土力学与地基基础任务14 桩基础(3)
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泥浆的要求： 一般比重以1.1~1.3为宜，在冲击钻进大卵石层时可用1.4
以上，黏度为20s，含砂率小于6%。在较好的黏性土层中钻 孔，也可灌入清水，使钻孔内自造泥浆，达到固壁效果。调 制泥浆的黏土塑性指数不宜小于15。
用于制备泥浆的膨润土
4、安装钻机或钻架
钻架是钻孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土的支架。我国 生产的定型旋转钻机和冲击钻机都附有定型钻架，其他 常用的还有木制的和钢制的四脚架、三脚架或人字扒杆。
14.3 桩基础的施工
本学习情境的学习目的和要求：
（1）知道钻孔灌注桩的施工工艺、方法； （2）知道挖孔灌注桩的施工工艺、方法； （3）知道预制沉桩的施工工艺、方法。
一、钻孔灌注桩的施工
（一）准备工作
1、准备场地
施工前应将场地平整好，以便安装钻架进行钻孔。当墩 台位于无水岸滩时钻架位置处应整平夯实，清除杂物，挖 换软土；场地有浅水时，宜采用土或草袋围堰筑岛。当场 地为深水或陡坡时，可用木桩或钢筋混凝土桩搭设支架， 安装施工平台支承钻机（架）。深水中在水流较平稳时， 也可将施工平台架设在浮船上，就位锚固稳定后在水上钻 孔。
反循环的特点：
由于钻杆内腔断面积比钻杆与孔壁间的环状断面积小得 多，因此，泥浆的上返速度大，一般可达2 m/s ~3 m/s多， 是正循环工艺泥浆上返速度的数十倍，因而可以提高排渣能 力，减少钻渣在孔底重复破碎的机会，能大大提高成孔效率。 但在接长钻杆时装卸较麻烦，如钻渣粒径超过钻杆内径（一 般为120mm）易堵塞管路，则不宜采用。
图3-15 正循环旋转钻孔 1-钻机；2-钻架；3-泥浆笼头；4-护筒；5-钻杆；6-钻头；
7-沉淀池；8-泥浆池；9-泥浆泵
正循环旋转钻孔动画演示
反循环旋转钻孔动画演示
旋转钻进成孔
ZJD300回转钻机
GD35回转钻机
KPG3000回转钻机
泥砂分离器
简易泥砂分离器
简易泥砂分离器
正循环的特点： 正循环成孔设备简单，操作方便，工艺成熟，当孔深不太
深，孔径小Fra Baidu bibliotek800cm时钻进效率高。当桩径较大时，钻杆与 孔壁间的环形断面较大，泥浆循环时返流速度低，排渣能力 弱。如使泥浆返流速度增大到0.20m/s~0.35 m/s，则泥浆泵的 排出量需很大，有时难以达到，此时不得不提高泥浆的相对 密度和粘度。但如果泥浆密度过大，稠度大，则难以排出钻 渣，孔壁泥皮厚度大，影响成桩和清孔。
正循环（录象）：即在钻进的同时，泥浆泵将泥浆压进泥 浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内，泥浆挟带钻渣沿 钻孔上升，从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池，钻渣在此沉淀 而泥浆仍进入泥浆池循环使用。
反循环（录象）：泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入孔 内，来冷却钻头并携带沉渣由钻杆内腔返回地面的一种钻进 工艺。
在钻孔过程中，成孔中心必须对准桩位中心，钻机 （架）必须保持平稳，不发生位移、倾斜和沉陷。钻机 （架）安装就位时，应详细测量，底座应用枕木垫实塞 紧，顶端应用缆风绳固定平稳，并在钻进过程中经常检 查。
图3-14 四脚钻架（尺寸单位：m）
（二）钻孔
1、钻孔方法和钻具
（1）旋转钻进成孔
利用钻具的旋转切削土体钻进，并同时采用循环泥浆的方 法护壁排渣。我国现用旋转钻机按泥浆循环的程序不同分为 正循环和反循环两种。
1-法兰接头；2-合金钢刀头；3-翼板(=30)；4-剑尖(=30)；5-合金钢刀头尖； 6-排渣孔；7-剑尖；8-翼板；9-孔径；10-无缝钢管；11-牙轮架；12-牙轮
钻孔灌注桩施工过程动画演示
（2）冲击钻进成孔
方法：利用钻锥（重为10~35kN ）不断地提锥、落锥反 复冲击孔底土层，把土层中泥砂、石块挤向四壁或打成碎 渣，钻渣悬浮于泥浆中，利用掏渣筒取出，重复上述过程 冲击钻进成孔。
正循环旋转钻机所用钻头 ：
图3-16 正循环旋转钻孔
a)鱼尾钻头 b)笼式钻头
c)刺猬钻头
1-钻杆；2-出浆口；3-刀刃；4-斜撑；5-斜挡板；6-上腰围；7-
