钻孔灌注桩施工作业指导书(反循环).doc

钻孔灌注桩施工作业指导书
一、场地准备
施工场地的平面尺寸应按照桩基设计的平面尺寸、钻机数量和钻机底座平面尺寸、钻机移位要求、施工方法以及其他施工机具设施布置等情况决定。
施工场地或工作平台的高度应考虑施工期间可能出现的高水位或潮水位，并高出其上0.5~1.0m。
1、场地为旱地时，应平整场地，清除杂物，换除软土，夯打密实。钻机底座不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷。
2、场地为陡坡时，可用枕木或木架搭设坚固稳定的工作平台。
3、场地为浅水时，宜采用筑岛的方法。当水不深，流速不大，可采用截流或改河方案，将水中钻孔变为陆地钻孔。
二、护筒埋设
1、护筒的作用
护筒有固定桩位，引导钻头（锥）方向，隔离地面水免其流入井内，保护井口不坍塌，并保证孔内水位（泥浆）高出地下水或施工水位一定高度，形成静水压力（水头），以保护井壁免于坍塌等作用。
2、一般要求
⑴用钢板或钢筋混凝土制成的埋设护筒，应坚实不漏水；护筒入土较深时，宜以压重、振动、锤击或辅以筒内除土等方法沉入。
⑵护筒内径应比桩径稍大，当护筒长度在2~6m范围时，有钻杆导向的正、反循环回转钻护筒内径比桩径大20~30cm；无钻杆导向的正反潜水电
钻和冲抓、冲击锥护筒内径比桩径大30~40cm；深水处的护筒内径至少应比桩径大40cm。
⑶护筒顶端高度：当采用反循环回转方法时（包括反循环潜水电钻）钻孔时，护筒顶端应高出地下水位2m以上，使护筒内水头产生20Kpa以上的静水压力；采用正循环回转方法（包括正循环潜水电钻）钻孔时，护筒顶端的泥浆溢出口底边，当地质良好、不易塌孔时，应高出地下水位1~1.5m以上，当地质不好时应高出地下水位1.5~2.0m以上；当采用其他方法钻孔时，护筒顶端应高出地下水位1.5~2m以上；当护筒处于旱地时，除满足以上要求外，护筒顶端还应高出地面30cm；孔内有承压水时，护筒顶端应高出稳定后的承压水位2m以上，若承压水位不稳定或稳定后的承压水位高出地下水位很多，应先做试桩，鉴定在高承压水地区采用钻孔灌注桩的可能性。
⑷护筒的埋置深度：旱地或浅水处，对于粘质土不小于1~1.5m，对于砂类土应将护筒周围0.5~1.0m.范围内的土挖除，夯填粘质土底0.5以下；具体埋置深度须经过计算，安全系数应大于2。
⑸护筒接头处要求内部无突出物，能耐拉、压，不漏水，灌注桩完成后除设计另有规定外护筒一般应拆除。
⑹护筒平面位置偏差不得大于5cm，倾斜度偏差不大于1%。
三、护壁泥浆
钻孔泥浆由水、粘土（或膨润土）和填加剂组成。在钻孔中，由于泥浆相对密度大于水的相对密度，故护筒内同样高的水头，泥浆的静压力比水大。由于静水压力的作用，泥浆可作用在井孔壁形成一层泥皮，阻隔孔
内外渗流，保护孔避免于坍塌。此外，泥浆还起悬浮钻渣的作用，使钻进正常进行。在反循环回转、冲抓钻中泥浆主要起护壁的作用，在冲击和正循环回转钻中悬浮钻渣的作用更为重要。
根据钻孔方法和土层情况,调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆性能指标可参考下表。

钻孔
方法
地层
情况

相对密度

粘度（s）

含砂率
（%）

胶体率
（%）

失水量（ml/30min）

泥皮厚
（ml/30min）

静切力
（Pa）

酸碱度
PH
正循环
一般地层

易坍地层
1.05~1.2

1.2~1.45
16~22

19~28
≤4

≤4
≥96

≥96
≤25

≤15
≤2

≤2
1.0~2.5

3~5
8~10

8~10
反循环
一般地层易坍地层卵石土
1.02~106
1.06~1.10
1.10~1.15
16~20
18~28
20~35
≤4≤4
≤4
≥95
≥95
≥95
≤20
≤20
≤20
≤3
≤3
≤3
1~2.5
1~2.5
1~2.5
8~10
8~10
8~10
冲抓
冲击
一般地层

