课件：钻孔灌注桩

钻孔灌注桩，是在现场采用钻孔机械将地层钻挖成预定孔径和深度的孔后，将预制成一定形状的钢筋骨架放入孔内，然后在孔内灌入水下混凝土而形成桩基。水下混凝土多采用垂直导管法灌注（一）钻孔灌注桩特点

1 与沉入桩中的锤击法相比，施工噪声和振动要小得多；

2 能建造比预制桩的直径大得多的桩；

3 在各种地基上均可使用．

4 施工上应特别注意对钻孔时的孔壁坍塌及桩尖处地基的流砂、孔底沉淀等的处理．施工质量的好坏对桩的承载力影响很大．

5 因混凝土是在泥水中灌注的，因此混凝土质量较难控制

6 按照基础的受力原理大致可分为摩擦桩和端承桩。

摩擦桩：系利用地层与基桩的摩擦力来承载构造物，大致用于地层无坚硬承载层或承载层较深。摩擦桩大多较大、较长、较多。

端承桩：系使基桩座落于承载层上（岩盘上）使可以承载构造物。

各项施工准备工作

开挖探坑挖泥浆池制钢筋笼

测量定位制备泥浆

埋设护筒

钻机就位

钻孔、成孔

安放钢筋笼

下放导管

排浆

分选泥浆

灌注水下砼

导管起吊

护筒拔移

孔口回填

试件取样

试件养护

试验图 1 钻孔灌注桩施工工艺流程图

钻孔灌注桩施工工艺流程图

7 钻孔灌注桩常用的成孔方法、适用范围及泥浆的作用

成孔方法

适用范围

泥浆作用土层孔径（mm）孔深（m）

正循环回旋钻粘性土、粉砂、细、中、

粗砂，含少量砾石、卵

石（含量少于20%）的土、

软岩

800～2500 30～100 悬浮钻渣并护壁

反循环回旋钻粘性土、砂类土、含少

量砾石、卵石（含量少

于20%，粒径小于钻杆内

径2/3）的土

800～3000

用真空泵<35，用空气吸

泥机可达65，用气举式

可达120

护壁

（1）正循环回转钻孔原理

用泥浆以高压通过钻机的空心钻杆，从钻杆底部射出，底部的钻头（钻锥）在回转时将土层搅松成钻渣，被泥浆浮悬，随着泥浆上升而溢出流到井外泥浆溜槽，经过沉淀池沉淀净化，泥浆再循环使用。井孔壁依靠水头和泥浆保护

（2）反循环回转钻孔原理

泥浆由钻杆外流（注）入井孔，用真空泵或其他方法（如空气吸泥机等）将钻渣从钻杆中吸出由于钻杆内径较井孔直径小得多，故钻杆内泥水上升速度较正循环快很多，就是清水也可把钻渣带上钻杆顶端，流到泥浆沉淀池，净化后泥浆可循环使用．反循环与正循环相比，具有钻孔进度决 4 - 5 倍、需用泥浆料少、转盘所消耗动力较少、清孔时间较决等优点。

（3）选择钻孔设备的一般思路是选择钻孔方法～选择钻孔设备，选择钻孔设备应考虑的依据为孔径、孔深、土质状况和设备能力。钻孔设备中钻锥、钻杆和泥浆泵是重点考虑的部件，旋转盘的扭矩也是要考虑的主要性能。钻锥选择是根据土质和孔径而定；泥浆泵选择应经过流量和泵压计算来选择；选择钻杆时要进行应力验算，以免钻进中钻杆被扭断而停工。在选择钻杆时，首先根据泵压确定钻杆的最小内径和管壁厚度，然后根据钻杆传递动力时的受力不利截面进行应力验算。钻杆受力有拉、压、弯、扭四种。

（三）泥浆制作

钻孔泥浆一般由水、粘土（膨润土）和添加剂组成。具有悬浮钻渣、冷却钻头、润滑钻具、增大静水压力，并在孔壁内形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔

的作用。调制的钻孔泥浆以及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆的稠度。泥浆稠度应视地层变化或操作要求激动掌握。泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太浓，会削弱钻头的冲击效果、降低进尺速度。在灌注前清孔时，泥浆稠度应尽量降低，防止过多泥浆附着在骨架上，使钢筋无法有效的与混凝土结合。

泥浆性能指标有：泥浆比重、含砂率、粘度、pH值和胶体率等

项目性能指标检验方法

比重 1.1～1.3 泥浆密度计

粘度10～25s 50000/70000（漏斗法）

含砂率<6% 含砂量仪

胶体率>95% 量杯法

pH值7～9 pH试纸

此外，施工作业区的泥浆沉淀池池为重大危险源。所有泥浆池四周要设置防护栏杆，外挂安全网，并统一张贴好警示标志。安全员要不定期的进行检查，发现问题及时整改。对于现场施工人员，应做好安全教育，防止陷入泥浆池造成意外伤害。桩基施工完毕后，应将泥浆池中的泥浆清理完毕，然后回填土方，回填土方要控制好含水量，并且密实，防止出现弹簧土。

（四）

钻孔施工

1.护筒埋设

护筒埋设工作是钻孔灌注桩施工的开始，护筒平面位置与垂直度准确与否，护筒周围和护筒底脚是否紧密、不透水，对成孔、成桩的质量都有重大影响。埋设时，护筒中心轴线应对正测量标定的桩位中心，其水平偏差＜ 50mm ，垂直偏差＜ 1 %。钻孔灌注桩的护筒内径的大小，与钻机在钻孔时在孔内摆动程度有关．护筒内径要比桩径大 200 - 400mm 。

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钻孔作业采用倒班连续作业。按钻进工艺、机械技术要求及钻孔操作要点进行，钻进过程中，要随时根据钻进地质情况，及时改变钻孔方法。及时排除钻渣，并添加粘土造浆。

（1）在钻孔过程中，护筒内的泥浆顶面应始终高出筒外水位至1-2m，形成一定的液位差，以保护孔壁免于坍塌。

（2）泥浆池的位置待开工后根据现场情况确定。泥浆性能指标应符合规范要求，钻孔泥浆应经常检测，对不符合规定的泥浆，必须及时调整。

（3）临桩钻孔时，在距该桩的中心距离5m以内的其他任何桩的混凝土浇注24小时以后，才能开始。

（4）钻具联结牢固、铅直，初期钻进速度不宜太快，钻进速度与泥浆排放量相适应。

（5）正常钻进时参考地质资料掌握土层变化情况，及时捞取钻渣取样，判断土层，记入钻孔记录表，并与地质资料进行核对。如果发现渣样与资料不符，应马上停止钻孔，通知勘察和设计单位，找出原因所在。

（6）为保护环境，钻孔泥浆经沉淀处理合格后应将钻渣及时运往指定地点。

（7）钻孔应连续操作，不得中途停止。

3.成孔

当钻孔深度达到设计要求后，用检孔器测孔径，孔深、垂直度等，孔径、孔深必须符合图纸设计要求，未经检查不得安装钢筋笼，浇筑混凝土。

（1）清孔目的：降低孔内泥浆比重，便于灌注水下混凝土。

（2）清孔的步骤：先将钢筋骨架吊放入孔内，再将安有进气管的导管吊入孔中，然后开动空气压缩机，使压缩空气通过胶管，进入导管内，使孔底沉渣随孔内泥浆一起沿导管喷出。要经常提动导管，改变导管的位置，清除孔肩周围的沉渣。

（3）注意事项：为了防止清孔时垮孔，一定保持孔内水头高度，清孔时间要尽量短。

（五）钢筋骨架

1骨架存放与运输

制好后的钢筋骨架必须放在平整、干燥的场地上。存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的木方，以免粘上泥土。每组骨架的各节段要排好次序．便于使用时按顺序装车运出。在骨架每个节段上都要挂上标志牌，写明墩号、桩号、节号等。没有挂标志牌的钢筋骨架，不得混杂存放，避免搞错，造成质量事故。存放骨架还要注意防雨、防潮，不宜过多。

