施工手册(第四版)第七章地基处理与桩基工程7-2-7-混凝土灌筑桩.doc

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7-2-7 混凝土灌筑桩
7-2-7-1 冲击钻成孔灌筑桩
冲击成孔灌筑桩系用冲击式钻机或卷扬机悬吊冲击钻头（又称冲锤）上下往复冲击，将硬质土或岩层破碎成孔，部分碎渣和泥浆挤入孔壁中，大部分成为泥渣，用掏渣筒掏出成孔，然后再灌筑混凝土成桩。其特点是：设备构造简单，适用范围广，操作方便，所成孔壁较坚实、稳定，坍孔少，不受施工场地限制，无噪声和振动影响等，因此被广泛地采用。但存在掏泥渣较费工费时，不能连接作业，成孔速度较慢，泥渣污染环境，孔底泥渣难以掏尽，使桩承载力不够稳定等问题。适用于黄土、粘性土或粉质粘土和人工杂填土层中应用，特别适于有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层中使用，对流砂层亦可克服，但对淤泥及淤泥质土，则要十分慎重，对地下水大的土层，会使桩端承载力和摩阻力大幅度降低，不宜使用。
1．机具设备
主要设备为CZ-22、CZ-30型冲击钻孔机（图7-62），其技术性能见表7-58，亦可用简易的冲击钻机（图7-63）。它由简易钻架、冲锤、转向装置、护筒、掏渣筒以及3~5t双筒卷扬机（带离合器）等组成。所用钻具按形状分，常用有十字钻头和三翼钻头两种（图7-64）；前者专用于砾石层和岩层；后者适用于土层。钻头和钻机用钢丝绳连接，钻头重1.0~1.6t，钻头直径60~150cm。转向装置是一个活动的吊环，它与主挖钢绳的吊环联结提升冲锤。掏渣筒用于掏取泥浆及孔底沉渣，一般用钢板制成（图7-65）。

图7-62 CZ-22型冲击钻机
1-电动机；2-冲击机构；3-主轴；4-压轮；5-钻具滑轮；6-桅杆；7-钢丝绳；8-掏渣筒滑轮

图7-63 简易冲击钻机
1-钻头；2-护简回填土；3-泥浆渡槽；4-溢流口；5-供浆管；6-前拉索；7-主杆；8-主滑轮；9-副滑轮；10-后拉索；11-斜撑；12-双筒卷扬机；13-导向轮；14-钢管；15-垫木

图7-64 冲击钻钻头型式
（a）φ800mm十字钻头；（b）φ920mm三翼钻头

图7-65 掏渣筒
（a）平阀掏渣筒；（b）碗形活门掏渣筒
1-筒体；2-平阀；3-切削管袖；4-提环
2．施工工艺方法要点
（1）冲击成孔灌筑桩施工工艺程序是：场地平整→桩位放线、开挖浆池、浆沟→护筒埋设→钻机就位、孔位校正→冲击造孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣→清孔换浆→终孔验收→下钢筋笼和钢导管→灌筑水下混凝土→成桩养护。
（2）成孔时应先在孔口设圆形6~8mm钢板护筒或砌砖护圈，它的作用是保护孔口、定位导向，维护泥浆面，防止坍方。护筒（圈）内径应比钻头直径大200mm，深一般为1.2~1.5m，如上部松土较厚，宜穿过松土层，以保护孔口和防止塌孔。然后使冲孔机就位，冲击钻应对准护筒中心，要求偏差不大于±20mm，开始低锤（小冲程）密击，锤高0.4~0.6m，并及时加块石与粘土泥浆护壁，泥浆密度和冲程可按表7-81选用，使孔壁挤压密实，直至孔深达护筒下3~4m后，才加快速度，加大冲程，将锤提高至1.5~2.0m以上，转入正常连续冲击，在造孔时要及时将孔内残渣排出孔外，以免孔内残渣太多，出现埋钻现象。
各类土层中的冲程和泥浆密度选用表 表7-81
项次
项目
冲程
（m）
泥浆密度（t/m3）
备注
1
在护筒中及护筒脚下3m以内
0.9～1.1
1.1～1.3
土层不好时宜提高泥浆密度，必要时加入小片石和粘土块
2
粘土
1～2
清水
或稀泥浆，经常清理钻头上泥块
3
砂土
1～2
1.3～1.5
抛粘土块，勤冲勤掏渣，防坍孔
4
砂卵石
2～3
1.3～1.5
加大冲击能量，勤掏渣
5
风化岩
1～4
1.2～1.4
如岩层表面不平或倾斜，应抛入20～30cm厚块石使之略平，然后低锤快击使其成一紧密平台，再进行正常冲击，同时加大冲击能量，勤掏渣
6
塌孔回填重成孔
1
1.3～1.5