下腰围；8-耐磨合金钢；9-刮板；10-超前钻；11-出浆口
图3-17 反循环旋转钻孔（尺寸单位：mm） a)三翼空心单尖钻锥；b)牙轮钻头
设备：主要采用的机具有定型的冲击式钻机（包括钻架、 动力、起重装置等）、冲击钻头、转向装置的掏渣筒等，也 可用30~50kN带离合器的卷扬机配合钢、木钻架及动力组成 简易冲击机。
钻头：一般是整体铸钢做成的实体钻锥，钻刃为十字架形采 用高强度耐磨钢材做成，底刃最好不完全平直以加大单位长度 上的压重，如图3-19所示。冲击时钻头应有足够的重量，适当 的冲程和冲击频率，以使它有足够的能量将岩块打碎。
转向装置：冲锥每冲击一次旋转一个角度，才能得到圆形的 钻孔，因此在锥头和提升钢丝绳连接处应有转向装置，常用的 有合金套或转向环，以保证冲锥的转动，也避免了钢丝绳打结 扭断。
掏渣筒：是用以掏取孔内钻渣的工具，如图3-20所示。用 30mm左右厚的钢板制作，下面碗形阀门应与渣筒密合，以防止 漏水漏浆。
2、埋置护筒
护筒的作用： （1）固定桩位，并作钻孔导向； （2）保护孔口防止孔口土层坍塌； （3）隔离孔内孔外表层水，并保持钻孔内水位高出施工水 位以稳固孔壁。因此埋置护筒要求稳固、准确。
护筒的制作要求： 坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便和能重复使
用。一般用木材、薄钢板或钢筋混凝土制成。 （护筒内径 应比钻头直径稍大，旋转钻须增大0.1~0.2m，冲击或冲抓钻 增大0.2~0.3m。
图3-13 护筒 1-连接螺栓孔；2-连接钢板；3-纵向钢筋；
4-连接钢板或刃脚
钢护筒结构
钢护筒结构
钢护筒结构
护筒的埋设方法： 可采用下埋式（适于旱地埋置a ）、上埋式（适于旱地或
浅水筑岛埋置 b、c)和下沉埋设（适于深水埋置d)。
护筒的埋设
3、制备泥浆
泥浆的作用： （1）在孔内产生较大的静水压力，可防止坍孔； （2）泥浆向孔外土层渗漏，在钻进过程中，由于钻头的活 动，孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁作用，同时将孔内外 水流切断，能稳定孔内水位； （3）泥浆比重大，具有挟带钻渣的作用，利于钻渣的排出。 此外，还有冷却机具和切土润滑作用，降低钻具磨损和发热 程度。
以上，黏度为20s，含砂率小于6%。在较好的黏性土层中钻 孔，也可灌入清水，使钻孔内自造泥浆，达到固壁效果。调 制泥浆的黏土塑性指数不宜小于15。
用于制备泥浆的膨润土
4、安装钻机或钻架
钻架是钻孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土的支架。我国 生产的定型旋转钻机和冲击钻机都附有定型钻架，其他 常用的还有木制的和钢制的四脚架、三脚架或人字扒杆。
14.3 桩基础的施工
本学习情境的学习目的和要求：
（1）知道钻孔灌注桩的施工工艺、方法； （2）知道挖孔灌注桩的施工工艺、方法； （3）知道预制沉桩的施工工艺、方法。
一、钻孔灌注桩的施工
（一）准备工作
1、准备场地
施工前应将场地平整好，以便安装钻架进行钻孔。当墩 台位于无水岸滩时钻架位置处应整平夯实，清除杂物，挖 换软土；场地有浅水时，宜采用土或草袋围堰筑岛。当场 地为深水或陡坡时，可用木桩或钢筋混凝土桩搭设支架， 安装施工平台支承钻机（架）。深水中在水流较平稳时， 也可将施工平台架设在浮船上，就位锚固稳定后在水上钻 孔。
反循环的特点：
由于钻杆内腔断面积比钻杆与孔壁间的环状断面积小得 多，因此，泥浆的上返速度大，一般可达2 m/s ~3 m/s多， 是正循环工艺泥浆上返速度的数十倍，因而可以提高排渣能 力，减少钻渣在孔底重复破碎的机会，能大大提高成孔效率。 但在接长钻杆时装卸较麻烦，如钻渣粒径超过钻杆内径（一 般为120mm）易堵塞管路，则不宜采用。
图3-15 正循环旋转钻孔 1-钻机；2-钻架；3-泥浆笼头；4-护筒；5-钻杆；6-钻头；
7-沉淀池；8-泥浆池；9-泥浆泵
正循环旋转钻孔动画演示
反循环旋转钻孔动画演示
旋转钻进成孔
ZJD300回转钻机
GD35回转钻机
KPG3000回转钻机
泥砂分离器
简易泥砂分离器
简易泥砂分离器
正循环的特点： 正循环成孔设备简单，操作方便，工艺成熟，当孔深不太
