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1、大直径桩基冲击钻孔桩施工工法（定稿）1 前言近年来，随着桥梁向大跨、轻型、高强、整体方向发展，桥梁基础尤其是钻孔灌注桩基础施工技术出现了日新月异的变化。钻孔灌注桩作为桥梁基础，因其经济性和施工相对容易的特点成为桥梁基础特别是桥梁深水基础的主要形式。目前，钻孔桩基础正逐渐向深孔、大直径方向发展，尤其是在大跨径、深水地区对冲击钻孔灌注桩的施工提出了新的攻关课题。成都市双流县黄龙溪廊桥桩基均采用冲击钻成孔。桩底均置于中风化砂质泥岩层中，按嵌岩桩进行设计。桩基采用钻孔灌注桩进行施工，桩底清孔情况按良好控制，桩端沉渣厚度按不超过5cm控制，桩顶处离原始地面最大落差达10m，地质条件复杂，穿越了淤泥层、厚
2、卵石层和各类风化岩层，钻孔桩施工难度很大，故将本施工技术总结形成工法，为以后大直径冲击钻孔桩施工提供宝贵的技术资料和经验借鉴。2 工法特点21该工法所需工作面小，便于进行施工管理和控制，设备简单，移动方便，机械故障少，故成本较低，可有效缩短工期。22冲击钻机成孔是利用冲锥的冲击作用挤压破碎岩土来实现钻进的，因此使用冲击钻机所成的孔更稳固，大大减小了坍孔现象的出现机率，也使在灌注混凝土前孔内泥浆能达到更加洁净的指标23冲击钻机主要由机架、卷扬机、钢丝绳、钻锥构成。因此具有结构简单、便于移动就位、操作简易、机械故障少和维修方便的特点，对施工场地也要求不高24在冲击钻孔过程中，因泥浆有一定的比重和粘
3、度，使用泥浆泵通过泥浆管不断向孔底输送较纯净的泥浆，使孔内泥浆带动孔壁未利用的岩渣和砂粒一起流出孔口，实现泥浆正循环出渣，或使用出渣筒间断出渣，从而使钻机正常钻进和保持一定的功效。3 适用范围冲击钻孔工法适宜各类土层、各类软岩层和次坚硬岩层，钻孔直径和深度随钻锥直径变化和钻机功率的变化而变化，孔径一般在60300cm，孔深可达100m。粘土，砂类土，砾石，卵石漂石和较硬岩层的地层结构等大直径的桩孔。4 工艺原理冲击钻孔灌注桩是指采用冲击钻机成孔后就地灌注砼而形成的基础桩。冲击钻机是采用卷扬机带动钢丝绳提升钻锥（钻头），利用钻锥自由下落的动能产生冲击作用，挤压破碎岩土实现钻进的工程机械。冲击钻锥
4、（钻头）一般是用整体铸钢做成的，钻刃为十字形，并采用高强度耐磨钢材做成底刃，钻头应有足够的重量。冲击钻成孔就是利用钻机不断地提锥、落锥反复冲击孔底，即采用适当的冲程和冲击频率，把地层中的泥砂、石块挤向四壁或打成碎渣，通过泥浆循环或掏渣筒掏渣实现出渣；重复上述过程，至钻进深度达要求深度而实现成孔的。5 施工工艺及操作要点5.1 施工工艺流程52操作要点52.1清理现场施工准备阶段中记录完原地面标高后，就可清理施工现场的杂物，修筑接通便道，接通供电、供水、排水系统，平整处理钻机就位场地，达到适宜人员操作，便于机械就位和运转，满足施工要求。52.2测量放样和定位用全站仪定出桩基平面中心点，并及时埋设
