大孔径钻孔桩施工方案

一、工程概况

钱江铁路新桥南引桥183、184、221、222号墩均为钻孔桩基础，设计直径为2.5米，设计桩长73～75.5米之间，桩型均为摩擦桩，（60+100+60）m连续梁的主墩。为保证大直径钻孔桩的施工质量，特编制此方案。

二、主要地质情况

根据勘察揭示，场区的岩土层按其成因分类主要有：

各岩土层地层岩性分述如下：

（1）1  Q4ml人工填土，杂色。

（2）1  Q4al+m粉土，褐灰间浅黄色，中密，潮湿～饱和。

（2）2  Q4al+m粉砂，灰色，稍密～中密，饱和。

（2）3  Q4al+m粉土，褐灰色，稍密～中密，饱和。

（2）4  Q4al+m淤泥质粉质黏土，褐灰色，流塑。

  （2）5  Q4al+m粉砂，灰色，稍密～中密，饱和，局部为中细砂。

（3）1  Q3al+m粉质黏土，灰绿间褐黄色，硬塑，含铁锰结核，夹有高岭土。

（3）2  Q3al+m粉质黏土，灰色，软塑，含有机质。

（3）2-1Q3al+粉砂，褐黄间灰色，中密，饱和。

（3）2-2 Q3al+m粉质黏土，灰色，软塑，含有机质。

（3）2-3 Q3al+m粉质黏土，灰黄色，硬塑，含铁锰质斑点。

（3）3 Q3al+粉砂，褐黄间灰色，稍密～中密，饱和，局部为细砂。

（3）3-1Q3al+m粉质黏土，褐灰色，软塑。

（4）1  Q3al粉质黏土，灰色，软塑。

（4）1-1Q3al粉砂：灰褐色，中密，饱和。

（4）2  Q3al细圆砾土，杂色，中密～密实，饱和。

（4）2-1Q3al粉砂、细砂，灰色，稍密～中密，饱和。

（4）2-2Q3al粉质黏土，灰褐色，硬塑。

（4）2-3Q3al中砂，灰黄色，中密，饱和。

（4）2-4Q3al砾砂，灰黄色，中密，饱和。

（5）1  D1-2tn钙质含砾砂岩，棕红色，全风化，岩芯呈砂土状。

（5）2  D1-2tn钙质含砾砂岩，棕红色，强风化，岩芯呈碎块、块状，节理发育，岩体破碎。

三、成孔方法和钻机类型的选择

 地质资料显示情况，桥址范围内多为粉质黏土、粉砂、细圆砾土、中砂、砾砂，少数桩基地质含有全风化和强风化岩，承载力在100～500kpa,根据以上情况确定适应本工程的最理想方法是采用大型旋挖钻机成孔。旋挖钻机的型号为SR-360型钻机，此钻机最大成孔为直径2.5米，最大深度为92米，可满足现场施工要求。

四、作业前准备

 、场地准备

(1)钻孔场地在旱地时，应清除杂物、换除软土、平整压实，场地位于陡坡时，也可用枕木、型钢等搭设工作平台。

(2)在浅水中，宜用筑岛围堰法施工，筑岛面积应按钻孔方法、设备大小等决定。

2、护筒的设置

(1)钻孔前应设置坚固、不漏水的孔口护筒。护筒用20mm的钢板制作，长度为6米。护筒内径大于钻头直径约20cm。护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m，还应满足孔内泥浆面的高度要求，在旱地或筑岛时还应高出施工地面至少0.5m。使护筒内存储泥浆高出地面或施工水位至少0.5m，保护桩孔顶部土层不致因钻头（钻杆）反复上下升降、机身振动而导致塌孔。

(2)护筒的埋置方法

根据现场情况，护筒的安放就位采用旋挖钻机先行钻孔并扩孔，随后下放安设护筒，通过护筒自重、旋挖钻机的加压装置配合采用加压下沉的方法。为保证护筒的垂直度，在护筒顶部加盖一厚度为25mm的钢板，在钢板的中心加压使护筒均匀下沉。护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1%，