反复冲击，加粘土块及片石
（3）冲击钻成孔冲击钻头的重量，一般按其冲孔直径每100mm取100~140kg为宜，一般正常悬距可取0.5~0.8m；冲击行程一般为0.78~1.5m，冲击频率为40~48次/min为宜。
（4）冲孔时应随时测定和控制泥浆密度。如遇较好的粘土层，亦可采取自成泥浆护壁，方法在孔内注满清水，通过上下冲击使成泥浆护壁。每冲击1~2m应排渣一次，并定时补浆，直至设计深度。排渣方法有泥浆循环法和抽渣筒法两种。前者是将输浆管插入孔底，泥浆在孔内向上流动，将残渣带出孔外，本法造孔工效高，护壁效果好，泥浆较易处理，但对孔深时，循环泥浆的压力和流量要求高，较难实施，故只适于在浅孔应用。抽渣筒法，是用一个下部带活门的钢筒，将其放到孔底，作上下来回活动，提升高度在2m左右，当抽筒向下活动时，活门打开，残渣进人筒内；向上运动时，活门关闭，可将孔内残渣抽出孔外。排渣时，必须及时向孔内补充泥浆，以防亏浆造成孔内坍塌。
（5）在钻进过程中每1~2m要检查一次成孔的垂直度情况。如发现偏斜应立即停止钻进，采取措施进行纠偏。对于变层处和易于发生偏斜的部位，应采用低锤轻击、间断冲击的办法穿过，以保持孔形良好。
（6）在冲击钻进阶段应注意始终保持孔内水位高过护筒底口0.5m以上，以免水位升降波动造成对护筒底口处的冲刷，同时孔内水位高度应大于地下水位1m以上。
（7）成孔后，应用测绳下挂0.5kg重铁碗测量检查孔深，核对无误后，进行清孔，可使用底部带活门的钢抽渣筒，反复掏渣，将孔底淤泥、沉渣清除干净。密度大的泥浆借水泵用清水置换，使密度控制在1.15~1.25之间。
（8）清孔后应立即放入钢筋笼，并固定在孔口钢护筒上，使其在浇筑混凝土过程中不向上浮起，也不下沉。钢筋笼下完并检查无误后应立即浇筑混凝土，间隔时间不应超过4h，以防泥浆沉淀和坍孔。混凝土浇筑一般采用导管法在水中浇筑。
3．施工常遇问题及预防、处理方法（表7-82）
冲击钻成孔灌筑桩常遇问题及预防处理方法 表7-82
常遇问题
产生原因
预防措施及处理方法
桩孔不圆，呈梅花形
1．钻头的转向装置失灵，冲击时钻头未转动
2．泥浆粘度过高，冲击转动阻力太大，钻头转动困难
3．冲程太小，钻头转动时间不充分或转动很小
经常检查转向装置的灵活性；调整泥浆的粘度和相对密度；用低冲程时，每冲击一段换用高一些的冲程冲击，交替冲击修整孔形
钻孔偏斜
1．冲击中遇探头石、漂石、大小不均，钻头受力不均
2．基岩面产状较陡
3．钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷
4．土层软硬不均；孔径大，钻头小，冲击时钻头向一侧倾斜
发现探头石后，应回填碎石或将钻机稍移向探头石一侧，用高冲程猛击探头石，破碎探头石后再钻进
遇基岩时采用低冲程，并使钻头充分转动，加快冲击频率，进入基岩后采用高冲程钻进；若发现孔斜，应回填重钻；经常检查及时调整；进入软硬不均地层，采取低锤密击，保持孔底平整，穿过此层后再正常钻进；及时更换钻头
冲击钻头被卡
1．钻孔不圆，钻头被孔的狭窄部位卡住（叫下卡）；
冲击钻头在孔内遇到大的探头（叫上卡）；石块落在钻头与孔壁之间
2．未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐变小，钻头入孔冲击被卡
3．上部孔壁坍落物卡住钻头
4．在粘土层中冲程太高，泥浆粘度过高，以致钻头被吸住
5．放绳太多，冲击钻头倾倒顶住孔壁
6．护筒底部出现卷口变形，钻头卡在护筒底，拉不出来
若孔不圆，钻头向下有活动余地，可使钻头向下活动并转动至孔径较大方向提起钻头；使钻头向下活动，脱离卡点；使钻头上下活动，让石块落下及时修补冲击钻头；若孔径已变小，应严格控制钻头直径，并在孔径变小处反复冲刮孔壁，以增大孔径；用打捞钩或打捞活套助提；利用泥浆泵向孔内泵送性能优良的泥浆，清除坍落物，替换孔内粘度过高的泥浆；使用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拨正；将护筒吊起，割去卷口，再在筒底外围用φ12mm圆钢焊一圈包箍，重下护筒于原位
孔壁塌坍
1．冲击钻头或掏渣筒倾倒，撞击孔壁
