打孔工程(水利工程等建筑工程冲击钻钻孔灌注桩施工方案及案例)

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• 1适用范围

适用于卵石、坚硬漂石、岩层及各种复杂地质的桥梁桩基施工。

• 2作业准备

2.1施工技术准备

2.1.1 根据设计文件和环保要求，结合现场情况，编制实施性施工组织设计和施工工艺细则。

2.1.2 按有关规定和设计要求进行试桩，确定施工工艺参数和检验桩的承载力，并应具有完整的试桩资料。

2.1.3施测墩台及孔位控制中线，做好护桩。

2.2 场地准备

2.2.1 在旱地上应清除杂物，换除软土，平整压实，场地位于陡坡时，可用枕木或型钢等换搭设工作平台。

2.2.2 在浅水中宜用筑岛或围堰法施工，筑岛面积应依据钻孔设备大小等决定。

2.2.3 钻孔场地在深水中或淤泥较厚时，可搭设水上工作平台施工，平台搭设应符合下列规定：

（1）平台应能支撑钻孔机械、护筒加压、钻孔操作及浇筑水下混凝土等施工过程中的所有静、活荷载，并保持坚固稳定，同时应满足各项有关施工作业和施工设备安全进、退场的要求。

（2）工作平台可利用浮吊或打桩船打入钢筋混凝土桩或钢管桩作为基桩，顶面纵横梁和支撑架可用木料、型钢、万能杆件、钢桁架或其他材料搭设。当流速不大，且河床地质条件较好、承载力较高时，也可部分利用钻孔桩钢护筒加高兼作基桩设置作业平台，但钢护筒刚度、埋深等必须同时满足基桩的设置要求。

（3）当水流平稳时，钻机可设在组合船舶或浮箱上钻孔，但必须锚碇稳固。

（4）当水流速较大，但河床较平顺时，可采用薄壁浮运沉进，就位后灌水下沉，落床，在其顶面搭设工作平台。

（5）水上工作平台的设置应考虑泥浆的循环、过滤和排放的要求

2.2.4 在场地布置中安排泥浆循环净化系统。

2.3 物资准备

根据工程备好各种所需材料，对有溶洞的地质，还需备好各种应急物资。

2.4 人员配备（劳动力组织采用内部队伍组织模式，施工人员要结合现场确定的施工方案、机械、人员组合、工期要求进行合理配置）主要人员见表1《冲击钻灌注桩施工主要劳力安排表》

• 3技术要求

3.1相关部门提供的该工程的地质勘察报告、水文地质资料、桩基工程施工图及图纸会审资料。

3.2施工现场环境和邻近区域内的地下管线（管道、电缆）、地下构筑物、危险建筑物、精密仪器车间等的调查资料。

表1 冲击钻灌注桩施工主要劳力安排表

2.5机械配备见表2《冲击钻灌注桩施工主要机械配置表》

表2 冲击钻灌注桩施工机械配置表

3.3主要施工机械及其配套设备的技术性能资料，所需材料的检验和配合比试验，对所需的材料必需作材料的物理性能试验，并委托有资历的试验室根据所用的原材料作好混凝土的配合比试验。

3.4 测量人员已对钻孔桩位置进行了测量，并标出其中心位置，并在纵横向设了护桩。

3.4 钻机司机等操作人员已进行了安全技术教育培训。

• 4 施工工艺及流程

施工准备→埋设钻孔护筒→搭设作业平台→桩机就位→钻孔→成孔检测→清孔→安放钢筋笼→安放导管→浇筑水下混凝土→拔出导管、护筒→基桩检测。见图1《冲击钻钻孔桩施工工艺流程图》。

4.1 施工准备

人员机械进场，进行桩位详细测量放样，标明具体位置，钻机就位，各种原材料进场。

4.2 埋设钻孔护筒

钻孔前应设置坚固不漏水的护筒：

4.2.1 钢护筒在旱地或水中均可使用，筒壁厚度可根据钻孔桩径、埋深和埋设方法选定，一般钻孔桩可为4～12mm，必要时可根据钻孔桩孔径、埋设方法和深度通过计算确定。

4.2.2 钢筋混凝土护筒可在水深不大的钻孔中使用，筒壁厚度为8～10cm。

4.2.3 护筒内径应大于钻头直径40cm。

图1 冲击钻钻孔桩施工工艺流程图

4.2.4 护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m，并高出施工地面0.5m，其高度应满足孔内泥浆面高度的要求。

