钻孔灌注桩施工工艺

套管钻机钻孔
套管钻机钻孔特点是在成孔过程中同时以机械手段下沉 一个可以重复使用的钢质套管，成孔后在灌注水下混凝土的 同时，逐步将钢质套管拔出。
套管钻机适用于砂类土或黏性土层。
旋转钻进法
采用旋转钻机，钻杆带动钻头旋转，钻头下的刀盘在旋 转中将岩土切割粉碎形成渣土，渣土被泥浆悬浮。正循环是 用钻头旋转切削土体钻进，泥浆泵将泥浆通过钻杆芯孔从钻 头灌注钻孔内，泥浆携带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部排浆 孔排出沉淀池，钻渣沉淀，泥浆回流泥浆池循环使用。反循 环与正循环不同的是通过流槽把泥浆直接输入钻孔内，然后 从钻杆下口吸进，通过钻杆芯孔排出至沉淀池内。另外，反 循环抽渣的负压使得孔壁坍塌的可能性较正循环法大，为此 需要较高质量的泥浆。旋挖钻头应根据地质、孔深、孔径、 沉渣厚度、护壁措施等选择，并与机型相配套。
测量钻进深度
❖ 一般用测量绳系重锤（1~2kg）从孔底量至 护筒顶部或盘顶面 ，从量得的总深度中减去 护筒顶部或转盘定面值钻孔原地面高度 ，即 为钻进深度。在钻进中测量，可以自传盘顶 面以下累计方钻杆长度和钻锥高度 ，减 去转盘至地面高度，得出钻进深度。对卷扬 机起吊锥头的冲击钻孔，可以在吊锥头的钢 丝绳上用红色油漆做出标记，随时掌握进深。
常见的旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖斗、筒式取芯钻头、 扩底钻头、冲击钻头、冲抓锥钻头和液压抓斗。
正循环旋转钻进
泥浆由泥浆泵从泥浆池输入钻杆内腔后，由钻 头的出浆口射出，连同钻渣沿钻孔上升到孔口溢进 泥浆槽，返回沉淀池中净化，流入泥浆池再供使用。 这种泥浆的循环方式叫正循环。
旋转钻机利用电力驱动转盘从而带动钻杆及钻具 旋转切削土体，在使用正循环方式成孔的方法即为 正循环施工工艺。
旋挖钻机适用于黏土、粉土、 砂土、淤泥质土、人工回填土及 部分卵石、碎石的地层。
旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖斗、 筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击 钻头、冲抓锥钻头和液压抓斗。
钻孔灌注桩施工工艺流程
制作、埋设护筒
制作、埋设护筒
1. 护筒一般用4~8mm厚的钢板加工制成，高度根据 地质情况确定，钻孔桩的护筒内径应比钻头直径大 100~150mm；冲孔桩的护筒内径应比钻头直径大 200~250mm。护筒的顶部应开设1~2个溢浆口，并 高出地面250~350mm。护筒顶高程，采用反循环钻 时顶部应高出地下水位2.0m；采用正循环钻时应高 出地下水位1.0~1.5cm，且高出地面0.3m。
质泥浆，降低失水量； 成孔时，应加大泵量， 加快成孔速度，在成孔 一段时间内，孔壁形成 泥皮，则孔壁不会渗水， 亦不会引起膨胀；或在 导正器外侧焊接一定数 量的合金刀片，在钻进 或起钻时起到扫孔作用； 如出现缩孔，采用上下 反复扫孔的办法，以扩 大孔径。
混凝土的灌注速度，在保
证施工质量的情况下，尽
量缩短灌注时间
4. 泥浆的净化与再生。
按钻孔方法和地质情况，一般需采用泥浆悬浮钻 渣和护壁，因施工中水泥、土粒等混入及泥浆渗 入孔壁等原因使泥浆性能改变，以及为了回收水 泥浆原料和减少环境污染，可使用机械、物理、 化学等方法使泥浆净化再生，可在现场设置泥浆 池、沉淀池等泥浆循环净化系统
钻孔作业要求
钻孔就位前，对应钻孔的各项准备工作进行检 查，包括场地与钻机坐落处的平整和加固，主要机 具的检查和安装；需及时填写施工记录表，交接班 时应交代钻进情况及下一班应注意事项；钻机底座 和顶端要平稳，在钻进和运行中不应产生位移和沉 陷。回转钻机顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和桩位 中心三者应在同一铅垂线上，偏差不超过2cm；钻 孔作业应分班连续进行，经常对钻孔泥浆性能指标 进行检查，不符合要求时要及时调整；每班检查孔 体偏斜情况，及时采取纠偏措施。
反循环旋转钻进