2．泥浆相对密度偏低，起不到护壁作用；孔内泥浆面低于孔外水位
3．遇流砂、软淤泥、破碎地层或松砂层钻进时进尺太快
4．地层变化时未及时调整泥浆相对密度
5．清孔或漏浆时补浆不及时，造成泥浆面过低，孔压不够而塌孔
6．成孔后未及时灌筑混凝土或下钢筋笼时撞击孔壁造成塌孔
探明坍塌位置，将砂和粘土（或砂砾和黄土）混合物回填到坍孔位置以上1~2m，等回填物沉积密实后再重新冲孔；按不同地层土质采用不同的泥浆相对密度；提高泥浆面；严重坍孔，用粘土泥膏投入，待孔壁稳定后，采用低速重新钻进；地层变化时要随时调整泥浆相对密度，清孔或漏浆时应及时补充泥浆，保持浆面在护筒范围以内；成孔后应及时灌筑混凝土；下钢筋笼应保持竖直，不撞击孔壁
流砂
1．孔外水压力比孔内大，孔壁松散，使大量流砂涌塞孔底
2．掏渣时，没有同时向孔内补充水，造成孔外水位高于孔内
流砂严重时，可抛入碎砖石、粘土，用锤冲入流砂层，做成泥浆结块，使成坚厚孔壁，阻止流砂涌入保持孔内水头，并向孔内抛粘土块，冲击造浆护壁，然后用掏渣筒掏砂
冲击无钻进
1．钻头刃脚变钝或未焊牢被冲击掉
2．孔内泥浆浓度不够，石渣沉于孔底，钻头重复击打石渣层
磨损的刃齿用氧气乙炔割平，重新补焊；向孔内抛粘土块，冲击造浆，增大泥浆浓度，勤掏渣
钻孔直径小
1．选用的钻头直径小
2．钻头磨损未及时修复
选择合适的钻头直径，宜比成桩直径小20mm；定期检查钻头磨损情况，及时修复
钻头脱落
1．大绳在转向装置联结处被磨断；或在靠近转向装置处被扭断，或绳卡松脱．或钻头本身在薄弱断面折断
2．转向装置与钻头的联结处脱开
用打捞活套打捞；用打捞钩打捞；用冲抓锥来抓取掉落的钻头
预防掉钻头，勒检查易损坏部位和机构
吊脚桩
1．清孔后泥浆相对密度过低，孔壁坍塌或孔底涌进泥砂，或未立即灌筑混凝土
2．清渣未净，残留沉渣过厚
3．沉放钢筋骨架、导管等物碰撞孔壁，使孔壁坍落孔底
做好清孔工作，达到要求立即灌筑混凝土
注意泥浆浓度，及时清渣；
注意孔壁，不让重物碰撞孔壁
7-2-7-2 回转钻成孔灌筑桩
回转钻成孔灌筑桩又称正反循环成孔灌筑桩，是用一般地质钻机在泥浆护壁条件下，慢速钻进，通过泥浆排渣成孔，灌筑混凝土成桩，为国内最为常用和应用范围较广的成桩方法。其特点是：可利用地质部门常规地质钻机，可用于各种地质条件，条种大小孔径（300~2000mm）和深度（40~100m），护壁效果好，成孔质量可靠；施工无噪声、无振动、无挤压；机具设备简单，操作方便，费用较低。但成孔速度慢，效率低，用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制。适用于高层建筑中，地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、粘性土、砂土，软质岩等土层应用。
1．机具设备
主要机具设备为回转钻机，多用转盘式，常用型号及技术性能见表7-61。钻架多用龙门式（高6~9m），钻头常用三翼或四翼式钻头、牙轮合金钻头、或钢粒钻头，以前者使用较多；配套机具有钻杆、卷扬机、泥浆泵（或离心式水泵）、空气压缩机（6~9m3/h）、测量仪器以及混凝土配制、钢筋加工系统设备等。
2．施工工艺方法要点
（1）钻机就位前，先平整场地，铺好枕木并用水平尺校正，保证钻机平稳、牢固。在桩位埋设6~8mm厚钢板护筒，内径比孔口大100~200mm，埋深1~1.5m，同时挖好水源坑、排泥槽、泥浆池等。
（2）成孔一般多用正循环工艺，但对于孔深大于30m端承桩宜用反循环工艺成孔。钻进时如土质情况良好，可采取清水钻进，自然造浆护壁，或加入红粘土或膨润土泥浆护壁，泥浆密度为1.3t/m3。
（3）钻进时应根据土层情况加压，开始应轻压力、慢转速，逐步转入正常，一般土层按钻具自重钢绳加压，不超过10kN；基岩中钻进为15~25kN；钻机转速：对合金钻头为180r/min；钢粒钻头100r/min。在松软土层中钻进，应根据泥浆补给情况控制钻进速度，在硬土层或岩层中的钻进速度，以钻机不发生跳动为准。
（4）钻进程序，根据场地、桩距和进度情况，可采用单机跳打法（隔一打一或隔二打一）、单机双打（一台机在二个机座上轮流对打）、双机双打（两台钻机在两个机座上轮流按对角线对打）等。
