正循环回转钻进钻孔灌注桩施工工法

'正循环回转钻进钻孔灌注桩施工工法程丙权赵翠然严海波钱莉一、前言钻孔灌注桩在我国桥梁桩基施工中是一项应用十分广泛的施工技术，随着经济建设的不断发展，在水利工程及房屋建筑工程中得到了大量的推广和广泛的应用。但由于钻孔灌注桩的施工工序较多，既要保证成孔安全，又要保证成桩质量，必须做好每道工序的工作质量及工序间的衔接。二、工法特点本工法施工方便,成本低，施工速度快，成桩质量高。（1）对施工平台承载力要求较低，钻孔扩孔率低；（2）采用自造泥浆或加少许粘土造浆钻孔成孔，有效降低施工成本；（3）钻进时根据地层情况选择合适的钻进速度，调整合适的泥浆比重，桩孔质量好，孔壁坚实，稳定性好，能避免或减少塌孔现象发生；（4）机械操作简便，施工工序简单，劳动强度低，适用具有粘性性质的地层，同时适用于砾石直径不大于20cm的壤土地层。三、适用范围本工法适用于桥梁桩基、水利工程及房屋建筑工程中的基础处理工程施工，适用地层为粘性壤土地层及粘土地层。四、工艺原理本工法是采用回转钻机自造泥浆护壁成孔，孔内土体通过钻头切割与搅拌形成泥浆，最终通过泥浆泵正循环排出孔外；钢筋骨架分节制作，汽车吊吊装就位，孔口焊接下放钢筋笼；直升导管法进行水下混凝土浇筑的施工工艺。五、施工工艺流程及操作要点（一）工艺流程施工工艺流程见图1。（二）操作要点1、成孔施工（1）定位放样根据施工图纸，测量人员采用全站仪测量放点，精确放出各桩的中心位置，同时埋设桩中心的纵向、横向定位标志及护桩，经监理工程师确认无误后方可进行施工，施工中经常进行复测。（2）护筒埋设①护筒采用壁厚4mm钢护筒，内径大于钻头直径100～150mm，在护筒上端开设1个出浆口，规格为40×40cm。②护筒高出施工平台10～30cm，底部及周围用粘土回填，分层夯实校正桩位后用细线拉出桩中心十字线，并用红漆标记在护筒上，施工时要经常测量复核其准确性，护筒底标高应高于地下水位标高，护筒埋深根据地下水位、桩径和钻头长度确定，一般约1.5m。 （3）钻机就位对钻机下部垫层进行夯实后，再搭设施工平台，水平尺找平，钻机就位后必须平整、稳固。每班由工段长或班长检查（测）不少于3次，发现不符合要求的立即纠正。桩位放样护筒埋设钻机就位钻进终孔检查一次清孔钢筋笼入孔下导管、二次清孔灌注水下砼挖除护筒平整场地供水挖泥浆池造浆排浆池排浆制作钢筋笼设隔浆设施检测导管拼接测砼面高、拆导管砼运输砼拌制试块制作试块检验钻机移位桩头凿除桩身质量检测图1钻孔灌注桩施工工艺流程图（4）泥浆制作钻孔用泥浆主要采用自造浆，开钻时可在孔内加入适量的粘土并采用低速、慢进造浆，然后正常钻进。在钻进过程中严格控制泥浆参数（见表1），保护孔壁不坍塌、缩径及保证桩的灌注质量。冲洗液循环系统由泥浆池、沉淀池排水槽组成，应满足钻进过程中沉渣、清渣、排浆的要求，并经常进行清理，保持泥浆性能,每班检测不少于3次。沉淀池中的沉渣应及时清理运走，废浆及时抽浆外排，或暂存废浆池。 表1泥浆的性能指标钻孔方法地层情况泥浆性能指标相对密度粘度(Pa·s)含砂率(%)正循环一般地层1.05～1.2016～228～4易坍地层1.20～1.4519～288～4（5）钻进成孔钻孔灌注桩采用正循环，三翼单腰带刮刀钻头回转钻进成孔，原土造浆护壁，正循环两次清孔工艺。开孔前检查钻头直径是否能达到设计桩径要求，校核桩位、孔口标高及桩孔编号，经检验准确无误后方可开工。钻进时，开始2～5m要轻压慢转，采用低档低速钻进。钻进技术参数为：转速40～70r/min，压力10～20kN，泵量1000～1500L/min。钻进过程中应注意以下问题：①钻进过程中每钻进3m要检查一次钻杆的垂直度和转盘的水平度，发现超标及时调整。②钻进过程由专人经常测定泥浆的技术参数，及时调配泥浆，黏度大、含砂率高的泥浆及时外排，沉淀池废渣及时挖除。