大直径桩柱施工(钻孔灌注桩柱)方法

大直径桩柱施工（钻孔灌注桩柱）方法

系指桩径大于250cm，大直径桩柱按其施工方法的不同可分为钻孔灌注桩柱，钻埋空心桩柱和挖空心桩柱三类。

1．施工平台

1）平台构造：钢管桩工作平台由钢管桩与纵横梁组成，钢管桩可用成品管或用6mm-10mm钢板卷制而成，采用振动下沉法安装到位。直径0.5-1.2m不等。纵梁常使用六四军用桁架、万能杆件桁架、贝雷桁架，使用时要注意设计钢管的跨径最好为节距的倍数，以提高支点的剪力。平台构造如图形3-4-1。

2）钢管桩施工：钢管的成品有热轧无缝钢管，有缝焊接管和螺旋焊接钢管三种，为便于长期周转使用，施工时多采用成品管，钢管分节，节的长度一般为4-6m，节与节之间的钢法兰圈用电焊连接，以增加连接刚度。

钢管桩的底节刃脚处要贴焊钢板圈，离刃脚一定高度h要设内横隔板来提高垂直承载力，以便较容易外拔。

钢管桩常用震（拔）两用的震动锤，其技术规格如表3-4-1。

双频率震动锤

钢管桩施打在软弱地层时宜用高频激震，深层或终振阶段宜使用低频激振，每次震动时间根据土质情况及震动机能力大小来定，一般不超过10-15分钟，震动时间过多对震动机的零部件易于磨损。

钢管桩沉入施工的极限承载可参考下表：表3-4-2

3）钢管桩施工工序

a．定位旋测：在浮吊工作船进入墩位前，先经过测量将桩位用浮标形式定位，待定位船抛锚就位后，选用平台钢管桩中一根作定位桩，先行震入，以后再以此根做定位的标准。

b．施打顺序以浮吊移动方便为准，浮吊大致分为三类：汽车（履带）浮吊，桅杆浮吊，龙门浮吊，其中汽车浮吊是在钢驳船上装设汽车（履带）吊，考虑到震动锤的冲击力较大，为稳定起见，常将船尾（头）对准钢管桩，钢管桩安装了震动锤后，顶部用4根风缆固定，缆风绳可设在工作船上或已施打的钢管桩上，缆风的作用是控制钢管桩的竖向倾斜，钢管桩震沉到工作平台高程后停止，再接长，依次施工直到设计位置，一个平台的钢管桩要集中施打，才能发挥效率。

c．平台施工见图3-4-3，为提高大型高级钻机功效，在施工组织设计中至少要安排多套平台与钢管桩。

d．桩头处理：按平台设计标高将桩头割平，在端部相当于钢管1个直径D的深度内，焊一块水平隔板做底模板，再在端部

焊顶盖板（20mm厚）在其中心留ф20mm孔来浇封头砼，藉以保证接头部位的平稳。

e．当平台钢管桩出水较高或流速较大时，钢管桩顶要设横梁，设剪力撑，形成框架，然后在横梁上安装纵桁梁，在纵桁梁节间支点上安置工字钢横梁，并用抱箍固定，在横梁上铺设木（竹）跳板，在此平台架设工作基本完成。

2.钢护筒就位

1）施工前的准备工作

护筒制作及运输到墩位射水，吸泥机就位振动沉桩锤，锤座就位吊装机械，电源就位操作平台完成（或定位船就位）导向架（或导向井框）就位复测完成。

2）接长护筒

a．将底节护筒装入导向架内，并用手拉葫芦调整中线位置，用夹具固定在平台上，再在其上吊放第二节，钢护筒顶底部各焊有一道水平回劲法兰圈采用电焊连接方式接长。二节完成后再放第三节，直至护筒长度大于水深后，再用吊车将护筒下沉到河床表面。

b．护筒放置在河床面上，上端用手拉葫芦固定在平台上，下端用钢丝绳在前方锚碇上牵引固定，防止水流冲偏。

c．护筒顶节和震动锤座牢固地连成一体（检接加焊接），在锤座底部接4根风缆，用以调整护筒倾斜。

3）震动下沉

a．采用电动震动锤下沉护筒，当护筒顶距工作面0.8m左右时，停止振沉，解除锤座与顶节护筒连系，按同样步骤再接长护筒。

b．每锤击下沉1m左右都要进行护筒垂直度的检校，如护筒倾斜应停振，采用调整风缆方式纠正。

c．施工中发现护筒有漏水孔洞，应采用钢板和环氧树脂封闭。d．护筒先桩锤自重下沉，待取得足够的稳定性后，再行振动下沉，避免在偏载作用下，形成严重倾斜偏位。

e．当采用高压射水配合空气吸泥机吸泥振沉施工时，严防不对称射水，造成刃脚单边受力倾斜，应在护筒内土体全断面对称均匀冲淘，保留护筒内土体表面距刃脚下口50-100cm时再行振沉。