（5）桩孔钻完，应用空气压缩机清孔，可将30mm左右石块排出，直至孔内沉渣厚度小于100mm.清孔后泥浆密度不大于1.2t/m3。亦可用泥浆置换方法进行清孔。
（6）清孔后测量孔径，然后应用吊车吊放钢筋笼，进行隐蔽工程验收，合格后浇筑水下混凝土。水下混凝土的砂率宜为40%~45%；用中粗砂，粗骨料最大粒径＜40mm；水泥用量不少于360kg/m3；坍落度宜为180~20mm;配合比通过试验确定。
（7）浇筑混凝土的导管直径宜为200~250mm,壁厚不小于3mm，分节长度视工艺要求而定，一般由2.0~2.5m，导管与钢筋应保持100mm距离，导管使用前应试拼装，以水压力0.6~1.0MPa进行试压。
（8）开始浇筑水下混凝土时，管底至孔底的距离宜为300~500mm,并使导管一次埋入混凝土面以下0.8m以上，在以后的浇筑中，导管埋深宜为2~6m。
（9）桩顶浇筑高度不能偏低，应使在凿除泛浆层后，桩顶混凝土要达到强度设计值。
3．施工常遇问题及防治处理方法（表7-83）
回转钻（电钻）成孔灌筑桩常遇问题及预防处理方法 表7-83
常遇问题
产生原因
防治措施及处理方法
坍孔
1．护筒周围未用粘土填封紧密而漏水，或护筒埋置太浅
2．未及时向孔内加泥浆，孔内泥浆面低于孔外水位，或孔内出现承压水降低了静水压力，或泥浆密度不够
3．在流砂、软淤泥、破碎地层松散砂层中进钻，进尺太快或停在一处空转时间太长，转速太快
护筒周围用粘土填封紧密；钻进中及时添加新鲜泥浆，使其高于孔外水位；遇流砂、松散土层时，适当加大泥浆密度，不要使进尺过快，空转时间过长
轻度坍孔，加大泥浆密度和提高水位．严重坍孔，用粘土泥浆投入，待孔壁稳定后采用低速钻进
钻孔偏移（倾斜）
1．桩架不稳，钻杆导架不垂直，钻机磨损，部件松动，或钻杆弯曲接头不直
2．土层软硬不匀
3．钻机成孔时，遇较大孤石或探头石，或基岩倾斜未处理，或在粒径悬殊的砂、卵石层中钻进．钻头所受阻力不匀
安装钻机时，要对导杆进行水平和垂直校正，检修钻孔设备，如钻杆弯曲，及时调换，遇软硬土层应控制进尺，低速钻进偏斜过大时，填入石子、粘土重新钻进，控制钻速，慢速上下提升、下降，往复扫孔纠正；如有探头石，宜用钻机钻透，用冲孔机时用低锤密击，把石块打碎；倾斜基岩时，投入块石，使表面略平，用锤密打
流砂
1．孔外水压比孔内大，孔壁松散，使大量流砂涌塞桩底
2．遇粉砂层，泥浆密度不够，孔壁未形成泥皮
使孔内水压高于孔外水位0.5m以上，适当加大泥浆密度
流砂严重时，可抛入碎砖、石、粘土用锤冲入流砂层，做成泥浆结块，使其成坚厚孔壁，阻止流硫涌入
不进尺
1．钻头粘满粘土块（糊钻头），排渣不畅，钻头周围堆积土块
2．钻头合金刀具安装角度不适当，刀具切土过浅，泥浆密度过大，钻头配重过轻
加强排渣，重新安装刀具角度、形状、排列方向；降低泥浆密度，加大配重糊钻时，可提出钻头，清除泥块后，再施钻
钻孔漏浆
1．遇到透水性强或有地下水流动的土层
2．护筒埋设过浅，回填土不密实或护筒接缝不严密，在护筒及脚或接缝处漏浆
3．水头过高使孔壁渗透
适当加稠泥浆或倒入粘土慢速转动，或在回填土内掺片石，卵石，反复冲击，增强护壁、护筒周围及底部接缝，用土回填密实，适当控制孔内水头高度，不要使压力过大
钢筋笼偏位、变形、上浮
1．钢筋笼过长，未设加劲箍，刚度不够，造成变形
2．钢筋笼上未设垫块或耳环控制保护层厚度，或桩孔本身偏斜或偏位
3．钢筋笼吊放未垂直缓慢放下，而是斜插入孔内
4．孔底沉渣未清理干净，使钢筋笼达不到设计强度
5．当混凝土面至钢筋笼底时，混凝土导管理深不够，混凝土冲击力使钢筋笼被顶托上浮
钢筋过长，应分2~3节制作，分段吊放，分段焊接或设加劲箍加强；在钢筋笼部分主筋上，应每隔一定距离设置混凝土垫块或焊耳环控制保护层厚度，桩孔本身偏斜、偏位应在下钢筋笼前往复扫孔纠正，孔底沉渣应置换清水或适当密度泥浆清除；浇灌混凝土时，应将钢筋笼固定在孔壁上或压住；混凝土导管应埋人钢筋笼底面以下1.5m以上
吊脚桩
1．清孔后泥浆密充过小，孔壁坍塌或孔底涌进泥浆或未立即灌混凝土
2．清渣未净，残留石渣过厚