③在钻进过程中根据钻进及返浆带渣情况，明确记录地层的地质情况，若遇特殊地层则及时采取措施，整个钻进过程中尽可能避免钻机振动、移位。④终孔过程中采取计算钻具长度、机高、机上余尺的方法计算孔深，钻孔完毕后用测绳再次测定实际孔深，确认达到设计深度后方可进行下一步施工。⑤钻孔结束后，孔位、孔径、垂直度（倾斜率）可采用自制检孔器检验。检孔器采用外径为基桩钢筋笼直径加35～40mm（但不得大于钻头直径），长度为5倍外径的自制钢筋笼。检验时先用卷扬机吊绳将检孔器吊入孔口，利用孔口护筒侧壁或顶面桩位十字线标记拉两根线绳，观察起吊绳中心十字线交叉中心的距离并作记录。检孔器每下落5m观测数据并记录，依次做全深度检查。（6）清孔①钻孔达到设计深度后，孔深、孔径等检查合格后进行清孔。清孔时应将钻具提离孔底50cm，大泵量清孔。②为保证桩的质量，在下入导管后，进行二次清孔，保持孔内泥浆相对密度1.03～1.10，含砂率＜2％，粘度17～20Pa·s，并确保灌注前的孔底沉渣厚度不大于0.2m。2、成桩施工（1）钢筋笼制作根据施工图纸分段制作，按照钢筋制作规范施行。搭接处采用双面焊接，搭接长度按照施工图纸执行，同一截面焊接根数不大于1/2，接头间距不小于35d。螺旋箍筋搭接长度不小于300mm。按设计要求在骨架外侧设置控制保护层厚度的钢筋，骨架顶端两侧设置吊环。（2）钢筋笼焊接及验收要求制作好的钢筋笼经过验收后，要标明堆放，并做好防护，钢筋笼存放时应在加强筋内部加设“十”字钢筋支撑，防止钢筋笼失圆。以防止受潮生锈及变形。（3）钢筋笼的安放 清孔结束后，尽快进行钢筋笼的吊装安设工作。钢筋笼安放前要再次对钢筋笼进行检查核对，确保钢筋笼符合设计及规范要求。①采用汽车吊吊装钢筋笼；②下放钢筋笼前，根据护筒标高，再次测量孔深，配备相应的枕木和压杆。③钢筋笼安放必须垂直对中，不碰孔壁，吊筋或压杆的横担不得压在护筒上及可能引起孔壁坍塌的范围内，应将压杆、横担支撑在枕木上。④钢筋笼定位采用压杆与钢筋笼相连接，根据护筒标高计算出地面标高后，把钢筋笼下放到位，将压杆固定在孔口横担上，以防止灌注砼时钢筋笼上浮或下移。（4）安放导管①导管采用φ250mm的钢管，导管间采用丝扣连接。接导管前先洗净连接头，连接必须紧密，严禁渗漏。导管每节长度一般3m左右，最下端一节长度不小于4m，并配置1m、0.5m等短管调节导管长度。②导管下放前在地面试压检查其连接的密封性，根据钻孔深度，试水压力一般不小于0.6～1.0MPa。③孔内居中下入导管，导管下端距离孔底约0.3～0.5m。（5）混凝土灌注①在混凝土灌注前，进行二次清孔，并测量孔底沉渣厚度。②按照施工配合比拌制砼，并保证供应强度，确保在最先浇筑的砼初凝前浇筑完毕。③首批灌注混凝土的数量应满足导管首次埋置深度≥1.0m和填充导管底部的需要。④灌注过程中，导管埋置深度控制在不小于2.0m，防止拔管过多造成断桩或夹层。灌注时专人负责检查记录，随时观察管内混凝土下降及孔口返水情况。及时测量孔内混凝土上升高度，提升和分段拆除上部导管，拆除导管需经技术员或施工队长检查无误后方可进行。提升导管不得左右移动，保证有次序地拔管和连续浇筑混凝土直到整桩完毕。⑤首批砼灌注后，桩孔混凝土面高出钢筋笼底部1m时，降低混凝土的灌注速度。当混凝土上升到骨架底口4m以上时，提升导管，使导管底口高于骨架底部2m时，恢复正常灌注速度。⑥当灌注接近桩顶时，应及时量测桩顶标高，使灌注桩的桩顶标高比设计标高高出50～100cm，混凝土灌注过程中，用重锤或测杆检查桩顶标高。混凝土面返到超灌长度的标高后，拔管时将导管上下缓慢活动，使混凝土面口慢慢弥合，防止拔管过快造成泥浆混入，形成混泥芯，出现桩头渗水等质量缺陷。⑦在灌注过程中或将近结束时，核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的灌注高度的准确性。