5、十字护桩；护桩用于埋设护筒、校核冲孔轴线，要求埋设稳固，其四周严禁堆放东西，严禁破坏。52.3护筒埋设护筒采用钢板围制而成钢护筒，直径大于设计桩径2030cm。护筒采用挖坑埋设法，护筒底部50cm以下和四周所填粘质土必须分层夯实。护筒中心竖直线应与桩中心线重合，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。护筒高度宜高出地面0.3m或水面（地下水面）1.02.0m。护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，一般情况埋置深度宜为1.52.5m，特殊情况应加深以保证钻孔和灌注混凝土的顺利进行。52.4钻机就位钻机稳定的安装在埋好的护筒一侧，钻机的垫木不可压在护筒上，钻机前
6、端（或机架的任何部位）一般须距护筒20cm以上。调整钻机，使钻机起吊钻锥的最前端滑轮槽中心点（直接起吊钻锥段钢丝绳的中心线）的铅垂线与桩孔中心点重合；稳定好钻机和钻机扒杆。根据设计配备适宜的钻锥和钻孔事故处理机具，接通水电。将钻锥放入护筒内，安装好钻锥。52.5钻进（1）泥浆采用粘土孔内冲击制浆。钻进前，向护筒内加适量水、粘土，使用小冲程造浆。造好泥浆后就可钻进。（2）钻进的孔位必须准确。开钻时均应慢速钻进，随时检验钻机位置是否移动、孔位是否偏移，否则及时调整，待导向部位或钻头全部进入地层后，方可加速钻进。为了使导向段（护筒底部约2m深）稳固，造浆时可加入适量块石，或此段第一次成孔后用粘土和块
7、石回填后再冲击成孔。（3）钻进过程就是重复钻进、排渣、调整泥浆、调整孔位、修复钻锥（直径、焊接钻刃等）的过程。钻进过程中，直至砼灌注快结束时，必须保持、维持孔内的水头标高不低于护筒顶面下50cm左右。（4）一般情况，当钻机提起钻锥较费力或进尺减缓时需要排渣。一般采用泥浆正循环排渣或打渣筒排渣。若采用前者排渣，应在钻进前将泥浆循环系统设置好，即排浆沟、泥浆池（含沉淀池）、泥浆泵、泥浆管应挖好和安装好；正常钻进过程中，当泥浆含砂率超限较大，就应循环出渣；若泥浆粘度偏小，可适量加入粘土造浆，此时粘土应先用水泡透泡软。出渣沟一般较平坦和有“三道弯”，沟里顺序放几张网眼由大到小的滤砂网，让渣尽量在沟内沉
8、淀，并及时清理渣土。泥浆流入泥浆池，用泥浆泵送至孔底，使泥浆循环出渣；或将泥浆存入泥浆池。泥浆中渣土较少时，停止出渣，继续冲孔。（5）钻孔作业应分班连续进行，填写钻孔施工记录，交接班时应交待钻进情况及下一班应注意事项。经常检查钻机的底座和顶端应是否平稳。经常检查钢丝绳之直接起吊钻锥段的中心线在冲击和提起时是否铅垂，其是否与桩孔设计中心点重合或在容许的距离内；在钻进中不应产生沉陷；否则都必须及时处理和调整。应经常注意地层变化，在地层变化处均应捞取渣样，判明后记入记录表中并与设计地质剖面图核对，出入较大应报设计人员处理。经常检验泥浆，不合要求时，应随时通过向孔内添加粘土或向泥浆池添加清水进行修正。
9、经常排检查钻锥的完好程度，及时修复。（6）因故停止时，严禁将钻锥留在孔内，以防埋钻，并将孔口覆盖。 （7）钻进偏差容许范围：冲孔轴线偏差小于5cm；钢绳起吊过程的倾斜度小于1%；钻锥直径不小于设计孔径减5cm。（8）特别注意冲击后起吊过程中钢丝绳与泥浆面的交点是否变化和钻机扒杆颤动有无异常；若有变化或异常，或钻进突然加快，应暂停，查明原因并调整好后才继续钻进。52.6第一次清孔钻孔深度达到设计标高后，应对孔深、孔径、倾斜度进行检查，符合要求后就可进行第一次清孔。可采用泥浆正循环、泥浆反循环（抽浆法）或掏渣筒法清孔，目标是使孔内渣土基本出干净和泥浆变得纯净，泥浆应含砂率超限较小、相对密度和粘度可
