钻孔扩底灌注桩施工工法

钻孔扩底灌注桩施工工法钻孔扩底灌注桩施工工法中铁**广深港客运专线ZH-3标项目部深圳中铁**工程有限公司1 前言随着建筑技术的快速发展，新建楼层高度的增加，对桩基承载力的要求也越来越高。

如何保证建筑物基础承载力成为工程的关键。

钻孔扩底灌注桩施工技术在全国推广以来，经工程实践证明，它与长螺旋钻孔桩相比，具有施工质量可靠，效率高、省材料、成本低等特点。

深圳北站钻孔灌注桩规格有1200mm和1400mm两种直径。

其中Φ1200mm又分为桩孔底扩至2000mm及桩孔底扩至2400mm；Φ1400mm又分为桩孔底扩至2400mm及桩孔底扩至2700mm。

针对工程中钻孔扩底桩扩大头质量控制的特点，特编写本工法。

2 工法特点钻孔扩底灌注桩施工工法的主要特点在于在一般钻孔桩施工工艺基础上，通过三翼合金(MRS)扩底钻头或双翼滚刀扩底钻头(MMR)对桩基端部扩大的过程，从而达到增加桩基承载力的效果，钻孔桩在扩底过程中须掌握钻孔深入的岩层情况，控制扩底行程，控制好泥浆浓度，防止塌孔。

3 适应范围本工法适用于各类桩基建筑，对地基土有广泛的适用性，地下水位以上的粘土，亚粘土、粉砂、细砂等土质均可推广应用。

4 工艺原理钻机通过测量定点就位后，开始钻孔，钻孔深度达到设计岩层后，将钻头提起，更换扩孔钻头。

扩孔钻头通过钻杆连接，在主导钻杆上标示扩孔前位置及扩孔所需位移后，将钻头放到孔底位置，通过加压装置将底部刀具均速打开，直至达到扩孔设计值终止。

5 施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程钻孔扩底桩是在钻孔桩基础上发展起来的一种新桩型，施工时先按一般钻孔方法按桩身直径钻进至设计持力层后，更换扩底钻头下至孔底，通过加压使扩底钻头的扩翼张开并使之旋转切削地层形成扩大头，达到设计要求的扩底直径后放钢筋茏。

灌注混凝土形成混凝土扩大头，提高桩端承载力。

工艺流程如下图：图5.1-1：施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1钻孔扩底桩桩身结构要素扩底桩一般由直孔段、扩底段组成。

扩底段测 量 定 位埋 设 护 筒钻 机 放 位直孔钻进成孔直孔终孔验收扩底钻进成孔扩 底 验 收清 孔 换 浆孔 形 检 测吊放钢筋笼 下 放 导 管 清 孔 换 浆安放隔水球灌注混凝土 起 拔 导 管起 拔 护 筒 泥浆循环 泥浆外运 搅拌混凝土 原材料试验导管试压 导管试接制作钢筋笼 原材料试验注入新泥浆的形状如图1所示，这种形状能有效地清除孔底钻渣，确保桩端最大截面承受端承力。

提高扩底桩的工程质量。

图5.2.1：扩底桩形状示意图扩底段桩身主要结构要术(如图1示符号)有：直孔段直径(d)、扩底端最大桩孔直径(D)、最大直径段高度(h2)、扩底矢高 (h1)、扩孔段斜边高度(h1)、扩孔边锥角(θ)、桩底环状扩大宽度(n)、扩孔底锥角(r)、沉淀孔直径(d’)、沉淀孔高度(h)。

5.2.2钻机选型表5.2.2-1 钻孔机性能参数表性能系数型号最大钻孔直径（mm）最大扩底直径（mm）砂石浆排量（m3/h）钻孔规格（mm）备注GPS－26 2200 4400 200 168×10 转盘式GPS－20 2000 4000 180 219×15 转盘式5.2.3扩底钻头结构特点及选型结合本工程施工的特点，决定采用两种类型的扩底钻头，一类是三翼合金扩底钻头(MRS)，另一类是双翼滚刀扩底钻头(MMR)，结构示意图分别见图2和图 3。

