空心钻头冲孔灌注桩施工工法
空心钻头冲孔灌注桩施工工法完成单位：中建七局第三建筑有限公司 完成人：陈仁开 王耀 赖友华 张书锋1 前言冲孔灌注桩具有无挤土，对周围环境及邻近建筑物影响小，能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点，在桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛应用，已成为一种重要的桩型。以往冲孔灌注桩施工采用的钻头为实心钻头，其存在的缺点是：（1）重量重，导向性不够好，成孔垂直度较低；（2）由于实心钻头是整体铸造的，无法随便改变钻头外径的大小，因此同一种钻头不能对不同桩径的桩进行施工，在施工过程中钻头产生磨损，也无法及时得到修复，影响施工质量和进尺速度；（3）实心钻头在单位面积上产生的冲击力度小，进尺速度慢；（4）不能在钻头冲击的同时进行排渣，生产效率低，进尺速度慢。我司通过技术攻关及大量工程实践，发明了空心钻头及灌注桩沉渣检测仪，克服了以上的缺陷，极大地提高了施工生产效率并保证了灌注桩的施工质量，空心钻头发明专利目前已受理，申请号：201010156964.7，灌注桩沉渣检测仪已获发明专利，专利号：ZL 2009 1 0111072.2。2 特点2.0.1 产品结构合理，成孔垂直度高：与实心钻头相比，相同重量的空心钻头，其长度要比实心钻头长30%左右，钻头长则导向性好，故成孔垂直度高；2.0.2 加工方便，单个空心钻头可以通过改变环形腰带的大小，改变空心钻头的有效冲孔直径大小，从而施工不同桩径的冲孔灌注桩；而实心钻头是整体铸造的，无法随便改变钻头的大小；2.0.3 焊接性能好，便于施工现场对空心钻头进行加工和修复等操作，使空心钻头能够及时得到修复，保证空心钻头在成孔过程保持完好：空心钻头在施工过程会产生磨损，造成空心钻头直径变小，合金牙破坏，通过现场焊接，可使空心钻头得到及时的修复，保证灌注桩成孔质量和进尺速度；2.0.4 由于钻头是空心的，在单位面积上产生的冲击力度大，可保证较快的进尺速度；2.0.5 在空心钻头的中心管插入抽吸装置，如泵管，用副卷扬机提动，随空心钻头的进尺速度放泵管，使泵管始终保持与孔底的距离，碎渣通过空心钻头，可由泵管吸出沉渣，保证空心钻头始终在冲击的状态下，就能实现及时排渣，极大提高施工生产效率；2.0.6 在施工卵石、岩石层时，不必将卵石、岩石击成粉末状后才可排渣，卵石、直径小于15cm的岩石可直接通过空心钻头的空心孔，由泵管排出孔外，提高进尺速度。3 适用范围适用于地下水位以下的填土、粘性土、砂土、卵石、碎砾石土及风化岩层，对于地质条件复杂的夹层、孤石等障碍物有较好的穿透能力。4 工艺原理利用钻头本体自由下落产生的巨大冲击力作用于破碎牙上，由于破碎牙具有很强的嵌岩能力，能够较快的破碎岩层，使其变成碎渣，而碎渣在钻头本体的上下反复搅动的过程中，悬浮于空心钻头的空心孔和桩孔中。在空心孔内插入抽吸装置，便可利用抽吸装置将悬浮的碎渣及时的从空心孔向外排出。图1 空心锤成孔示意图5 操作要点5.1 工艺流程5.2 操作工艺5.2.1 测量放线定位桩采用全站仪和水准仪对工程桩桩位放样定位测定标高，具体如下：1 控制点测设：根据业主提供的控制网点，将建筑物的主要轴线测设于地面，并避开桩位、道路、料场等位置，并做好保护措施。由监理工程师复核认可，桩位测设以此为准。2 桩位测设：采用极坐标法及直角坐标法测设桩位中心，钉入钢筋。5.2.2 埋设护筒1 护筒一般用钢板卷制而成，钢板厚度视孔径大小采用48mm，护筒内径宜比设计桩径大100mm，其上部宜开设12个溢流孔。2 护筒埋置深度一般情况下，在黏性土中不宜小于1m；砂土中不宜小于1.5m；其高度上应满足孔内泥浆面高度的要求。淤泥等软弱土层应增加护筒埋深；护筒顶面宜高出地面300mm；旱地处护筒可采用挖坑制作水泥混挺土护壁。