桩基础工程课件.ppt

第二章桩基施工主要内容：预制桩施工混凝土灌注桩施工 2.1预制桩施工一、钢筋混凝土预制桩施工(一)工程地质勘察工程地质勘察是桩基础设计与施工的重要依据，内容应包括下列几方面：(1)勘探点的平面布置图；(2)工程地质柱状图和剖面图；(3)土的物理力学指标和建议的单桩承载力；(4)静力触探或标准贯人试验；(5)地下水情况。 (二)桩的制作、运输和堆放钢筋混凝土预制桩制作的施工组织设计宜包括下述内容：(1)工程概况、地点，制桩数量、规格及混凝土强度等级，绘制标有施工现场及附近道路、建筑物、水源、电源等的总平面图；(2)施工现场对道路、水、电通和场地平的具体要求和实施办法；(3)制桩场地平整加固及浇筑制桩地坪混凝土的措施；(4)制桩现场平面布置图。制桩场地位置及尺寸；钢筋骨架制作场地及尺寸；模板制作及堆放场地；混凝土搅拌系统位置及尺寸；制桩作业流水；水平运输工具及路线；现场道路与排水设施； (5)制桩模板结构图，包括脱模剂、隔离剂的涂刷要求；(6)桩身钢筋骨架的配料大样及绑扎成型要求；(7)混凝土配合比、坍落度及浇筑、捣实、养护要求；(8)材料、设备及劳动力计划；(9)生产进度计划及保证质量与安全的技术措施。 高层建筑的桩基，通常是密集形的群桩，在桩架进场前，必须对整个作业区进行场地平整．以保证桩架作业时正直。同时还应考虑施工场地的地基承载力是否满足桩机作业时的要求，如日制履带式打桩机要求地基承载力0.12～0.13MPa，沪产步履式打桩机要求地基承载力为0.08MPa。若不足，则须在表层铺以碎石，并予以整平，以提高地基表面承载力，严防沉桩作业时桩机产生不均匀沉降，有时还须挖排水沟，以排除地面水。 钢筋混凝土预制桩的钢筋骨架，宜用点焊，亦可绑扎。骨架的主筋宜用对焊，亦可用搭接焊，但主筋的接头位置应当错开。桩尖多用钢板制作，在制备钢筋骨架时就把钢板的桩尖焊好。钢筋骨架的允许偏差应符合规范的规定。 主筋的保护层厚度要均匀，主筋位置要准确，否则如主筋保护层过厚，桩在承受锤击时，钢筋骨架会形成偏心受力，有可能使桩身混凝土开裂，甚至把桩打断。主筋的顶部要求整齐，如主筋参差不齐，个别的到顶主筋在承受锤击时会先受到锤的集中应力，可能由于没有桩顶保护层的缓冲作用而将桩打断。此外，还要保证桩顶部钢筋网片位置的准确性，以保证桩顶混凝土有良好的抗冲击性能。 钢筋混凝土预制桩的制作，有并列法、间隔法、重叠法等。粗骨料应采用5～40mm的碎石，不得以细颗粒骨料代替，以保证充分发挥粗骨料的骨架作用，增加混凝土的抗拉强度。浇筑钢筋混凝土桩时，宜由桩顶向桩尖连续进行浇筑，不得中断，以保证桩身混凝土的均匀性和密实性。制桩时，应按规定要求做好记录，供验收时查用。预制桩的允许偏差应符合规范的规定。 预制桩应在混凝土达到100％的设计强度后方准进行起吊和搬运，如提前起吊，必须要经过验算。由于钢筋混凝土预制桩的抗弯能力低，起吊所引起的应力，往往是控制纵向钢筋的因素。 钢筋混凝土预制桩多在打桩现场预制，可用轻轨平板车进行运输。运输长桩时，可在桩下设活动支座。堆放桩的场地必须平整坚实，垫木间距根据吊点来确定，垫木应在同一垂直线上。不同规格的桩，应分别堆放。 (三)桩的打设1.打桩机械打桩的机械设备包括桩架、桩锤及动力装置。(1)桩架桩架的作用是固定桩的位置，在打入过程中引导桩的方向，承载桩锤并保证桩锤沿着所要求的方向冲击桩。 (2)桩锤。桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤、振动锤和液压锤六种。目前应用最多的是柴油锤。 2．打桩施工(1)准备工作。