图2：三翼合金扩底钻头图3：双翼滚刀扩底钻头（1）三翼合金扩底钻头基本结构为三翼下开式。

刀齿为硬质合金，主要部件包括扩底翼、加压翼、底盘、连杆等，利用钻具自重在孔底实现扩底；钻头结构简单，使用方便，操作灵活。

适应范围厂，扩底准确可靠；主要用于各种土层、砂层、砂砾层、硅积层和强风化岩中扩底。

（2）双翼滚刀扩底钻头基本结构为下开式，采用对称双翼，中心管为四方结构，能可靠地将回转扭矩传递到扩底翼上。

主要包括扩底翼、加压架、连杆、底座等部件，扩底翼为箱式结构，刚度大、强度高，解决了嵌岩扩底过程中大扭矩的传递问题，其以高强度耐瞎滚刀和牙轮为破岩刀具，破岩效率高，可用于各类全、强、弱风化岩层中扩底。

5.2.4测量定位各测量点（俗称大样点）采用全站仪进行闭合测定，无误后用混凝土固定，并安装防护标志，防止因重车碾压和重物碰撞后而产生位移。

尽量将各点设置在不影响施工的视线范围内，且不易被碰撞，以利长久保存。

桩位测量采用全站仪、钢尺丈量法。

但在桩位测定前，需对所用的测量基点进行复核，使其符合各种平面尺寸关系后方可使用该基点。

桩位测定分初、复测，分别为挖埋护筒前和埋设护筒后，复测合格后，打入φ10钢筋一根，作为钻机定位标志，然后用水准仪测定其护筒标高后，经现场监理验收合格后方可就位施工。

5.2.5埋设护筒钻孔桩的孔口护筒是保护孔口，隔离上部杂填松散物，防止孔口塌陷的必要措施，也是控制定位，标高的基准点。

因此，在钻孔灌注桩施工每根工程桩施工前埋设护筒。

护筒选用大于桩径10cm的钢制护筒，埋入深度以满足隔离杂填士，防止孔口塌陷为准，护筒四周间隙用粘土回填并捣实，以确保护筒稳定牢固。

5.2.6钻机就位钻机就位时，转盘中心对准桩位中心标志的偏差应小于20mm，并用水平尺校对转盘水平，并做到天车中心、转盘中心与桩位中心成一垂直线。

5.2.7成孔（1）机具配备施工前按其施工孔深配置钻具、导管，核准其钻头直径和长度、机上钻杆长度、根数、导管长度、根数，经核准后的机具不得随意更换。

（2）成孔过程本工程采用反循环回转钻进方法，钻进参数控制范围如下：钻压6-15KPa 转速 40-128r ／min施工中应根据地层情况合理选择钻进参数，一般开孔宜轻压慢转，正常钻进时钻进速度控制在10m/h以内，临近终孔前放慢钻速以便及时排出钻屑，减少孔内沉渣。

通过3PN泥浆泵将循环池内的泥浆泵入钻杆内，从钻头返出，钻头切削土体形成的泥浆从钻杆与孔壁的环状间隙内上返至孔口，再通过立式排污泵或泥浆沟排入循环池，从而形成泥浆循环系统。

现场备用立式排污泵。

为防止相邻桩串孔或影响邻桩的成桩质量，相邻桩的成孔施工以满足4D或不少于36小时为宜，因此，对不满足要求的桩跳桩（间隔一桩）施工。

（3）扩底钻进工艺直孔钻进至设计孔深后，更换扩底钻头进行扩底钻进，操作要点如下：1）检查钻头收缩与张开是否灵活，各部件及其焊接，各销轴连接是否牢固。

2）根据桩径所需的最大扩底直径，确定其行程。

首先将扩底钻头放置至扩孔部位，然后缓慢给压使钻头逐渐张开，并不断测量扩底钻头的最大直径，当钻头张开至所需的扩底直径时，可在小中心方管上用粉笔记下大中心方管下端的位置。

