莱西公司

钻孔灌注桩施工工艺

一、技术要求.

1.混凝土。.
a) 混合要求。.
– 使用 B20、B25 等等级的预拌混凝土。
混凝土浇筑遵循长管灌浆的原理，因此混凝土配合比也必须适合这种方法（混凝土需具有足够的塑性、粘聚性和在管道内的流动性）。灌浆过程中，膨润土溶液有助于稳定钻孔壁；混凝土泵管始终浸没在混凝土中，随着混凝土逐渐上升，它会缓慢地将膨润土溶液从钻孔中挤出。.

– 使用套管管对垂直钻孔桩进行混凝土浇筑的方法：用于土壤较软弱、有地表水或洞穴的地区。.

+ 临时套管：在浇筑混凝土桩过程中拉起

+ 永久套管：施工后留下

优点：桩基质量好

缺点：管道施工机体积大、噪音大。.

- 具体的：

+ N-XM 50% 比率。.
+混凝土重量400kg/m3。.
+ 沙子约 45%。.
– 最佳圆锥坍落度为 181.5 厘米（通常为 13-18 厘米）。混凝土供应必须连续进行，以确保桩身混凝土浇筑的总时间为 4 小时。.
– 可以使用添加剂来达到混凝土的上述性能。.
– 骨料的最大直径是以下尺寸中最小的：
+钢筋笼孔眼的四分之一。.
+ 一半的钢保护层。.
+混凝土浇注管内径的四分之一。.
– 必须选择采用现代化技术的预拌混凝土搅拌站，且骨料和用水必须符合清洁要求。需要进行试拌，并测试搅拌站的产能和混凝土质量。混凝土配合比和添加剂应在大规模浇筑前确定。.
-在施工现场，每辆预拌混凝土都必须进行初步质量、开始搅拌时间、混凝土浇筑时间和坍落度测试。每根桩必须取3组试样进行强度测试。强度测试结果必须由完全合格的独立实验室出具。.
b) 用于混凝土工程的设备。.
– 预拌混凝土由专用车辆运送。.
混凝土从料斗浇筑到所需的深度。.
– 料斗从卡车收集混凝土并连接到管道。.
– 管道和漏斗支架。.
2.钢筋。.
所用钢筋必须符合已批准设计中规定的类型和规格；每批钢筋在使用前必须具备足够的制造商证书和独立、具有合法资质的实验室出具的测试结果……
– 钢筋在加工组装成笼子后，会被运输到安装地点附近的架子上，以便于后续施工。.
– 连接接头的长度为 45d（d - 钢桩直径），连接钢的直径为 3.2（毫米）。.
– 箍筋采用单面电焊缝焊接，焊缝长度为15d。钢筋箍筋焊接在高强度钢上。.
– 主钢筋之间的边到边距离必须大于混凝土中粗骨料颗粒直径的 3 倍。.
钢筋夹应设置在主钢筋的外缘。主钢筋不应有钩，即使有钩，也应按照施工工艺要求制作，且钩不应向内突出，影响混凝土管的运行。.
– 钢笼的内径必须比混凝土管道连接点的外径大100毫米以上。.
– 为确保混凝土保护层厚度，必须在沿桩深方向的每个横截面的主钢筋上放置定位标记。.
– 根据 TCXD 206 – 1998，钢筋笼制造的允许误差为：
3.膨润土溶液。.
在钻孔灌注桩施工中，使用膨润土浆液对桩的质量有显著影响：
+ 溶液液位低、供给量不足，膨润土被稀释，水分离容易导致钻孔壁坍塌、混凝土桩断裂。.
+溶液过稠，含砂量过高，浇注混凝土困难，堵塞浇注管，桩尖沉积大量砂石，降低桩的承载力。.
膨润土溶液的作用。.
+ 防止坑壁坍塌，因为溶液渗透到沙子缝隙和裂缝深处，与松散的沙子混合，防止沙子和碎片掉落，并在坑壁周围形成一层弹性膜，防止水渗入坑壁。.
+ 创造一个沉重的环境，将土壤、岩石、钻孔碎片和沙子抬升到地表溢出或被吸出钻孔。.
+减缓砂粒的沉降，呈细小悬浮颗粒状态，易于沉降处理。.
-使用膨润土砂浆，钻孔壁由于以下两个因素而变得稳定：
+ 膨润土溶液对钻孔壁施加静水压力值，该值随深度的增加而增加。.
+ 粘土颗粒会粘附在钻孔壁上并渗透到孔内，在孔壁上形成一层薄而防水且耐用的薄膜。.
因此，充足的高质量膨润土溶液对于施工过程和钻孔桩的质量至关重要。.