3、泥浆制备及循环净化

(1)泥浆选择

根据本地区的地质情况，土、碎（卵）石土或黏土夹层中钻孔，采用膨润土泥浆或加入适量纯碱护壁。泥浆性能指标按钻孔方法和地质情况确定并应符合下列规定：

 泥浆比重：入孔泥浆比重为1.15～1.2g/cm3

 黏 度：一般地层16～22s，松散易坍地层19～28s。

 含 砂 率：新制泥浆不大于4%。

 胶 体 率：不小于95%。

    pH    值：应大于6.5。

 为提高泥浆粘度和胶体率，可在泥浆中掺入适量的碳酸钠等，掺量应经实验决定。保证泥浆自始至终达到性能稳定、沉淀极少、护壁效果好和成孔质量高的要求。造浆后应实验全部性能指标，钻孔过程中应随时检验泥浆比重和含砂率，并填写泥浆实验记录表。

五、钻孔施工

 、钻机安装及钻孔

    由于旋挖钻机机身重，动力大，钻机配有履带以适应不同地层，但为保证施工过程中钻机的稳定性及水平度，在钻机就位前对松软地层必须做好地基加固处理，采用铺设钢板或抛填片石挤淤的加固方法，以增强地基承压力，保持机械的水平度。钻头或钻杆中心与护筒中心偏差不得大于5cm。

 开孔的孔位必须准确，应使初成孔壁竖直、圆顺、坚实。

 直径2.5米钻孔桩的成孔分为三次钻孔，第一次采用直径1.5m的钻头进行旋挖成孔达到设计深度后，第二、三次分别采用直径2.0m、2.5m的钻孔进行扩孔成孔。在钻孔过程中密切关注地层的变化，并与设计图纸进行核对。根据不同的地层控制钻机的钻进速度，防止钻进速度过快而导致塌孔。

 钻孔时，孔内水位高于护筒底脚0.5m以上或地下水位以上1.5～2.0m。在旋挖钻钻进中取渣或停钻后，应及时向孔内补水或泥浆，保持孔内水头高度和泥浆比重及黏度。

 钻孔时，起、落钻头速度宜均匀，不得过猛或骤然变速，孔内出土不得堆积在钻孔周围。

 钻孔作业应连续进行，因故停钻时，有钻杆的钻机应将钻头提离孔底5m以上，其他钻机应将钻头提出孔外，孔口应加护盖。钻孔过程中应经常检查并记录土层变化情况，并与地质剖面图核对。钻孔达到设计高度后，应对孔位、孔径、孔深和孔形进行检验，并填写钻孔记录表。

  3、钻孔异常处理

  (1)坍孔

当在钻进中发现钻孔内水位突然下降，孔口冒细密水泡，钻机进尺很慢等现象时，即表明可能发生了坍孔，应立即停钻处理。

  ①找出坍孔原因：泥浆比重不当，水头高度不够，钻头转速过快或空转时间过久，都容易引起坍孔。

  ②预防方法：选用高质量的粘土泥浆，如果是砂层宜用比重大，粘度高的泥浆。在钻进中井内应保持足够的水头高度，埋设护筒要符合规定要求，终孔后应仍保持一定的水头，并及时灌注水下砼。

  ③处理方法：发生孔口坍塌时，应立即拆除护筒，并回填钻孔，重新埋设护筒后再钻进。发生钻孔内坍塌时，可用测锤丈量孔深，若与钻进深度不符说明已经坍塌，根据地质情况分析、判断坍孔位置，然后用砂粘土混合物回填钻孔到超出坍孔位置以上为止，并暂停一段时间使回填土沉积密实，水位稳定后方可继续钻进。经过分析当坍孔不严重时可采用加大泥浆比重、加高水头、埋深护筒等措施后继续钻进。