4.2.5 在岸滩上护筒埋置尝试为：黏性土、粉土不小于1m，砂类土不小于2m，当表层土松软时，宜浆护筒埋置在较坚硬密实的土层中至少0.5m；埋设时应在护筒四周回填黏土并分层夯实；可用锤击、加压或振动等方法下沉护筒。

4.2.6 在水中筑岛护筒宜埋入河床面以下1m左右，在水中平台上设置护筒，可根据施工最高水位、流速、冲刷及地质条件等因素确定埋深，必要时打入不透水层；在水中平台上下沉护筒，应有足够的导向设备控制护筒位置。

4.2.7 护筒顶面中心与设计桩位允许偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。

4.3开挖泥浆池

钻孔施工应根据地层情况制造泥浆护壁。选择和备足良好的造浆黏土或膨润土，造浆量为2倍的桩的混凝土体积，泥浆比重可根据钻进不同地层及时进行调整。泥浆性能指标如下：

泥浆比重：当使用管形钻头钻孔时，入孔泥浆比重可为1.1～1.3；使用实心钻头时，孔底泥浆比重不宜大于：岩石1.2，黏土、粉土1.3，坚硬大漂石、卵石1.4。

黏度：入孔泥浆黏度，一般地层16～22s，松散易坍地层19～28s。

含砂率：新制泥浆不大于4%。

胶体率：不小于95%。

PH值：大于6.5。

4.4 搭设作业平台

根据实际场地情况，搭设钻孔桩作业平台。

4.5桩机就位

安装钻机前，对主要机具及配套设备进行检查、维修，底部应平整，保持稳定，不得产生位移和沉陷，钻机顶端用缆风绳对称拉紧，钻头在护筒中心偏差不得大于50mm。

4.6钻孔

4.6.1 钻孔前，按施工设计所提供的地质、水文资料绘制地质剖面图，挂在钻台上。

4.6.2 开始钻孔时，应采用小冲程开孔，使初成孔坚实、坚直、圆顺，能起导向作业，并防止孔口坍塌。当钻进深度超过钻头全高加正常冲程后，方可进行正常的冲击钻孔。

在砂类土或软土层钻进时，易坍孔。宜选用平底钻锥、控制进尺、低冲程、稠泥浆钻进。

4.6.3 钻孔时，孔内水位宜高于护筒底脚0.5m以上或地下水位以上1.5～2.0，在冲击钻进中取渣和停钻后，应及时孔内补水和泥浆，保持水头高度和泥浆比重及黏度。

4.6.4 钻进过程中，钻头起落速度宜均匀，不得过猛或骤然变速，孔内出土不得堆积在钻孔周围。

4.6.5钻进过程中，应勤松绳、适量松绳，不得打空锤；每钻进2m或地层变化处，应在泥浆槽中捞取钻渣样品，查明土类并记录，及时排除钻渣并置换泥浆，使钻锥经常钻进新鲜地层。同时注意土层的变化，在岩、土层变化处均应捞取渣样，判明土层并记入记录表中以便与地质剖面图核对。每次松绳量应根据地质情况、钻头形式和钻头重量决定。

4.6.6钻孔作业应连续进行，因故停钻时，应将钻头提高孔底5m以上，孔口应加护盖。

4.6.7 为防止冲击振动邻近孔壁坍塌或影响邻孔已浇筑混凝土强度，应待邻孔混凝土强度达到2.5MPa后方可施钻。

4.6.8钻孔达到设计深度后，应对孔位、孔径、孔深和孔形进行检查，按填写钻孔记录表。

4.6.9 钻孔工地应有备用钻头，检查发现钻孔钻头直径磨损超过15mm时，应及时更换修补；更换新钻头前，应先检孔到孔底，确认钻孔正常方可放入新钻头。

4.6.10 钻孔施工通过岩溶地层时必须注意几点

（1）采用投入黏土块、碎石、片石等加大泥浆稠度，并使之挤入松散破碎土层、溶洞及其裂隙中，保持孔壁稳定。同时应及时向孔内补水，保持孔内水位高度，防止坍孔。

（2） 密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止异常情况发生。

（3）钻孔过程中应及时抽渣，并对钻渣取样分析，核对设计地质资料。当钻至设计桩底高程时，应联系设计部门进行桩底地质确认。

（4） 当接近岩溶时主绳应采用较小松绳量，防止击穿岩壳时卡钻。

（5） 清孔采用抽渣吹风法。

4.7 成孔检测

当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，检查方法可采用笼式测孔器或超声波检测。确认满足设计要求后，方可进行孔底清理和浇筑水下混凝土的准备工作。