打桩前应平整场地，清除旧基础和树根．拆迁埋于地下的管线，处理架空的高压线路，进行地质情况和设计意图交底等。打桩前应在打桩地区附近设置水准点，以便进行水准测量，控制桩顶的水平标高。还应准备好垫木、桩帽和送桩设备，以备打桩使用。 打桩前还应确定桩位和确定打桩顺序。确定桩位即将桩轴线和每个桩的准确位置根据设计图纸测设到地面上。桩轴线的位置偏差不得超过20mm，单排桩的轴线偏差不得超过10mm。确定桩位可用小木桩或撒白灰点，如为避免因打桩挤动土层而使桩位移动，亦可用龙门板拉线定位，这样定位比较准确。 正确确定打桩顺序和流水方向，在打桩施工中是十分重要的。因为在打桩过程中，尤其在桩距较小的情况下，地表土和深层土都会因打桩挤土而产生移位，正确确定打桩顺序可以减少土移位。在一般情况下，打桩顺序有逐排打设、自边沿向中央打设、自中央向边沿打设和分段打设四种(图5—2)。在粘土类土层中，如果逐排打设，则土体向一个方向挤压，使地基土挤压的程度不均，这样就可能使桩的打入深度逐渐减少，也会使建筑物产生不均匀下沉。 如果自边沿向中央打设，则中间部分的土层挤压紧密，使桩不易打入，而且在打设中间部分的桩时，已打的外围各桩可能因受挤而升起。一般说来，打桩顺序以自中央向边沿打和分段打设为好。但是，如果桩距大于四倍桩直径时，则挤土的影响减小。对大的桩群一般分区用多台桩机同时打设，在确定打桩顾耳可还需考虑周围的情况，以防带来不利影响，尤其是附近存在深基坑工程施工和浇筑混凝土结构时，都要防止由于打桩振动和挤土带来的有害影响，这种事故已时有发生。 至于打桩振动对周围建筑物的危害，国内外都进行过研究。一般认为当建筑物的自振频率在5Hz以下时，振动速度在10mm／s以上才可能对建筑物引起轻微的局部破坏。 (2)打桩1)吊桩。打桩机就位后，先将桩锤吊起固定在桩架上，以便进行吊桩。吊桩即利用桩架上的卷扬机将桩吊成垂直状态送人导杆内。桩的垂直偏差不得超过1％。桩就位后，在桩顶上放上弹性垫层(草纸、废麻袋等)，放下桩帽套入桩顶，再在桩帽上放好垫木，降下桩锤压住桩帽。在锤重压力下，桩会沉入土中一定深度，待下沉停止，再进行检查，务必使桩锤、桩帽和桩身的中心线在同一轴线上，使桩锤底面、桩帽上、下面和桩顶都保持水平。检查合格后，即可开始打桩。 2)打桩。开始打桩时，桩锤落距宜低．一般为0.5～0.8m，使桩能正常沉入土中。待桩入土一定深度，桩尖不易产生偏移时，可适当增加落距，将落距逐渐提高到规定数值。一般说来，重锤低击可取得良好的效果。 打桩过程中，如突然出现桩锤回弹，贯入度突增，锤击时桩弯曲、倾斜、颠动、桩顶破坏加剧等，则表明桩身可能已经破坏。送桩时，桩与送桩设备的纵轴线应在同一直线上。在送桩深度较大时，这点尤为重要。如桩已打斜，应将桩拔出，探明原因，排除障碍，用砂石填孔后重新插入施打。如拔桩有困难，应会同设计单位研究处理，或在原桩位附近补打一桩。 至于停打标准，规范规定摩擦桩以标高为主，以贯入度作为参考；端承桩以贯入度为主，以标高作为参考。但亦有摩擦桩桩尖进入硬土持力层的情况，此时如一定要求按标高控制，会出现桩打不到设计标高的情况。为此，最好按桩尖所处的土层条件来确定是用标高进行控制，还是以贯入度来进行控制，与设计单位协商确定。 二、钢管桩施工(一)桩规格钢管桩不加桩靴，直接开口打入，入土后有大量土体涌人钢管桩内，当涌入桩内的土达到一定高度后，因挤密就把桩口封死，产生封闭效应，所以受力方面和闭口桩相似。 开口的钢管桩在打入过程中土的挤出量小，对相邻桩体和其他建筑物等的影响亦小，因而在软土地区密集的城市中心施工高层建筑，有不少采用钢管桩。