10、偏高。52.7钢筋笼就位各种规格型号的钢筋都在钢筋场配好料后运到现场；按设计长度制作，每5m设一道“十”字形支撑，确保钢筋笼安装时不变形。并在骨架外侧设置控制保护层厚度的垫块，其间距竖向为2m，横向圆周不得少于4处。骨架顶端应设置吊点。钢筋笼接头符合要求，“一清”结束后立即可进行钢筋笼下放就位。钢筋笼用汽车吊下放。所使用的钢筋、连接器和技术性能应符合现行标准规定和设计要求。绑扎或连接的钢筋和钢筋骨架不得有变形、松脱。在同一搭接区段内受力钢筋接头数不得超过受力钢筋根数的50%。搭接最少长度，级钢筋30d（端部制成弯钩），级钢筋35d；钢筋搭接处，应在中心和两端用铁丝扎牢；需焊接的地方，焊接长度，
11、单面焊大于10d，双面焊大于5d；也可采用钢筋挤压套筒连接或直镙纹连接。各种连接、焊接在制作钢筋前都需进行试操作；并按有关规定检查。声波检测管的连接要顺直、密封。52.8下导管钻孔桩混凝土灌注一般用钢导管，导管内径为200350mm，视桩径大小而定。导管应分为底节管、定长管和标高调节管，管间连接可采用螺纹接头或法兰盘螺栓连接，连接好的导管应如一条直线般顺直，使用前应进行试拼装和水密试验。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力。导管吊放时应对正桩孔轴线，逐节连接，稳步沉放，避免卡挂钢筋笼或碰撞孔壁；注意接头的水密性。导管接长超过孔深，沉放至孔底，并作导管的提升试验。52.9第二次清孔设
12、备安装如下图所示：1高压风管入水深（大于孔内 水头到出浆口高度的1.5倍，不小于15m）2弯管和导管接头3焊在弯管上的耐磨短弯管4压缩空气5排渣软管6补水7输气钢管8100钢管，长度大于50cm 9孔底沉渣（不超过5cm）安装完导管，即进行第二次清孔和砼浇注准备。“二清”使用导管、泥浆泵采用泥浆正循环，目标是使孔底沉淀厚度，使泥浆含砂率、相对密度和粘度，均符合砼浇筑时的要求：孔底沉淀厚度不大于设计规定；砼灌注前泥浆指标，粘度1822Pas，含砂率1.5m或桩长40m或土质较差的桩，500mm支承桩：不大于设计规定清孔后泥浆指标相对密度：1.031.20；粘度：1822Pas；含砂率：4； 注：
13、清孔后的泥浆指标，是从桩孔的顶、中、底部分别取样检验的平均值。本项指标的测定，限指大直径桩或有特定要求的钻孔桩。6.2钻孔灌注桩的混凝土质量检测水下混凝土应连续灌注，严禁有夹层和断桩。桩身混凝土抗压强度应符合设计规定；每桩试件组数为24组；检测方法和数量应符合设计要求。钻孔桩砼底面标高不大于设计底面标高。桩头凿除预留部分后无残余松散层和薄弱层。嵌入承台的锚固钢筋长度不得低于设计规范规定的最小锚固长度要求。一般选有代表性的桩用无破损法进行检测，重要工程或重要部位的桩宜逐根进行检测，设计有规定时或对桩的质量有疑问时，应采用钻取芯样法对桩进行检测，对柱桩应钻到桩底0.5m以下。当检测后，桩身质量严重