4.8清孔

清孔的目的是使孔底沉渣、泥浆相对密度、泥浆中含钻渣量等指标符合规范要求，钻孔达到要求深度后采用灌注桩孔径监测系统进行检查，各项指标符合要求后立即进行清孔。清孔可采用抽渣法或吸泥法，严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。在抽渣或吸泥时，应及时向孔内注入清水或新鲜泥浆保持孔内水位。

清孔应符合下列标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm的颗料；泥浆比重不大于1：1；含砂率小于2%；黏度为17～20s；浇筑水下混凝土前允许沉渣厚度应符合设计要求，设计无要求时，柱桩不大于10cm，摩擦桩不大于30cm。否则应进行二次清孔。

4.9安放钢筋笼

4.9.1 钻孔前在现场制作钢筋笼。主筋均采用双面搭接焊，搭接长度为5d，焊条规格采用E50系列，焊接接头按规范错开，确保同一截面内主筋接头不大于50%；箍筋与主筋连接全部焊接。

4.9.2 钢筋笼制作时。箍筋加工要圆顺，半径要准确，主筋的尺寸和位置符合设计与规范要求。

4.9.3 钢筋骨架的保护层厚度可用焊接钢筋或同强度等级混凝土旋转垫块。设置密度按竖向每隔2m设一道，每一道沿圆周布置4～6个。

4.9.4 安装声测管

（1）声测管采用三根D≥5cm的钢管绑扎于加强箍筋上，成等边三角形布置。上下端均用钢板焊牢密封，不可漏水（浆）。

（2）声测管上端伸出桩基顶面20cm以上，下至桩底。每节长8～12m，节间用套管焊接，接口内应侧平顺。

4.9.5 存放钢筋笼时要标识明确，每隔2～3m放置一根垫木并及时覆盖。

4.9.6 吊放钢筋笼：清孔完毕经检查孔深、孔型、孔径及斜度符合规范和设计要求，经监理工程师检查签证后吊放钢筋笼。钢筋笼采用吊机整体吊放。钢筋笼吊放达到设计标高后，要牢固地用吊筋将笼体与孔口护筒用电焊机联结，以放掉笼或浮笼。

4.10安放导管

4.10.1安放导管前应搭设浇筑混凝土工作平台，平台应坚固稳定，高度满足导管吊放、拆除和充满混凝土后的升降要求。

4.10.2 灌注水下砼采用导管及漏斗技术要求

（1）水下混凝土导管在平面上的布设根数和间距，应根据每根导管的作用半径和桩底面积确定。

（2）导管内壁光滑、圆顺，内径一致，接口严密；直径可采用20～30cm，中间节长度宜为2m等长，底节可为4m；漏斗下可用1m长导管。

（3）导管使用前进行试拼试压，不得漏水，并编号，按自下而上标示尺度；导管组装后轴线偏差不宜大于孔深的0.5%并不大于10cm；组装时，连接螺栓的螺帽宜在上；试压的压力宜为孔底静水压力的1.5倍。

（4）导管长度可根据孔深和孔口工作平台高度等因素确定，漏斗底距钻孔口应大于一节中间导管长度；漏斗容量应满足首批混凝土浇筑量要求。

（5）导管接头法兰盘加锥形活套，底节导管下端不得有法兰盘。采用螺旋丝扣型接头，设防松装置。

（6）导管应位于钻孔中央，在浇筑混凝土前应进行升降试验，导管吊装升降设备能力应与全部导管充满混凝土后的总重量和摩阻力相适应，并留有一定的安全储备。

（7）导管安装后，其底部距孔底有 250 ～ 400mm 的空间。

4.10.3 导管承受最大内压力计算：

p＝rchc-rWHW

式中：p为导管可能受到的最大内压力（kPa）；

rc为砼拌和物的重度（24kN/m3）；

hc为导管内砼柱最大高度（m），以导管全长或预计的最大高度计；

rW为井孔内水或泥浆的重度（kN/m3）；

HW为井孔内水或泥浆的深度（m）。

4.11 浇筑水下混凝土

4.11.1二次清孔

浇筑水下混凝土前应检查沉渣厚度，沉渣厚度应满足设计要求；当设计无要求时：柱桩不大于10cm；摩擦桩不大于30cm。如沉渣厚度超出规范要求，则利用导管进行二次清孔。