如上海的联谊大厦、静安希尔顿宾馆、新锦江宾馆、贵都饭店、招商大厦等一系列高层建筑皆用钢管桩。 目前我国采用的钢管桩，多数是从国外(主要是日本)进口的，部分是湖北沙市钢管桩厂生产的钢管桩，还有的是买钢板经卷板焊接而成。国产钢管桩直径为610～1420mm，壁厚为9、11、12、13、14、16mm。钢管桩的沉桩方法有锤击、震动、静力压入、锤击与射水、锤击与管内挖土等方法，但应用最多的仍为锤击沉桩，它速度快、费用少、能对承载力作出判断，但它有噪音，污染环境。 钢管桩搬运时，防止因撞击而弯曲变形。堆放高度不宜太高，防止受压变形。一般Φ900的钢管桩不宜超过3层；Φ600者不宜超过4层；Φ400者不宜超过5层。管桩两侧用木楔塞牢防止滚动。 (二)打桩打设钢管桩多用三点支撑桅杆式起重机桩架和柴油桩锤。桩的打设方法基本上与钢筋混凝土预制桩相似。钢管桩桩头上需设桩帽，桩帽上再设减震的垫木。打桩开始时，先用架设在桩架正面和侧面的两台经纬仪，校正桩架的导杆和桩的垂直度，然后开始打设，在打设过程中要经常观察桩的中心线偏移，必要时可中断打桩进行调整。 钢管桩的打设一般需遵守先长桩后短桩、先大直径后小直径、先深后浅、先密后疏的原则。打桩要有记录，其内容为：每米锤击数、最终贯入度、回弹量、土芯高度、平面和垂直偏差等。土芯高度影响开口钢管桩的承载能力，希望土芯能起到闭塞效应，即在桩尖标高处土芯与管壁间的摩阻力所形成的垂直承载力大于桩尖下地基的极限强度。直径较大(大于Φ609．6)的钢管桩的土芯闭塞效应较差，施工中应打入持力层内一定深度(3～5倍桩直径)。 (三)接桩钢管桩的每节长度约15m，打桩时每打入一节，就要用电焊焊上一节，然后继续打入。焊接接桩时，下节桩应露出地面600mm左右。下节桩顶面是平面，以利承受锤击，上节桩的下端是单面坡口，供焊接用。焊接时在接头部位放入内衬垫环。焊接主要用电弧焊接，有手工焊、半自动焊和自动焊。采用与钢管桩材质相配且经过干燥的焊条或焊丝。焊丝使用前须经200～300℃烘干两小时，或烘干后放入150℃烘箱内备用。实践证明，用半自动焊焊接不但速度快，质量也易于保证。 焊接后先进行外观及尺寸检查，然后作无损探伤检查。取接头总数的2％进行x光拍片检查或取接头总数的5％作超声波探伤检查。在同一工程内探伤检查数不得少于3个接头，并应符合国家标准《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205—95)的规定。 (四)桩切割和焊桩盖如需在地下切割钢管桩，可用我国研制的“氧乙炔地下钢管切割机”和“等离子体地下钢管桩切割机”进行切割，效果较好。钢管桩的停打标准多以设计标高控制为主，最终贯入度为参考。钢管桩的最终贯人度以20～25mm／10击为宜。工程中应由设计单位根据试打桩的资料，分析计算出停打标准，包括最终贯入度。 三、打入桩施工对邻近建筑物等的影响及预防措施1、打入桩施工对邻近建筑物等的影响打桩对周围环境的影响，除震动、噪音外，还有土体的变形、位移和形成超静孔隙水压力，它使土体原来所处的平衡状态破坏，对周围原有的建筑物和地下设施带来不利影响。轻则使建筑物的粉刷脱落，墙体和地坪开裂；重则使圈梁和过梁变形，门窗启闭困难，它还会使邻近的地下管线破损或断裂，甚至中断使用；还能使邻近的路基变形，影响交通安全等；如附近有生产车间和大型设备基础，它亦可能使车间跨度发生变化、基础被推移，因而影响正常的生产。 所以产生这些危害，主要是因为打桩破坏了土体内部原来的平衡，产生了一系列新的变化。这些变化表现在土体方面则有：(1)地面垂直隆起，土体产生水平位移(包括表层土的水平位移和深层土的水平位移)。