3．吊放钢筋骨架导管等物碰撞孔壁，使泥土坍落孔底
做好清孔工作，达到要求立即灌筑棍凝土；注意泥浆密度和使孔内水位经常保持高于孔外水位0.5m以上，施工注意保护孔壁，不让重物碰撞，造成孔壁坍塌
粘性土层缩颈、糊钻
由于粘性土层有较强的造浆能力和遇水膨胀的特性，使钻孔易于缩颈，或使粘土附在钻头上，产生抱钻、糊钻现象
除严格控制泥浆的粘度增大外，还应适当向孔内投入部分砂砾，防止糊钻；钻头宜采用肋骨的钻头，边钻进边上下反复扩孔，防止缩颈卡钻事故
孔斜
1．钻进松散地层中遇有较大的圆孤石或探头石，将钻具挤离钻孔中心轴线
2．钻具由软地层进入陡倾角硬地层，或粒径差别太大的砂砾层钻进时，钻头所受阻力不均
3．钻具导正性差，在超径孔段钻头走偏，以及由于钻机位置发生串动或底座产生局部下沉使其倾斜等
针对地层特征选用优质泥浆．保持孔壁的稳定；防止或减少出现探头石，一旦发现探头石，应暂停钻进，先回填粘土和片石，用椎形钻头将探头石挤压在孔壁内，或用冲击钻冲击或将钻机（或钻架）略移向探头石一侧，用十字或一字型冲击钻头猛击，将探头石击碎。如冲击钻也不能击碎探头石，则可用小直径钻头在探头石上钻孔，或在表面放药包爆破
断桩
1．因首批混凝土多次浇灌不成功，再灌上层出现一层泥夹层而造成断桩
2．孔壁塌方将导管卡住，强力拔管时，使泥水混入混凝土内或导管接头不良，泥水进入管内
3．施工时突然下雨，泥浆冲入桩孔
4．采用排水方法灌筑混凝土，未将水抽干，地下水大量进入，将泥浆带入混凝土中造成夹层；另一方面，由于桩身混凝土采用分层振捣，下面的泥浆被振捣到上面，然后再灌入混凝土振捣，两段混凝土间夹杂泥浆，造成分节脱离，出现断层
力争首批混凝土灌一次成功，钻孔选用较大密度和粘度、胶体率好的泥浆护壁；控制进尺速度，保持孔壁稳定；导管接头应用方丝扣连接，并设橡皮圈密封严密；孔口护筒不使埋置太浅；下钢筋笼骨架过程中，不使碰撞孔壁；施工时突然下雨，要争取一次性灌筑完毕，灌筑桩严重塌方或导管无法拔出形成断桩，可在一侧补桩；深度不大可挖出；对断桩处作适当处理后，支模重新浇筑混凝土
7-2-7-3 潜水电钻成孔灌筑桩
潜水电钻成孔灌筑桩系利用潜水电钻机构中的密封的电动机、变速机构，直接带动钻头在泥浆中旋转削土，同时用泥浆泵压送高压泥浆（或用水泵压送清水），使从钻头底端射出，与切碎的土颗粒混合，以正循环方式不断由孔底向孔口溢出，将泥渣排出，或用砂石泵或空气吸泥机用反循环方式排除泥渣，如此连续钻进，直至形成需要深度的桩孔，浇筑混凝土成桩。其特点是：钻机设备定型，体积较小，重量轻，移动灵活，维修方便，可钻深孔，成孔精度和效率高，质量好，扩孔率低，成孔率100%，钻进速度快；施工无噪声、无振动；操作简便，劳动强度低；但设备较复杂，费用较高。适用于地下水位较高的软硬土层，如淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、砂土、砂夹卵石及风化页岩层中使用，不得用于漂石。
1．机具设备
潜水钻孔机由潜水电机、齿轮减速器、钻头、钻杆、密封装置绝缘橡皮电缆，加上配套机具设备，如机架、卷扬机、泥浆制配系统设备、砂浆泵等组成（图7-66~图7-69）。钻孔直径由450~1500mm，如将GZQ-1500型钻头改装，慢速钻进可钻成2000~2500mm的大直径桩孔。钻孔深20~30m，最深可达50m，常用KQ、GZQ系列潜水电钻的型号及技术性能见表7-62。

图7-66 GZQ-800型潜水钻机构造
1-潜水电钻；2-钻杆；3-钻头；4-钻孔台车；5-电缆；6-水管卷筒；
7-接泥浆泵；8-电缆卷筒；9-卷扬机；10-配电箱；11-钢丝绳

图7-67 GZQ-1250型潜水钻机构造成孔示意图
1-潜水电钻；2-钻头；3-潜水砂石泵；4-吸泥管；5-排泥胶管；
6-三轮滑车；7-钻机架；8-副卷扬机；9-慢速主卷扬机；10-配电箱

图7-68 潜水电钻结构示意图
1-钻头；2-钻头接箍；3-行星减速箱；4-中间进水箱；
5-潜水电机；6-电缆；7--提升盖；8-进水管

图7-69 笼式钻头（潜水钻用D0800）
1-钻头；2-岩心管；3-小爪；4-腋爪；5-护圈；6-钩抓；7-钻头接箍；8-翼片