易坍地层
1.10~1.20

1.2~1.40
18~24

22~30

≥95

≥95
≤20

≤20
≤3

≤3
1~2.5

3~5
8~11

8~11
泥浆的制备
1、 粘土的选择
粘土以水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土或接近地表经过冻融的粘土为好，若采用较差的粘土或含砂低液限粘土调制的泥浆，起性能指标不符合要求时，可在泥浆中掺入碳酸钠、氢氧化纳或膨润土粉末，以提高泥浆性能指标。掺入量与原浆性能有关，最好经过试验决定。一般碳酸纳的掺入量约为孔中泥浆的0.3~0.5%。
2、 泥浆的调制

制浆前，应先把粘土块尽量打碎，使在搅拌中易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆质量。
制浆有机械搅拌、人工搅拌、钻锥搅拌三种方法。
机械搅拌是利用泥浆搅拌机搅拌。
人工搅拌是先将粘土加水放入制浆池内浸透，然后人工搅拌。
利用钻锥搅拌多使用冲击锥或冲抓锥，将粘土直接投入钻孔内，利用冲击锥冲击制造泥浆。在粘土地层中钻进，可先采用清水护壁，待陆续钻进时，孔内的清水同钻锥切削下来的粘土在钻锥的回转或冲击搅动下，自然形成泥浆。如果粘土含砂多，这样制成的泥浆可能不符合要求，需要改进。如果粘土层很厚，泥浆中的粘土含量将逐渐增加，在钻进中要及时加水稀释泥浆，使它符合要求。制出的泥浆可贮于它处备用。
制备泥浆的水要求使用不纯物含量少的水，当不能用自来水时应事先进行水质检查，以保证泥浆质量。
四、钻孔施工
㈠钻机就位
立好钻架并调整和安设好起吊系统，将钻头吊起，徐徐放进护筒内。启动卷扬机把转盘吊起，垫方木于转盘底座下面，将钻机调平并对准钻孔。然后装上转盘，要求转盘中心同钻架上的起吊滑轮在一条铅垂线上，钻杆位置偏差不得大于2cm。再钻进过程中要经常检查转盘，如果倾斜或位移，应及时纠正。使用带有变速器的钻机时，要把变速器放平。安装在变速器板上的电机轴心应和变速器被动轴的轴心放在同一水平线上。
在方钻杆上端安装提引水龙头，在水龙头上端连接输浆胶管，将输浆
胶管接到泥浆泵上，把提引水龙头吊环挂到起吊系统的滑轮吊钩上。取走转盘中心的方形套，启动卷扬机吊起方钻杆穿过转盘并牢固地连接到钻头，装好方形套夹住方钻杆，准备钻进。
㈡开钻
为防止堵塞钻头的吸渣口，应将钻头提高距孔底20~30cm，将真空泵加足清水（为便于真空泵启动，不得用脏水），关紧出水控制阀和沉淀室放水阀使管路封闭，打开真空管路阀们使气水畅通，然后启动真空泵，抽出管路内的气体，产生负压，把水引到泥石泵，通过沉淀室的观察窗看到泥石泵充满水时关闭真空泵，立即启动泥石泵。当泥石泵出口真空压力达到0.2Mpa以上时，打开出水控制阀，把管路中的泥水混合物排到沉淀池，形成反循环后，启动钻机慢速开始钻进。
打开出水控制阀后，若压力减到0.2Mpa以下时，可关闭出水控制阀，可关闭出水控制阀减少排量，或者在操作中反复启闭控制阀门一提高泵内压力。
㈢接长钻杆
当一节钻杆钻完后，先停止转盘转动，并使反循环系统延续工作至孔低沉渣基本排净（约需1min~3min），然后关闭泥石泵接长钻杆；在接头法兰盘之间垫3mm~5mm厚的橡皮圈，并拧紧螺栓，以防漏气、漏水；然后如上述工序，一切正常后继续钻进。
㈣控制钻速
在硬粘土中钻进时，用一档转速，放松起吊钢丝绳，自由进尺。在高液限粘土、含砂低液限粘土中钻进时，可用二、三档转速，自由进尺。在
砂类土或少量卵石中钻进时，宜用一、二档转速，并控制进尺，以免陷没钻头或抽吸钻渣的速度跟不上。
遇地下水丰富易坍孔的粉质土，宜用抵挡慢速钻进，减少对粉质土的搅动，同时应加大泥浆相对密度和提高水头，以加强护壁，防止塌孔。
㈤泵吸式反循环回转钻进中的故障及处理
1、 反循环不正常
⑴、启动真空泵后反循环流动不正常，泥石泵抖动，泥水减少以致中断。
原因：多为管路漏气或钻头钻杆堵塞。
处理方法：首先检查钻杆法兰盘螺丝有无松动，是否垫好橡皮圈；其次检查泥石泵的石棉垫（即盘根）处是否漏气，提引水龙头填料压盖有无松动。上述几个部位都应做到紧密不漏气，还要检查、清除钻头、钻杆或泥石泵进出口处的堵塞物。
⑵、产生真空后，沉淀室的水位上升缓慢。
原因：真空泵使用过久，工作性能差或管路漏气。
处理方法：拧紧真空泵石棉垫螺栓使之严密，调整三角皮带的松紧程度，消除跑空现象。检查真空泵气水分离器内是否注满水，如因泵体无水而发生本项故障，加水即可消除故障；如无法处理，应更换真空泵。
⑶、真空泵压力达到0.067~0.08Mpa时仍不来水。
原因：钻头埋入土中，吸渣口堵塞；冬季施工真空管路冻结；操作时未开管路阀门。
处理方法：将钻头提出，清理畅通后在钻进；真空管路冻结可用喷灯或碳火烤化。

