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桥梁钻孔灌注桩基础施工2019/11/61本任务重点、难点教学重点：钻孔灌注桩施工工艺；教学难点：灌注过程中常见的事故，引起的原因及处理办法。灌注桩最早出现在100多年前的1893年的美国，因为工业的发展以及人口的增长，高层建筑不断增加，但是因为很多城市的地基条件比较差，不能直接承受由高层建筑所传来的压力，地表以下存在着厚度很大的软土或中等强度的黏土层，建造高层建筑如仍沿用当时通用的摩擦桩，必然产生很大的沉降。于是工程师们借鉴了掘井技术，发明了在人工挖孔中浇筑钢筋混凝土而成桩。于是在随后的50年之后，即20世纪40年代初随着大功率钻孔机具的研制成功首先在美国问世，二战后，世界各地特别是欧美发达国家经济复苏与发展，时至今日，随着科学技术的日新月异发展，钻孔灌注桩在高层、超高层的建筑物和桥梁等构筑物中被广泛应用。当然，在我国，钻孔灌注桩设计及施工水平也得到了长足的发展。钻孔灌注桩施工工艺的发展及概念钻孔灌注桩：是指采用不同的钻孔方法，在土中形成一定直径的井孔，达到设计标高后，将钢筋骨架（笼）吊入井孔中，灌注混凝土形成的桩基础。2019/11/646.钻孔7.终孔并第一次清孔8.安放钢筋笼并下导管9第二次清孔10.混凝土浇筑成桩2.桩位放样3.埋设护筒4.制备泥浆1.场地准备5.钻架与钻机就位施工流程图1.场地准备旱地：浅水：深水：平整、夯实场地围堰法筑岛法钻孔准备工作吹沙筑岛施工吹沙筑岛完成，钢便桥和吹沙筑岛便道顺利连接吹沙筑岛施工结束，水上施工便道工作面全面铺开双壁钢围堰钢板桩围堰沉井筑岛双壁钢围堰（二）桩位放样桩位放样采用全站仪坐标法对钻孔桩桩位放样，埋好护筒后在护筒四周标记。1.护筒的作用：固定桩孔位置，稳定孔壁，保护孔口，防止地面水流入，增加孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头的方向。2.护筒的制作要求：①护筒通常采用钢筋混凝土和钢制两种，视具体情况而定。钢护筒厚4~8mm，钢筋混凝土护筒厚8~10cm。护筒上部设1～2个溢浆孔。②护筒的内径比钻孔桩设计直径稍大。用回转钻机钻孔的宜加大20～30厘米；用冲击钻和冲抓钻钻孔的宜加大30～40厘米。2019/11/69（三）埋设护筒3.护筒的埋设要求①钻孔前，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒。②埋设护筒可采用挖埋或锤击、振动、加压等方法，但注意避免引起孔口开裂，倾斜，埋设完毕及时用粘土沿四周对称分层填压夯实，使护筒底口不致漏失泥浆。③埋置深度一般情况为1—2米，在粘性土中不宜小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m；对有冲刷影响的河床，护筒宜沉入施工期局部冲刷线以下1.0-1.5m，且宜采取防止河床在施工期过度冲刷的防护措施。为防止护筒下沉特殊情况应加深；同时保证满足孔内泥浆面高度的要求，护筒顶面应高于(地）岛面0.2～0.5m。避免孔口四周浸泡，导致塌孔。④护筒顶端高程应满足孔内水位设置高度的要求。2019/11/610护筒入土深度2019/11/611溢浆孔2019/11/612避免孔口四周浸泡，导致塌孔锤击加压钢护筒时保证钢护筒垂直，避免倾斜2019/11/613埋设护筒护筒埋设要求：1、除设计另有规定外，护筒中心与桩中心的平面位置偏差应不大于50mm。2、护筒在竖直方向的倾斜度应不大于1%。桩位放样测量放样中心点与设计允许偏差2cm（四）泥浆制备泥浆作用：在孔壁形成泥皮稳定孔壁、隔断孔内外渗流、防止坍孔、悬浮钻渣、润滑钻具、增大静水压力。组成及要求：①水：水的PH值7～8之间，不含杂质②粘土（或膨润土）：塑性指数大于25，粒径小于0.005mm颗粒含量多于总量的50%，相对密度为1.1～1.5③添加剂：无机：纯碱等促使颗粒分散、防止凝聚下沉有机：丹宁液、拷胶液等降低粘度2019/11/616泥浆制备泥浆池2019/11/619泥浆护壁成孔灌注桩：泥浆池2019/11/620泥浆三大指标检测泥浆杯秤杆游码支架漏斗稠度计量杯含沙量仪及测量工具这货正在干嘛？