正循环潜水钻机成孔钢筋混凝土灌注桩施工工法.doc

正循环潜水钻机成孔钢筋混凝土灌注桩施工工法
鲜君秋
（中建二局第四建筑工程有限公司）
摘 要：主要介绍正循环成孔法钢筋混凝土灌注桩的施工特点，施工工法。
关键词：正循环；灌注桩
1 工法简介
1.1概念
本工法是采用潜水钻机，利用正循环钻成孔施工方法，施工钢筋混凝土灌注桩的施工做法。正循环成孔是由钻机回转装置带动钻头回转切削破碎岩土，钻进时用泥浆护壁、 排渣，即泥浆由泥浆泵通过泥浆管输入孔内，经潜水钻机上钻头旁的出浆口射出而输入孔底，带动被切削下来的钻渣，不断地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中净化，再供使用。
1.2特点
优点: 钻机小，重量轻，狭窄工地也能使用；设备简单；设备故障较少，工艺技术成熟，操作简单；噪声低，振动小；工程费用较低
缺点: 泥浆上返速度低，排渣能力低，岩土重复破碎现象严重；泥浆黏度大，密度大，使孔壁泥膜厚；沉渣厚度大。
1.3适用范围
本工法适用于建筑工程中采用泥浆护壁，利用潜水钻机采取正循环工艺进行的钢筋混凝土灌注桩施工。正循环钻进成孔适用于填土层、淤泥层、粘土层、粉土层、砂土层，也可在卵砾石含量不大于15%、粒径小于10㎜的部分砂砾石层和软质基岩、较硬基岩中使用。桩孔直径一般不宜大于1000㎜，钻孔深度一般约为40米为限。
2 施工准备：
2.1材料
2.1.1钢筋：品种、规格、型号应符合设计要求，钢筋进场时应有产品合格证及出场检验报告（质量证明书），进场后按照国家标准进行见证取样，做力学性能检验，当采用进口钢材或加工过程中发生脆断等特殊情况，还需做化学成分检验。
2.1.2水泥：采用强度不低于42.5的普通硅酸盐水泥，并应有产品合格证及出厂检验报告，进场后对强度、安定性及其他必要性能指标进行取样复试，合格后方可使用。
2.1.3混凝土：采用商品混凝土，严禁现场搅拌。进场的混凝土应有预拌混凝土出厂质量证明书、混凝土配合比通知单，如图纸对混凝土的碱含量有要求时还应提供混凝土碱含量评估报告。对进场的混凝土每车均应进行坍落度检查，合格后方可使用。对浇注的混凝土应按规范要求进行留置混凝土试块。浇注完成28天后，商品混凝土厂家应补报混凝土的28天强度报告。
2.1.4水：宜使用饮用水。当采取其他水源时，其水质应符合国家现行标准的规定。
2.1.5辅助材料：膨润土、粘土球、隔水塞（或球胆）、垫块等。
2.2机具准备
2.2.1钻孔设备
使用的潜水钻机应状态完好，有国家检测部门出具的使用合格证，进城后应按要求进行机械设备的进场验收，合格后方可使用。
2.2.2辅助设施及机具
护筒：一般采用4-8mm钢板制作，其内径大于钻头直径100mm，上部开设1-2个溢浆孔。
小型土方机械：用于场地平整、道路修建、泥浆池开挖、地下障碍物清理等工作。
检测工具：测绳、线坠、水准仪、经纬仪、坍落度筒等。
泥浆系统：泥浆池、沉淀池、循环槽、泥浆泵、废浆池等。
混凝土浇注机械及工具。
2.3作业条件
2.3.1施工范围内的地上、地下障碍物应清理完毕，对不能移除的应进行标示，并做好保护措施。
2.3.2现场做好三通一平，对松软地面应提前进行处理，修筑临时现场施工道路。
2.4技术准备
2.4.1熟悉施工现场的水文、地质状况，熟悉施工图纸。
2.4.2编制施工方案，并经审批。对施工作业人员进行技术交底。