这是由于锤击沉桩时进行得很猛烈。地表受到大大超过其极限强度的冲击，很快形成挤出破坏，使桩周围的地面隆起并产生水平位移。随着托桩的进行，土中存在连续的滑动面，土不断地被挤出； (2)土孔隙中静水压力升高，形成超静孔隙水压力。这是由于沉桩时，深层土受到上层土覆盖压力的约束大，土不能向上挤出，猛烈沉桩时土体受到压缩和挤实，同时土中孔隙水压力升高。升高压力的孔隙水(有时其压力达到上覆土层压力的2～4倍)，能沿着桩身向上渗流，经上层已破坏了的土体中的裂隙而逸出。孔隙水压力的消散，受土渗透性的影响，在软土地区其完全消散往往需数月； (3)沉桩后期地面会发生新的沉降，使已入土的群桩产生负摩擦力。这是由于超静孔隙水压力随着时间而消散，有效应力增加，孔隙减小，土产生新的固结，因而形成地面沉降。 上述危害程度与以下因素有关：(1)桩型、桩截面尺寸、桩长及桩群的密集程度；(2)桩锤种类、重量及落距；(3)地基土的物理力学指标与地下水情况；(4)邻近建筑物、地下管线的结构和构造情况，以及与沉桩处的距离；(5)沉桩顺序；(6)预防措施是否有效。 2、打入桩施工对邻近建筑物等的影响的预防措施总结我国多年来的施工经验，减少或预防沉桩对周围环境的有害影响，可采用下述措施：1.减少和限制沉桩挤土影响(1)采用预钻孔打桩工艺。亦称“钻打法”，它是先在地面桩位处钻孔，然后在孔中插入预制桩，用打桩机将桩打到设计标高。如果桩顶埋在地表以下，残留的钻孔则用粗粒土回填。为了兼顾单桩的承载力，不致使承载力受到明显影响，钻孔深度一般不宜超过桩长的一半。 (2)合理安排沉桩顺序。如图5-2所示，沉桩顺序不同，挤土情况亦不同。由于先打入桩周围的土固结后，土与桩之间产生一定的摩阻力，可阻止土隆起，所以土隆起多发生在打桩推进的前方。因此为了保护附近的建筑物等，群桩宜采取由近而远的打人顺序。在较硬土地区打桩，为避免桩难以打入，宜采取先中间后四周的打桩顺序。 (3)控制沉桩速率。沉桩时由于挤压产生超静孔隙水压力，它有一个消散过程。为避免在较短时间内连续打人大量桩，对超静孔隙水压力的增加有所控制，减少挤土效应，宜控制沉桩速率。这样做虽然会延长施工工期，有时还是需要的。 (4)挖防震沟。沿沉桩区四周挖防震沟，沟深1．5～2．0m，两边放坡，可隔断近地表处的土体位移，不致影响到沟槽以外的区域。同时还可阻断打桩产生的地震波，由于地震波主要沿地表层传播，深层的地震波易被吸收，且深处无地下管线和基础等，不会产生有害影响。事实证明，这种沟槽对防震和防止土体位移都有良好的作用。 (5)打设钢板桩等围护。沿被保护的建筑物等外围打设钢板桩等，利用其自身刚度约束沉桩后的挤土影响。有的工程中采用过这种做法，有一定的效果。不过在拔除钢板桩时会扰动一定深度内的土体，有时会导致建筑物、地下管线或路面产生不均匀沉降。 (6)采用钢管桩。打设开口的钢管桩，挤土效应很小。不过钢管桩价格昂贵，从长远看还存在锈蚀问题，只能用于一些特殊情况。 2.减小孔隙水压力(1)井点降水。采用井点降水使地下水位下降，可在一定深度范围内不产生超静孔隙水压力。不过，单纯为了减小孔隙水压力的目的。采用井点降水者较少。而且在降水范围内要引起土体固结，会带来沉降，这对周围环境亦产生影响。 (2)袋装砂井。根据太沙基的一维固结理论，粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比。因此，要缩短粘性土的固结时间，设法缩短排水距离距离是最有效的办法。因而把袋装砂井埋设在软土地基中，人为地造成土固结的排水通道，使孔隙水压力得以较快地消散，从而达到缩短软土地基的固结时间，加速沉降，提高地基土强度的目的。 (3)预钻排水孔。在沉桩区范围内，预钻一些排水孔，沉桩时土被挤压，孔隙水即沿排水孔涌上排出，可使孔深范围内的孔隙水压力不致升高。不过软土地区孔壁易坍塌，且钻孔时扰动土层易引起桩位偏移。 (4)预埋塑料板排水。在打桩前，用插板机将带状塑料排水板插入桩区的软土层中，打桩时产生挤土效应，土中的孔隙水受压后沿塑料排水板中的通道逸出，则可减少孔隙水压力，使地基土得到加固。塑料板排水不只用于打桩工程，在以堆载预压、真空预压等进行地基处理时亦应用。 3.减少震动影响用锤击沉桩，在锤击时必然产生震动波，震动波在传播过程中对邻近桩区的地下结构和管线会带来危害。为减少震动波的产生，宜采用液压锤或用“重锤轻击”。为限制震动波的传播上可采用上述开挖防震沟的措施，用防震沟来阻断沿地表层传播的地震波。为防止震动对地下敏感的地下管线等的影响，可在、沉桩期间将地下管线等挖出暂时暴露在外，沉桩结束时再回土掩埋。 2.2灌注桩施工优势：(1)单桩承载力高，一根桩可以承受几百吨乃至几千吨，能满足高层建筑的框架结构、筒体结构和剪力墙结构体系的需要，由于单桩承载力高，可以作到一根柱子下面只有一根桩，可以不作承台；(2)岩层埋藏较浅时，大直径灌注桩可以嵌入岩层一定深度，使桩更加结实牢固；(3)大直径灌注桩由于成孔直径大，施工时下放钢筋笼方便，灌注水下混凝土也易于保证质量； (4)大直径灌注桩既能承受较大的垂直荷载，也能承受较大的水平荷载，而且能嵌入地层一定深度，其抗震性能也较好，同时沉降也小，能防止不均匀沉降。(5)灌注桩施工不存在沉桩挤土问题，振动和噪音均很小，对邻近建筑物、构筑物及地下管线、道路等的危害极小。但是，混凝土灌注桩的成桩工艺较复杂，尤其是湿作业成孔时，成桩速度也较预制打入桩慢。且其成桩质量与施工好坏密切有关，成桩质量难以直观的进行检查。 大直径的混凝土灌注桩，在我国高层建筑施工中得到愈来愈广泛的应用。北京、上海、天津、广州、深圳等地一些著名的高层建筑不少都是利用混凝土灌注桩。通过工程实践，在机械设备、成桩工艺和质量检测方面都取得长足的进步。混凝土灌注桩的成孔，按设计要求和地质条件、设备情况，可采用钻、冲、抓和挖等不同方式。成孔作业还分为干式成孔(孔内无水)和湿式成孔(孔内有水)，分别采用不同的成孔设备和技术措施。湿式成孔时，需采用泥浆护壁，并用水下混凝土的浇筑方式浇筑桩身混凝土。 一、钻孔灌注桩施工钻孔灌注桩施工可采用干式成孔或湿式成孔，成孔后吊放钢筋笼，灌注混凝土而成。施工时要保证设计要求的孔径、孔深和孔的垂直精度，并保证孔底松士沉渣厚度满足规范要求。 一、湿式成孔的钻孔灌注桩湿式成孔钻孔灌注桩的成孔，可用冲抓锥成孔机、斗式钻头成孔机、冲击式钻孔机、潜水电站、大直径旋入全套管护壁成孔钻机(贝诺托Benote钻机)和工程水文地质回转钻机等。 1.冲击式钻孔机成孔该机主要用于岩土层中，施工时将冲锥式钻头提升一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层，然后排除碎块后成孔。冲击式钻头重量一般为500～3000kg，按孔径大小选用，多用钢丝绳提升。在孔口处埋设护筒，稳定孔口土壁及保持孔内水位，护筒内径比桩径大300～400mm，护筒高1.5～2.0m，用厚6～8mm钢板制作，用角钢加固。掏渣筒用钢板制作，用来掏取孔内渣浆。 2.潜水电钻成孔潜水电钻是近年来应用较广的一种成孔机械。它是将电机、变速机构加以密封，与底部的钻头连接在一起组成钻具。可潜入孔内作业，以正(反)循环方式将泥浆送人孔内，再将钻削下的土屑由循环的泥浆带出孔外。