14、影响使用要求时，应补桩或会同有关单位研究补救措施。6.3钢筋制作安装质量要求首先钢筋、机械连接器、焊条等的品种、规格和技术性能应符合设计要求；受力钢筋应平直，表面不得有裂纹及其它损伤，表面不应油污。受力钢筋同一截面的接头数量、搭接长度、焊接和机械接头质量应符合设计要求。钢筋安装时，必须保证设计要求的钢筋根数。 钢筋安装质量标准见下表，钢筋安装实测项目项次检 查 项 目规定值或允许偏差检查方法和频率1受力主钢筋间距(mm)20尺量：每构件检查2个断面2箍筋、螺旋筋间距(mm)10尺量：每构件检查510个间距3钢筋骨架尺寸(mm)长10尺量：按骨架总数30%抽查直径104顶面标高(mm)50用水准
15、仪测等5中心位置(mm)100用全站仪测等64泥浆质量要求：相对密度：1.021.10，粘度：1822s，砂率4，泥皮厚度：2mm，PH值：大于7。施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生施工事故。7 主要施工机具主要机械设备一览表序号设备名称规格型号功率（kw）数量用途1反循环回转钻机ZSD-2501452台成孔2空压机22m3/分1302台泥浆循环3泥浆泵3PNL222台泥浆循环4泥浆净化装置ZX-250901台泥浆净化5汽车起重机QY-351台吊装6汽车起重机QY-501台配合35t吊装钢筋笼7混凝土拌合站30m3/h2台混凝土拌合8混凝土运
16、输罐车6m2台混凝土运输9混凝土运输罐车8m2台混凝土运输10导管、漏斗等灌注设备1套水下混凝土灌注11电焊机BX3-330283台12直螺纹套丝机2台钢筋笼主筋套丝13运输汽车1台14液压振动沉拔桩锤80t1台施打钢管桩、钢护筒15装载机Z501台16钢筋切割机1台钢筋笼加工17钢筋弯曲机1台钢筋笼加工18机动翻斗车4台钻碴自钻孔平台外运8 劳动力组织 合理而科学地组织劳动力，是保证工程顺利进行的重要因素之一。必须周密计划，合理调度，实行动态管理，使劳动力始终处于动态控制之中。工程项目人数备注现场管理人员3现场负责人1名、安全员1人、领工员1人现场技术人员4技术负责人1名、质检员1人、技术员
17、2人钻孔平台、便桥施工钢管桩加工16装吊工2人、电焊工8人、普通工6人钢管桩施打，平台、便桥搭设10装吊工4人、电焊工2人、普通工4人钢护筒加工、运输和施打钢护筒加工16装吊工2人、电焊工8人、普通工6人钢护筒运输、施打10装吊工4人、电焊工2人、普通工4人钻孔施工（2台钻机）钻机就位、钻进、清孔及附属工作16钻机（空压机）司机4人、普通工6人、装吊工2人、机械工2人、电焊工2人钻碴外运4机动翻斗车司机4人钢筋笼制作、运输、安装下沉钢筋笼制作20钢筋工10人、电焊工6人、普通工4人钢筋笼吊装、运输6装吊工4人，普通工2人钢筋笼安装下沉16钢筋工6人、电焊工2人、装吊工4人、普通工4人灌注混凝土
18、混凝土拌合8拌合站司机4人、普通工2人、装载机司机2人安装导管4装吊工2人、普通工2人混凝土浇筑10混凝土工6人、普通工4人合计1439 安全措施91安全员现场巡视，发现不安全因素要及时进行整改。水上作业人员要穿救生衣，配备救生圈、救生艇等。高空吊装作业人员要系安全带、挂保险绳，吊装作业由专人统一指挥。92钻孔机械就位后，应对钻机及配套设备进行全面检查。钻机安设必须平稳，牢固；钻架应加设斜撑或缆风绳。93钻进速度应根据地质变化加以控制，以保证安全运转。94钻孔使用的泥浆，宜设置泥浆循环净化系统，注意防止或减少环境污染。95钻机停钻，必须将钻头提出孔外，稳定置于钻架上，不得滞留孔内。96对于已施