再次将钻头提起使其完全处于收缩状态，此时在小中心方管上再次记下中心管的位置。

测量小中心方管上两个位置的距离，即为扩底钻头上的扩底行程。

3）准确测量孔深，当扩底钻头下放至孔底，在主动钻杆上作扩底的起点和终点标记时，应考虑扩孔系数。

因为扩底钻头下放至孔底，并不是完全收缩状态，而是略有张开，所以确定扩底行程的终点时，应比地面实测行程酌情减少。

4）钻头下入孔底后，使冲洗液充分循环后才能空钻转动，空钻正常后才能加压钻进。

5）钻进时缓慢给压，逐渐张开扩翼，切削岩层扩底，反循环排渣。

钻进时应用最低档转速，通过卷扬机放绳速度控制钻进速度小于10cm/min。

6）正常钻进时，无异常情况，不得无故提动钻具。

7）扩底到位后应轻轻地渐渐提动钻具，使之产生一定的向上收缩力，在径向和轴向的双重作用下，收扰钻头，慢慢提出孔外，如出现提钻受阻现象，不可强提，猛拉。

采取上下窜动钻具，并在钻头脱离孔底的情况下，轻轻旋转的方法，钻头便可收扰。

8）扩底钻头提出孔外，应及时冲洗干净，便于发现问题及时修复，以备下次使用。

（4）护壁钻孔形成自由面时，由于受地层覆盖土压力的作用，使自由面产生变形，泥浆使用得当可以抑制变形的产生。

根据本工程地质岩土物理性能，选用原地层自然造浆，地表调节泥浆物理性能。

根据不同的地质情况，选用不同的泥浆性能参数，来平衡地层的侧压力，以保证孔壁的稳定性，防止坍孔。

泥浆性能多数指标控制范围如下：一清泥浆比重1.25～1.45 粘度 20～26s二清泥浆比重1.05～1.15 粘度 18～22s三清泥浆比重 1.05～1.15 粘度 18～22s含砂率≤3%泥浆性能多数一般选择原则是：易塌孔地层选用较大值，不易塌孔地层选用较小值。

（5）清孔清孔是钻孔扩底灌注桩施工的重要工序，清孔质量的好坏直接影响水下混凝土灌注施工、桩身质量与承载力的大小。

为了保证清孔质量，本工程采用三次反循环清孔。

第一次清孔：当钻进至设计孔深后，进行第一次清孔，清孔1-2小时，把孔底沉渣抽吸干净后，下入扩底钻头，保证扩底钻头安放到位。

第二次清孔：扩底完成后，进行清孔换浆，调整泥浆性能。

泥浆的比重应小于1.2，含砂率≤4%，粘度≤2IS，清孔时间满足1.0小时。

反循环清孔时，扩底钻头每间隔几分钟慢慢转动数圈，确保清除孔底沉渣。

第三次清孔：利用灌注导管进行第三次清孔，确保孔底沉渣厚度≤50mm，用泥浆比重仪和漏斗粘度计测定泥浆比重和粘度，符合要求后方可进行水下混凝土灌注，并在第三次清孔后30分钟内灌入混凝土。

（6）钢筋笼制作及安装1）钢筋笼制作选用具有质量保证书的正规厂家制造的钢筋，并对规格、批号、炉号不同的钢筋送测试中心做原材料力学试验，每一批代表数量不大于60t，复试合格后方可投入使用。

钢筋笼由钢筋工和持证电焊工上岗制作，并对钢筋搭焊质量抽样送检，同一规格每300个焊接接头抽样做一组拉伸试验。

钢筋笼在预制模中点焊成型，做到成型主筋直、误差小、箍筋圆，直观效果好。

经质检员检验，并通过监理复检合格后，方可使用。

钢筋笼制作偏差范围如下：主筋间距：±10mm 箍筋间距：±20mm钢笼长度：±100mm 钢笼直径：±10mm焊接长度：单面焊接≥10d、双面焊接≥5d 2）钢筋笼保护层为了保护钢筋笼主筋不产生露筋现象，采用现场预制砼垫块做保护层，对称设置。

每节钢筋笼设置不少于2道。

混凝土保护块在孔口焊接时加在钢筋笼上，不宜在制作时加好。

3）钢筋笼的吊放钢筋笼采用双点起吊，吊点位置在第一道加强箍处。

为防止变形，采用对称布置，吊放入孔时对准钻孔中心缓慢下放，应防止碰撞孔壁。

如下放困难，应调查原因，不得强行下放。

一般采用正反旋转，慢起慢落数次逐步下放。

4）钢筋笼入孔固定根据钢筋笼上焊2根Φ10的吊筋固定在孔口机架盘上，使钢筋笼准确地安放在桩孔标高中心位置上。

另外，在顶笼主筋对称插上2根Φ50钢管，上端固定在机架底盘下，以防止钢筋笼上浮。

（7）水下混凝土灌注1）材料选用材料选用将严格按照国家现行标准对合格供应商的要求，选择符合要求的商品混凝土生产单位，并报送监理单位。