℃以下的条件下，土粒间孔隙中的一部分液态水转变为固态冰，这种土称为冻土。保持两年或两年以上的冻土称为多年冻土。
在土的冻结与融化过程中，土的物理力学性质会有显著变化。冻结时，水把土粒胶结在一起，土粒间的粘聚力显著增加。同时，冰晶使土粒或粒团分离，破坏了土的原有结构，土体呈线体积膨胀。冻土的融化使土粒间冰晶的胶结作用消失，使土的结构破坏，强度急剧减弱，产生严重的病害。因此，一般建筑物的基础都埋置在冻结线以下的一定深度。
（2）按成因分类
土的形成过程，由于自然地理环境、原始沉积条件的不同，土的类型和性质有很大的区别。例如，残积、坡积、洪积、冰积形成的沉积物，颗粒相对都比较大，土质不均，常是块石、碎石与涨、沙混杂，分选性很差。碎块多呈棱角状，孔隙度、层厚变化比较大，选择钻进方法较困难。而冲积、淤积和风积形成的沉积物则相反，颗粒都比较细，分选性和磨圆度也比较好，层理较清楚，厚度一般也较稳定，土质较均匀，所以选择钻进方法比较简便且可钻性都好。通过了解施工地区地基土的成因类型，就可以预测该区的基本地质特征和施工难易程度，有利拟定施工技术对策。
表1-11概要介绍了地基土的主要成因类型及其特征。
表1-11 土的主要成因类型及其特征
成因类型
堆积方式及条件

残 积
岩石经风化作用而残留在原地的碎悄堆积物
碎屑物从地表向深处由细变粗，其成分与母岩相关，一般不具层理。碎块呈棱角状，土质不匀，具有较大孔隙，厚度在山丘顶部较薄，低洼处较厚
坡 积
由雨水或雪水沿斜坡搬运及由本身的重力作用堆积在斜坡上或坡脚处
碎屑物从坡上往下逐渐变细，分选性差，层理不明显，厚度变化较大，在斜坡较陡处厚度较薄，坡脚地段较厚
洪 积
由暂性洪流将山区或高地的大量风化碎屑物挟带至沟口或平缓地带堆积而成
颗粒具有一定的分选性，但往往在大颗料间充填小颗粒，碎块多呈亚角状，洪积扇顶部颗料较粗，层理紊乱呈交错状，透镜体及夹层较多，边缘处颗粒细，层理清楚
冲 积
由长期的地表水流搬运，在河流的阶地、冲积平原、三角洲地带堆积而成
颗粒在河流上游较粗，向下游逐渐变细，分选性和磨圆度均好，层理清楚，厚度较稳定
淤 积
在静水或缓慢的水流中沉积，并拌有生物化学作用而成
沉积物以粉粒-粘粒为主，且含有多量的有机质或盐类，一般土质松软，有时粉砂和粘性土呈交互层，具清晰的薄层理
冰 积
由冰川或冰川融化后的冰水进行搬运堆积而成
以巨大块石、碎石、砂、粘性土混合组成，一般分选性极差，无层理，但当冰水沉积时，常具斜层理，颗料一般具棱角，巨大块石上常有冰川擦痕
风 积
在干燥气候条件下，碎屑物被风吹扬，降落堆积而成
主要由尘土或砂组成，一般颗粒较均匀、质纯、孔隙大、结构松散

第二章、钻孔方法的分类

钻孔方法按钻机类型可分为旋转钻、冲击钻、旋挖钻、套管钻、冲吸钻等。
2.1 旋转钻按泥浆循环类型可分为正循环旋转钻和反循环旋转钻
2.1.1 正循环旋转钻孔
泥浆通过钻机的空心钻杆，从钻杆底部射出，底部的钻头在旋转时将土层搅成钻渣，钻渣被泥浆悬浮，随着泥浆上升而流到孔外，泥浆经过净化后，再循环使用。
2.1.2 反循环旋转钻孔
同正循环相反，泥浆由钻杆外流（注）入井孔，用泵吸（泵渣混合物从钻杆中吸出，泥浆经净化后再循环使用。若是护筒嵌入岩层中可清水钻孔。
2.2 冲击钻孔
冲击钻机分为冲击成孔和冲吸成孔两种。
2.2.1冲击钻机成孔：用冲击式装置或卷扬机提升钻头，冲击成孔。由泥浆悬浮钻渣，使钻头每次都能冲击到孔底新土层。
2.2.2 冲吸钻机成孔：其钻孔原理同，只是钻头中心留有空洞，在上下往返冲击时，其锥尖刮刀将孔底冲碎，已冲碎的钻渣可以从钻头中心空洞用吸泥管排出孔外。
2.3 旋挖钻机采用旋挖钻头直接取土，预拌泥浆护壁。其特点如下：
2.3.1 适用于土层强度不高，最大粒径不大于20cm的各种土层。可供施工的钻孔桩桩径为1.0～2.0m，最大桩深60～80m，并可施工小倾角的斜桩。
2.3.2 由于拥有履带自行，工地移动和桩位对正非常方便；施工速度快速，一般10余小时即可成孔。
2.2.3 由于不具有自拌泥浆的性能，施工中需及时补充泥浆。
2.3.4 旋挖钻机由于采用旋挖钻头直接上下提取土壤，对于桩壁土的扰动情况相对较大，有较大扩孔率，因而不适合易塌地层。
2.4 套管钻机：配有钢套管和用于下沉套管的液压操纵的套管驱动装置，可采用套管护壁法施工钻孔桩。另外，钻机配有各种冲击及旋转式钻头，可根据不同的地质采用不同的钻头钻进。套管钻机可钻斜桩，
2.5 各种钻孔方法的适用范围

