桩基钻孔施工方案

一、 工程简介

本桥位于陕西省紫阳县高滩镇金平村、大坝村境内,左半幅桥起点桩号为K287+499.960,终点桩号为K2+975.693,桥长2496.08米；右半幅起点桩号为K287+509.960，终点桩号K2+955.693,桥长2466.08米。上跨紫渔公路,交叉桩号为K2+917.994,路线基本沿任河左侧行进,于K2+850附近跨河进入任河右侧坡岸。附属工程主要为前期河道改移工程，以为桥梁下部施工创造条件。

大坝一号高架桥，上部结构形式左幅为2×20米+66×30米+8×40米+5×30米、右幅为67×30米+9×40米+3×30米预应力混凝土分体预制箱梁,采用先简支后结构连续。下部结构采用桩柱式桥墩，有独柱独桩、独柱双桩、双柱双桩几种形式，配合钻孔、挖孔灌注桩基础，桥台为U型桥台扩大基础。

本桥桩基共计249根，根据初步现场勘查，计划其中的160根桩基采用冲击钻成孔，其余的采用人工挖孔方式成孔。

采用冲击钻成孔的桩基主要工程数量如下：

根据总体进度计划和年度进度计划安排，为保证基桩施工质量和施工进度，我部拟在本工程投入15台冲击钻，平均分布于沿线各个桩位处,每个钻机旁设一个泥浆池,用于钻孔泥浆循环,同时每两个钻机间设一个泥浆沉淀池,用于灌注时废浆排放沉淀。桩基按嵌岩桩设计,按设计要求桩底嵌入弱风化基岩不小于4或5米,有效深度不小于3.5米(施工中应根据实际地质情况调整桩尖标高,确保桩尖嵌入基岩的深度),桩长最短不小于12米。

根据钻机性能及孔深孔径,一台钻机平均每个月可以成孔3根,因此15台钻机用于160根桩施工需要时间为4个月，考虑到6～9月份汛期的影响，计划于2008年11底完成大坝1号高架桥钻孔桩的施工。

三、桩基施工工艺

1、钻孔施工

基桩钻孔施工主要工序一般为：准备工作、埋设护筒、制备泥浆、钻孔、清孔、灌注等。为了防止冲击震动使相邻孔孔壁坍塌或影响相邻孔已灌注混凝土的凝固,以免影响相邻桩混凝土质量,应待相邻孔混凝土灌注完毕,并达到2.5Mpa抗压强度后,才能开钻。

(1) 准备工作

在需钻孔的桩位附近先进行清除杂物、场地平整、铲除软土、整平夯实。需要进行河道改移的，改移过程中注意根据桩基施工工期内任河水位情况控制改移后施工场地的高程。然后在其上测量放样，定出桩位。护桩在护筒埋设后再放样,护桩严禁放样在护筒上,而应放在护筒外侧，钉入木桩浇注混凝土并固定，在木桩上钉入铁钉作为护桩中心。正式钻进前,重新复测。

(2) 埋设钢护筒

护筒采用δ=5mm钢板卷制而成，护筒内径比桩径大20～40cm，护筒底角及各管节均设置加强箍，护筒入土深度根据各墩地层情况决定初步拟为2～4m，护筒顶面高出地面30cm以上,当钻孔内有承压水时,应高出稳定后的承压水位2.0m以上。护筒埋设采用挖坑埋设,一般埋置深度为2m，护筒中心应与桩中心重合，一般平面允许误差为50mm,护筒底部和四周所填粘土必须分层夯实。

(3) 泥浆循环系统的设置

钻孔工艺的成败关键是泥浆工艺，恰当的泥浆性能对成孔至关重要，施工中要求经常测定泥浆物性并及时调整泥浆物性到要求标准。泥浆拟采用优质粘土或膨润土造浆，经试验室试验后投入使用。泥浆性能指标必须满足施工技术规范要求。

为保护环境不受污染，陆地泥浆池尽量集中设置。泥浆的排放必须按业主要求进行，泥浆沉渣必须运到业主指定的位置，保证施工现场环境。

钻孔泥浆水位应始终高出孔外水位或地下水位1.0～1.5m。根据相关规定泥浆性能指标为:相对密度1.2～1.4；粘度22～30pa.s；含砂率≤4%；胶体率≥95%；失水率≤20%(ml/30min)；泥皮厚≤3(mm/30min)。