泥浆三件套（比重计、粘度计、含沙量测定仪）泥浆比重：将泥浆杯装满泥浆，加盖并擦净溢出的泥浆。让后置于支架上，移动游码，使杠杆呈水平状态，读出游码左侧所示刻度，即为泥浆的比重。泥浆稠度：计测量时用手指堵住漏斗下面的出口，用量杯分别将500ml和200ml泥浆通过滤网倒入漏斗，然后打开出口，让泥浆从漏斗管中流出，用秒表测定流出500ml泥浆所需时间（s），即为泥浆稠度。含砂率：量测时，将调制好的泥浆50ml倒进含砂率计，然后再倒入450ml清水，将仪器口塞紧，摇动1min，使泥浆与水混合均匀，再将仪器竖直静放3min，仪器下端沉淀物的体积（由仪器上刻度读出乘2即为含砂率（%）。500ml规格的，1000ml的直接读出就是含砂率（%）。失水率（ml/30min）和泥皮厚(mm)的测定方法是用一张12cm×12cm的滤纸，置于水平玻璃板上，中央画一直径30mm的圆圈，将2ml的泥浆滴于圆圈中心，30min后，测量湿圆圈的平均半径减去泥浆坍平成为泥饼的半径（mm），即为失水率。在滤纸上量出的泥浆皮的厚度即为泥皮厚度。胶体率：是将100ml泥浆倒入100ml的量杯中，用玻璃片盖上，静置24h后，量杯上部泥浆可能澄清为透明的水，量杯底部可能有沉淀物。以100-（水+沉淀物）体积即等于胶体率。泥皮的厚薄与失水量大小有很大关系。泥浆失水量小者，泥皮薄而致密，有利于巩固孔壁；失水量大者易形成厚泥皮，在泥（页）岩地层易造成地层软化膨胀，产生缩径或坍孔。地下水位高或其流速大时下表取高限，反之取低限。地质状态较好时，孔径或孔深较小的取低限，反之取高限。泥浆性能指标钻孔方法地质情况泥浆性能指标相对密度黏度（pa.s）含砂率（%）胶体率（%）失水率（mL/30min）泥皮厚（mm/30min）静切力（pa）酸碱度（pH）正循环一般地层易塌地层1.05~1.201.20~1.4516~2219~288~48~4≧96≧96≦25≦15≦2≦21.0~2.53~58~108~10反循环一般地层易塌地层卵石土1.02~1.061.06~1.101.10~1.1516~2018~2820~35≦4≦4≦4≧95≧95≧95≦20≦20≦20≦3≦3≦31~2.51~2.51~2.58~108~108~10旋挖一般地层1.02~1.1018~28≦4≧95≦20≦31~2.58~11冲击易塌地层1.20~1.4022~30≦4≧95≦20≦33~58~11（五）钻架与钻机就位钻架要求①能够承受钻具和其他辅助设备的重量，具有一定的刚度，具有足够的高度。②钻孔过程中，成孔中心必须对准桩位中心，钻架必须保持平稳，不发生位移、倾斜和沉陷。③钻架安装就位时，应详细测量，底座应用枕木垫实、塞紧，顶端用缆风绳固定平稳，并在钻进过程中经常检查。2019/11/625钻机就位之前准备工作2.反循环钻头直径至少大于桩设计直径3.冲击钻钻头直径可小于设计桩径2-3cm1.进场钻机要进行进场合格报验钻机就位冲击法冲抓法旋转法钻孔（六）钻孔冲击钻钻架与钻机冲击钻机钻孔钻头十字形管形十字钻头冲击钻孔的施工要点邻孔混凝土达2.5MPa后开钻；开孔小冲程；孔深为钻头高加冲程后正常冲击。中、低冲程：1～2m中等冲程：2～3m高冲程：3～5m分级扩钻粘性土、风化层、砾砂石等砂卵石等基岩、漂石和密实卵石层十字形钻头钻1.5m以上孔径分2级管形钻头0.7m以上孔分2～4级1、控制合适的泥浆相对密度。施工时，要先在孔口埋设护筒，然后冲孔就位，使冲击锤中心对准护筒中心。开始应低锤密击，锤高0.4~0.6M，并及时加片石、砂砾石和粘土泥浆护壁，使孔壁挤压密实，直至孔深达护筒底以下3~4M后，才可加快速度，将锤提高至1.5~2M以上转入正常冲击，并随时测定和控制泥浆相对密度。在冲击钻进阶段应注意始终保持孔内水位高过护筒底口0.5M以上，以免水位升跌波动造成对护筒底口处的冲刷。