    (2)钻孔偏斜弯曲时

①偏斜原因：产生偏斜原因主要有地质条件、技术措施和操作方法三个方面的问题。

②预防方法：为防止斜孔应注意以下事项：

a、安装钻机时，钻盘顶面要水平，立轴中心同钻机中心在同一垂直线上。

b、开钻时，主动方钻杆不宜过长，以免钻杆上部摇动过大，影响垂直度。

c、钻进过程中应经常检查吊环中心、立轴和钻机中心。

d、 遇到倾斜的软硬地质特别是由软到硬地段应吊住钻杆控制进尺。

e、 加强技术管理，经常检查钻孔情况，发现偏斜立即纠正。

③处理方法：发现偏斜后，应先查清偏斜位置和偏斜程度，然后进行处理。目前处理钻孔偏斜多采用扫孔法，将钻头提到偏斜位置吊住钻头缓缓旋转扫孔，并上下反复进行，使钻孔逐渐正位；另一种方法是钻孔回填粘土加卵石到偏斜的位置上，待沉积密实后，提住钻头缓缓钻进。

(3)钻孔漏水

①漏水原因

透水性强的砂砾或流砂中，过稀的泥浆向孔壁外漏失很大。埋设护筒时，回填土夯实不够或护筒制作不良，接缝不严密或焊缝有砂眼等造成漏水。

②处理方法

发现漏水时，首先应集中力量加水或泥浆，保持必要的水头，然后根据漏水原因决定处理方法。

六、清孔及钢筋笼加工、安装

    1、检孔

 钻孔至设计高程，经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认孔径合格后，应即进行清孔。孔径检测在桩孔成孔后，下入钢筋笼前进行。采用笼式探孔器检测，其外径等于钢筋笼直径加100毫米，但不大于钻孔的设计孔径，长度等于孔径4～6倍，详见下图。检测时，将检孔器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅表明孔径符合设计要求。

图：探孔器示意图

说明：1、图中尺寸均以“m”计；

2、D为桩径。

 孔深采用标准测绳检测，测绳采用钢尺进行校核。孔底沉渣用两次测锤检测，一次测锤采用圆锥形平底测锤，底部直径13～15cm，锤高20～22cm，质量4～6kg。二次测锤在一次测锤相同位置进行测量，采用圆柱形测锤检测，直径13～15cm，锤高3～5cm，质量4～6kg，两次检测后进行测长对照，检查沉渣厚度是否满足要求。

 孔深竖直度采用测锤法检测，将测锤缓缓吊入孔底，然后缓慢移动测锤感觉测锤碰到孔壁，量取该位置时测绳到护筒的距离及测绳长度，根据测绳长度及测绳到护筒的距离算出垂直度；这样沿孔壁反复量测4～6个位置，然后将几个数值综合比较得出最终的孔身垂直度。

  2、第一次清孔

对孔径、孔深、孔位及竖直度进行检查确认合格后，经监理工程师认可，即进行清孔。

在抽渣或吸泥时要及时向孔内加注清水或新鲜泥浆，保持孔内水位。

  清孔应达到以下标准：孔内排出、抽出或捞出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s。

 灌注水下混凝土前允许沉渣厚度应满足设计要求：桩底沉渣厚度连续梁、刚构等特殊跨桥墩桩基及柱桩不应大于5cm，其余摩擦桩不应大于10cm。

 、钢筋笼加工及吊装

  (1)钢筋骨架制作：钢筋笼骨架在钢筋制作场内分节制作。钢筋笼加工采用大型机械加工，骨架位置在机械上调整固定以后由人工焊接成型，箍筋由调整好的机械钻速旋转缠绕到主筋上，从而形成钢筋骨架。为防止钢筋骨架变形，每道加强筋需设置十字撑，其钢筋直径与主筋相同。