潜水电钻体积小，重量轻，机动灵活，成孔速度较快，适用于地下水位高的淤泥质土、粘性土、砂质土等，换用合适的钻头亦可钻入岩层。钻孔直径约800～1500mm，深度可达50m。它常用笼式钻头(图5—11)。 二、大直径旋人全套管护壁成孔钻机成孔贝诺特钻机首先用于法国，后来传至世界各地。它是利用一种摇管装置边摇动边压进钢套管，同时用冲抓斗挖掘土层。除去岩层，几乎所有的土质都可挖掘。该法是工大直径钻孔桩有代表性的三种方法之一，在国外应用较为广泛，我国在施工广州花园酒店的直径1200mm的灌注桩时，也曾使用过法国制造的贝诺特钻机。 用贝诺特钻机挖土时，在压入钢套管后，用卷扬机将冲抓斗(一次抓土量为0.18～0.50m3)放下与土层接触抓土，然后将其吊起至位置4(参见图5一14)，再向前推出至状态5，此时靠钢丝绳操纵使冲抓斗的抓瓣张开，使土落至砂土槽6上，装于翻斗车运出。如此反复进行挖土，直至挖到设计规定的深度为止。在钻孔达到设计深度后，清除钻碴，然后放下钢筋笼，用导管进行浇筑混凝土，并拔出套管。 用贝诺特钻机施工时，保证套管垂直非常重要，尤其是在埋设第一、二节套管时更应注意。为了保证能垂直的埋设套管，首先应当注意贝诺特钻机本身是否水平。在软土地基上安装机械，即使开始时呈水平状态，但在起吊和竖立套管时，由于重心位置前移，容易造成前方向下倾斜。此时，就应在地面上满铺枕木以扩大支承面积。挖掘开始时，应随挖掘随测定套管是否垂直，一旦发现套管倾斜，就要拔出套管，重新调正贝诺特钻机的水平。为保证桩体垂直，第一、二节套管必须谨慎地加以埋设。 贝诺特法的优点是：(1)相比较而言，无噪音、无振动；(2)除岩层外，其他任何土质均可适用；(3)在挖掘时，可确切地搞清楚持力层的土质，便于选定桩的长度；(4)挖掘速度快，挖深大，一般可挖至50m左右；(5)在软土地基中开挖，由于先行压入套管，不会引起坍孔；(6)由于有套管，在靠近已有建筑物处亦可进行施工；(7)可施工斜桩，可用搭接法施工柱列式地下连续墙。 贝诺特法的缺点是：(1)因为贝诺特钻机是大型机械，施工时需要占用较大的施工场地；(2)在软土地层中施工，尤其是在含地下水的砂层中挖掘，由于套管的摇动会使周围一定范围内的地基松软；(3)如地下水位以下有厚细砂层时(厚度5m以上)，由于套管摇动会使土层产生排水固结作用，往往因此而不能继续向下挖掘；(4)由于冲抓斗的冲击会使桩尖处持力层变得松软；(5)根据地质情况的不同，已挖成的桩径会扩大4％～10％。 4.工程水文地质回转钻机成孔回转钻机是目前灌注桩施工用得最多的施工机械，该钻机配有移动装置，设备性能可靠，噪音和振动小，效率高，质量好。该钻机配以笼式钻头，可多档调速或液压无级调速，以泵吸或气举的反循环或正循环方式进行钻进。它适用于松散土层、粘土层、砂砾层、软硬岩层等各种地质条件。其施工程序如图5-16所示。 回转钻机成孔工艺应用较多，现分别详述如下。(1)正循环回转钻机成孔。正循环回转钻机成孔的工艺原理图如图5-17所示，其设备简单，将常用的地质钻机、水文钻机等稍加改装即可。操作简单、工艺成熟。当孔深不太深、孔径<800mm时钻进效果较好。当桩孔径较大时，钻杆与孔壁间的环形断面较大，泥浆循环时返流速度低，排碴能力弱。如使泥浆返流速度达到0.20～0.35m／s，则泥浆泵的排量需很大，有时难以达到，此时不得不提高泥浆的相对密度和粘度。但如果泥浆相对密度过大，稠度大，难以挂出钻碴，孔壁泥皮厚度大，影响成桩和渣孔，这是正循环回转钻机成孔的弊病。 正循环回转钻机成孔的基本参数为：1)钻压：钻孔时，钻头是在钻压和回转扭矩作用下切削和破碎岩土而获得进尺切削下来的钻碴则由泥浆携出桩孔。