b) 膨润土溶液混合过程。.
将计算好的水量倒入搅拌罐中。.
– 按照设计图缓慢倒入膨润土粉末。.
– 如果需要添加剂，请缓慢倒入。.
– 继续搅拌 15-20 分钟。
– 倒入剩余的水，搅拌 10 分钟。.
– 将混合后的膨润土溶液转移到储罐中，准备供应到钻孔中，或者将其与已通过沙筛过滤的回收膨润土溶液混合，供应到钻孔中。.
施工现场钻井液配制站包括：
膨润土搅拌机。.
+ 一些制造设备确保膨润土粉末溶解在水中。
+ 一个或多个储罐或筒仓可使现场在出现任何钻井问题时准备足够的储备。.
+ 一些清洁设备确保通过筛子分离大残留物并通过离心旋风分离沙子。.
c) 使用膨润土施工钻孔桩的一些注意事项。.
– 混合比例：30-50 kg膨润土/m³，取决于水质。.
– 使用水：清洁水、自来水。.
– 调节 pH 值的添加剂：NaHCO3 或类似物。.
根据具体情况，为了达到法规规定的标准，可以使用一些添加剂，例如 Na2CO3 或 NaF。.
– 施工期间，桩孔内液面必须高于地下水位至少1.0米。当受地下水位波动影响时，液面必须高于地下水位至少1.5米。.
– 在浇筑混凝土之前，从孔底向上 500 毫米处溶液的密度必须小于 1.25；含沙量为 8%；粘度为 28s，以便容易将其推到表面。.
– 所选密度和粘度必须适合地质技术条件和溶液施用方法。.
– 除了膨润土溶液外，还可以根据施工现场的地质条件使用羧甲基纤维素钠（CMC）、合成溶液、盐水溶液等。.

二、采用套管在膨润土溶液中螺旋桶法施工钻孔桩的工艺流程。.
钻孔灌注桩施工工艺流程按工序顺序如图所示：

1、这是影响工程柱子位置、距离的一项重要工作，是从设计图到现场对工程位置进行定位的工作。.
– 根据总建筑师办公室或同等机构出具的场地平面图，确定项目边界。这些边界必须经主管机关检查批准。.
根据桩基场地平面图，利用X、Y坐标系建立结构定位系统和控制网格。将这些网格转移并固定到相邻结构上，或组合形成定位标记。这些标记需妥善设置围栏和保护措施，并持续进行检查，以防止因碰撞和沉降造成的位移。.
– 在安装套管之前，确定钻孔和桩中心线的位置，并保持两个检查标记彼此垂直，且与桩中心线的距离相等。.
2. 放下外壳。.
– 钻斗使用的套管（或称套管）由钢制成，直径约为 100-150 毫米，我们选择 900 毫米长（2.5-3）d，取 2 米，将其放置在钻孔顶部，突出地面约 0.6 米。.
套管具有以下功能：
+ 定位并引导钻头直线前进。.
+ 稳定钻孔表面，确保钻孔壁不会坍塌。
+ 保护钻孔，防止碎石、岩石和设备掉入钻孔。
+ 用作临时浇筑地板以及用于绑扎、连接和组装钢筋和混凝土管道。.
– 混凝土桩浇筑完成后，套管将被回收。.
– 使用带有切割带的钻机，通过钻斗扩大套管直径，然后将其下放。预先钻一个与套管深度相同的孔，用起重机扩大孔径，再用起重机或挖掘机将套管下放到预定位置，直至到达所需结构的底部。套管放置到位后，必须用粘土和楔块将其紧密填充，以防止在钻井过程中发生移位。.