2．施工工艺方法要点
（1）潜水电钻成孔灌筑桩施工工艺如图7-70。

图7-70 潜水电钻成桩工艺
（a）潜水电钻水下成孔；（b）下钢筋笼、导管；（c）浇筑水下混凝土；（d）成桩
1-钻杆（或吊挂绳）；2-护筒；3-电缆；4-潜水电钻；5-输水胶管；6-泥浆；
7-钢筋骨架；8-导管；9-料斗；10-混凝土；11-隔水栓
（2）钻孔应采用泥浆护壁，泥浆密度在砂土和较厚的夹砂层中应控制在1.1~1.3t/m3；在穿过砂夹卵石层或容易坍孔的土层中应控制在1.3~1.5t/m3；在粘土和粉质粘土中成孔时，可注入清水，以原土造浆护壁，排渣时泥浆密度控制在1.1~1.2t/m3。泥浆可就地选择塑性指数IP≥17的粘土调制，质量指标为粘土18~22s，含砂率不大于4%~8%，胶体率不小于90%，施工过程中应经常测定泥浆密度，并定期测定粘度、含砂率和胶体率。
（3）钻孔前，孔口应埋设钢板护简，用以固定桩位，防止孔口坍塌，护筒与孔壁间的缝隙用粘土填实，以防止漏水。护筒内径应比钻头直径大200mm；埋入土中深度：在砂土中不宜小于1.5m；粘土中不宜大于1.0m。上口高出地面30~40cm或高出地下水位1.5m以上，使保持孔内泥浆面高出地下水位1.0m以上。
（4）将电钻吊入护筒内，应关好钻架底层的铁门。启动砂石泵，使电钻空转，待泥浆输入钻孔后，开始钻进。钻进中应根据钻速进尺情况及时放松电缆线及进浆胶管，并使电缆、胶管和钻杆下放速度同步进行。
（5）启动、下钻及钻进时须有专人收、放电缆和进浆胶管，钻进时，电流值不得超过规定数值，应设有过载保护装置，使能在钻进阻力过大时能自动切断电源。
（6）钻进速度应根据土质情况、孔径、孔深和供水、供浆量的大小确定，在淤泥和淤泥质粘土中不宜大于1m/min，在较硬的土层中以钻机无跳动、电机不超荷为准。
（7）钻孔达设计深度后，应立即进行清孔放置钢筋笼，清孔可采用循环换浆法，即让钻头继续在原位旋转，继续注水，用清水换浆（系原土造浆），使泥浆密度控制在1.1t/m3左右；如孔壁土质较差时，则宜用泥浆循环清孔，使泥浆密度控制在1.15~1.25t/m3，清孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，并保持浆面稳定；如孔壁土质较好不易塌孔时，则可用空气吸泥机清孔。
3．施工常遇问题及预防处理方法（表7-83）
7-2-7-4 钻孔压浆灌筑桩
钻孔压浆灌筑桩系用长臂螺旋钻机钻孔，在钻杆纵向设有一个从上到下的高压灌筑水泥浆系统（压力10~30MPa），钻孔深度达到设计深度后，开动压浆泵，使水泥浆从钻头底部喷出，借助水泥浆的压力，将钻杆慢慢提起，直至出地面后，移开钻杆，在孔内放置钢筋笼，再另外放入一根直通孔底的压力注浆塑料管或钢管，与高压浆管接通，同时向桩孔内投放粒径2~4cm碎石或卵石直至桩顶，再向孔内胶管进行二次补浆，把带浆的泥浆挤压干净，至浆液溢出孔口，不再下降，桩即告全部完成。桩径可达300~1000mm；深30m左右，一般常用桩径为400~600mm，桩长10~20m，桩混凝土为无砂混凝土，强度等级为C20。这种桩的特点是：桩体致密，局部能膨胀扩径，单桩承载能力高，沉降量小，比普通灌筑桩的抗压、抗拔、抗水平荷载能力提高1倍以上；不用泥浆护壁，可避免水下浇筑混凝土；采用高压灌浆工艺，对桩孔周围地层有明显的扩散渗透、挤密、加固和局部膨胀扩径等作用，不需清理孔底虚土，可有效地防止断桩、缩颈、桩间虚土等情况发生，质量可靠；由于钻孔后的土体和钻杆是被孔底的高压水泥浆置换顶出的，能在流砂、淤泥、砂卵石、塌孔和地下水的复杂地质条件下顺利成桩；施工无噪声、无振动、无排污，没有大量泥浆制配和处理带来的环境污染；施工速度快，比普通打预制桩工期缩短1~2倍，费用降低10%~15%。适用于一般粘性土、湿陷性黄土、淤泥质土、中细砂、砂卵石等地层，还可用于有地下水的流砂层。作支承桩、护壁桩和防水帷幕桩等。
1．机具设备及材料要求
主要设备为LZ（KL）型长螺旋钻机和ACF型高压泵车或SHC-H300型水泥注浆车，固定式300型电动水泥泵，后者最大工作压力为30MPa，泵量为154L/min；钻杆顶部设导流器管路系统应耐高压，并附有快速连接装置。