3 护筒埋设完毕后，护筒中心竖直线应与桩中心重合，除设计另有规定外，平面允许误差为50mm，竖直线倾斜不大于1%。4 护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、压、不漏水。应根据地下水位涨落影响，适当调整护筒的高度和深度，必要时候应打入不透水层。5.2.3 桩机就位调整平整度确保施工机械就位平稳，立好前支架，现场场地若不平整，可采用挖掘机稍作平整、碾压以能满足机械行走移位的要求。5.2.4 护壁泥浆的拌制和使用护壁泥浆一般由水、黏土和添加剂按一定比例配制而成，可通过机械在泥浆池中搅拌均匀；一般情况下，采用原土造浆，但土层缺陷粘性土是可采用人工制备泥浆，泥浆制备浓度可根据地层情况不同分别调配确保护壁稳定，如有需要开孔时应向孔内加入粘土及泥浆处理剂。在钻进过程中应严格控制泥浆参数，以保护孔壁不坍塌、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，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。5.2.5 成孔在不同岩层中的操作要点1 开孔时如有旧基础或硬质回填土时，应提高落距重击，保证穿透硬质废土层；2 在砂性土、砂层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.21.4，可向孔中投入黏土、黄土等；3 在卵石层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.21.3，可向孔中投入黏土，加大泵吸频率，使卵石能及时排出孔外；4 在密实的黏土层中成孔时，可泵入清水和稀泥浆，防粘钻可投入碎石、砖等；5 遇到孤石时，可采用预爆或高、低频率交替冲击，将孤石击碎挤入孔壁。5.2.6 第一次清孔1 清孔分两次进行，孔深达到设计要求时，对孔深、孔径、孔的垂直度等进行检查，符合要求后进行第一次清孔，钢筋笼、导管安放完毕，混凝土浇筑之前，应进行第二次清孔。2 第一次清孔根据设计要求，施工机械应采用换浆、抽浆等方法进行，第二次清孔根据孔径、孔深、设计要求采用正循环、泵吸反循环等方法进行。3 不论采用何种清孔方法，在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔。4 不应采取加深孔深的方法代替清孔。5.2.7 钢筋笼制作、安放1 钢筋笼制作应符合设计与规范要求。2 长桩钢筋笼应分段制作，分段长度应根据吊装条件和总长度计算确定，应确保钢筋笼在移动、起吊时不变形，相邻两段钢筋笼的接头需按有关规范要求错开。3 应在钢筋笼外侧设置控制保护层厚度的垫块，可采用与桩身混凝土强度相等的混凝土垫块或用钢筋焊在竖向主筋上，其间距竖向为2m，横向圆周不少于4处，并均匀布置。钢筋笼顶端应设置吊环。4 钢筋笼的制作和吊放的允许偏差为：主筋间距±10mm；箍筋间距±20mm；笼外径±10mm；笼长度±50mm；笼倾斜度±0.5%；笼保护层厚度为水下灌注±20mm，非水下灌注±10mm；笼中心平面位置20mm；笼顶端高程±20mm，底面高程±50mm。钢筋笼除符合设计要求外，还应符合以下规定：1）分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接并应遵守混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）规定。2）主筋净距必须大于混凝土粗骨料粒径3倍以上。3）加劲箍宜设在主筋外侧，主筋不设弯钩。4）钢筋笼的内径比导管接头处外径大100mm以上。5）搬运和吊装时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，就位后应立即固定，并保证在安放导管、清孔及灌注混凝土过程中不发生位移。