4.11.2首批封底混凝土

计算和控制首批封底混凝土数量，下落时有一定的冲击能量，能把泥浆从导管中排出，并能把导管下口埋入混凝土不小于1m并不宜大于3m。足够的冲击能量能够把桩底沉渣尽可能地冲开，是控制桩底沉渣，减少工后沉降的重要环节。

（1）首批灌注砼的数量公式

V≥ЛD2/4（H1+H2）+Лd2/4h1

式中： V ：灌注首批混凝土所需数量（m3）；

D ：桩孔直径；

H1：桩孔底至导管底端间距，一般为0.4米；

H2：导管初次埋置深度；

d ：导管内径；

h1：桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m），即h1=HWγW/γC；

HW：井孔内水或泥浆的深度；

γW：井孔内水或泥浆的重度；

γC：混凝土拌和物的重度。

对孔底沉淀层厚度应再次测定。如厚度符合设计要求，然后立即灌注首批砼。

（2）箭球、拨栓或开阀

打开漏斗阀门，放下封底砼，首批砼灌入孔底后，立即探测孔内砼面高度，计算出导管内埋置深度，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。

4.11.3水下混凝土浇灌

桩基混凝土采用罐车运输配合导管灌注，灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测探不准确；应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除；导管的埋置深度应控制在2～6m，当混凝土内掺有缓凝剂、浇筑速度较快、导管较坚固并有足够的起重能力时，可适当加大埋深，但不宜超过8m。同时应经常测探孔内混凝土面的位置，即时调整导管埋深。

导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，再移到钻孔中心。

拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。要注意安全。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。循环使用导管4～8次后应重新进行水密性试验。

在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。

当混凝土面升到钢筋骨架下端时，为防钢筋骨架被混凝土顶托上升，可采取以下措施：（1）使用缓凝剂等增大其流动性；（2）当混凝土面接近和初进入钢筋骨架时，应使导管底口处于钢筋笼底口3m以下和1m以上处，并慢慢灌注混凝土，以减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力；（3）当孔内混凝土进入钢筋骨架4m～5m以后，适当提升导管，减小导管埋置长度，以增加骨架在导管口以下的埋置深度，从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。

混凝土灌注到接近设计标高时，要计算还需要的混凝土数量（计算时应将导管内及混凝土输送泵内的混凝土数量估计在内），通知拌和站按需要数拌制，以免造成浪费。

在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，相对密度增大.如在这种情况下出现混凝土顶升困难时，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。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。

因为耐久性混凝土粉煤灰掺量较大，粉煤灰可能上浮堆积在桩头，加灌高度应考虑此因素。为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌100cm以上，以便灌注结束后将此段混凝土清除。

在灌注混凝土时，每根桩应至少留取一组试件，对于桩长较长、桩径较大、浇筑时间很长时，根据规范要求增加。如换工作时，每工作班都应制取试件。试件应施加标准养护，强度测试后应填试验报告表。强度不合要求时，应及时提出报告，采取补救措施。

有关混凝土灌注情况，在灌注前应进行坍落度、含气量、入模温度等检测；在各灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除以及发生的异常现象等，应指定专人进行记录。

4.11.4灌注砼测深方法

灌注水下砼时，应经常探测孔内混凝土面至孔口的深度，以控制导管埋深。如探测不准确，将造成埋深过浅，导管提漏，埋管过深拔不出或短桩事故。因此，在钻孔灌注桩中是一项非常重要的工作，一定要由具有高度责任心的人来操作。

目前测深多用重锤法，重锤的形状是锥形，底面直径不小于10cm，重量不小于5kg。用绳系锤吊入孔内，使之通过泥浆沉淀层而停留在砼表面（或表面下10～20cm）根据测绳所示锤的沉入深度作为砼灌注深度。本方法完全凭探测者手中所提测锤在接触顶面以前与接触顶面以后不同重量的感觉而判别。测锤不能太轻，而测绳又不能太重，否则，探测者手感会不明显，在测深桩，测锤快接近桩顶面时，由于沉淀增加和泥浆变稠的原因，就容易发生误测。探测时必须要仔细，并以灌注砼的数量校对以防误测。