浆液制备装置由计量、搅拌、过滤、储存容器等组成，并应与泵的排量相匹配。
压浆采用纯水泥浆，用强度等级32.5或42.5硅酸盐水泥或普通水泥，新鲜无结块，水灰比为0.45~0.60。骨料采用粒径20~40mm碎石或卵石，含泥量小于1%。石子和浆液的体积比为：石子：水泥浆液=1：0.75~0.8。
2．施工工艺方法要点
（1）施工工艺流程如图7-71所示。

图7-71 钻孔压浆灌筑桩工艺流程
（a）钻机就位；（b）钻进；（c）一次压浆；（d）提出钻杆；
（e）下钢筋笼；（f）下碎石；（g）二次补浆
1-长螺旋钻机；2-导流器；3-高压泵车；4-高压输浆管；
5-灰浆过滤池；6-接水泥浆搅拌桶；7-注浆管
（2）钻机就位。按常规方法对准桩位钻进，随时注意并校正钻杆的垂直度；钻孔时应随钻随清理钻进排出的土方；钻至设计深度后空钻清底。
（3）第一次注浆，提钻。将高压胶管一端接在钻杆顶部的导流器预留管口处，另一端接在注浆泵上，将配制好的水泥浆由下而上在提钻同时在高压作用下喷人孔内。提钻压浆应慢走进行，一般控制在0.5~1.0m/min，过快易坍孔或缩孔。当遇有地下水时，应注浆至无坍孔危险位置以上0.5~1.0m处，然后提出钻杆，使钻孔形成水泥浆护壁孔。
（4）放钢筋笼和注浆管。成孔后应立即投放钢筋笼。钢筋笼通常由主筋、加强箍筋和螺栓式箍筋组成。钢筋笼应加工成整体，螺旋式箍筋应绑牢；过长可分段制作，接头采用焊接。注浆管多固定在制作好的钢筋笼上，下钢筋笼时，一般使用钻机上附设的吊装设备起吊，对准孔位，竖直缓慢地放入孔内，下到设计标高，并将钢筋笼固定。
（5）填放碎（卵）石。碎（卵）石系通过孔口漏斗倒入孔内，用钢钎捣实。
（6）第二次注浆（补浆）。利用固定在钢筋笼上的塑料管进行第二次注浆，此工序与第一次注浆间隔不得超过45min，第二次注浆一般要多次反复进行，最后一次补浆必须在水泥浆接近终凝时完成，注浆完了后立即拔管洗净备用。
（7）为控制混凝土质量，在同一水灰比的情况下，每班做2组试块。
3．施工注意事项
（1）当在软土层成孔，桩距小于3.5d时，宜跳打成桩，以防高压使邻桩断裂，中间空出的桩须待邻桩的混凝土达到设计强度等级的50%以后方可成桩。
（2）当钻进遇到较大的漂石、孤石卡钻时，应作移位处理。当土质松软，拔钻后塌方不能成孔时，可先灌筑泥浆，经2h后再在已凝固的水泥浆上二次钻孔。
（3）配制水泥浆应在初凝时间内用完，不得隔日使用或掺水泥后再用。水泥浆液可根据不同的使用要求掺加不同的外加剂。浆液应通过14×14~18×18目筛孔，以免混入水泥袋屑或其他杂物。
（4）注浆泵的工作压力应根据地质条件确定，第一次注浆压力（即泵送终止压力）一般在1~10MPa范围内变化，第二次补浆压力一般在2~10MPa范围内变化。在淤泥质土和流砂层中，注浆压力要高；在粘性土层中，注浆压力可低些；对于地下水位以上的粘性土层，为防止缩颈和断桩也要提高注浆压力。
（5）安放补浆管时，其下端应距孔底1m，当桩长超过13m时，应安放两根补浆管，为一长一短，长管下端距孔底1m，短管出口安在1/2桩长处，补浆管组数视桩径而定。
（6）在距孔口3~4m段，应采用专门措施使该部分混凝土密实。一般当用两根补浆管时，宜先用长管补浆两次后，再用短管补浆，一直到水泥浆不再渗透时方可终止补浆，取出补浆管。
（7）钻孔压浆桩的施工顺序，应根据桩间距和地层渗透情况，按编号顺序采取跳跃式进行或根据凝固时间采取间隔进行，以防止桩孔间窜浆。
7-2-7-5 挤扩多分支承力盘与多支盘灌筑桩
挤扩多分支承力盘（或多支盘）灌筑桩，为一种新型变截面桩，是在普通灌筑桩基础上，按承载力要求和工程地质条件的不同，在桩身不同部位设置分支和承力盘，或仅设置承力盘而成（图7-72）。这种桩由主桩、分支、承力盘和在它周围被挤扩密实的固结料组成，类似树根系，但施工工艺方法及受力性能又不同于一般树根桩和普通直线形混凝土灌筑桩，而是一种介于摩擦桩和端承桩之间的变截面桩型。其特点是：单桩承载力高，其每m3混凝土承载力，Pk＞350kN，为普通混凝土灌筑桩的2~3倍；节约原材料，在同等承载力情况下桩长仅为普通灌筑桩的1/2~1/3，可省30%左右材料；施工快速，成本低，可缩短工期30%，节省资金25%；提高地基强度，适应性强，可在多种土层成桩，不受地下水限制；施工机械化程度高，低噪声，低振动，劳动强度低，工效高，操作维修方便。但施工需多一套专用分支成型机具设备，多一道挤扩工序。适用于一般多层和高层建筑物作桩基，可在粘性土、粉土、细砂土、含少量姜结石的砂土及软土等多种土层应用；但不适合于在淤泥质土、中粗砂层、砾石层以及液化土层中挤扩分支和成盘。