5.2.8 安放导管导管采用壁厚5mm的无缝钢管制作，直径Ø250，导管必须具有良好的密封性能，使用前应进行水密承压和街头抗拉试验，进行水密试验的水压不应小于孔内水1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受受灌注时最大压力的1.3倍。导管吊放时应居中且垂直，下口距孔底0.30.5米，最下节导管长度应大于4米，导管街头用法兰或双螺纹方扣快速接头。 5.2.9 二次清孔因孔底可能存在较大颗粒的沉渣以及桩孔泥浆浓度不满足灌注条件，在混凝土灌注前，必须对桩孔进行二次清孔，清孔可采用正循环或反循环清孔，长桩宜采用反循环清孔；清孔后泥浆浓度控制在1.151.20之间且沉渣厚度不大于50mm。 5.2.10 沉渣检测1 使用沉渣检测仪（发明专利号：ZL 2009 1 0111072.2）检测沉渣厚度，当检测仪沉至桩底时，单向板（正常情况下只能向上滑动）受到沉渣的阻力停止下沉，探针在配重棒的作用下继续向下运动，直至遇到坚硬岩层，通过探针上的刻度尺可读出沉渣厚度的大小，如测出清孔的沉渣厚度不符合要求就可马上安排再次清孔，直至测出的沉渣厚度符合要求。1吊绳； 2吊耳； 3配重棒； 4护板；5探针； 6导向板； 7弹簧片； 8单向板图5.2.10 灌注桩沉渣检测仪2 第二次清孔后的沉渣厚度和泥浆性能指标应满足设计要求，一般应满足下列要求；沉渣厚度摩擦桩300mm，端承桩50mm，摩擦端承或端承摩擦桩100mm；泥浆性能指标在浇筑混凝土之前，孔底500mm以内的相对密度1.25，黏度28s，含砂率8%。3 沉渣厚度采用沉渣检测仪进行检测，如测出清孔的沉渣厚度不符合要求应马上安排再次清孔，直至测出的沉渣厚度符合要求。5.2.11 灌注水下混凝土1 灌注水下混凝土时的混凝土拌合物供应能力，应满足桩孔在规定时间内灌注完毕；混凝土灌注时间不得长于首批混凝土的初凝时间。2 混凝土运输宜选用混凝土泵或混凝土搅拌运输车；在运距小于200m时，可采用机动翻斗车或其他严密坚实、不漏浆、不吸水、便于装卸的工具运输，需保证混凝土不离析，具有良好的和易性和流动性。3 灌注水下混凝土的技术要求：1）混凝土开始灌注时，应先搅拌0.51.0m³同混凝土强度的水泥砂浆放在料斗底部，且漏斗下的封水塞可采用预制混凝土塞、木塞或充气球胆。2）混凝土运至灌注地点时，应检查其均匀性和坍落度，如不符合要求应进行第二次拌合，二次拌合后仍不符合要求时不得使用。3）第二次清孔完毕，检查合格后应立即进行水下混凝土灌注，其时间间隔不宜大于30min。4）首批混凝土灌注后，混凝土应连续灌注，严禁中途停止。5）在灌注过程中，应经常测探孔内混凝土面的位置，及时地调整导管埋深，导管埋深宜控制在26m。严禁导管提出混凝土面，要有专人测量导管埋深及管内外混凝土面高差，填写水下混凝土灌注记录。6) 在灌注过程中，应时刻注意观测孔内泥浆返出清孔，倾听导管内混凝土下落声音，如有异常必须采取相应处理措施。7) 在灌注过程中宜使用导管在一定范围内上下窜动，防止混凝土凝固，增加灌注速度。8) 为防止钢筋笼上浮，当灌注的混凝土面距钢筋笼底部1m左右时，应降低混凝土的灌注速度，当混凝土拌合物上升到笼底口4m以上时，提升导管，使其底口高于笼底部2m以上即可恢复正常灌注。9) 灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为0.51.0m，以保证桩头混凝土强度，多余部分接桩前必须凿除，桩头应无松散层。10) 在灌注将近结束时，应核对混凝土的灌入数量，以确保所测混凝土的灌注高度是否正确。5.3 对于可能发生的异常情况所采取的措施5.3.1 斜孔时，可将钻具上提至直孔段再自上而下往复扫孔修正，或在孔内回填粘土，水泥拌土