4.11.5泥浆清理

钻孔桩施工中，产生大量废弃的泥浆，为了保护当地的环境，这些废弃的泥浆，经泥浆分离器处理后，运往指定的废弃泥浆的堆放场地，并做妥善处理。

4.12 基桩检测

对于桩长大于50m的钻孔桩，按设计要求在钢筋笼安装时预埋声测管，成桩后采用声波透射法进行检测。对于桩长少于50m的钻孔桩全部采用小应变检测。对质量有问题的桩，钻取桩身混凝土鉴定检验。

• 5 质量控制及质量检测

5.1 质量标准及检验方法见表3和表4

表3钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法

表4钻孔桩钢筋骨架允许偏差和检验方法

注：d为钢筋直径，单位为mm。

5.2 质量控制

5.2.1钻孔桩孔位偏差不得大于10cm。

5.2.2 在水下混凝土浇筑过程中严格控制导管埋深。

5.3 各项质量控制指标操作须按《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号文件)、《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设［2005］160号和《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003）。

• 6安全措施

6.1 建立和健全安全生产管理组织，制定各项规章制度，贯彻“安全第一，预防为主”的方针，做到生产要安全，安全促生产。安全管理的重点是机械伤害、物体打击及触电。

6.2 设专职安全员，加强安全生产教育，强化全员安全意识，提高安全保护技能，通过安全法制教育和安全技术教育提高职工的安全生产意识，对特殊工种工作人员要求持证上岗，及时下发安全技术交底。

6.3 完善机具安全防护装置，不得随意拆卸，严格按机械操作规程操作。经常检查机械零部件有无松动，制动装置是否灵敏可靠，注意检查检修时要断电停机后方可进行。

6.4 加强安全检查工作，钻机钻塔高、重心高，移位时要有专人指挥，避免机械倾覆伤人事故。

6.5 施工用电实行“三相五线制”，采用中性点直接地接零保护系统，设备金属外壳等应接至保护零线，保护零线不得安开关或熔断器，必须在线路的适当位置做重复接地，接地电阻不大于1Ω。

6.6 施工现场线路必须采用绝缘导线或电缆，所有用电设备必须实行“一机一闸”制； 配电箱必须铁制上锁，并标有危险标志，有防雨、防尘措施，箱内不得放任何杂物；线路熔断器必须采用与线路额定电流相匹配的保险丝，严禁用铜丝或其它金属体代替。

6.7 夜间施工照明不得将电线及照明器具挂在钢筋或金属架上。

6.8应急措施

根据不同地质条件，施工单位应做好安全应急预案，险情发生时，有相应的处理措施；事故发生后，有相应的救助方案。

• 7环保及文明施工

7.1 减少环境污染措施

7.1.1 工地现场设置足够的临时卫生设施，做好施工现场的卫生管理工作，生活垃圾堆放在指定地点，按规定及时清除或处理。

7.1.2 经常对施工场地及周围环境进行打扫，疏通排水管道和沟渠，定期进行消毒，以保持驻地卫生。

7.2 降低施工噪音的措施

7.2.1 对施工机械和施工作业程序进行控制，使噪音降到最低限度。

7.2.2在噪音大的机械设备和车辆上安装有效的消音器。

7.2 防止大气污染的措施

7.3.1 对施工便道定期压实和洒水，减少灰尘对周围环境的污染。

7.3.2 对各种施工机械、车辆进行严格的废气排量检测，对排量不合格的机械、车辆坚决予以停用。

7.4 防止水源污染的措施

7.4.1 在施工区设置临时的施工及生活污废水汇集设施，防止污废水直接排入河流和排灌系统中。

7.4.2 将生活垃圾集中运至指定的地点堆放处理，不准倒入沟渠或河流等，避免污染水体，淤积河流、水道和排灌系统。

7.4.3 采取可靠的方法防止车辆停放和维修区产生的机油和燃油泄露。

7.4.4 设置泥浆池，严禁泥浆直接排入河流中。

7.5 环境绿化措施

7.5.1 施工时应尽量保护用地范围之外的现有绿色植被。对因临时用地破坏的绿色植被，在用地期满或工程完工后及时恢复。

7.5.2 严格控制施工期间破坏植被的面积，除了不可避免的工程占地、砍伐以外，不得发生其它形式的人为破坏。

7.6 水土保持措施

7.6.1 整个施工活动中，遵照国家《水土保护法》和本合同段水土保持的要求，严格执行水土保护的各项规定，坚持节约用地。

7.6.2 合理布置施工场地，生产、生活设施尽量少占耕地，施工尽量不破坏原有植被，不损坏用地范围外的耕地、水渠，保护自然环境。

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