骨架运输总的要求是：无论采用什么方法运输，都不得使骨架变形。在运输中标志牌不得刮掉，便于校对检验。

2骨架的起吊和就位

为了保证骨架起吊时不变形，宜用两点吊。第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分点之间。起吊时，先提第一吊点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊。待骨架离开地面后，第一吊点停止起吊，继续提升第二吊点。随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。解除第一吊点，检查骨架是否顺直。如有弯曲应整直。当骨架进人孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。为保证保护层厚度，应在钢筋龙骨的外侧加放垫块。焊接骨架时，应使上下两节骨架位于同一竖直线上，焊接时应先焊顺桥方向的接头。

骨架最上端定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，并反复核对无误后再焊接定位。骨架就位焊接完毕后，还要核对每节骨架入孔解下的标志牌，防止漏掉或接错骨架事故的发生。最后应详细检测钠筋骨架的底面标高是否与设计相符，偏差不得大于± 50mm。

（四）二次清孔

骨架安装完毕后，进行水下混凝土灌注前，应进行二次清孔。二次清孔后泥浆比重一般要小于1.1。

清孔后沉渣厚度要求：

1> 摩擦桩：符合设计要求。设计未规定时，对于直径≤1.5m的桩，≤200；对桩径＞1.5m或桩长＞40m 或土质较差的桩，≤300

2> 支撑桩：大于设计规定；设计为规定时≤50

（五）水下混凝土的灌注

导管是灌注水下混凝土的重要工具，用钢板卷制焊成或采用无缝钢管制成其直径按桩长、桩径和每小时需要通过的混凝土数量决定。导管制作应力求坚固。内壁应光滑、顺直、光洁和无局部凹凸。各节导管内径应大小一致，偏差不大于±20mm

导管在使用前和使用一个时期后，除应对其规格、质量和拼接构造进行认真地检查外，还需做拼接、过球和水密、承压、接头、抗拉等试验。水密试验时的水压应不小于井孔内水深 1.3 倍的压力；进行承压

试验时的水压不应小于导管壁可能承受的最大内压力

1. 灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序，应特别注意。钻孔应经成孔质量检验合格后，方可开始灌注工作

2. 灌注前，对孔底沉淀层厚度应再进行一次测定。如厚度超过规定，可用喷射法向孔底喷射3-5min ，使沉渣悬浮然后立即灌注首批水下混凝土。

3.水下混凝土用的水泥、集料、水、外加剂以及混凝土的配合比，拌合、运输等必须符合设计及规范规定。

4.灌注前做好准备工作，混凝土导管数量应满足要求，还有1～2米长的短管，并做好闭水试验。

5.首次灌注前，计算第一次灌注量。根据需用量，将隔水栓以上的导管、漏斗内灌满，并准备足够的混凝土，以防在清孔过程中出现的孔底扩径而要增加的灌入量，并且首盘混凝土的浇筑速度尽量要快，确保泥浆不进入导管造成导管堵塞和桩身夹泥。

6.导管底端埋入管外混凝土面以下一般控制在3～4m，并不得小于2m，严禁把导管底端提出混凝土面。

7.水下混凝土用砼搅拌车直接灌注且必须连续浇注，浇注间隙不能超过30分钟，灌注速度5～10m/h，随时测量并记录导管埋置深度和混凝土的表面高度。

8.灌注混凝土时，必须采用适当措施将钢筋笼压住，克服混凝土对钢筋的上浮力，可采用在横

担上加重等方法。

9.在灌注即将结束时，遵循“宁高勿低”的原则，应严格控制顶面混凝土的标高，一般高于设计标高1m左右，防止混凝土顶面标高过低造成的夹泥影响桩头的质量。

10.在灌注混凝土时，每根桩应至少留取两组标准养护试件，桩长 20m 以上者不少于 3 组；桩径大、浇筑时间很长时，不少于 4 组。如换工作班时，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