反循环与正循环泥浆运行方向相反。泥浆由泥浆 池流入钻孔内同钻渣混合，在真空泵抽吸力作用下， 混合物进入进渣口。经过钻杆内腔，泥浆泵和处浆 控制阀排泄到沉淀池中净化，再供使用。这种泥浆 的循环方式为反循环。
旋转钻机利用电力驱动转盘转动从而带动钻杆及 钻具旋转切割土体，在使用反循环泥浆循环方式成 孔的方法即为反循环施工工艺
制备泥浆的材料
1 泥浆的种类：膨润土泥浆、聚合物泥浆、CMC （钠羧甲基纤维素）泥浆、黏土泥浆。钻孔常用黏土 泥浆与膨润土泥浆。膨润土泥浆具有相对密度低、黏 度好、含砂量小、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、 钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点，是 钻孔施工的优质泥浆。
2.对泥浆材料的要求。 黏土：粒径小于0.005m颗粒含量大于50%，塑性
注意事项：应小冲程稳而准的开孔，待锥具全部进入护 筒后，再松锥进行正常冲抓。提锥应缓慢，冲击高度一般为 1.0~2.5mm。
冲击钻进法
开孔时应低锤密击。如表土为淤泥、松散细砂等软土层， 可加黏土块夹小片石，反复冲击凿孔壁，保证护筒的稳定。 施工过程中必须保证泥浆的供给，使孔内浆液稳定。在各种 不同的土层和岩层中钻进时，可按下表施工要点进行
防止坍孔
砂卵石层
中、高冲程2~3m，泥浆比重 1.3~1.5，没投入黏块，勤掏 渣
提高钻，加大冲击能量，
勤掏渣
提高钻进效率
软弱土层或塌孔回填重钻 小冲程反复冲击，加黏土夹小 造成坚实孔壁 石块，泥浆比重1.3~1.5
注意事项
施工时应注意以小冲程开孔，使初成成孔坚实、坚直、 圆顺起导向作用，钻进深度超过钻锥全程后才能正常冲击， 若遇到坚硬漂卵石层，可采用中、大冲程，但最大冲程不宜 超过4~6m。钻进过程中及时排除钻渣，并添加黏土造浆， 防止塌孔和沉积，使钻锥经常冲击新鲜地层。冲击表面不平 整的漂石、硬岩时，应先投入黏土夹小片石，将表面垫平后 再钻进，防止出现偏孔、斜孔
螺旋钻机
根据钻杆上螺旋叶片的 多少，螺旋钻机可分为长螺 旋钻机和短螺旋钻机两大类。 国内长螺旋钻孔机多与轨道 式、步履式和悬臂履带式打 桩架配套使用。长螺旋钻机 由动力头、钻杆、钻头、中 间稳杆器和下部导向圈等组 成
正循环回旋钻机
主要部件：转盘、动力 机、卷扬机、钻架、泥浆泵、 钻杆和水龙头，另根据土质 配备适用的钻锥
指数大于25%~30%，含砂量小于6%，SiO2和Al2O3之 比为3~4以上，富含钠、钾等亲水阳离子，水溶液呈 碱性，钙离子小于70mg/L，氯化物小于300mg/L。 膨润土：主要有造浆率、失水量、含水量、筛余量、
屈服值等指标，应符合有关标准。水应使用淡水。 外加剂按要求使用。
3. 泥浆基本配合比。泥浆配合比应视地质情况、 施工机械等条件，选定基本配合比后，经过配制 试验并修正后确定泥浆配合比。
填土时护筒位置偏移。护筒埋好后应复核校正，护筒中 心与桩位应重合，偏差不得大于50mm。 3. 护筒的埋设深度：在黏性土中不宜小于1m；在砂土中不宜 小于1.5m，并在保持孔内泥浆液面高于地下水位1m以上。
泥浆制备
1.灌注桩钻孔施工中泥浆的作用 2.泥浆必须具备的性质 3.制备泥浆的材料
灌注桩钻孔施工中泥浆的作用
2. 护筒有定位、保护孔口和维持水位高差等重要作 用。所以护筒中心与桩位中心应重合，周边用黏土夯 填密实。护筒位置要根据设计桩位，按纵横轴线中心 埋设。埋设护筒的坑不要太大。坑挖好后，将坑底整 平，然后放入护筒，经检查位置正确，筒身竖直后， 四周即用黏土回填，分层夯实，并随填随观察，防止
制作、埋设护筒
1.护壁作用，防渗、防水帷幕。以孔内高于
地下水位的泥浆的侧压力平衡孔壁土压力和孔周 围水压力，抵抗孔周围水渗入孔内，维持孔壁稳 定。
2.悬浮土渣，携带土渣出门桩孔。不使土渣 沉入孔底造成钻孔困难、影响桩底沉渣厚度。
泥浆必须具备的性质