(4) 钻孔    

钻机安装就位，应确保机座平稳，在钻进和运行中不应产生位移及沉陷，否则应找出原因，及时处理，冲击钻钢丝绳中心和桩孔中心应重合，其偏差不得大于2cm。钻孔前，应绘制钻孔地质剖面图，以便按不同土层选用适当的钻进速度和泥浆。开始钻进时应适当控制进尺，钻头低密度成孔，防止孔位偏斜、坍塌，进入正常钻进状态后，可逐渐提高进尺速度。当钻进深度达到设计要求时，应对孔深、孔径、孔位和孔形进行检查，满足设计要求后，经监理工程师签认后方可进行清理和灌注水下砼的准备工作

(5) 钻孔施工要求

1）钻孔作业应分班连续进行，不得中断。若遇有问题，应立即处理。

2）应经常对钻孔泥浆进行试验，检查泥浆的主要指数，不合要求时，随时改正。

3）钻进过程中随时注意地层变化，在地层变化处应捞取渣样，判断地质类别，记入记录表中，并与地质报告相对照，钻渣样应编号保存，以便分析。

4）必须及时填写钻孔施工记录，交时应交待钻进情况及下一班应注意事项。

5）因故停止钻进，孔口应加护盖。严禁钻头留在孔内，以防埋钻。

(6) 钻孔垂直度和孔底沉淀的控制

1）钻孔垂直度控制

本合同段基桩为支承桩，对钻孔垂直度要严格控制，具体采取以下措施：

① 钻机位置平稳；

② 钻进过程中，钻杆始终保持竖直状态，并控制进尺速度。

2）孔底沉渣控制

为降低孔底沉淀，拟采取以下措施：

① 采用双泥浆泵并联供应泥浆，增大泵量，提高泥浆循环速度，增强泥浆携带钻渣的能力

② 用优质膨润土和化学外加剂如纯碱提高泥浆粘度，以减慢钻渣沉淀速度。

③ 及时排除废弃泥浆，勤捞沉淀池中的沉渣，补充优质泥浆。

3) 清孔

清孔采用换浆法，分两次进行。当孔底达到设计标高后，进行第一次清孔，至其泥浆指标满足施工规范要求。然后提钻并下检孔器，检查合格后，即可吊放钢筋笼和下混凝土灌注导管，然后由导管与泥浆泵通过泥浆管联结进行二次清孔，直至孔底检测沉渣厚度满足规范和设计要求。清孔时,孔内水位应保持在地下水位或河流水位以上1.5～2m。

清孔时注意事项：

① 在清孔时必须注意保持孔内水头、防止坍孔，清孔后，检查孔口、孔中、孔底提取的泥浆比重的平均值，应符合质量标准要求。

② 不得采用增加孔深来代替沉淀。沉淀层厚度必须满足施工规范及设计要求。

③ 为满足要求的沉淀厚度，清孔时必须严把清孔质量关，首先采用配制的膨润土化学泥浆，使各项泥浆性能指标达到要求，其次在进行循环施工过程中排渣必须彻底。

清孔后孔底沉淀物厚度按图纸要求不应大于5cm为宜。钻孔灌注桩检查项目及允许偏差如下表(数据源自招标文件技术规范):

对孔径、孔形和倾斜度的检查,可采用如下方法进行检查:采用外径D等于钻孔桩钢筋笼直径加100mm(但不得大于钻头直径),长度不小于4～6D的钢筋检孔器吊入钻孔内检测。

(8) 钢筋笼制作与安装

1) 钢筋笼制作

a、钢筋贮存

钢筋使用前,必须按规范要求的抽检频率抽检合格后才能使用,钢筋贮存于地面以上0.5m的垫木上,并注意保护不受机械损伤及锈蚀。钢筋应无有害的缺陷,例如裂纹及剥离层,只要用钢丝刷刷过的试样的最小尺寸、截面拉伸性能符合规定的钢筋尺寸及钢筋级别的力学性能要求,则可使用。

b、钢筋冷拉与加工

盘筋和弯曲的钢筋,采用冷拉方法调直钢筋时,R235钢筋的冷拉率不宜大于2%；HRB335、HRB400牌号钢筋的冷拉率不宜大于1%。钢筋应按图纸要求的形状进行弯曲,除监理工程师另有许可者外,所有钢筋均应冷弯,不得就地弯曲。钢筋加工检查项目及允许偏差如下表:

钢筋焊接采用闪光对焊或电弧焊,所有焊工应在开始工作之前经考核和试焊,合格后持证上岗。当环境湿度温度低于5度时,钢筋在焊接前应预热。在构件任一有钢筋焊接接头的区段内,闪光对焊接头的钢筋面积,在受拉区不应超过钢筋总面积的50%,上述区段长度不小于35d(d为钢筋直径)且不小于500mm,同一根钢筋在上述区段内不得有两个接头。

电弧焊接接头与钢筋弯曲处的距离不小于10倍钢筋直径,其焊缝规格如下:

d、钢筋加工在钢筋棚内进行,钢筋笼制作在钢筋加工场进行，利用汽车转运到现场。制作钢筋骨架时，应符合下列要求：

① 按设计图纸要求制作钢筋笼。

② 在骨架上端，根据骨架长度、直径大小，均匀设置吊环或固定杆。为了防止钢筋笼在运输的过程中发生变形,在钢筋笼内侧设临时支撑系统,采用钢筋棍顶撑,在钢筋笼下孔过程中一边下孔一边去掉临时支撑。

③ 桩基声测检查管根据图纸要求埋设,注意关节相连部位焊接质量,同时进行水密性实验,保证砼浇注过程中不进浆。

2) 钢筋笼的安装

在钢筋笼的安放过程中，骨架的起吊、下放要垂直；每节接长要顺直，接头焊接牢固可靠，同一断面接头数量不超过总根数的二分之一。同时严防钢筋骨架下放过程中与孔壁擦撞，以免破坏孔壁。钢筋笼在吊装时应采取两点吊装办法，在空中竖起来，钢筋笼焊接好后应严格检查焊接质量，边下沉边割掉内十字撑。钢筋笼下达设计标高后，其上口与钢护筒点焊，防止混凝土灌注过程中钢筋骨架上升。对于短桩,可只用一节钢筋笼,省去分节焊接步骤。

根据相关规范要求钢筋骨架制作和安装的允许偏差:

主筋间距±10mm；螺旋筋间距±10mm；骨架外径±10mm；骨架倾斜度±0.5%；骨架保护层厚度±20mm；骨架中心平面位置20mm；骨架顶端高程±20mm；钢筋骨架底面高程±50mm。

(9) 钻孔桩砼的浇筑

1) 水下砼灌注

① 准备工作

a、提前向砼拌和站下发书面通知，提出数量、标号、质量要求、供应时间，做好砼准备工作。

b、砼浇注之前，必须做好备用发电机备用供电系统。

c、要求砼拌和站按二倍浇注桩身砼体积备齐砂、石、水泥、外加剂等材料。 

② 砼的运输

混凝土采用砼运输车运送,冬季运送时应做好保温措施,可在运输车罐外覆盖保温布。

② 砼浇注

a、砼浇注导管采用Φ200～Φ350型快速接口管，用装有垫圈的法兰盘连接管节，在浇注前进行水密、承压和接头抗拉实验。进行水密试验的水压不应小于孔内水深的1.3倍的压力,也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力p的1.3倍,p按下式计算:

p=rchc-rwHw

式中:p-导管可能受到的最大内压力(kPa)；

     rc-混凝土拌和物的重度(取24KN/m3)；

hc-导管内混凝土柱最大高度(m),以导管全长或预计的最大高度计；

rw-井孔内水或泥浆的重度(KN/m3)；

Hw-井孔内水或泥浆的深度(m)；

b、钻孔桩砼浇注工序要求衔接紧凑、有条不紊，清孔完成后，应立即下放钢筋笼，接着下放导管。

c、在浇注砼前再次检查孔度沉渣厚度，如不满足，则立即利用导管进行二次清孔。

d、下导管口离孔低0.25～0.4m，第一批灌注砼数量应能满足导管初次埋置深度（≥1.0m）。在整个灌注时间内,出料口应伸入先前灌注的混凝土内至少2m,以防止泥浆及水冲入管内。首批灌注混凝土所需数量按下式计算:

V=πD2(H1+H2)/4+πd2h1/4

式中:D-桩孔直径(m)；H1-桩底离导管底端间距,一般为0.4m；H2-导管初次埋置深度(m)；d-导管内径(取0.3m)；h1-桩孔内混凝土达到埋置深度H2时,导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度。

e、灌注开始后，应连续、快速地进行，做到一气呵成，在灌注过程中，要特别注意保持孔内的静压水头，不少于2.0m，同时要及时测量砼面的高度及上升速度。浇注过程砼顶面接近钢筋笼下口时应适当放慢灌注速度。

f、根据导管长度，推算和控制埋管深度。导管最大埋深不大于6m，最小埋深不小于2m。在灌注过程中，应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测探不准确；应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除。

目前测深多用重锤法，重锤的形状是锥形，底面直径不小于10cm，重量不小于5kg。用绳系锤吊入孔内，使之通过泥浆沉淀层而停留在砼表面（或表面下10－20厘米）根据测绳所示锤的沉入深度作为砼灌注深度。本方法完全凭探测者手中所提测锤在接触顶面以前与接触顶面以后不同重量的感觉而判别。测锤不能太轻，而测绳又不能太重，否则，探测者手感会不明显，在测深桩，测锤快接近桩顶面时，由于沉淀增加和泥浆变稠的原因，就容易发生误测。探测时必须要仔细，并以灌注砼的数量校对以防误测。吊绳用久了其刻度和真实长度存在一定误差，因此在灌注10根桩后要校验吊绳。

g、桩顶标高的确定：灌注桩顶要比设计桩顶标高多浇注0.5～1.0m，以确保桩顶质量,在接桩前必须凿除,桩头应无松散层。

③ 资料

钻孔桩全过程资料均要有现场记录，每班记录下班后立即整理汇总，在成桩后归案送签。做到分项工程完工，资料也完工完整。

2) 砼浇筑注意事项

① 选择和易性好的配合比，加缓凝剂，严格控制坍落度，应注重砼浇筑的连续性。

② 应做好设备的备用，一有问题马上采取措施及时替换。

③ 加强领导现场值班和人员的管理工作，做到职责分明，确保每个参与工人的工作质量从而保证基桩砼的施工质量。

④ 导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，再移到钻孔中心。

⑤ 拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。要注意安全。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。循环使用导管4～8次后应重新进行水密性试验。

⑥ 在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。

⑦ 当混凝土面升到钢筋骨架下端时，为防钢筋骨架被混凝土顶托上升，可采取以下措施：①尽量缩短混凝土总的灌注时间，防止顶层混凝土进入钢筋骨架时混凝土的流动性过小。②当混凝土面接近和初进入钢筋骨架时，应使导管底口处于钢筋笼底口3m以下和1m以上处，并慢慢灌注混凝土，以减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力；③当孔内混凝土进入钢筋骨架4m～5m以后，适当提升导管，减小导管埋置长度，以增加骨架在导管口以下的埋置深度，从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。

⑧ 在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,超压力降低,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大.如在这种情况下出现混凝土顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。

⑨ 灌注桩每构件抽查3组混凝土试件；坍落度每工班抽查不少于4次。

(10) 桩基施工过程中常见质量事故的预防及处理

1）斜孔：

① 原因：

a、地质原因：在倾斜岩层中，相邻两种岩层的硬度相差较大，当地层倾角小于60度时，导致钻头倾斜垂直于硬岩层面方向钻进（即顶层进），而当岩层倾角大于75度时，钻头易趋向于硬岩层面（顺层溜）。