灌注结束后，整理、冲洗现场，清洗导管及工器具，护筒在灌注完毕后提起。（6）清理桩头、成桩检测为确保桩顶质量，桩顶砼面标高宜高于设计标高50～100cm。在砼灌注结束后，保留10～20cm待砼强度达到设计强度的70%以上后进行凿除，并报请检测部门对桩身质量进行检测。混凝土浇筑孔口设施示意图见图2。 图2混凝土浇筑孔口设施示意图（7）特殊情况处理①预防断桩、夹泥、缩径，减少泥皮厚度的措施a、灌注过程中随时测定混凝土面高度，保证导管埋深在2～6m范围内。b、防止灌注混凝土的过程中堵塞导管是在灌注漏斗上加筛网（必要时），防止大块碎石进入导管而堵管；导管内壁必须光滑顺畅，不得有结块砼或其它物品粘附在管内壁。c、使用好的泥浆，保证泥浆的质量，快速成孔，减少清孔至灌注混凝土的时间间隔。灌注前洗孔：泥浆比重、粘度、含砂量、孔底沉渣满足要求指标。d、钻进中产生的泥浆粘度、比重等始终保持设定的允许范围内，随时清挖排除废渣废液，若有超标时应及时稀释，应先清洗后稀释。e、混凝土灌注至距顶部3m时，向孔内放水稀释泥浆或将导管在砼的埋深减为1.0m，以减少混凝土排除泥浆的阻力，防止桩顶产生瓶颈现象。f、钢筋笼下到设计标高及防止上浮下沉措施：防止钢筋笼的上浮和下沉，除采用刚性大的压杆外，当灌注混凝土返至钢筋笼底部以上1m左右时，适当放慢灌注速度，待混凝土面超过钢筋笼底部3～4m，再保持正常灌注速度。②处理断桩措施在灌注过程中，如因故把导管下口提出混凝土面，或停灌，即会产生断桩，则可采取如下抢救措施：a、当灌注混凝土量少、埋笼浅或未埋笼时，将笼拔出，重新下钻扫孔，用反循环钻机把孔内混凝土扫开，吸出孔内砂、石及其携带的沉淀。孔深满足要求后重新下笼、下导管进行二次清孔，重新灌注砼。b、在灌注的后期，可将导管拔出并进行清洗，然后加装底盖阀并将导管及料斗内灌满混凝土后再插入孔内混凝土面1～2m以下，然后剪断底盖阀的吊绳并提起导管（约0.5m），使混凝土排出，并继续灌注至要求的高度。六、设备与劳动组织（一）主要设备见表1。 表1主要设备器具配置表设备器具名称型号单位数量混凝土拌和站HZ60-1Q1500（桩径1.5m以下）座1工程钻机GPF-2000D（桩径1.8m、2.0m）台1潜水泵15m3/h－65m台2泥浆泵NL1110-16-57台2污水泵10m3/h台2汽车吊25t辆1混凝土罐车8m3辆2～3钢筋笼运输车自制辆1电焊机BX-400台3钢筋弯曲机GW40-1台1钢筋切断机GQ50-1台1钢筋调直机GTJ4-4/14台1（二）劳动组织见表2。表2劳动组织工种班次人数/班合计质检人员224管理人员212钢筋加工人员166钻孔人员2612（连续）浇筑人员2612（连续）拌和站人员2510辅助人员236七、质量控制（一）质量管理措施1、施工前技术部门向施工作业队进行技术交底，详细讲解施工工艺、方法及施工中的控制要点，要求施工人员和技术人员掌握施工方案和技术规范。2、开工前各项准备工作必须完善，施工机具必须检修处于完好状态，必要时准备施工辅助预案，比如：施工中停电要配备发电机，以确保桩基砼浇筑连续。3、严格实行“三检制”，未经验收合格不得进入下一道工序的施工。（二）关键工序质量控制措施1、桩位及标高的控制方法（1）所用的测量仪器、设备等经技术监督部门校核。（2）测量放线工作由专职的测量人员担任。（3）护筒中心线应与桩中心定位点重合，允许偏差不得大于2cm，护筒倾斜度不得大于2%。（4）钻机定位要准确、稳固，确保在施工中不发生倾斜、移动。在钻进过程中，经常检验钻机的水平度及垂直度，钻头中心应对准桩中心（即十字线中心），其水平偏差不大于2cm。（5）钻机滑道中心要与转盘、孔位中心重合，其水平位置偏差不得大于2cm，主钻杆的垂直度不大于0.5%H。