2.4.3根据设计图纸及现场给定的坐标控制点，进行桩位点及标高控制点的测放。并经监理、建设单位进行复核合格。
2.4.4如对施工区域土质状况不熟悉，在施工前需做成孔质量试验，数量不少于2个，以核对地质报告，检验所选设备及工艺。
3 操作工艺
3.1工艺流程
第一次清孔
测量定位
埋设护筒
钻机就位
钻孔至设计深度
移走钻机
安放钢筋笼
插入导管
第二次清孔
灌注水下混凝土
拔出导管及护筒

3.2施工方法
3.2.1测量定位：应由专业测量人员根据测绘单位提供的控制点，按照国家《工程测量规范》的要求进行桩位的测放，并用标桩标定准确。
3.2.2埋设护筒：当地表土层为砂土，且地下水位较浅；或表层为杂填土，孔径大于800mm时，应设置护筒。护筒一般采用挖埋法，对于钢护筒可以采用锤击法。在埋设过程中，一般使用十字栓桩法，确保护筒中心与桩位中心重合。为保证桩位的准确，护筒埋设完成后，可将桩位点重新垂测到护筒内。
3.2.3钻机就位：在埋设好的护筒上，测出孔口标高，作为桩长施工的控制依据。将桩机精确的定位在已经验收合格的桩位点，定位偏差不得大于2厘米。同时在钻机的两侧用吊线坠调整桩机的平整、垂直度，以保证钻孔的垂直度。钻机就位时应稳固，以保证在施工中不发生倾斜、位移。
3.2.4钻孔：钻头回转中心对准桩位，偏差不大于允许值。开动泥浆泵使冲洗液循环2-3分钟，然后开动钻机，慢慢将钻头放置在护筒底。在护筒刃脚处应低压慢速钻进，使刃脚处的地质能稳固的支撑护筒，待钻至刃脚以下1米以后，可根据地质条件以正常速度钻进。
在粘土地层钻进时，由于土层本身的造浆能力强，钻屑成泥块状，易出现钻头包泥、憋泵现象，应选用尖底且翼片较少的钻头。在淤泥和淤泥质土中的钻进速度不宜大于1米/分钟。在其他土层中的钻进速度一般以不超过钻机符合为准，在强风化岩或其他硬土层中的钻进速度以不产生跳动为准。
在砂层钻进时，应采用较大密度、粘度和静切力的泥浆，以提高泥浆悬浮、携带砂粒的能力。在坍塌段，必要时，可向孔内投入适量粘土球，以帮助形成泥壁，避免再次坍塌。要控制钻具的升降速度和适当降低回转速度，减轻钻头上下运动对孔壁的冲刷。
3.2.5清孔：
一般采用换浆法。第一次沉渣处理：在终孔时停止钻具回转，将钻头提离孔底100-200mm，维持冲洗液的循环，并向孔内注入含砂量小于4%（比重1.05-1.15）的新泥浆或清水，令钻头在原位空转10-30min，直到达到清孔要求为止。
第二次清孔：在钢筋笼和下料导管放入孔内后，开始进行第二次清孔。通常利用混凝土导管向孔内压入比重1.15左右的泥浆，把孔底在下钢筋笼和导管的过程中再次沉淀的钻渣置换出。
3.2.6安放钢筋笼
（1）钢筋笼制作
钢筋加工严格按设计图纸下料，主筋接头采用焊接接头，加强筋用特制绞盘缠绕环状，焊接成型，箍筋按间距要求螺旋型缠绕在笼骨架上，绑扎牢固。钢筋笼根据不同长度，分节制作，井口焊接，用吊车吊入孔内。钢筋笼外每隔3m焊接钢筋耳环或绑混凝土垫块，保证桩钢筋保护层厚度。下钢筋笼前做自检记录，然后由监理分批验收，合格后方可下入孔内。
钢筋接头采用搭接焊接按《钢筋焊接及验收规范》的要求执行。
（2）钢筋笼安装
① 钢筋笼在移动过程中，应进行严格的保护，并应有垫管或垫板，严禁带泥或变形，发生后应立即处理，方可隐蔽；
② 钢筋笼安装时应放置在中间，确保四周保护层厚度，同时根据设计要求严格控制桩顶标高；