2、在粘土层中钻进应注意：可利用粘土自然造浆的特点，向孔内送入清水，通过钻头冲捣形成泥浆；可选用十字小刃角形的中小钻头钻进；控制每次进尺不大于0.6~1.0M；在粘性很大的粘土层中钻进时，可边冲边向孔内投入适量的碎石或粗砂；当孔内泥浆粘度过大、相对密度过高时，向孔内泵入清水。3、在砂砾石层钻进应注意：使用粘度较高、相对密度适中的泥浆；保持孔内有足够的水头高度；视孔壁稳定情况边冲击边向孔内投入粘土，使粘土挤入孔壁，增加孔壁的胶结性用掏渣筒掏渣时，要控制每次掏渣时间和掏渣量。4、在卵石、漂石层钻进应注意：宜选用带侧刃的大刃脚一字形冲击钻头，钻头重量要大，冲程要高；冲击钻进时可适时向孔内投入粘土，增加孔壁的胶结性，减少漏失量；保持孔内水头高度，不断向孔内补充泥浆，防止因漏水过量而坍孔；在大漂石层钻进时，要注意控制冲程和钢丝绳的松紧，防止孔斜；遇孤石时可抛填硬度相近的片石或卵石，用高冲程冲击，或高低冲程交替冲击，将大孤石击碎挤入孔壁。冲击钻施工技术要点常遇见的问题原因和处理方法常见问题主要原因处理方法钻孔偏斜冲击中遇探头石、漂石，大小不均，钻头受力不均发现探头石后，应回填碎石，或将钻机稍移向探头石一侧，用高冲程锰击探头石，破碎探头石后再钻进基岩面产状较陡遇基岩时采用低冲程，并使钻头充分转动加快冲击频率，进入基岩后采用高冲程钻进；若发现孔斜，应回填重钻钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷经常检查，及时调整土层软硬不均进入软硬不均地层，采取低锤密击，保持孔底平整，穿过此层后再正常钻进孔径大，钻头小，冲击时钻头向一侧倾斜及时更换钻头孔壁坍塌冲击钻头或掏渣筒倾倒，撞击孔壁探明坍塌位置，将砂和粘土混合物回填到坍孔位置以上1~2M，等回填物沉积密实后再重新冲孔泥浆相对密度偏低，起不到护壁作用按不同地层土质采用不同的泥浆相对密度孔内泥浆面低于孔外水位提高泥浆面遇流砂、软淤泥、破碎地层或松砂层钻进时进度太快严重坍孔，用粘土，泥膏投入，待孔壁稳定后，采用低速重新钻进流砂(冲孔时有大量流砂涌塞孔底）孔外水压力比孔内大，孔壁松散，使大量流砂涌塞孔底流砂严重时可抛入碎砖石、粘土，用锤冲入流砂层，做成泥浆结块，使成坚厚孔壁，阻止流砂涌入掏渣时，没有同时向孔内补充水，造成孔外水位高于孔内保持孔内水头，并向孔内抛粘土块，冲击造浆护壁，然后用掏渣筒掏砂冲击无进尺钻头刃脚变钝或未焊牢被冲击掉磨损的刃齿用氧气乙炔割平，重新补焊孔内泥浆浓度不够，石渣沉于孔底，钻头重复击打石渣层向孔内抛粘土块，冲击造浆，增大泥浆浓度，勤掏渣桩底混凝土不密实清孔后泥浆相对密度过低，孔壁坍塌或孔底涌进泥砂，或未立即灌注混凝土做好清孔工作，达到要求，立即灌注混凝土清渣未净，残留沉渣过厚注意泥浆浓度，及时清渣沉放钢筋骨架、导管等物碰撞孔壁，使孔壁坍落孔底注意孔壁，不让重物碰撞孔壁正循环钻孔正循环是用泥浆泵将泥浆以一定压力通过空心钻杆顶部，从钻杆底部喷出，底部的钻锥在旋转时将土壤搅松成为钻渣，被泥浆悬浮，随泥浆上升而溢出流至孔外的泥浆槽，经过沉淀池中沉淀净化，再循环使用。特点：排渣能力比较弱,钻进速度较慢,钻具的磨损也比较大，但工艺比较简单,容易操作,正循环钻机的价格也比较便宜。适用：粘土、亚粘土、淤泥质土层、粉砂、卵砾石层、基岩2019/11/641正反循环成孔，现在是在护筒上拉十字线，是使钻机的钻头对准桩的中心线，等钻机对准后往护筒里放水，采用泥浆护壁进行钻孔正循环钻结构示意图反循环钻孔反循环钻机的泥浆的循环方式则正好相反，泥浆由孔外流入孔内，由真空泵或其他方法（如空气吸泥机等）将钻渣通过钻杆中心从钻杆顶部吸出，或将吸浆泵随同钻锥一同钻进，从孔底将钻渣吸出孔外。特点：反循环钻机排渣能力比较强,但工艺比较复杂,操作不当容易引起塌孔埋钻,而且反循环钻机价格比较高。适用：同正循环。2019/11/644反循环钻结构示意图旋挖钻机钻孔主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。2019/11/6462019/11/647旋挖钻机旋挖钻斗2019/1