3.钻孔。.
由于膨润土浆对钻孔至关重要，因此在钻井前必须检查膨润土浆的质量、回收管线、泥浆泵、过滤器和备用设备。如有必要，应安装额外的套管以提高浆液的液位和压力。钻井设备、电缆、挖掘机等也应进行检查，以确保连续运行并避免钻井过程中发生事故。.
调整钻机的水平位置和钻杆的垂直位置。在钻机控制面板上确定钻斗的坐标，以便快速准确地操作。.
钻杆，也称为凯利杆，其特殊设计类似于天线，由三根相互连接的管子组成，用于传递旋转运动。最内层的管子连接到钻斗，最外层的管子连接到钻机的旋转马达，马达以每分钟20-30转的速度旋转。钻井能力可达每小时8-15立方米。当钻斗装满土方后，会以0.3-0.5米/秒的速度缓慢向上拉起。这种速度可以确保活塞效应不会导致井壁坍塌。.
当钻井深度超过套管所需深度时，井壁将由膨润土支撑。因此，必须注入足够的膨润土溶液以产生压力，防止井壁坍塌。溶液液面必须至少比地下水位高出1-2米。.
– 钻孔过程中，可使用卷筒或所需钻孔长度粗略确定钻孔深度。为精确测量，可使用直径约 5 厘米的铅锤，将其系在卷尺末端，并放入井底，以测量和检查钻孔深度以及混凝土浇筑过程中的水平面。在整个开挖过程中，必须使用钻杆检查桩的垂直度，确保桩的倾斜度不超过 1%。.
– 在钻探过程中，由于土壤结构各异，且可能遇到异物，钻井队队长需要具备丰富的经验，能够使用专用工具迅速处理各种情况：
+ 对于沙质或湿滑的土壤，请使用桶。.
+ 对于硬粘土，请使用螺旋钻斗。.
+ 使用组合破碎机和凿岩机对年轻岩石进行固结。.

4.确认钻孔深度。.
在设计阶段，设计人员会参考多个勘测钻孔的数据来估算和计算所需的钻孔桩平均深度。但实际上，由于钻孔之间的地质剖面可能并不平坦，因此无需钻至特定的设计深度。设计人员只需指定桩底土层，钻孔深度至少要达到桩径的1倍即可。为了准确确定钻孔的停止点，需要对每个钻斗进行取样。现场主管确认已达到所需深度后，会完整记录所有信息（包括拍照存档），汇报每次钻孔作业，并使用清孔斗清除孔底落下的泥土和岩石，然后进行下一阶段的工作。.
5. 降低钢筋。.
钢筋预先绑扎在钢筋笼中，运输到钻孔附近，并放置在框架上。检查钻孔底部后，如果底部泥沙层不超过10厘米，即可安装钢筋。.
– 将钢筋笼逐个放入钻孔中，钢筋笼暂时悬挂在套管口，由预先安装的加强带支撑，距离钢筋笼顶部约 1.5 米。.
使用起重机将下一个钢筋笼吊装到位，与下方的钢筋笼连接，并继续吊装直至完成。钢筋通过四个吊架固定在套管口。如果钢筋未延伸至桩的整个深度，则必须在混凝土浇筑过程中通过在套管上焊接三根工字钢（0120）来抵消钢筋的浮力，从而固定钢筋笼。为确保纵向钢筋的保护层厚度达到10厘米，应使用额外的钢筋点焊或混凝土垫片。.
– 下放钢筋时，要缓慢进行，以确保钢筋垂直，避免钢筋笼与钻孔壁碰撞。.

6、安装混凝土浇注管。.
– 混凝土浇筑管由直径为 25-30 厘米的钢制成，分 2 米、1.5 米、1 米和 0.5 米等不同长度的管段制造，可以根据钻孔深度进行组装。.
目前有两种连接方式：螺纹连接和钢索连接。钢索连接通常更快捷方便。管道连接处设有橡胶垫圈，以防止浇筑过程中膨润土溶液渗入混凝土，并涂抹润滑脂以便于拆卸和重新组装。.
混凝土浇筑管从下往上逐一安装。管道采用特殊的支撑系统，结构类似钢梯。该钢梯由两个铰接的环形半环组成。当这两个半环折叠起来，形成一个紧密包裹浇筑管的圆锥体时，较大直径的管口会被这两个半环固定住。这样，混凝土浇筑管就通过这个特殊的支撑结构悬挂在套管开口处。浇筑管的底部距离钻孔底部20厘米，以防止被钻孔底部的土壤和岩石堵塞。.