2、 钻进时泥水突然中断
原因：在砂卵石中钻进，因钻杆给进太快使钻头或钻杆堵塞。
处理方法：把钻头略提升，用锤敲打钻杆及管路中的各弯头，有可能使堵塞的砂石震落；或反复启闭出水控制阀门，使管内压力突增、突减，使出水量忽大、忽小，也有可能将堵塞物清除；如仍不能疏通时，可停泵约一分钟，在管内水头未完全退落时，再启动真空泵使管内流速突然增加。实践证明，采用上述办法后，不太严重的堵塞都可消除，否则需拆卸钻杆，清除堵塞物。
为防止因抽吸钻渣太多，以致较多的钻渣充填管路内，使泥水混合液相对密度过大，采用钻进一会、停钻一会的办法颇为有效。
为了防止过大的卵石吸进管内堵塞钻杆，可在钻头进渣口中央横焊一根φ6的钢筋。
3、 长时间启动真空泵，真空泵表针不动
原因：真空表接头堵塞，真空表损坏或管路漏气。
处理方法：先关出水控制阀和沉淀室放水阀，然后检查钻头有无漏出水面，真空泵离合器是否接触，弄清原因后予以排除，或更换真空表。
㈥泵吸式反循环回转钻孔劳动组织和钻孔进度
泵吸反循环回转钻进每台班约需12~13人，其中操纵钻机技工3人、拆装钻杆4人（内含技工1人）、搬运钻杆及调制泥浆3人（含技工1人），供水2人、指挥记录1人。操作熟练后人数可减少。
钻孔进度与钻孔直径、土质、钻锥回转速度、浆渣吸升能力、泥浆相对密度以及钻锥形式有关，一般当钻孔直径1.2m，用泵吸式反循环回转钻
进,根据土质不同，每小时纯钻进速度（m）为：粘质土6~12、粉质土6~9m、细砂5~6m、中砂3~5m、砂砾1~2m。
㈦清孔
反循环回转钻机钻孔时，可在终孔后停止进尺，利用钻机的反循环系统的泥石泵持续吸渣5~15min左右，使孔底钻渣清除干净。
㈧成孔检查
1、 孔径检测
孔径检测是在桩孔成孔后、下入钢筋笼前进行的，是根据设计桩径制作笼式检孔器入孔检测。笼式检孔器用φ8和φ12的钢筋制作，其外径等于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的3~4倍（正、反循环成孔法）或4~6倍（冲击成孔法）。检测时。将检孔器吊起，使笼的中心、孔的中心与起吊钢丝绳保持一致，慢慢放入孔内，上下畅通无阻表明孔径大于给定的笼径；若中途遇阻则有可能在遇阻部位有缩径或孔斜现象，应采取措施予以消除。
2、 孔深和孔低沉渣检测
孔深和孔低沉渣普遍采用标准测锤检测。测锤一般采用锥形锤，锤底直径13~15cm，高20~22cm，质量4~6Kg。检测时把测锤慢慢沉入孔内，凭人的手感探测沉渣顶面的位置，其施工孔深和测量孔深之差，即为沉渣厚度。柱桩沉渣厚度不大于10cm，摩擦桩沉渣厚度不大于30cm。严禁采用加深孔底深度的方法代替清孔。孔深摩擦桩不小于设计规定，柱桩比设计深度超深不小于5cm。
3、 桩孔竖直度检测
在孔口沿直径方向设一标尺，标尺中点与桩孔中心吻合，将圆球系于
测绳上，量出滑轮到标尺中点的距离H，将圆球慢慢放入孔底，待测胜静止不动后，读得标尺上的偏距e，再根据tgα=e/H求得孔斜值并做图。倾斜度应小于1/100孔深。
五 钢筋笼加工和安装
钢筋笼设计长度比较长，钢筋笼采用在陆地分段加工成型，运到孔口，待桩孔检测合格后，用吊车吊起最下面的一节钢筋笼放入孔内，在孔口临时固定，然后再吊起第二节钢筋笼与第一节钢筋笼焊接，焊好检查合格后去掉第一节钢筋笼的临时固定，把第一节、第二节钢筋笼放入孔内，第二节钢筋笼设临时固定，同样依次把钢筋笼接长到设计长度。在放入钢筋笼时如果孔壁有地方挂住钢筋笼，不应强行下钢筋笼，而是应把钢筋笼吊起一点，转动钢筋笼同时放下吊钩，这样钢筋笼会比较容易进入桩孔。
桩孔检查合格后应及时下钢筋笼，及时灌注混凝土，以免时间过长，孔壁坍塌。
六 混凝土灌注
混凝土灌注采用导管法灌注水下混凝土。
用导管法灌注水下混凝土，混凝土拌合物是通过导管下口，进入到初期灌注的混凝土（作为隔水层）下面，顶托着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆或水上升。为使灌注工作顺利进行，应尽量缩短灌注时间，坚持连续作业，使灌注工作在首批混凝土初凝以前的时间内完成。