f．当护筒下沉未能满足设计要求时，可采取以下几种办法：①护脚：在护筒外抛尼龙袋装砂砾或片石护筒底，以减少水流所产生的局部冲刷，此种方法常用在软弱土层上。

②加强护壁：钻机在护筒下口几米范围内钻孔时，要使用粘度大的浓泥浆，（可渗入10%水泥），而且钻进速度要慢，使泥浆渗入孔壁，形成一道化学膜护壁。

③降低水头，采用油田泥浆：当护筒埋置深度不足水深度一半时，护筒内泥浆水头不能采用2m高，应取0.5-1.0m，因此钻孔桩孔壁的稳定性差，在整个钻孔过程中都应采用高效油田泥浆护壁。

g．护筒按要求应下沉到冲刷线以下，满足设计与规范要求。4）大直径桩用护筒施工常见事故处理

扩展挖造成单测进尺快。

地质层面硬度不均，软的事一侧进尺快。

地质层面不平。

护筒因过量单侧超挖而倾斜。

孤石支撑单侧护筒造成振沉过程受力不匀而倾斜。

静压过程不均衡，对称加重。沉桩锤与护筒两中心不在一直线上。加强施工管理，严格操作程序。

加载均衡、对称，吹吸掏挖统一。

偏位或倾斜的护筒不宜强力纠偏以免护筒失圆。应用射水排除另侧土体，使护筒在重力作用下回位。

用微爆法或取石工具，冲击钻将孤石挤入周围土体等去掉障碍方法后，再纠偏。

太大的偏斜，提出护筒，再回填砂石，粘土到偏位处以上一米左右，静沉一段时间后重定位。

水头过高致反穿孔。回填土、杂填土最好全

钻进地层下伏粗卵石（或砾石层）加上泥浆性能差而漏浆。

有承压水或潮汐变化的钻孔现象因水头、泥浆维护不够，坍塌孔（筒底）而漏浆。

护筒连接位置或加工过程末封闭孔洞而漏浆。

护筒下口末落入不透水层或不透水层厚度不够，由于孔内水头和泥浆指标控制失当，造成倒灌或反穿孔。

因床面受洪水或超常冲刷造成护筒部分埋入深度不够。振动或偏压护筒造成坍孔。回填土、杂填土因护筒未能穿过而漏浆。护筒穿过。

适当增加沉埋深度。调整水头高度和泥浆参数。

填充护筒孔洞，护筒底穿孔用外侧草袋泥包填充至相应标高。

护筒外填砂压浆法稳定覆盖层，增强防渗能力。

冲击成孔施工时，开孔时回填粘土、片石慢慢造孔，进行堵塞。

水位涨幅过大的河流或潮汐影响河流。

不稳定承压水影响。连通管船阀自动水头稳定系统。

虹吸管自动水头稳定系统。

泥浆船。

不稳定的承压水地层

一般采用承压水平平

均高度过高的承压水

柱高度将采用增重剂

调节内水面到施工范

围或换用其他成孔方

法。

2．泥采系统

1）泥浆的选择原则

泥浆类型的选择是水文、地质、桩柱结构、钻机性能、设备条件、材料条件和经济等因素综合比较后确定的。在地层稳完成护筒能沉入稳定风化基岩时，往往可以采用无泥浆的反循环清水钻进。在线水河滩和覆盖层较薄，而护筒又难沉至基岩时，考虑穿过覆盖层的孔壁安全，往往使用泥浆。

当施工水深，覆盖层较厚，桩长且护筒不能沉至稳定风化岩层的大直径桩施工时，应使用经过设计、试验而特别配制的高质量泥浆（油田泥浆）。

2）油田泥浆指标：

①造浆用材料

a．膨润土指以凿脱石为主的粘土[AL2Si010（OH）2]，其特点是造浆率高，1吨膨润土可造10-20m3泥浆，而1吨普通粘土，只能造1-4m3泥浆。

b．增粘剂：不增大泥浆比重γ=1.10以内，而增加泥粘度，提高泥浆护壁，携渣，防止钻渣沉淀能力，必须采用增粘剂，主要有PHP—聚丙烯酰胺（P.A.M）水解产物和CMC—即羧甲基纤维素，都具有有效提高粘度功能。

c．分散剂：其作用是改善泥浆质量和再利用。常用的有：碱类：纯碱（Na2CO3）掺量为水重的0.1%-0.5%。复合磷酸盐类：常用六甲基磷酸钠（Na6P6O16）掺量为0.1%-0.5%.