图7-72 挤扩多分支承力盘和多承力盘桩
（a）挤扩多分支撑力盘桩；（b）挤扩多承力盘桩
1-主桩；2-分支；3-承力盘；4-压实（挤密）土料
1．桩构造与布置
多分支承力盘灌筑桩的造型、尺寸、承力盘与分支数量根据上部建筑物的荷载量，结构形式、地质情况及使用的分支器尺寸而定，其分支、成盘形态和基本尺寸如图7-73所示。桩的分支、盘的间距按表7-84采用。一般在桩柱周围每隔1400mm左右设一组对称分支，呈十字方向分布，在下部设1~3道承力盘。多分支撑力盘灌筑桩的最小中心距一般取（1.5~2.3）D或＋1m（D为多分支撑力盘灌筑桩的直径）。桩端持力层应选在较硬的土层上，厚度应大于3m，下卧层不可有软弱土层。

图7-73 挤扩多分支撑力盘灌筑桩构造和尺寸
（a）分支盘示意；（b） φ600mm直径桩分支形态；
（c）φ426、φ600、φ800mm直径桩分支形态；
（d）、（e）、（f）分别为φ426、φ600、φ800mm分支尺寸
1-横向分支；2-纵向分支；3-承力盘
分支与承力盘的间距（mm） 表7-84
项次
桩径
分支与承力盘间距（中距）
1
φ426
3.0d~6.0d
2
φ600
4.0d~5.0d
3
φ800
3.0d~4.0d
注：当工程地质条件好时，间距亦可适当减小。
多分支撑力盘桩混凝土采用C20或C25，配筋主筋用φ12~16mm，长度一般要求在L/2~2L/3（L——桩长），不小于L/2，其配筋率P＝0.4%~0.6%，箍筋用φ8~10mm，间距100~200mm，另设加强筋。
2．单桩承载力计算
计算前应根据建筑物场地工程地质、水文地质条件、上部建筑物的层数、高度、荷载及结构类型等要求条件设计并绘制出多分支桩的桩径、分支和设盘的部位尺寸，据以计算单桩竖向承载力。
多分支撑力盘灌筑桩单桩竖向承载力的计算，应根据工程地质报告提供的地质钻孔剖面及柱状图（土层以平均厚度计）及相应的物理力学性能指标的数值按相应深度的数据计算。
单桩的极限承载力Pk由主桩竖向极限承载力Pm和桩分支、盘的竖向极限承载力Pb组成，单桩的极限承载力Pk可按下式计算：
Pk＝Pm＋Pb （7-16）
其中 Pm＝qPk·Am＋Σqsik·Fm （7-17）
Pb＝ΣRpk·Abcosθ＋Σfsik·Fb （7-18）
式中 qPk——主桩端土（或承力盘上）的极限端阻力特征值（kPa）；
Am——主桩端承力盘面积（m2）；
qsik——主桩周围土的极限侧阻力特征值（kPa）；
Fm——主桩土层分段的桩周表面积（m2）；
Rpk——桩分支端土的极限阻力特征值（kPa）；
Ab——桩分支底面积（m2）；
fsik——桩分支周围土的极限侧阻力（kN/m2）；
Fb——桩分支的桩周表面积（m2）；
θ——桩分支与水平面的夹角（°）。
计算公式的参数选择，除了桩端承载力计算值采用端承极限特征值外，土分层的承载力和侧摩阻力均采用工程地质报告中给出的侧摩阻力和承载力特征值。
以上式计算的单桩竖向极限承载力Pk值必须与单桩竖向静载试验值相对照、相校核，并以静载荷试验值为依据。
3．挤扩原理与机具设备
挤扩多分支撑力盘灌筑桩或挤扩多承力盘桩（以下简称多支盘桩）是利用支盘成型器（图7-74）在桩孔的某一位置进行挤压，使周围的土壤变得密实，灌筑混凝土后形成承力分支或盘，增大支撑面积，从而提高桩的竖向承载力和抗拔力。

图7-74 液压挤扩支盘成型器结构构造
1-液压缸；2-活塞杆；3-压头；4-上弓壁；5-下弓臂；6-机身；7-导向块
支盘成型装置由接长管、液压缸、支盘成型器（机）（图7-74），液压胶管和液压站5个部分组成，