钻孔灌注桩的施工方案与比较
1.1 成孔的方法用于钻孔灌注桩施工的钻孔机械， 有螺旋钻机、
正、反循环钻机、冲击钻机、冲击反循环钻机、贝诺塔钻机及土钻法钻 机等。另外，用于水文水井钻孔立轴、转盘式水井钻机也常用来进行灌 注桩的钻进成孔施工。但是最常用的还是正、反循环钻机。 1.1.1 反循环反循环施工法采用设置护筒一安装反循环钻孔一钻 挖一第一次处理孔底虚土(沉渣)一移走反循环钻机-N 定孔壁一将钢 筋笼放人孔中一插人导管一第二次处理孔底虚土一水下灌注混凝土， 拔出导管一拔出护筒的程序进行施工。其特点表现为：护筒埋设极为 重要，护筒直径比桩径大200mm~400mm 左右。端部应打入粘土层或 粉土层中，以保证不漏水，一般情况下埋置深度宜为2.4m。若确需将 护筒端部打人填土、砂或砂砾层中时，应在护筒外侧回填粘土，分层夯 实，以防漏水。护筒高度高出地面0.3m 或水面1.0m~2.0m。为使反循 环施工在无套管情况下不坍孔，必须：①确保孔壁任何部位的静水压 力在0.02MPa 以上，护筒内的水位要高自然地下水位2m 以上。②泥 浆护壁，保持孔内有一定水以稳定孔壁；延缓砂粒等悬浮状土颗粒的 沉降，易于处理沉渣。并使钻孔内不同土层中的空隙渗填密实。③保持 一定的泥浆比重。通常在粘土和粉土层中钻挖时泥浆比重可取1.02~ 1.06。在砂和砂砾等容易坍孔的土层中挖掘时，必须使泥浆比重保持 在1.06~1.10。泥浆比重过大，则钻挖困难，效率降低，并易产生堵塞。 在不含粘土或粉土的纯砂层钻挖时，还须加入粘土，造浆粘土应符合 下列技术要求：胶体率低于95％；含砂率不大于4％；造浆率不低于
0.006~0.008m3 ／ kg。④钻挖时保持孔内的泥浆流速比较缓慢。⑤保持适 当的钻挖速度。在砂层中钻挖还需考虑泥膜形成的所需时问；在粘性 土巾钻挖则需考虑泥浆泵的能力，并要防止泥浆浓度的增加。反循环 钻机的主体可在与旋转盘离开30m 处进行操作， 这使行反循环法的 应用范围更为广泛。例如，可在水上施工，也可在净空不足的地方施 工。钻挖的钻头不需每次上下排弃钻渣，只要在钻头上部逐节接长钻 杆(每节长度一般为3m)，就可以进行深层钻挖，与其它桩基施工法相 比，越深越有利。
1.1.2 正循环正循环钻成孔法施工工艺类似于反循环钻成孔法，只 是正循环钻成孔法的排渣方式采用正循环，泥浆由泥浆泵输进钻杆内 腔后，经钻头的出浆口射出，带动钻渣沿钻杆与孔壁之间的环状空间 上升到孔口溢进沉淀池后返回泥浆池净化，再循环使用。
1.2 泥浆的制备钻孔灌注桩在施工过程中， 泥浆的作用主要有以 下几个方面：(1)所产生的液压力压制平衡地下水位压力，并对孔壁有 一定的侧压力，成为孔壁的液体支撑；(2)泥浆中胶体颗粒分子在泥浆 的压力下渗入孔壁表层的孔隙中，形成泥皮，促使孔壁胶结，起到保护 孔壁的作用；(3)在循环排渣时，起到携渣、润滑钻头、降低钻头温度、减 少钻进阻力等作用。尤其在良地质条件下极易发生缩径、塌孔等现象， 因此要采取必要的泥浆护孔措施。泥浆主要由普通粘土和水拌和而 成，并根据拌和后的泥浆粘性指标，若不能满足需要，可适量掺人膨润 土、水泥及纯碱以改善泥浆的品质。
在成孔过程中，经常会出现护筒冒水、孔壁坍塌、缩颈、桩孔偏移 倾斜等质量问题，因此在施工过程中要随时注意对“四孔一度”即孔 深、孔径、孔壁、孔底和垂直度的检查，尽量避免或减少施工质量问题， 以保证施工质量。 2 钻孔灌注桩成桩过程
2.1 清孔及吊装钢筋笼清孔的目的是除去孔底沉淀的钻渣和泥
浆，以保证灌注的砼质量及承载力。清孔的方法：换浆清孔。钻孔完成 后不再进尺，继续循环换浆清渣，直至达到清理沉渣满足要求(泥浆比 重不大于1.05～1.06)。另外还有抽浆清孔和掏渣清孔的方法，可根据实 际情况采用适合的方法。清孔时要注意的要点：(1)必须保持孔内水头 高度；(2)灌注混凝土前孔底沉淀厚度不大于设计规定；(3)不允许用加 深孔底的方法代替清孔程度。钢筋笼的制作应按设计要求预先分段焊 成钢筋骨架， 用大吨位吊车或利用钻架上的卷扬机吊人钻孔内就位， 校正钢筋笼的位置并固定，防止灌注砼后钢筋笼上浮。
钢筋笼的安放：钢筋笼分段制做，吊入钢筋笼时，应对准孔位轻