19、打护筒尚未开钻或已成桩的，应加设护筒顶盖或铺设安全网遮罩。97雨季及洪水期施工应根据当地气象预报及施工所在地的具体情况，做好施工期间的防洪工作。98在雨季施工时，施工现场应及时排除积水，人行道采取防滑措施。加强对支架、脚手架的检查，防止倾倒。99雨季施工时，施工人员要提前做好安全撤离的准备工作。施工中遇有暴风雨应暂停施工。910夜间施工时，现场必须有符合操作要求的照明设备。911平台搭设、钻孔施工过程中所有的用电线路必须安装漏电保护装置，电工要经常检查线路，防止线路磨损或老化漏电。10 环保措施101开工前，对全体职工进行环保知识教育和环境技术交底，加强环保意识和明确环保工作的重大意义，积极主
20、动的参与环保工作，自觉遵守国家和地方环保的规章制度。102搅拌站选址尽可能地远离居民区，对于占用的耕地要尽量避免沥青、油等污染耕地，减少拌合工程中的风尘污染。103项目经理部建立环保管理工作小组，制定环保工作计划和措施，自觉接受地方环保部门、地方政府对工地环保工作的监督、检查。104设置专项环保资金，交环保小组使用，保证环保资金专款专用。105对在施工过程产生的废弃物，及时地堆放在临时指定的区域内，并尽快组织运输到指定地点。车辆在运输途中，严禁沿途撒落，对厨房、生活区的垃圾废弃物准备合适的容器收集，再弃到业主指定地点。106工程竣工后，应对临电用地进行处理，对占用农田的临时用地必须进行复耕还田
21、处理，其余山地及坡地进行绿化，保持原来的自然景观。11 效益分析111、采用了围堰筑岛的钻孔方案，将洪水对钻孔施工的影响降低了最小程度，从综合角度分析缩短了施工工期，降低了钻孔施工中洪水影响的不确定性造成的成本增加或工期延误。112、采用在钻锤配备合金刮刀钻头和牙轮滚刀钻头钻孔，适用于地质条件复杂的地层，钻进效率相对比较快，钻机就位、钻杆接长、更换钻头时间相对缩短，在一定程度上缩短了钻孔工期，降低了钻孔成本。113、钢筋笼对接接头采用直螺纹丝套接头，降低了加工成本，同时缩短了孔口钢筋笼对接时间，从而缩短了钢筋笼安装下沉时间，节约了大吨位吊车机械台班和人工，降低了施工成本。114、通过成功实施黄
22、龙溪廊桥大直径冲击钻孔桩施工管理，增加了在类似桥梁施工方面的经验，培养和锻炼了一批技术和施工管理方面的人才，为企业的可持续发展建立了有利的后盾。12 工程实例黄龙溪廊桥建设工程采用3跨空腹式钢筋混凝土板式拱桥，边跨为实心板拱，中跨为空心板拱，主跨跨径95m，共计118根桩基，桩底均置于中风化砂质泥岩层中，按嵌岩桩进行设计。桩基采用钻孔灌注桩进行施工，桩底清孔情况按良好控制，桩端沉渣厚度按不超过5cm控制。除严格按设计桩底标高控制外，还要求桩尖必须进入中风化岩石层中不得小于4倍桩的直径，即7.2m，并且要求该中风化岩石的单轴天然抗压强度标准值不得小于8Mpa，单轴饱和抗压强度标准值不得小于5Mpa；桩基应进行超声波检测。桩基采用C30砼。根据现场的实际情况，在工期紧、任务重的情况下，合理组织、精心施工，制定了黄龙溪廊桥冲击钻孔桩施工方案。本工艺通过现场实施和不断优化改进，取得了预期目标。成桩后检测合格率为100，全部为一类桩。消除了建设单位、设计单位和监理单位在方案实施前对在潮汐地区施工这样深孔大直径钻孔桩的顾虑，赢得了一致好评，为我单位以后从事类似桥梁桩基施工积累了宝贵的经验。