准备工作：
（一）、灌注机具的准备
1、 导管是灌注水下砼的重要工具，用钢板卷制焊成，其直径及管壁厚按桩长、桩径和每小时需要通过的砼数量决定。可按表1、表2选用。
导管直径表 表1 导管壁厚表 表2
导管直径（mm）
通过砼数量（m3/h）
桩径（m）

导管
长度
（米）
导管壁厚（mm）
导管
直径200-250mm
导管直径300-350mm
200
10
0.6-0.9
＜30
3
4
250
17
1.0-1.5
30-50
4
5
300
25
＞1.5
50-100
5
6
350
35
＞1.5

导管要求内壁圆滑、顺直、光洁和无局部凹凸，各节导管内径应大小一致，偏差不大于±2mm
导管在使用前和使一个时期后，应做拼接，过球和水压（或风压）试验，水压试验时的压力应不小于灌注砼时导管可能承受的最大压力的1.3倍，可参照下式计算：
Pw=1.3(RcHc-RwHw)
式中：Pw —— 导管壁可能承受的最大压力（吨/米2）
Rc ——砼容重用2.4（吨/米3）
Hc ——导管内砼柱最大高度，采用导管全长（米）
Rw ——钻孔内水或泥浆容重，1.0-1.25，泥浆比重大于1.25时不宜灌注水下砼（吨/米3）

Hw ——钻孔内水成泥浆深度（米）
试验方法是把拼装好的导管先灌入70%的水，两端封闭，一端焊接风管接头，输入计算的风压力。导管须滚动数次，经过15分钟不漏水即为合格。导管内过球应畅通。符合要求后，在导管外壁明显标记逐节编号并标明尺度，导管总数应配备20-30%的备用套管。
（二）、漏斗、储料斗
1、 漏斗和储料斗高度除应满足导管拆卸等操作需要外，并应在砼灌注到最后阶段时，能满足对导管内砼柱高度的需要。砼柱的高度，当钻孔桩桩顶低于钻孔中水面高度时，应比水面至少高出3m，当桩顶高于钻孔中水面高度时，应比桩顶至少高出3m。漏斗需要高度（即导管内砼柱高度）可参照图1和下式计算：
Hc=（P+RwHw）/Rc
式中：Hc——漏斗与预计桩顶或封底砼顶面（包括预加厚度）最小高差（米）；
Hw——预计灌注的桩顶或砼面至钻孔水面的高差（米）；
Rc——砼拌合物容重2.4（吨/米3）
Rw——钻孔内水或泥浆容重（吨/米3）
P ——超压力（吨/米3），一般取7.5吨/米3
Ha——漏斗顶高出水（泥浆）面的高度（米），Ha=Hc-Hw
圆锥形漏斗上口直径一般为800mm，高为900mm。
2、 储料斗的作用是储放砼
漏斗和储料斗的容量应使首批灌注下去的砼能满足导管初次埋置深度