1. 物理稳定性，静置相当时间其性质不变化，不因重 力而沉淀。 2. 化学稳定性，不因水泥、海水等异物混入而污染。 3. 适当的比重。比重大对护壁、浮渣有利，但比重太 大会使泵的能力不足，或妨碍混凝土灌注。 4. 不产生过多气泡。 5. 良好的触变性。要求泥浆在流动时，阻力很小，以 便泵送。当停止钻孔时，泥浆能很快凝聚成凝胶状， 避免浆中砂粒迅速下沉；渗入孔内的泥浆又能很快凝 聚成凝胶状，避免浆中砂粒迅速下沉；且渗入孔内的 泥浆能快速固结，以维持孔壁稳定。 6. 形成薄而韧的泥皮，黏附于孔壁上，不透水。
钻具和钻头可按下列规定选用
在一般黏性土、淤泥、淤泥质土以及砂土中， 宜采用笼式钻头；在砂卵石层、强分化层中，可用 镶焊硬质合金刀头的笼式钻头；遇孤石或旧基础结 构时，可用带硬质合金刀的筒式钻头；在硬岩中， 可用牙轮钻头；冲孔式钻孔一般采用十字形冲击钻 头。冲击钻头分冲孔钻头、冲岩钻头、修孔钻头、 扩孔钻头。钻头的直径与设计桩径相比，冲击钻头、 冲岩钻头小50~80mm；修孔钻头大10~20mm；扩 孔钻头大60~100mm。冲击钻头必须设置打捞环。
适用土层
施工要点
效果
在护筒刃脚下 2m以内
小冲程1m左右，泥浆比重 1.2~1.5，软弱层投入黏土快 夹小片石
造成坚实孔壁
黏土或粉质黏土质
中小冲程1~2m，泵入清水或 提高钻进效率 稀泥桨，经常清除钻头上的泥 块
粉砂或中粗砂层
中冲程1~2m，泥浆比重 1.2~1.5，投入黏土块，勤冲 勤掏渣
反复冲击，造 成坚实孔壁，
❖ 2.孔壁坍陷 防治措施 在松散易坍
❖ 3. 缩孔 防治措施 应采用优
的土层中，适当加深护筒， 用粘土密实填封护筒四周； 使用优质泥浆，保证泥浆 的比重、粘度和胶体率， 保持护筒内泥浆水位高于 地下水位；搬运和吊装钢 筋笼时，应防止变形，安 放要对准孔位，避免碰撞 孔壁，钢筋笼接长时要加 快进度，尽可能缩短沉放 时间；成孔后，待灌时间 一般不应大于3h，并控制
钻孔灌注桩施工
施工机械
钻孔机械和配套设备主要有钻机、钻头、电焊机、泥浆 机、空压机、千斤顶、抽渣筒、检孔器及测绳等。
冲击法钻孔的机械配置实例：冲击钻机1台，1.7~2.5t十 字形钻头2个，拍水机1台（另备用1台），活门球阀杯式抽 渣筒一个，25t液压千斤顶3个，1.2立方米每分钟空压机1台。
冲击钻
钻进速度的要求
钻孔时，应根据土层类别、孔径大小、钻孔速 度及供桨量来确定相应的钻进速度。在淤泥和淤泥 质土层中，钻进速度不宜超过3m/h；在硬土质中或 在岩层中的钻进速度以钻机不发生跳动为准。
1 冲抓钻孔法
钻进方法
2 冲击钻进法
3 旋转钻进法
4 套管钻机钻孔
冲抓钻孔法
采用冲抓钻机，施工时使三角立架固定滑轮，绕过滑轮 的钢丝绳下端吊着三块钢锥片组成的锥头，锥头张开的最大 外围尺寸与桩孔直径相同。锥头对准桩孔中心，放开制动， 锥头在自重作用下下落，打入孔底土层中，卷扬机提升拉索 使锥头合拢，砂土被封闭在锥体内提出。椎体提出孔口后， 在井口放置一块钢盖板，将手推车或其他运输工具放到钢板 上接受渣土。只需打开锥头控制栓，锥头自行开张，渣土排 出。
冲击钻孔系统设备由冲 击钻头、三脚立架、卷扬机 组成。冲击钻适用于所有土 层、采用实心锥钻进时，在 漂、卵石和基岩中显得比其 他方法优越。冲击锥钻孔速 度因锥重，冲击频率和土层 而异。
国产CZ型的主要是CZ30、CZ-28、CZ-22等，另 外还有YKC-31、YKC-30等
冲抓锥
冲抓锥系统由三脚立架、 锥头、卷扬机三部分组成。 冲抓钻机分为单绳冲抓锥和 双绳冲抓锥。冲抓锥由锥身、 锥瓣、开合机构、导向环和 挂环五部分组成。
4.钻孔偏斜
钻孔事故预防与处理
❖ 1.护筒周边冒水 防治措施 在埋设护筒之前，桩位与四周应选用
最佳含水量的粘土分层夯实，保证护筒高出地面 30cm或水面1.0～2.0m；在护筒的适当高度开孔， 使护筒内保持1.0～1.5m的水头高度；钻头起落时， 应防止碰撞护筒；发现护筒周边冒水时，应立即停 止钻孔，用粘土在四周填实加固；若护筒严重下沉 或移位时，则应重新安装护筒。
反循环回转钻机
其主要部件与正循环回 转钻机相同，但一般不需要 泥浆泵。按照吸升泥浆和钻 渣混合物方法的不同，另配 置泥石泵（吸泥泵）与空气 泵，或是空气吸泥机、水力 吸泥机等。
旋挖钻机
旋挖钻机能自动定位，垂直旋 孔，成孔质量好。成孔速度快、 工作效率高、施工质量好、环保 特点突出，尘土泥浆污染少。