7、钻孔孔底沉积物的处理。.
在湿式钻孔技术中，悬浮在膨润土溶液中的细小颗粒会沉降，形成沉积层，显著影响桩尖的承载力。混凝土浇筑管安装完毕后，需再次测量钻孔底部深度。如果沉积层厚度大于10厘米，则必须进行沉积物处理。.
压缩空气冲洗法：采用混凝土浇筑管作为沉淀物处理管。安装混凝土浇筑管后，在其顶部安装冲洗头。冲洗头有两个接口；一个接口连接一根150mm的管道，用于将钻孔底部的膨润土溶液和沉淀物输送到溶液回收装置。另一个接口连接一根45mm的压缩空气管，长度约为80%（桩长）。冲洗开始时，压缩空气以约7 kg/cm²的压力通过混凝土浇筑管内的45mm压缩空气管吹入，并持续保持该压力。从45mm压缩空气管排出的压缩空气向上进入浇筑管，在浇筑管底部形成吸力，将膨润土溶液和沉淀物沿混凝土浇筑管输送到溶液过滤器。冲洗过程持续20-30秒，冲洗过程中必须不断补充膨润土溶液。接下来，放下铅垂线测量深度。如果确认钻孔底部深度为10厘米，则只需检查从钻孔底部提取的膨润土溶液即可。.
要求：
=1.04 1.2g/cm3（比重）
=20s 30s（粘度）
pH=9 12（pH值）

8.浇筑混凝土。.
清理完钻孔后，必须立即浇筑混凝土，因为如果放置时间过长，泥沙会不断沉淀，影响桩的质量。因此，准备混凝土、起重机和浇注料斗的工作必须非常有节奏。用于浇注桩的商品混凝土必须具有18-2cm的坍落度。过干或过软的混凝土在浇注时会导致管道堵塞。用于钻孔灌注桩的混凝土通过混凝土车料斗浇注。当浇注最后一辆混凝土车时，浇注混凝土的压力已不大，因此浇注混凝土更加困难，必须多次填充浇注管，并且混凝土浇注管很容易堵塞。.

– 钻孔灌注桩的混凝土浇筑是将混凝土在膨润土溶液中，通过管道拉注法在水下进行。浇筑前，在管道内放置一个软木塞（或泡沫球），以将膨润土溶液与混凝土溶液隔开。软木塞随后会浮到桩面，并被回收。.
将混凝土倒入漏斗直至装满，剪断固定塞子的铁丝，混凝土会将塞子向下推，并溢出到钻孔底部。将管道抬高至距底部 20 厘米，第一批混凝土就会从塞子处流出。.
– 慢慢地将管道放下，直到它完全浸入混凝土中，但仍要保证混凝土在管道内的流动速度（这种速度通常很慢，以防止混凝土离析，大约 120 毫米/秒）。.
在混凝土浇筑过程中，混凝土浇筑管应分段逐步抽出，始终保持浸没在混凝土砂浆中至少2米的深度。这项工作必须严密监控，因为任何疏忽都会导致管体断裂，从而立即损坏桩身，并造成桩内混凝土浇筑不连续。桩身混凝土浇筑过程必须连续进行。.

料斗的混凝土输送速率必须保持稳定，与管道内的流动速度相匹配。输送速率不宜过快导致溢出，也不宜过慢导致诸多不良后果并扰乱混凝土流动。.
桩基混凝土浇筑时间应限制在4小时内，因为第一批混凝土会上升到顶部，所以需要添加添加剂来延长凝固时间，确保混凝土在整个桩基浇筑过程完成之前不会凝固。为防止异物落入并堵塞浇筑管道，应焊接100×100的钢丝网，混凝土必须先通过该钢丝网才能浇筑。.
为完成混凝土浇筑，必须确定最终混凝土标高。由于表层通常含有土石，因此必须计算并确定高质量混凝土的实际标高。必须考虑钻杆直径大于套管时，套管拔出时混凝土可能发生坍塌的情况。如果最终桩身混凝土标高低于设计标高，桩身连接将变得困难且成本高昂；反之，如果标高过高，则必须拆除多个桩头，这同样成本高昂。.
– 混凝土浇筑过程完成后，将浇筑管从桩中取出，并将管段清洗干净，存放在指定区域。.