(2)钢筋骨架保护层的设置

 钢筋主筋净保护层厚度为7cm，采用同强度等级的砼垫块。砼垫块为圆柱形，直径14cm,厚度3cm，每道加强筋对称设置4个垫块，用直径10mm的钢筋焊接在骨架上。

  (3)钢筋骨架的存放、运输与现场吊装

①钢筋骨架临时存放的场地必须保证平整、干燥。存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的木方，以免受潮或沾上泥土。每组骨架的各节段要排好次序，挂上标志牌，便于使用时按顺序装车运出。钢筋骨架在转运至墩位的过程中必须保证骨架不变形。采用汽车运输时要保证在每个加劲筋处设支承点，各支承点高度相等。

②钢筋笼入孔时，由50t吊车吊装。在安装钢筋笼时，采用两点起吊。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。应采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不致变形。吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后应徐徐下放，不宜左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。严禁高提猛落和强制下放。第一节骨架放到最后一节加劲筋位置时，穿进工字钢，将钢筋骨架临时支撑在孔口工字钢上，再起吊第二节骨架与第一节骨架连接，连接采用电弧焊单面连接。连接时上、下主筋位置对正，保持钢筋笼上下轴线一致：先连接一个方向的两根接头，然后稍提起，以使上下节钢筋笼在自重作用下垂直，再连接其它所有的接头，接头位置必须按50％接头数量错开至少20d连接，且不小于50cm。接头焊好后，骨架吊高，抽出支撑工字钢后，下放骨架。如此循环，使骨架下至设计标高。

骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度。由于钢筋笼的重量较大，禁止将钢筋笼直接坐落于护筒上面，应在护筒两侧采用型钢搭设一平台，将钢筋笼安放在平台之上。钢筋笼中心与桩的设计中心位置对正，反复核对无误后再焊接定位平台上，完成钢筋笼的安装定位后，在4h内灌注混凝土，防止坍孔。

(4)钢筋骨架的制作和吊放的允许偏差

 主筋间距±10mm；箍筋间距±20mm；骨架外径±l0mm；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，骨架底面高程±50mm。

 声测管安装

 ①声测管采用无缝钢管，内径50mm，壁厚3mm

 ②桩径2.5m每根桩预埋4根检测管，检测管沿桩身箍筋内侧等间距布设，检测管两端截面应与其轴线垂直，每两根检测管之间保持平行，接头处先用液压管钳把接头压紧，然后用铁丝绑扎在加强筋上，超声波检测管应与桩身钢筋绑扎在一起。检测管顶部采取措施防止砂浆、杂物堵塞管道。

 ③检测管下端距桩底5cm，深入承台内0.5m。

 ④检测管随钢筋笼分段安装，每埋设一节均应向检测管内加注清水。检测管安装完毕后应将上口加盖或加塞封闭，以避免灌注混凝土时落入异物，致使孔道堵塞。

 ⑤在灌注水下混凝土之前，应检查检测管内的水位，如管内的水位不满，则应补充灌满。

 ⑥焊接钢筋时，应避免焊液流溅到检测管管体或接头上。

 第二次清孔

由于安放钢筋笼及导管准备灌注水下混凝土，这段时间的间隙较长，孔底产生新碴，待安放钢筋笼及导管就序后，采用换浆法清孔，以达到置换沉渣的目的。施工中勤摇动导管，改变导管在孔底的位置，保证沉渣置换彻底。待孔底泥浆各项技术指标均达到设计要求，且复测孔底沉渣厚度在设计范围以内后，清孔完成，立即进行水下混凝土灌注。

七、水下混凝土灌注

    1、导管安装

导管是水下砼灌注的主要工具之一，导管采用钢管制作，它的内壁必须光洁，管径一致，无局部凸凹，每节长度1.0～4.0m 等几种，每节两端焊有法兰盘，导管应有足够的强度，导管接头要求严密不漏水，使用前用水或风试压，以免管内漏水影响砼质量；孔口以上应保证有一节导管其加漏斗的高度一般不宜小于3m，以利导管的提升与拆除。