深，孔径小Fra Baidu bibliotek800cm时钻进效率高。当桩径较大时，钻杆与 孔壁间的环形断面较大，泥浆循环时返流速度低，排渣能力 弱。如使泥浆返流速度增大到0.20m/s~0.35 m/s，则泥浆泵的 排出量需很大，有时难以达到，此时不得不提高泥浆的相对 密度和粘度。但如果泥浆密度过大，稠度大，则难以排出钻 渣，孔壁泥皮厚度大，影响成桩和清孔。
正循环（录象）：即在钻进的同时，泥浆泵将泥浆压进泥 浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内，泥浆挟带钻渣沿 钻孔上升，从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池，钻渣在此沉淀 而泥浆仍进入泥浆池循环使用。
反循环（录象）：泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入孔 内，来冷却钻头并携带沉渣由钻杆内腔返回地面的一种钻进 工艺。
在钻孔过程中，成孔中心必须对准桩位中心，钻机 （架）必须保持平稳，不发生位移、倾斜和沉陷。钻机 （架）安装就位时，应详细测量，底座应用枕木垫实塞 紧，顶端应用缆风绳固定平稳，并在钻进过程中经常检 查。
图3-14 四脚钻架（尺寸单位：m）
（二）钻孔
1、钻孔方法和钻具
（1）旋转钻进成孔
利用钻具的旋转切削土体钻进，并同时采用循环泥浆的方 法护壁排渣。我国现用旋转钻机按泥浆循环的程序不同分为 正循环和反循环两种。
1-法兰接头；2-合金钢刀头；3-翼板(=30)；4-剑尖(=30)；5-合金钢刀头尖； 6-排渣孔；7-剑尖；8-翼板；9-孔径；10-无缝钢管；11-牙轮架；12-牙轮
钻孔灌注桩施工过程动画演示
（2）冲击钻进成孔
方法：利用钻锥（重为10~35kN ）不断地提锥、落锥反 复冲击孔底土层，把土层中泥砂、石块挤向四壁或打成碎 渣，钻渣悬浮于泥浆中，利用掏渣筒取出，重复上述过程 冲击钻进成孔。
正循环旋转钻机所用钻头 ：
图3-16 正循环旋转钻孔
a)鱼尾钻头 b)笼式钻头
c)刺猬钻头
1-钻杆；2-出浆口；3-刀刃；4-斜撑；5-斜挡板；6-上腰围；7-
下腰围；8-耐磨合金钢；9-刮板；10-超前钻；11-出浆口
图3-17 反循环旋转钻孔（尺寸单位：mm） a)三翼空心单尖钻锥；b)牙轮钻头
设备：主要采用的机具有定型的冲击式钻机（包括钻架、 动力、起重装置等）、冲击钻头、转向装置的掏渣筒等，也 可用30~50kN带离合器的卷扬机配合钢、木钻架及动力组成 简易冲击机。
钻头：一般是整体铸钢做成的实体钻锥，钻刃为十字架形采 用高强度耐磨钢材做成，底刃最好不完全平直以加大单位长度 上的压重，如图3-19所示。冲击时钻头应有足够的重量，适当 的冲程和冲击频率，以使它有足够的能量将岩块打碎。
转向装置：冲锥每冲击一次旋转一个角度，才能得到圆形的 钻孔，因此在锥头和提升钢丝绳连接处应有转向装置，常用的 有合金套或转向环，以保证冲锥的转动，也避免了钢丝绳打结 扭断。
掏渣筒：是用以掏取孔内钻渣的工具，如图3-20所示。用 30mm左右厚的钢板制作，下面碗形阀门应与渣筒密合，以防止 漏水漏浆。
2、埋置护筒
护筒的作用： （1）固定桩位，并作钻孔导向； （2）保护孔口防止孔口土层坍塌； （3）隔离孔内孔外表层水，并保持钻孔内水位高出施工水 位以稳固孔壁。因此埋置护筒要求稳固、准确。
护筒的制作要求： 坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便和能重复使
用。一般用木材、薄钢板或钢筋混凝土制成。 （护筒内径 应比钻头直径稍大，旋转钻须增大0.1~0.2m，冲击或冲抓钻 增大0.2~0.3m。
图3-13 护筒 1-连接螺栓孔；2-连接钢板；3-纵向钢筋；
4-连接钢板或刃脚
钢护筒结构
钢护筒结构
钢护筒结构
护筒的埋设方法： 可采用下埋式（适于旱地埋置a ）、上埋式（适于旱地或
浅水筑岛埋置 b、c)和下沉埋设（适于深水埋置d)。
护筒的埋设
3、制备泥浆
泥浆的作用： （1）在孔内产生较大的静水压力，可防止坍孔； （2）泥浆向孔外土层渗漏，在钻进过程中，由于钻头的活 动，孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁作用，同时将孔内外 水流切断，能稳定孔内水位； （3）泥浆比重大，具有挟带钻渣的作用，利于钻渣的排出。 此外，还有冷却机具和切土润滑作用，降低钻具磨损和发热 程度。