b、设备因素：如钻进过程中钻机发生平面位移或不均匀沉降等。

c、操作不当，如钻进速度过快，没有采取控制钻速或提钻检查等。

② 预防措施：

a、必须使钻进设备安装符合质量要求；

b、根据准备的地质柱状图选择钻进工艺；通过随时检查调整钻机中心位置。

c、控制钻进速度，定时提钻检查。

③ 回填重新钻进：

如出现上述问题后，向孔内软弱方回填硬石块，强度应与周围岩层强度相近，然后重新钻进成孔。

2) 掉钻及孔内遗落铁件：

   ① 产生原因：

a、锤头脱落。

b、钢丝绳断裂。

c、 出于施工人员操作不当将施工工具遗落孔内。

   ② 预防措施：

 a、开钻之前检查钻头，并根据钻进情况定时提钻检查。

 b、根据钻进情况定时提钻检查，查看钢丝绳状况。  

   c、维护同时，作好孔口的防护工作，避免向孔内掉入铁件。

③ 处理措施：

 a、首先准确判断掉钻部位，计算详细尺寸，并据此制定正确的打捞方案，一般采用偏心钩或打捞卡锥或用钢丝绳套锁（孔较浅时）的方法进行打捞。

 b、在打捞过程中，杜绝强拨强扭，以避免扩大事故。

 c、钻具打捞上来后，要妥善固定在孔口安全部位，方能松脱打捞工具。

d、对于孔内遗落的铁件，采用LMC~120电磁打捞器进行打捞（其水中吸重达5t）。

2、特殊情况分析处理

2.1桩基夹层

2.1.1 原因：

桩体混凝土不连续由于灌注过程中，发生的孔壁局部坍塌的杂物等侵入混凝土、混凝土和易性差等因素在桩体形成夹层导致钻孔桩混凝土不连续。对于此类问题，应积极与设计单位协调采取合理措施处理。

2.1.2 处理措施：

a、对于钻孔桩底部混凝土夹碴的情况，采取桩底部压浆或者高压注浆方法处理。

b、桩体的少量夹层或不连续，用小型冲击钻钻一系列小直径的孔进行置换清理泥浆和杂物（钻孔直径60～75mm，桩中心一个孔，其余3～4个孔分布在以桩中心为圆心，直径为450mm左右的圆周上）。清理后，进行高压注浆处理。

c、对于夹层较严重的，在钻孔桩中心处钻一个直径75mm孔探明缺陷范围。而后，以钻孔桩中心为圆心，采用冲击钻钻直径80～100cm的孔，而后人工入孔清理，清理结束后，灌注高强混凝土。

2.2 断桩    

2.2.1 原因：

a、混凝土坍落度太小，骨料粒径太大，未及时提升导管或导管倾斜，使导管堵塞，形成桩身混凝土中断；

b、混凝土供应跟不上，使混凝土浇注中断时间过长。

c、提升导管时碰撞钢筋笼，使孔壁土体混入混凝土中。

d、导管没扶正，接头法兰挂住钢筋笼。

e、异常恶劣天气原因导致混凝土灌注被迫中断。

2.2.2 预防及处理措施：

a、严格控制混凝土的质量，其塌落度及粗骨料粒径符合设计和规范要求；

b、拔管时掌握导管埋深，避免导管脱离混凝土面；

c、当导管堵塞，混凝土尚未初凝时，可吊起一节钢轨或其它重物在导管内冲击，把堵塞的混凝土冲开，使混凝土继续浇注；

d、如果导管接头法兰挂住钢筋笼，钢筋笼埋入混凝土又不深，则可提起钢筋笼，转动导管，使导管与钢筋笼脱离；

e、施工期间密切注意天气变化情况，尽量避开异常恶劣天气影响。

2.3 钢筋笼上浮

2.3.1 原因：

砼由漏斗顺导管向下灌注时，砼产生一种顶托力，使钢筋笼上浮。 

2.3.2 防治措施： 

a、钢筋骨架上端在孔口处与护筒相接固定。

b、灌注中,当砼表面接近钢筋笼底时,应放慢砼灌注速度,并应使导管保持较大埋深,使导管底口与钢筋笼底端间保持较大距离,以便减小对钢筋笼的冲击。

c、砼液面进入钢筋笼一定深度后，应适当提导管，使钢筋笼在导管下口有一定埋深。但注意导管埋入砼表面应不小于2 m，不大于6m。如果钢筋笼因为导管埋深过大而上浮时，现场操作人员应及时补救，补救的办法是马上起拔拆除部分导管；导管拆除一部分后， 可适当上下活动导管；这时可以看到，每上提一次导管，钢筋笼在导管的抽吸作用下，会自然回落一点；坚持多上下活动几次导管，直到上浮的钢筋笼全部回落为止。

针对上述可能出现的工程质量情况，我部将做到防患于未然，严格按照钻孔施工工艺及其要求进行施工。

3、桩基检测    

桩基成桩检测,无破损检测100%,取芯3%。