各种钻孔方法的适用范围
钻孔方法
适用范围
泥浆作用
土层
孔径（cm）
孔深（m）
旋转钻机
正循环旋转钻
粘性土、粉砂、细、中、粗砂，含少量砾石、卵石（含量少于20%）的土、软岩
80～250
30～70
不宜大于70
悬浮钻渣并护壁
反循环旋转钻
粘性土、砂类土、含少量砾石、卵石（含量少于20%，粒径小于钻杆内径2/3）的土和岩石
80～400
用气举式可达120。
护壁
冲击钻机
冲击正循环
冲击正循环：粘性土、砂类土、砾石、大卵石、大漂 石、岩溶地区
冲击：80～300
不宜大于70
浮悬钻渣并护壁

冲吸反循环
冲吸反循环：粘性土、砂类土、砾石、松散大卵石、岩石
80～250
80
旋挖钻机
土层强度不高，最大粒径不大于20cm的各种土层。
100～200
60～80
护壁
套管钻机
除岩石外，任何土层均适用，但在孤石、泥岩层或软岩层成孔时，成孔效率显著降低。
一般：100～200
一般：30～40

注：随着钻机性能的改进，钻孔直径及深度将会加大。钻孔灌注桩工艺流程
钢护筒设计制造
钻孔平台设计及安装
拟定钻孔方案及钻机选型

有问题的桩应按要求进行处理
混凝土配合比设计及试验
必要时二次清孔
灌注水下混凝土
混凝土工厂生产混凝土
水封前检查签证
清除桩头、声测验收、钻孔桩作业完工
安装水封导管及配套设备作水封前准备工作
连接下放钢筋笼
钢筋笼分段制造
钻机移位
测量钻孔深度、直径
沉渣厚度
钻至设计标高终孔、清孔
钻机精确对位
钢护筒埋设及下沉
安装钻机及泥浆循环系统
钻头设计及制造
第三章 钻孔灌注桩施工准备工作
在三通一平的基础上，钻孔的准备工作主要有桩位测量及放样、制作和埋设护筒；泥浆备料调制、泥浆循环系统设置及准备钻孔机具等。
3.1 钻机和其他设备准备
3.1.1 正循环旋转钻机
正循环旋转钻机主要部件为转盘（含动力机）、卷扬机、钻架、泥浆泵、钻杆和水龙头，根据地质情况配备合适的钻头。
3.1.2 反循环旋转钻机
反循环旋转钻机的主要部件大部分与正循环旋转钻机相同，但一般不需要泥浆泵。按照吸升泥浆和钻碴混合物方法的不同，另配置泥石泵（吸泥泵）与真空泵，或空压机（又称气举法）等。有的钻机多采用真空泵、泥石泵配合气举等多种功能实现反循环旋转钻进。
1 钻机
桥梁钻孔桩常用的反循环钻机性能见附件，使用中可根据钻孔直径、深度、土层情况、供应条件选择适当的钻机。
2 真空泵、吸泥泵（泥石泵）及空压机
真空泵或吸泥泵最大吸力不会超过大气压力，略等于0.1M Pa或10m水高。
气举式反循环回转钻机用空压机所需压力和用量与钻孔深度和吸泥管（即钻杆）内径有关，钻孔越深需气压越大，吸泥管内径越大用量越大，一般钻杆内径为150mm、200mm、250mm时所需用量分别为7m3/min、10m3/min、20m3/min。风压则按钻孔深度（m）增加2～4m再除以101.94化为MPa，当孔深超过100m时，应在最大深度的2/3处设置中间风包。
3 钻杆
多使用无缝钢管制作，两端焊设法兰盘，钻杆结构薄弱者外壁通常对称焊4根40×40～60×60mm角钢加强。每节长度3m，上 、下两节钻杆接头设密封圈。
4 钻头
（1） 三翼空心单尖钻头（简称三翼钻头），适用于较松软的粘质土、粉质土和中、粗砂。
（2） 牙轮钻头。牙轮钻锥在砂卵石和风化岩中使用效果较好，也适用于在砂类土、粘质土、卵石层中钻进。
（3） 楔齿滚刀钻头：这是一种用于岩石地层的钻头，其适用范围为固结岩层，抗压强度大于