为此，钻进时需有一定的钻压。钻压一般根据地层条件、钻杆与桩孔的直径差、钻头形式、切削刀具数目、钻具强度、设备能力等因素综合考虑确定。当用硬质合金钻进成孔时，每片切削刀具的钻压以800～1200N或每颗合金的钻压取400～600N为宜，可由此确定钻头的钻压。 2)转速：转速的选择除满足破碎岩土的扭矩需要外，还要考虑钻头不同部位切削刀具的磨耗情况。一般按下式计算：正循环回转钻机成孔时，根据岩土情况合理选择钻头和泥浆性能。下钻头后，先使其距孔底50～80mm，开动泥浆泵，待泥浆循环3～5min后再启动钻机慢速回转，同时慢慢降下钻头，轻压慢转数分钟后逐渐增大转速和钻压而进入正常钻进。此时合理掌握和调整钻进的基本参数，不要随意提动钻具，掌握卷扬机钢丝绳的松紧度，减少水龙头晃动。加接钻杆时，先将钻头提离孔底，待泥浆循环3～5min后再拆卸加接钻杆。 正循环回转钻进由于需用相对密度大、粘度大的泥浆，加上泥浆上返速度小，排碴能力差，孔底沉碴多，孔壁泥皮厚，为了提高成孔质量，必须认真清孔。清孔的方法主要采用泥浆正循环清孔和压缩空气清孔。用泥浆正循环清孔时，待钻进结束后将钻头提离孔底200～500mm，同时大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆，维持正循环30min以上，直到清除孔底沉碴和孔壁泥皮，泥浆含砂量小于4％时为止。 (2)反循环回转钻机成孔。反循环回转钻进是泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，来冷却钻头并携带钻屑由钻杆内腔返回地面的一种钻进工艺。由于钻杆内腔断面积比钻杆与孔壁间的环状断面积小得多，因此泥浆的上返速度大，一般达2～3m／s，多是正循环工艺泥浆上返速度的数十倍，因而提高排碴能力，保持孔内清洁，减少钻屑在孔底重复破碎的机会，能大大提高成孔效率。 实践证明，反循环回转钻进成孔工艺是大直径成孔施工的一种有效的、先进的成孔工艺。这种工艺50年代初期当时的联邦德国首先应用于煤田钻井，后引起各国的注意，60年代初传至日本应用于钻孔灌注桩成孔施工，使这一工艺日趋完善。我国于70年代初期就开始试验反循环钻进成孔工艺，后逐渐应用于工程实践。 反循环钻进成孔工艺(图5-19)，按钻杆内泥浆上升流动的动力来源、工作方式和工作原理的不同，分为泵吸反循环钻进、气举(压气)反循钻进和喷射(射流)反循环钻进三种。它们各有其特点和量佳孔深。泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆内泥浆上升而形成反循环。射流反循环是利用射流泵射出的高速液流产生负压，使钻杆内的泥浆上升而形成反循环。气举反循环是将压缩空气通过供气管送至井内的气水混合器，使压缩空气与钻杆内的泥浆混合，形成重度小于1的三相混合液，在钻杆外环空间水柱压力作用下，使钻杆内三相混合液上升涌出地面，将钻碴排出孔外，形成反循环。 灌注桩施工中多用效率较高的泵吸反循环钻进工艺，因为在一般情况下钻孔深度不会太大，当然个别情况下例外，而且用泵吸反循环钻进工艺时，钻头寿命长、功率消耗少、钻进效率高。泵吸反循环时，泥浆上返速度快、排碴能力强，当钻头切入地层在回转扭力作用下一经松动，就很快被泥浆携带出来，不必重复破碎，因而钻头寿命长，钻进效率高，钻进成本也较低。 此外，泵吸反循环时要求不断向孔内补给泥浆，并始终保持孔内水头压力比孔外地下水的水头压力大2m以上，该压差既可平衡地层压力，又可保持孔壁稳定；同时，由于泥浆下流速度低(一般小于0．3m／s)，所以对孔壁的冲刷作用亦小。