d．堵漏剂：当孔壁出现泥浆漏尖时，在钻孔泥浆中掺入锯木屑（水量的1%-2%），水泥（17kg/m3），稻草末等堵漏剂。

②油田泥浆指标

对反循环钻孔而言，泥浆性能应遵循“三低一适当”的原则。即低密度，低失水，低含砂率，适当粘度。综合一般钻孔经验，泥浆性能参数表如下：

3）造浆方法：

造浆时应按成孔施工进度要求，先提前准备足够的成浆材料，对

聚丙烯酷胺应提前24小时预先水化（水温不大于600C），所得水解后浓度在1%左右，在造浆池中顺序加入以下材料：即：（1/2水+1/2膨润土+1/2处理剂）—— >（2/3余水+1/2膨润土）——>（1/2处理剂）——>（1/3余水）

要求：泥浆材料逐次加入。

4）钻孔泥浆的施工管理

a．根据孔位地质的柱状图，确定在不同土层中钻进应采用的泥浆性能指标，并通过试验孔分析泥浆性能的适应情况，确定泥浆使用方案做为施工依据。

b．开钻时新鲜泥浆入孔应通过导管（或钻杆）从孔底灌入，置换钻孔上部清水。

c．在进入某一土层前，应调整泥浆参数，使抽检泥浆符合设计要求后，才允许继续进尺。切忌盲目进尺，尤其在易坍塌易漏失地层更应引起重视。

d．每次泥浆性能的调整是根据取样试验进行，关键是确定处理剂的加入量，应视试验结果和孔内泥浆数量以及泥浆循环速度确定，可在一个循环周期内均匀加完，切忌乱加。

e．在施钻过程中，应每隔1——2小时，测量一次泥浆性能。f．终孔循环除砂后，从孔底灌入新鲜泥浆3—5m高，确保桩尖无沉淀。

g．泥浆应回收利用，经检测加入适量的碱和PHP等处理剂，使其符合设计后备用。

4．成孔施工

1）钻桩就位

a．打捞护筒内掉落的杂物铁件，以防开钻故障。

b．大直径钻头往往要先吊置护筒，并用倒链临时定位，钻机就位后再连接钻杆与钻头。

2）护筒就位和造浆

a．将泥浆注入孔内并空钻同时调节泥浆各项指标。

b．气举反循环钻机开孔前先用正循环使其钻头吸渣孔上有6—7m以上的水柱。

3）钻进

a．表面覆盖层进尺过快，会造成孔壁不稳，此段应减压钻进，（减压率60——70%），全断面一次成孔，进入岩层后再行分次扩孔。

b．开钻先送风后转动一分钟后再降钻头，不论是首钻还是续钻都应减压、低速，慢给进。

c．接长钻杆前，应先提起钻头离孔底10cm，继续排渣4—5分钟，再将钻具上提接长钻杆。

d．钻杆连接端面要涂防水油，放橡胶止水圈，螺栓要对称平衡拧紧上牢。

e．钻进到设计标高时，以钻杆长度核实孔深及标高，并提起钻头10cm，回转继续清孔一个台班，检验泥浆是否接近技术指标，（比重 1.05--1.08，粘度20--23秒，PH8—10，胶体率

99--100%，含砂量应小于4%）。

f．检验孔深标高及泥浆指标合格后，（监理验收），再从钻杆中反灌油田泥浆到孔底3—4m高，用以减少沉淀层厚度，保证岩面的清洁。

4）清孔方法

由于大直径桩，桩底面积大，孔底软垫层将严重影响工程质量，因此在成孔的后期，要专门做第二次清底的工作，清底方法有三种：

a．钻机空转清孔，继续进行泥浆的循环，使泥浆中的固相钻渣外排，空转时间不少于8小时，反复检查泥浆是否达到要求。b．换浆悬浮法，将优质泥浆自钻杆水笼头中灌入孔底，换浆量至少应有3—5m高。

c．导管气压排浆：可以用Φ50mm钢管做导管，在钢筋笼中插入，送气后导管内形成气浆混合，然后从导管中灌入3—4m高优质泥浆，即可形成隔离层防止淤沙下沉，接着浇注水下砼。5）成孔工艺流程