放、慢放。若遇阻碍，可徐徐起落，并正、反旋转使之下放，防止碰撞孔 壁引起坍塌。下放过程中注意观察孔内水位情况，如发生异样，马上停 止，检查是否坍孔。钢筋笼入孔接长采用镦粗直螺纹机械连接，钢筋笼 入孔后，要牢固定位，防止在灌注水下混凝土过程中上浮。
2.2 灌注水下混凝土终孔后待钢筋笼安装就位，接着安装导管。导 管内径一般为300mm 的钢管，壁厚4mm，每节2m，另有调整节长度
0.5～1.5m，最下面一节为4.5m；根据孔深确定导管长度。导管两端用法 兰盘及螺栓连接，并垫橡皮圈，内刷废机油密封保证不漏水。在浇注混 凝土前必须检查导管的密封性，确保导管密封不渗水。将导管居中插 入到离孔底0.25～0.40m(不得插入孔底沉淀的泥浆中)，导管上口接漏 斗，并设隔水栓，待漏斗中砼储备量足够后，放开隔水栓，混凝土从漏 斗底迅速下落，孔内水位骤涨外溢，说明砼灌入孔内。足够数量的混凝 土将导管内水全部压出，并使导管下口埋入孔内砼内1.0m 以上，随后 混凝土不断通过导管灌人孔内，孔内初期灌注的砼及上面的水、泥浆 不断被顶托升高，不断提升导管和拆除导管，保证导管埋置在混凝土 中的长度在2~6m 之间，直至钻孔灌注混凝土完毕。
正循环回转钻成孔由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，由泥浆泵往钻杆输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流人泥浆池，经沉淀处理返回循环池。正循环成孔泥浆的上返速度低，携带土粒直径小，排渣能力差，岩土重复破碎现象严重，适用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂土等地层，对于卵砾石含量不大于15％、粒径小于10mm的部分砂卵砾石层和软质基岩及较硬基岩也可使用。桩孔直径不宜大于1000mm，钻孔深度不宜超过40m。一般砂土层用硬质合金钻头钻进时，转速取40～80r／min，较硬或非均质地层中转速可适当调慢，对于钢粒钻头钻进时，转速取50~120r／min，大桩取小值，小桩取大值；对于牙轮钻头钻进时，转速一般取60—180r／min，在松散地层中，应以冲洗液畅通和钻渣清除及时为前提，灵活确定钻压；在基岩中钻进时，可以通过配置加重铤或重块来提高钻压；对于硬质合金钻钻进成孔，钻压应根据地质条件、钻杆与桩孔的直径差、钻头形式、切削具数目、设备能力和钻具强度等因素综合确定。1一钻头；2--泥浆循环方向；3一沉淀池；4--泥浆池；5一泥浆泵；6--水龙头；7一钻杆；8一钻机回转装置 反循环回转钻机工艺原理
b)、反循环回转钻成孔由钻机回转装置带动钻杆和钻头回
转切削破碎岩土，利用泵吸、气举、喷射等措施抽吸循环护壁泥浆，挟带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外的成孔方法。根据抽吸原理不同可分为泵吸反循环、气举反循环和喷射{射流)反循环三种施工工艺，泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆的水流上升而形成反循环；喷射反循环是利用射流泵设出的高速水流产生负压使钻杆内的水流上升而行程反循环；气举反循环是利用送人压缩空气使水循环，钻杆内水流上升速度与钻杆内外液柱重度差有关，随孔深增大效率增加。当孔深小于50m时，宜选用泵吸或射流反循环；当孔深大于50m时，宜采用气举反循环。1一钻头；2--新泥浆流向；3一沉淀池；4--砂石泵；5一水龙头；6一钻杆；7--钻机回转装置；8—混合液流向（5)清孔。当钻孔达到设计要求深度并经检查合格后，应立即进行清孔，目的是清除孔底沉渣以减少桩基的沉降量，提高承载能力，确保桩基质量。清孔方法有真空吸泥渣法、射水抽渣法、换浆法和掏渣法。清孔应达到如下标准才算合格：一是对孔内排出或抽出的泥浆，用手摸捻应无粗粒感觉，孔底500mm以内的泥浆密度小于1．25g／cm3(原土造浆的孔则应小于1．1g／cm3)；二是在浇筑混凝土前，孔底沉渣允许厚度符合标准规定，即端承桩≤50mm，摩擦端承桩、端承摩擦桩≤100mm，摩擦桩≤300mm。(6)吊放钢筋笼。清孔后应立即安放钢筋笼、浇混凝土。钢筋笼一