因此，采用泵吸反循环钻进时，对多数地层，只要能保持2m以上的静水压力，就可用清水钻进。清孔钻进不用专门制备泥浆，孔壁泥皮薄，有利钻碴分离，孔底沉碴少，成孔质量好。 采用反循环钻进工艺时，要注意正确选择下列基本参数：1)钻杆内径：钻杆内径取决于钻杆直径，钻杆内径大，能通过的钻碴颗粒直径也大，有利提高钻进效率，减少压力损失和扩大地层的适用范围。但钻杆内径大，要保证泥浆上返速度Va则泵量亦增大。同时在孔径较小时，过大的钻杆内径，会使补给泥浆的下流速度大，易冲刷孔壁，对孔壁稳定不利，故钻杆内径亦不可过大。一般可参考表5-4进行选择，但钻杆内径d不宜小于Ф100mm，钻杆内径过小，稍大的钻碴进不去，或易产生卡堵现象，也不利于提高钻进效率。 2)泥浆上返速度：在反循环回转钻进中，钻碴是不规则的几何形体在有限的流动空间内运动的。为了分析的方便，先假定钻碴是几何形状规则的球体，当球体在无限大静止流体中自由下沉时，作用在球体上的力有重力W浮力P和流体阻力R(图5—21)。由于流体阻力R与沉降速度的平方成正比，当沉降速度达到某一数值v0时，使w=P+R，球体即以恒定速度沉降，此恒定速度v0称为球形物体的自由沉降速度。 如果泥浆以小于v0速度向上运动时，则球体将下沉；如果泥浆以大于v0速度向上运动时，则球体将上升；如果泥浆以等于v0速度向上运动时，则球体将既不上升也不下降，在某一水平面上呈摆动状态。此时泥浆的速度称为该球体的自由悬浮速度。悬浮速度与沉降速度数值相等、方向相反。 3)砂石泵排量4)主动钻杆长度H：主动钻杆长度H直接影响水龙头顶部最高点T至孔内液面的距离HL，而HL的大小又直接影响水龙头顶部最高点T处的压力，而此压力不得小于循环介质的汽化压力，以防引起气蚀现象，损坏水龙头和砂石泵。因此，主动钻杆长度不宜过长，但如果太短则加接钻杆时间长，不利提高钻进效率。在HL一定时，宜增大H。正常钻进时，当钻完主动钻杆加接一根钻杆后HL最大(图5-22) 5)泥浆液面(图5-23)：国内外实践证明，在第四系地层中钻进成孔，只要孔内水头压力比孔外地下水压力大2×104Pa以上，就能保证孔壁的稳定。 6)钻压排碴能力强钻压可大；排碴能力弱钻压应小，以获得适应的钻进速度。钻压的大小取决于单颗切削工具切入岩土所要求的压力。 7)转速：钻头线速度达到一定值时，再增加转速则钻进速度不增加或增加很少。转轴功率一定时，增加转速会减小回转扭矩，对切削地层不利。转速按式(5-15)计算，取决于钻头线速度和钻头直径。 用反循环回转钻机成孔时，钻孔前需埋设好护筒，护筒起定位、保护孔口和维持水头压力等作。护筒内径比钻头直径大100mm，埋入土中深度不小于1m，护筒中心线同桩位中心线的偏差不得大于50mm，顶部开溢流口。钻机就位必须平整稳固，确保钻孔过程中不产生倾斜和移动。在粘土、粉质粘土层中钻孔，可清水钻孔，原土造浆护壁，泥浆相对密度控制在1．1左右，在砂层中钻孔要适当提高泥浆相对密度和牯度。要使孔内液面不低于护筒溢流口。 钻孔时为防止缩径，对每一新开工程，须用井径仪测得孔径曲线资料，做为控制缩径的依据；钻孔时宜用阶梯形保径钻头，对易缩径的土层可进行复钻。磨损过大的钻头要及时更换，允许偏差为-10mm。为防止超径，不准使用过于弯曲的钻杆，钻头连接应保证同心度。需根据土层种类选择合适的转速。为防止孔斜，钻机塔架要安置平稳、垂直。转盘保持水平；护筒不偏斜。水笼带我拉绳不应绷得过紧，防止把钻杆拉斜。钻孔的顺序要考虑有必要的间距，一般应不小于4m。钻进中的加压给进要随地层变化而及时调整。钢筋笼的制作、吊放和水下混凝土的拌制与浇筑都应符合相应的规定。