11. 有关混凝土灌注情况，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。

（八）桩头处理

桩身混凝土达到养护期后，采用风镐和人工辅助凿除的方法，凿除多余的一段桩头，其凿除高度不小于50cm，并保证凿面处的混凝土具有良好的质量。但凿除后的桩头标高应高于设计标高100 mm ，以待随后修凿、接浇墩柱、系梁或承台。

（九）检测技术

1.静载检测法

静载试验是利用接近于桩的实际受力状况，分级在桩顶施加荷载，通过观测桩顶的位移沉降，根据一定的判别标准获得单桩的承载力的方法。是目前检测单桩的承载力最可靠的方法，当采用其他间接方法获得检测结果有争议时用它来进行仲裁。最大的优点在于方法准确可靠，但是做起来费时费钱，检测数量少，代表性差，而且大吨位基桩由于加载设备限制很难进行。

2.低应变法

低应变法又叫应力波法，是以手锤或力棒敲击桩顶，给桩一定的能量，产生一纵向应力波，该应力波沿桩身向下传播，由传感器(速度型或加速度型)拾取桩身缺陷及不同界面的反射信号，通过检测和分析应力波在桩身中的传播历程。便可分析出桩基的完整性，并根据桩身突然变化界面时(如：桩底沉渣过厚、桩身夹泥、断裂、扩径或缩径等)所产生的反射和透射波，来确定桩身缺陷性质，估算桩长或缺陷位置，且根据应力波在

桩身中的传播速度来推断混凝土的强度。

3.高应变法

高应变法是用重锤冲击桩顶，通过分析在桩侧对称安装的两对传感器记录的力和加速度曲线，以获得桩土性状的一种检测方法。高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求和桩身完整性的。

与低应变法检测的快捷、廉价相比，高应变法检测桩身完整性虽然是附带性的，但由于其激励能量和检测有效深度大的优点，特别在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够在查明这些“缺陷”是否影响竖向抗压承载力的基础上，能合理判定缺陷程度。如果带有普查性的完整性检测，采用低应变法更为恰当。高应变检测技术是从打入式预制桩发展起来的，试打桩和打桩监控属于其特有的功能，是静载试验无法做到的。但目前受检测人员水平和桩与土之间相互作用模

型等问题的影响，该方法仍有较大的局限性，尚不能完全代替静载荷试验而作为确定单桩竖向抗压极限承载力的设计依据。

5.声波透射法

在桩身中预埋声测管，并在两声测管之间发射和接收超声波，通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的变化，对桩身完整性进行检测的方法。在桩内预埋纵向声测管道，将超声脉冲发射和接收探头置于声测管中，管中充满清水作耦合剂，由仪器发出周期性电脉冲通过发射探头发射并穿透混凝土，被接收探头接收并转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过桩体所需时间、接收波幅值、接收脉冲主频率、接收波形及频谱等参数。最后由数据处理系统按判断软件对接收信号的各种参数进行综合判断和分析，即可对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置作出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。

声波透射法的优点是准确可靠，尤其在有缺陷的位置附近可以进行加密测量，从而对缺陷位置有更为准确的判断。但是不易做到随机抽检。

6.钻孔取芯法

钻孔取芯法是用地质钻机沿着桩顶一直钻到桩底，并进入持力层一定深度，取芯样进行状态和强度检验以获得桩身完整性及持力层岩土性状的一种检测方法。该方法主要目的是检测桩身完整性、混凝土强度、持力层岩土性状。能对桩身质量进行直观地定性分析，能检测桩身混凝土强度、离析和胶结、混凝土级配搅拌情况(水泥水化等)、桩底沉渣(桩身夹渣)或桩底欠挖情况、基岩的岩性及承载力情况，还可利用抽芯桩孔对断桩、夹泥病桩进行灌浆补强处理，是检测方法中应用最为普遍的一种方法。但是缺点是费用较高，

容易“一孔之见”，桩径小而桩长较长时容易偏出桩身之外，不能轻易给受检桩下结论。