般都在工地制作，制作时要求主筋环向均匀布置，箍筋直径及间距、主筋保护层、加劲箍的间距等均应符合设计要求。分段制作的钢筋笼，其接头采用焊接且应符合施工及验收规范的规定。钢筋笼主筋净距必须大于3倍的骨料粒径，加劲箍宜设在主筋外侧，钢筋保护层厚度不应小于35mm(水下混凝土不得小于50mm)。可在主筋外侧安设钢筋定位器，以确保保护层厚度。为了防止钢筋笼变形，可在钢筋笼上每隔2m设置一道加强箍，并在钢筋笼内每隔3—4m装一个可拆卸的十字形临时加劲架，在吊放入孔后拆除。吊放钢筋笼时应保持垂直、缓缓放人，防止碰撞孔壁。若造成塌孔或安放钢筋笼时间太长，应进行二次清孔后再浇筑混凝土。 灌注桩施工-套管成孔
套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有活瓣式桩靴或带有预制混凝土桩靴的钢套管沉入土中，然后边拔套管边灌注混凝土而成。若配有钢筋时，则在浇注混凝土前先吊放钢筋骨架。利用锤击沉桩设备沉管、拔管，称为锤击沉管灌注桩；利用激振器的振动沉管、拔管，称为振动沉管灌注桩。锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩的机械设备由桩管、桩锤、桩架、卷扬机滑轮组、行走机构组成。锤击沉管桩适用于一般粘性土、淤泥质土、砂土和人
工填土地基，但不能在密实的砂砾 石、漂石层中使用。它的施工程序一般为：定位埋设混凝土预制桩尖→桩机就位→锤击沉管→灌注混凝土→边拔管、边锤击、边继续灌注混凝土(中间插入吊放钢筋笼)→成桩。 锤击沉管灌注桩施工
施工时，用桩架吊起钢桩管，对准埋好的预制钢筋混凝土桩尖。桩管与桩尖连接处要垫以麻袋、草绳，以防地下水渗入管内。缓缓放下桩管，套人桩尖压进土中，桩管上端扣上桩帽，检查桩管与桩锤是否在同一垂直线上，桩管垂直度偏差≤0．5％时即可锤击沉管。先用低锤轻击，观察无偏移后再正常施打，直至符合设计要求的沉桩标高，并检查管内有无泥浆或进水，即可浇筑混凝土。管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。凡灌注配有不到孔底的钢筋笼的桩身混凝土时，第一次混凝土应先灌至笼底标高，然后放置钢筋笼，再灌混凝土至桩顶标高。第一次拔管高度应控制在能容纳第二次所需灌人的混凝土量为限，不宜拔得过高。在拔管过程中应用专用测锤或浮标检查混凝土面的下降情况。锤击沉管桩混凝土强度等级不得低于C20，每立方米混凝土的水泥用量不宜少于300Kg。混凝土坍落度在配钢筋时宜为80—100mm，无筋时宜为60～80mm。碎石粒径在配有钢筋时不大于25mm，无筋时不大于40mm。预制钢筋混凝土桩尖的强度等级不得低于C30。
混凝土充盈系数(实际灌注混凝土体积与按设计桩身直径计算体积之比)不得小于1．0，成桩后的桩身混凝土顶面标高应至少高出设计标高500mm。振动沉管灌注桩 振动锤桩
振动沉管灌注桩是利用振动桩锤(又称激振器)、振动冲击锤将桩管沉人土中，然后灌注混凝土而成。这两种灌注桩与锤击沉管灌注桩相比，更适合于稍密及中密的砂土地基施工。振动沉管灌注桩和振动冲击沉管桩的施工工艺完全相同，只是前者用振动锤沉桩，后者用振动带冲击的桩锤沉桩。振动灌注桩可采用单打法、反插法或复打法施工。单打法是一般正常的沉管方法，它是将桩管沉人到设计要求的深度后，边灌混凝土边拔管，最后成桩。适用于含水量较小的土层，且宜采用预制桩尖。桩内灌满混凝土后，应先振动5—10s，再开始拔管，边振边拔，每拔0．5～1．0m停拔振动5—10s，如此反复进行，直至桩管全部拔出。拔管速度在一般土层内宜为1．2～1．5m／min，用活瓣桩尖时宜慢，预制桩尖可适当加快，在软弱土层中拔管速度宜为0．6～0．8m／min。反插法是在拔管过程中边振边拔，每次拔管0．5～1．0m，再向下反插0.3～0．5m，如此反复并保持振动，直至桩管全部拔出。在桩尖处1．5m范围内，宜多次反插以扩大桩的局部断面。穿过淤泥夹层时，应放慢拔管速度，并减少拔管高度和反插深度。在流
动性淤泥中不宜使用反插法。复打法是在单打法施工完拔出桩管后，立即在原桩位再放置第二个桩尖，再第二次下沉桩管，将原桩位未凝结的混凝土向四周土中挤压，扩大桩径，然后再第二次灌混凝土和拔管。采用全长复打的目的是提高桩的承载力。局部复打主要是为了处理沉桩过程中所出现的质量缺陷，如发现或怀疑出现缩颈、断桩等缺陷，局部复打深度应超过断桩或缩颈区1m以上。复打必须在第一次灌注的混凝土初凝之前完成。