图 1
的需要，钻孔灌注桩漏斗和储料斗最小容量可参照图2及下式计算：
V=H1×πd2/4 +Hc×πD2/4
式中：V——漏斗和储料斗容量（米3）
H1——孔内砼高度达到Hc时导管内砼柱与导管外水压平衡所需高 度（米）H1=HwRw/Rc
Hc——钻孔初次灌注所需砼面至孔底的高度，即导管初次埋深H2加间距H3，H2至少为1.0m，H3为0.3-0.4m，当孔底有沉淀时，应将H3值适当加大（米）
Hw——孔内水面至初次灌注所需的砼面高度（米）
D ——钻孔直径（米）有扩孔情况时，应按扩孔后的直径（米）
d——导管直径（米）
Rw——孔内水或泥浆的容重（吨/米3）
Rc——砼拌合物的容重，取2.4（吨/米3）
（三）砼的运输、提升和导管的升降
一般选用吊车或者塔吊设备，其起重能力应与导管内全部填满砼时的重量相适应。

图 2
（四）隔水栓、可用砼、木料、塑料布或麻袋内包麻刀或锯屑球等制成，施工中可使用剪球法或提板软垫法。
三、原材料及拌合机准备
1、 水泥可选用硅酸盐水泥、普通水泥、火山灰质等水泥，但初凝时间不宜早于2.5-3.5h。
2、 粗骨料宜用卵石，如用碎石，含砂率应增加3%，应有良好的级配，最大料径不能大于导管内径的1/6-1/8和钢筋最小净距的1/4。
3、 为使砼有较好的和易性，砼含砂率宜采用40-50%，水灰比宜采用0.5-0.6，坍落度以16-22cm为宜。
4、 当桩直径较大，桩身较长，所需砼灌注时间较长，不能在初凝时间之内灌注完成时，可在首批砼中掺入缓凝剂。
5、 砼拌合机数量确定，可根据一台拌合机的生产率，需要灌注砼数量和适当的灌注时间计算。

适当的灌注时间表 表3
钻孔桩长度m
＜20
20-40
40-60
60-70
70-80
80-100
适当灌注时间 (h)
1.5-2.0
2-3
3-4
4-5
5-6
7-8
注：灌注时间从第一盘砼拌合加水起至灌注结束止。
砼拌合机数量：n=V/kg×P
式中：V——钻孔中应灌注的砼数量，包括扩孔体积（m3）
kg——适当灌注时间，如表3所示
P——砼拌合机生产率（m3/h）
P=V0ξS
式中：V0——每次拌制的砼体积（m3）
ξ——为拌合机的时间利用系数，一般取0.9--0.95
S——每小时的拌料次数
计算出的n值应取整数，另外还应有备用台数。
6、 砼拌合机类型，宜采用移动式的自落式拌合机，容量不宜小于400公升。
7、 灌注面高度测量一般采用测深锤法。
四、 灌注水下砼施工工艺（工艺流程图附后）
1、 成孔检测：在现场监理的监督下，检测孔的沉淀厚度，泥浆比重，以及孔的倾斜度，使之符合规范要求。
2、 下钢筋笼
3、 下导管，检测合格的导管，在吊放时，应使位置居孔中轴线顺直，稳步沉放，防止卡挂钢筋骨架和碰撞孔壁。

4、 安装储料斗，根据计算，安装能满足灌注首批砼必须的储量的储料斗，并保证其有效高度（即在砼灌注到最后阶段时，能满足对导管内砼栓高度的需要）。
5、 吊车就位、拌合机运转，拌合砼
6、 剪球灌注首批水下砼，首批砼灌入孔底后，应立即测探孔内砼面高度，计算出导管内砼埋置深度，如符合要求，即可正常灌注，如发现导管内大量进水，表明出现灌注事故，并进行处理。
7、 灌注水下砼应紧凑地，连续进行，严禁中途停工。提升导管时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15mm，导管出料口应伸入砼中不小于2m，且不得大于6m。
8、 为确保桩顶质量，在桩顶中设计标高以上应加灌注一定高度，以便灌注结束后，将此段砼清除，一般不宜小于0.5m，深桩不宜小于1.0m。
9、 在灌注将近结束时，由导管内砼柱高度增大，如出现砼顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拨除最后一段长导管时，拨管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下，形成泥心。
五、 质量保证措施
1、 导管符合要求。
2、 储料斗容量满足首批灌注砼所需数量。
3、 拌合机数量满足水泥砼适当的灌注时间。
4、 原材料合格。
5、 工序安排合理。

水下砼施工工艺流程图
三通一平，场地硬化
导管备足，并检测合格
施工准备
储料斗容量合理
砂、石子、水泥充分
成孔检测
起重设备（吊车）
拌合机安装、就位
绑扎钢筋

下钢筋笼

下 导 管
安装储料斗

灌注水下砼
拌 合 砼

提升导管

成 桩

卸下储料斗

清理现场