    2、水下砼施工注意事项

  (1)灌注过程中要随时测量钻孔内的砼面标高。

(2)灌注前应储备足够的砼备有量,桩径2.5米的钻孔桩首批方量必须≥9.5m3,因此首批料斗需特殊制作。

(3)灌注速度要快，且有连续性。

    (4)混凝土进入漏斗时的坍落度控制在18cm～22cm之间，并保持良好的和易性。混凝土初凝时间控制在上批混凝土初凝前。

    (5)混凝土的初存量满足首批混凝土入孔后，导管埋入混凝土的深度不得小于1m并且不大于3m；当桩身较长时，导管埋入混凝土中的深度可适当加大。漏斗底口处必须设置严密、可靠的隔水装置，该装置必须有良好的隔水性能并能顺利排出。

    (6)在灌注混凝土过程中，测量孔内混凝土顶面位置，保持导管埋深在2m～6m范围。当混凝土灌注面接近设计高程时，用取样盒直接取样确定混凝土的顶面位置，保证混凝土顶面灌注到桩顶设计高程1.0m左右。

    (7)在灌注水下混凝土前，填写《成孔检查记录表》和《钻孔检验批质量验收记录表》，在灌注水下混凝土过程中，填写《水下混凝土灌注记录表》。施工钻孔桩时通常采用施工对角桩位的方法进行钻孔，以防在相邻灌注桩桩身砼还未达到强度时影响桩体质量。

    3、水下砼事故预防和处理

  (1)导管漏水和挂钢筋笼，发现问题应及时采取相应措施。

(2)由于砼坍落度太小流动性差，运输中严重离析，隔水球卡在套管中等原因发生卡管时，则应停止灌注，用长钢筋疏通或用捣固器插入和外震。

(3)当由于砼灌注时间长，砼失去流动性造成断桩，如断桩处靠近地面，而断桩后又停止灌注砼的处理方法为：采用长钢护筒排水清除钻碴，并对桩头作必要的凿除，清理后再灌注砼。当断桩较深时，则按断桩处理。

(4)灌注水下砼时，容易发生钢筋骨架上浮。为防止上浮，当砼将要接触骨架时，可减慢砼灌注速度，以减少砼的向上冲击力。

八、质量标准与检验方法

1、质量标准

孔径不小于设计直径；孔深：摩擦桩不小于设计孔深，柱桩进入设计土层；孔位中心：群桩基础在承台底面处的重心偏差不得大于5cm；沉渣厚度：桩底沉渣厚度连续梁、刚构等特殊跨桥墩桩基及柱桩不应大于5cm，其余摩擦桩不应大于10cm。

2、检验方法

桩基灌注完成后，砼龄期或强度达到设计要求后，对桩身完整性进行超声波检测，对检测结果有疑问时，需作钻孔取芯检测。

九、安全质量措施

1、质量措施

(1)质量目标：I类桩达到100％

(2)强化质量教育，树立质量第一思想，层层落实责任制，实行质量的好坏与每个职工利益挂勾。

(3)主要领导亲自抓质量，并建立健全质量检查制度，做到每道工序自检合格后，才进入下道工序施工；隐敝工程检查，要认真执行“三检制”即自检，专业工程师检查，监理工程师检查合格后并签认方可施工，对不合格部分坚决返工重来。

(4)所有原材料，半成品必须执行进货检验制度，合格后才可使用。

2、安全措施

(1)加强安全教育，树立安全第一思想，建立安全责任制。

(2)制定较详细的安全生产措施，施工现场设立必要的安全标语，安全操作规程，以及安全防护设施等。

(3)坚决执行安全卡死制度，建立安全检查制度，进行定期和不定期的安全大检查，发现问题立即整改，不留隐患。