（6）用水准仪将标高引到可靠且便于测量和检查的位置处，以便随时测量计算孔深及孔底标高。2、钢筋笼的标高和保护层的控制措施 （1）钢筋笼的定位用压杆与钢筋笼相连接，下笼前用水准仪测定护筒标高。根据护筒标高及地面枕木高度计算所需压杆长度，把钢筋笼下放到位，将压杆固定在孔口，以防止灌注混凝土时钢筋笼上浮或下沉。（2）通过扶正器实现钢筋笼主筋混凝土保护层的均匀性。制笼时沿笼圆周均等的4个点焊接直径8～10mm钢筋及混凝土圆柱体制作的扶正器，间距2m，保护层厚度的允许偏差20mm，主筋净保护层厚度50mm。为满足钢筋笼主筋的保护层厚度，确保施工过程中的泥浆质量保持在规定的范围内。（3）严格按照施工图纸制作钢筋笼，钢筋的搭、焊接要符合钢筋制作规范，所用材料必须有出厂合格证、材料复验证，并报请有关部门验收。为保证钢筋笼的成型质量，所用主筋必须调直，加劲箍必须弯圆，钢筋笼制作时有模具。钢筋骨架制作及吊放允许偏差见表3。表3钢筋骨架制作及吊放允许偏差表项次项目允许偏差（mm）1主筋间距±102箍筋间距或螺旋筋螺距±203钢筋骨架外径±104钢筋骨架长度±505骨架倾斜度±0.5%6骨架保护层厚度±207骨架中心平面位置208骨架顶端高程±209骨架底面高程±503、混凝土浇筑质量控制措施（1）严格按照施工配合比拌制混凝土，混凝土坍落度控制在18～22cm之间，扩散度宜为34～38cm；坍落度小时损失不得大于3cm。（2）导管使用前需进行通球和压水试验，确保无漏水、渗水时方能使用，导管接头连接处须加密封圈并上紧丝扣。（3）按规范要求现场取样制作试块。八、安全措施施工过程中认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针政策，严格控制和防止各类伤亡事故的发生，具体措施如下：（1）项目经理部、施工队成立安全领导小组，设专职安全员并制定严格的安全措施，定期分析解决工作中存在的问题，及时发现和排查不安全隐患。（2）安全教育经常化、制度化，开工前进行系统安全教育，开工后抓好安全教育的定期安全培训。（3）严格安全监督，完善安全检查制度，定期组织、检查，发现问题及时纠正，真正把事故消灭在萌芽状态。（4）所有操作人员必须持证上岗，严格按操作规程作业，严禁各种违章指挥和违章作业行为的发生。（5）夜间施工配备良好的照明设备，危险地段设危险标志和缓行标志，配备足够的交通值勤人员，组织好过往行人及车辆，确保人员车辆的安全。 （6）加强安全防护，设置安全防护标志，个人要戴安全帽，系好安全带。（7）抓好现场管理，坚持文明施工。（8）要安全用电，严格按有关规定安装线路及设备。九、环保措施（1）成立以项目经理为组长的环境保护领导小组。（2）不得随意进行取土、弃土，避免水流冲刷或堵塞淤积。（3）对废土、废石不随意乱抛乱弃，运至业主或监理工程师指定地点进行处理；钻孔桩施工产生的泥浆严格控制流向，泥浆入二级沉淀中循环使用，沉渣及废浆由泥浆运输车运至指定地点堆（排）放。十、效益分析1、钻孔灌注桩成孔施工采用正循环方法能适用于多种较为复杂的地层，尤其是壤土地层，成孔质量好，孔壁稳定性好，不易塌孔，扩孔率小，效益显著。2、研究采用了一些新工艺，简化施工过程，搞高施工安全度和灌注桩施工效率，成桩质量好，除客观原因外，成桩质量均为I类桩。十一、应用实例由中国水利水电第十一工程局承建的南水北调中线一期穿黄Ⅰ标，南岸跨渠建筑物灌注桩与南岸退水建筑物防冲排桩工程，均采用此工法。该工程钻孔灌注桩直径分别为1m、1.2m、1.5m、1.8m、2.0m，其中最大桩径2.0m、桩长59m；退水洞防冲排桩相邻间距仅为20cm，施工难度大，桩孔垂直度要求高。应用此工法，累计完成穿黄Ⅰ标灌注桩施工131根，通过桩身质量检测，全部合格(其中Ⅰ类桩率为97%),为后期工程顺利进行奠定了基础。审核：刘祥吾'