③ 钢筋笼投放时，须吊直扶稳，对准孔位，缓慢放下，不得左右旋转，避免碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。严禁高提猛落和强制下入。 严禁将钢筋笼由孔口自由投入孔底。钢筋笼吊装完毕，应进行隐蔽工程验收，合格后应立即浇注混凝土；
④ 为便于控制笼顶标高，在钢筋笼下放前用钢丝套住笼顶或制作钓钩，以便钢筋笼能进入地面以下，下放过程中用标尺放在笼顶钢筋处，用水准仪严格控制笼顶标高，桩顶标高测放好后，支撑钢丝的水平杆要放在孔口两边的垫木上，保证钢筋笼在灌注砼时不超标下沉。
3.2.7灌注导管安装
（1）导管不得有弯曲，凹陷，接头须用密封圈阻水，用前应试装；
（2）导管安装须在钢筋笼安装后抓紧进行，导管入孔深度控制在距孔底0.5m左右。导管壁厚不宜小于3mm，直径200～250mm，每节长度2-2.5米，最下端一节导管长度应为4-6米。最下端一节导管底端外侧要焊接加强箍，以免冲击张裂。导管使用前应检查其密封性，导管下入孔内距离孔底0.3～0.5m左右，导管使用后冲洗干净。
3.2.8混凝土浇注
灌注桩在二次清孔完成后，检查孔深、沉渣厚度及泥浆比重合格后，即开始进行混凝土的浇注工作。混凝土采用商品混凝土，应有良好的和易性，塌落度控制在18-22厘米。隔水塞一般使用球胆制作，其外形和尺寸要保证在灌注混凝土时顺畅下落和排出。灌注时首次灌注量须保证埋管深度不少于1.0m。
首批混凝土浇注正常后，应连续浇注混凝土，严禁中途停工。在浇注过程中应经常探测混凝土面的上升高度，并适时提升拆卸导管，并保持导管的合理埋深。在每次提升导管前探测一次管内外混凝土高度，以分析和判断孔内的情况。
灌注混凝土过程中，应采取防止钢筋笼上浮的措施。一般采用压笼管，下端抵住钢筋笼，上端由桩机进行固定，与钢筋笼吊筋配合使用，保证钢筋笼标高位置的准确。另外，当浇注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1米左右时应降低混凝土的灌注速度，当混凝土上升到骨架底口4米以上时，提升导管，使其底口高于笼底2米时，即可恢复正常的灌注速度。浇注过程中，导管埋入混凝土的深度应控制在2-6米之间，严禁将导管离开混凝土面，以免发生断桩及导管无法拔出等质量问题。
混凝土的上升速度不得小于2米/小时，混凝土的浇注时间必须控制在导管中的混凝土未丧失流动性以前。
混凝土灌注的高度，应超过桩顶设计标高约500mm，以保证在剔除浮浆后，桩顶标高和桩顶混凝土符合设计要求。
3.2.9拔出导管和护筒，完成施工。
3.2.10泥浆和泥浆循环系统
（1）造浆粘土应符合以下技术要求：胶体率不低于95%；含砂率不大于4%。 泥浆性能指标：泥浆比重为1.05～1.25；漏斗粘度为16～28s；含砂率小于4%；胶体率大于95%；失水量小于30ml/30min。
（2）循环系统由泥浆池、沉淀池、循环槽、废浆池、泥浆泵、泥浆搅拌设备、钻渣分离装置等组成。采用集中搅拌泥浆，集中向各钻孔输送泥浆的方式。
  沉淀池采用二个串联并用，每个沉淀池的容积为6m3。
  泥浆池的容积为钻孔容积的1.2～1.5倍。并不小于8立方米。
沉淀池、泥浆池、循环槽用砖块和水泥砂浆砌筑牢固，不得有渗漏或倒塌。泥浆池等不能建在新堆积的土层上，防止池子下陷开裂，漏失泥浆。
4 施工中要注意的质量问题