9. 拆下外壳。.
在最后阶段，所有支撑结构、工作平台以及套管的钢筋锚固装置均被拆除。套管用起重机缓慢向上吊起，必须垂直吊起，以避免桩头中心线发生偏移。应在套管上安装振动装置，以辅助吊装过程，并防止套管末端在桩身处出现瓶颈。.
拔出套管后，必须向坑内回填沙子，填平坑底，收集膨润土以形成平整的表面，并设置临时屏障保护桩身。该区域内禁止任何振动，且在桩身混凝土浇筑完成后，半径为桩径5倍（4米）的范围内24小时内不得进行其他桩的钻孔作业。.
三、质量控制 钻孔桩.
1.桩基缺陷产生的原因。.
由于钻孔灌注桩施工条件艰苦，尽管灌注桩施工技术日益完善，但出现桩体缺陷的可能性仍然相当高。人们综合分析了一系列造成桩体损坏的原因，主要有以下几点：
+ 钻孔时桩壁倒塌，导致桩截面缩小，但其正下方的桩截面却扩大。.
+混凝土与套管摩擦力过大，混凝土浇筑及脱套管工艺不适宜，造成断桩。.
+ 钻孔清洁不彻底会导致钻屑堆积在桩尖下方，从而降低桩的承载能力。.
+ 混凝土坍落度太低会导致桩内混凝土松动。.
+钢筋密度过高，混凝土不可能从钢筋笼中掉出来。.
+ 不均匀地拔出桩套管会导致桩局部水平移动。.
研究结果表明，钻孔灌注桩损坏的原因多种多样，大部分缺陷是由于施工工艺不当造成的。为了减少这些缺陷，必须对桩施工的各个阶段进行严密的检查。.
2、施工时检查桩基质量。.
采用适当的施工技术和严格的质量控制程序，可以最大限度地降低桩基损坏的可能性。现场应检查以下因素：
a) 检查膨润土溶液。.
膨润土溶液测试的主要目的是确保钻孔过程中以及混凝土浇注过程中钻孔壁不会坍塌，并检查浇注混凝土前钻孔底部是否清洁。.
膨润土溶液的主要参数通常控制如下：
+ 沙含量： < 5%
+ 堆积密度：1.01 – 1.05
+粘度：35秒
+ pH值：9.5 – 12
b) 检查钻孔尺寸。.
使用膨润土溶液清洗钻孔底部后，需要检查钻孔底部的以下参数：
+ 深度测量：如果清洁后的深度等于钻孔深度（通过测量施工期间达到的所需钻孔深度或其他设备确定），则认为钻孔底部清洁。.
+ 使用一些简单的贯入装置来评估孔底土壤的贯入阻力。.
+ 测量钻孔的直径和垂直度。.
+ 钻孔状态。.
c) 浇注前检查混凝土。.
钻孔桩施工中使用的混凝土通常必须检查以下参数：
+ 坍塌度（每辆自卸卡车）：15 厘米
+ 28 天后的强度（压制样品、用冲击枪对桩头混凝土进行测试或用超声波测试）：200 kg / cm2
+混凝土中粗骨料：不大于技术要求的粒径。.
+ 钻孔中的混凝土混合料水平
+ 混凝土管在混凝土混合物中的浸没深度
+ 桩孔混凝土浇筑量
强度试验用的混凝土必须来自搅拌运输车，并且来自桩身混凝土。.
d) 施工期间的记录。.
在施工过程中，需要记录以下任务执行的开始时间、结束时间以及发生的事件：
+ 放置防管.
+ 膨润土溶液泵。.
+ 钻孔。.
+ 吹扫并清理钻孔底部。.
+ 放置钢筋笼。.
+ 放置混凝土管道。.
+ 移除防管。.
+ 每根桩的混凝土体积。.
3、施工后检查桩质量。.
混凝土浇筑后，需要进行桩质检，对现场混凝土桩的质量进行评估，发现缺陷，处理破损桩。.
测试方法有以下几种：
+ 静态压缩法
+ 超声波法
+应力波法：有PIT法、PDA法。.