5．变截面大直径桩分级扩孔施工

无承台：变截面大直径钻孔桩其优点是节省材料，结构受力明确，施工速度快，为解决施工中购置大直径钻机的高频费用，可采用D<250cm的钻机进行分次扩孔施工，其施工方法是：

A．某大桥设计桩径选用Φ300/Φ250cm双柱结构，成孔系选用普通的GPS-15型钻机（扭矩为1.8KM-m）采用二级刮刀扩钻

成孔。具体作法是先用400KN震动锤打插Φ380cm钢护筒入土过冲刷线做第一级，第二级为Φ300cm，施工分二次成孔，第一次用Φ300cm刮刀钻头，钻孔深度为变截面端点。

B．107国道某特大桥，主桥墩为Φ500cm/Φ350cm单排无承台变截面桩，施工中外径为550cm护筒采用8mm厚钢板，以二个定型板宽为节高，节间用法兰盘焊接加固，护筒刃脚加贴50cm 高10mm厚钢板焊箍，每节段护筒就位后用手拉葫芦控制定位，以600KN—1600KN震动锤及反复吹砂方法使刃脚落在冲刷面下3——4m。钻机选用武汉产BDM-4型气举反循环钻机，9m3/min 柴油空压机。成功方法为采用优质膨润土配制PHP不分散低固相泥浆，Φ500cm段用导管高压水泵用于吸泥吹沙辅助下沉成孔，Φ350段采用Φ280cm，Φ350cm牙轮钻头分级成孔，其主要工艺流程如表

b.大直径钻孔桩水下砼施工

1）水下砼配料选择

与普通钻孔灌注桩相比，大直径桩要求有更也的和易性、较小的泌水性，水下砼配料选择应注意：

①水泥：宜使用初凝时间较长的水泥（>2.5h），并综合考虑强度，

水化热，经济性，过高的水泥标号限制了用量，降低了砼的工艺特性。

②粗骨料：包括卵石和碎石两币，施工宜尽量优先选用酸性石料，其顺序是：石灰岩，白云岩，花岗岩，玄武岩，砂岩，石英岩等等。碎石通常采用二级级配，即5—20mm，20—40mm，卵石可采用混合级配。

③细骨料：选用级配良好的中砂，含泥量<3%。

④砼外加剂：多采用缓凝剂，其作用在于降低水的表面能力，降低水化速度，延缓凝固时间，缓凝减水剂如下表

使用时应坚持“提前配制，用前拌匀”制度，取量计量均要准确。

⑤外掺材料：多用粉煤灰或火山灰其质量与掺量按规范GB1344-85执行。

3）砼浇筑

a．二次清孔：验孔合格后，始灌注前，超厚的沉淀层，可用喷法（可在导管二侧夹箍2根Φ75mm射水管或采用橡皮软管吸砂器在导管内吸取泥砂及钻渣）。

b．导管施工过程中应居中提升，为增大砼的流动扩散能力，也可在漏斗上安装附着振捣器的方法。注意导管使用前一定要进行认真检查，进行必要的水密，承压和接斗抗拉力试验。c．钢筋笼骨架上浮往往是骨架底口位砼灌注速度太快，管导出口的砼对钢筋笼的冲击，顶升力造成的，因此当砼浇筑到此部位时，适当加大导管埋深，（当埋深到钢筋笼2M左右时）再一次性提管到钢筋笼内灌注。

d．孔口注意事项：

①大直径变截面桩上部井孔往往直径更大，此时宜增大砼供应，增加导管埋深，以保证扩散时的半径。

②桩孔内砼面上5—10M的泥浆，受水泥影响较大，且含渣土，渣土稠度增加，为增加砼上返力该部分泥浆可以部分抽走，并加水稀释。

e．首灌段桩直径大于3.0m时，宜采用小直径孔超深的方法减少首灌砼数量。

f．要求严格控制导管下口砼的超压力值，导管上口高出泥浆

的控制高度一般Φ3m桩5—5.5m。

g．灌注工作应连续进行，全部工作在砼初凝前完成，使导管下口以上的砼始终处于塑性状态，导管埋深一般不少于3m。

h．桩顶超灌高度一般0.5-1.0m，采用水冲凿法和人工挖除多余桩头砼时，应预留10-20cm高度，然后解除钢筋笼的孔口吊

点，防止初凝过程中钢筋参预砼受力而影响二者之间的握裹力。整理好大直径钻孔灌注桩的各项原始记录。

i．