4.1泥浆护壁成孔时，发生斜孔、弯孔、缩孔和塌孔或沿套管周围冒浆以及地面沉陷等情况，要停止钻进。经采取措施后，方可继续施工。
4.2钻进速度，要根据土层情况、孔径、孔深、供水或供浆量的大小、钻机负荷以及成孔质量等具体情况确定。
4.3浇筑前，导管中要设置球、塞等隔水；浇筑时，初灌导管插入混凝土的深度不小于１ｍ。
4.4清孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，并保持浆面稳定。泥浆的比重应符合规范规定，采用比重计进行测量。
4.5钢筋笼变形：钢筋笼在堆放、运输、起吊、入孔等过程中，必须加强对操作工人的技术交底，严格执行加固的技术措施。
4.6混凝土浇到接近桩顶时，随时测量顶部标高，以免过多截桩或补桩。
5 施工要点：
5.1 安装钻机前，要对钻机和配套设备进行全面检查，保证电缆密封接头绝缘良好，输水胶管连接牢固，避免泄露。
5.2 规划布置施工现场时，首先考虑冲洗液循环、排水、清渣系统的安设，以保证正循环作业时，冲洗液循环畅通。污水排放彻底，钻渣清除顺利。
5.3 及时清除循环槽和沉淀池内沉淀的钻渣，必要时可配备机械钻渣分离装置。清出的钻渣应及时动出现场，防止钻渣废浆污染施工现场及周围环境。
5.4为防止潜水钻机因钻杆折断或其他原因掉入孔中，应在钻机上加焊吊环，并系上保险钢丝绳引出孔外，吊住。
5.5操作要点：
5.5.1安装钻机时，钻具中心应同钻架上吊滑轮同一垂直线上，钻杆位置偏差不应大于2cm。
5.5.2开始钻进时，应先在护筒内放一定数量的泥浆或粘土块，稍提钻杆，开始空转，并从钻杆中压入清水，使之搅拌成浆，开动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后开始钻进。
5.5.3初钻时应低档慢速钻进，使护筒刃脚处形成坚固的泥皮护壁，钻至护筒刃脚下1m后，可按土质情况用正常速度钻进。
5.5.4钻具下入孔内，钻头应距孔底钻渣面50～80mm，并开动泥浆泵，使冲洗液循环2～3分钟。然后开动钻机，慢慢将钻头放到孔底，轻压慢转数分钟后，逐渐增加转速，并适当控制钻速。
5.5.5正常钻进时，应合理调整和掌握钻进参数，操作时应精力集中，掌握升降机钢丝绳的松紧度。
5.5.6加接钻杆时，应先将钻具稍提离孔底，待冲洗液循环3～5分钟后再拧卸加接钻杆。
5.5.7钻进过程中，应防止扳手、管钳、垫叉等金属工具掉落孔内，损坏钻头。
5.5.8如护筒底土质松软出现漏浆时，可提起钻头，向孔中倒入粘土块，再放入钻头倒转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆空隙，稳住泥浆后继续钻进。
6 施工过程中常见问题及处理
6.1存在问题：钻进速度缓慢
处理方法：
（1）调整泥浆性能；
（2）调整钻进参数；
（3）调整冲洗液的比重和黏度，适当增大泵量。
（4）检修或更换钻头
6.2存在的问题：孔壁坍塌
处理方法：
（1） 孔内水位必须高于地下水位2米以上；
（2） 将护筒的底部贯入粘土中约0.5米以上；
（3） 按照不同的地质土质，采用不同的泥浆比重和黏度；
（4） 根据地质条件控制成孔速度；
（5） 下放钢筋笼时避免碰撞井壁；
（6） 施工中尽量减少施工作业振动的影响。
6.3存在的问题：钻具跳动，钻刃有崩落
处理方法：
（1） 用掏渣筒或冲抓锥清理孔中石块；
（2） 使用冲击类钻具施工此类地层。