线路工程钻孔灌注桩基础

1、概述随着国民经济的发展，工程建设可用土地资源越来越受限制，输电线路走廊多穿越山地、江河、湖泊、沼泽及地质情况复杂的地区，线路工程钻孔灌注桩基础因其适应性强，被广泛应用。黑龙江省送变电工程公司自1990年起开始对钻孔灌注桩施工技术研究，经多年对施工技术和经济效益进行分析、总结，形成了较为成熟的施工方法。目前，本典型施工方法已经在全国送变电公司及各基建行业广泛采用，效果良好。2、本典型施工方法特点(1)灌注桩基础在使用功能上具有承载力大、稳定性好、沉降量小、节约材料、能适应多种地质情况等优势。(2)钻孔灌注桩具有适应性强、施工操作简单、设备投入不大等特点，但是由于钻孔灌注桩的施工大部分是在地面以下进行，其施工过程无法直接观察，给桩身质量检验带来不便。(3)可以穿越各种地质层，嵌入基岩，更可以扩大底部，更好的发挥桩端土的作用。(4)成品不需要搬运，桩身成型过程不必承受打击。3、适用范围（1）灌注桩基础施工工艺适用于输变电工程各电压等级的灌注桩基础施工。（2）送电线路单桩基础、群桩承台基础。（3）要求承载力较高的建筑物、变电构支架基础。（4）冲刷的河床和不稳定的河道地区。（5）施工水位高或地下水位较浅的地势。4、工艺原理主要工艺原理：直接在设计桩位上成孔，利用比重较大的泥浆循环带出钻渣，采用循环泥浆的压力形成泥浆护壁，清孔后放入钢筋笼，再安装混凝土输送导管，连续浇筑混凝土，从而完成灌注桩的施工，如图1-4-1所示。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程本典型施工方法施工工艺流程如图1-5-1所示。5.2操作要点5.2.1施工准备（1）先进行场地平整，处理地上、地下障碍物，保证机械设备安全进场，合理布置施工用水、用电。（2）测量、检测仪器仪表及钢尺检测合格。（3）根据工程量组织施工材料和加工，严格检查水泥出厂合格证、复检报告和砂石复检报告，如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，严禁使用不合格材料。（4）泥浆池的容量应满足成孔时泥浆循环的需要。5.2.2定位分坑和确定成孔顺序检查、校核桩位、档距、转角角度是否与断面图和图纸明细表相符，如塔位桩丢失应重新测量补桩。在确定桩的成孔灌注桩、干作业成孔灌注桩等，在成孔时对土的挤密作用很小，一般按现场条件和桩机行走最方便的原则确定成孔顺序。图1-5-2为常见的桩基行走路线。（2）冲孔灌注桩、振动灌注和爆扩成孔灌注桩等，在成孔里对土有挤密作用和振动影响，一般可结合现场施工条件，采用下列方法确定成孔顺序：1）不依次成孔，可间隔1～2个桩位进行成孔；2）在相邻桩体混凝土初凝前或终凝后再成孔；场地平整护筒埋设成孔制备泥浆抽渣清孔钢筋笼安装导线安装水下浇筑混凝土钢筋笼制作施工准备施工、水电准备设备、材料储备建泥浆池定位分坑上部结构施工结束桩头清理3）5根单桩以上的群桩基础，位于中间位置的桩先成孔，周围的桩后成孔。5.2.3成孔5.2.3.1埋设护筒埋设护筒的主要作用是固定桩位，防止地表水流入孔内，保护孔口和保持孔内水压力，防止出现塌孔、成孔时引导钻头的钻进方向等。护筒的中心与桩位中心的偏差应控制在50mm以内，护筒与孔壁间的缝隙应用黏土填实。护筒一般用厚度为4-8mm的钢板制作而成，内径应比钻头直径大1.0～20mm，埋入土中的深度不宜小于1.0～1.5m，护筒顶面应高出地面400～600mm。在护筒的顶部应开设1～2个溢浆孔。在成孔时，应保持泥浆液面高出地下水位2m以上。5.2.3.2制备泥浆泥浆是泥浆护壁成孔施工中不可缺少的材料，泥浆的质量往往影响桩孔的成败，其在成孔过程起到护壁、携渣、冷却和润滑作用。护壁所用泥浆的相对密度较大，孔内泥浆液面应高于地下水位；利用泥浆产生的静水压力作为对孔壁水平方向的液体支撑，稳固孔壁、防止塌孔；泥浆在孔壁上形成低透水性的泥皮，稳定护筒内的泥浆液面，保持孔内壁的静水压力，以达到护壁的目的。制备泥浆的方法应根据成孔的土质而确定。在黏性土中成孔时，可在孔中注入清水，随着钻机的旋转将切削下来的土屑和水搅拌，利用原土即可造浆，泥浆的密度应控制在1.1～1.2t/m3；在其他土质中成孔时，泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土。当砂土层较厚时，泥浆密度控制在1.3～1.5t/m3；在成孔施工中应经常测定泥浆的相对密谋并定期测定黏度、含砂率和胶体率等指标，以保证成孔和成桩顺利。5.2.3.3成孔方法泥浆护壁成孔灌注桩的成孔方法较多，在基础施工过程中常用的有回转钻成孔、潜水钻成孔、冲击钻成孔、套管成孔、人工掏挖成孔等。本典型施工方法以最为普遍的回转钻成、潜水钻成孔、冲击钻成孔为主进行典型成孔方法介绍。（1）回转钻成孔回转钻成孔时采用常规的地质钻机，在泥浆护壁的施工条件下，由动力装置带钻机回转装置，再经回转装置带动装有钻杆转动，慢速钻进切削、排渣成孔，这是最常用的和应用范围较广的成孔方法之一。按泥浆循环方式的不同，可分为正循环回转钻机和反循环回转钻机钻孔，其示意图如图1-5-5所示。1)正循环回转钻机的成孔工艺。钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，从空心钻杆内部空腔注入的加压泥浆或高压水，由钻杆底部喷出，裹携着切削下来的土渣沿孔壁向上流动，由孔口溢浆孔排出后流入泥浆池，经沉淀后将泥浆再次返回孔内进行循环。正循环钻孔泥浆上返速度较低，排渣能力比较差，适用填土、淤泥、黏土、粉土和砂土等地质成孔，成孔直径不宜大于1m，钻孔深度不宜超过40m。2)反循环回转钻机的成孔工艺。反循环回转钻机由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，孔内泥浆自孔口流入，利用泵吸等措施经由钻杆内腔抽吸出孔外至泥浆池。泵吸反循环利用砂石泵的抽吸作用使钻杆内的水流上升，钻杆内径相对较小，而止返流速较大，所以携带岩粉的能力强。反循环回转钻孔适用填土、淤泥、黏土、粉土、砂土、砂砾等地质成孔。当采用圆锥式钻头时，可以在软岩层中；当采用牙轮式钻头时，可以在硬岩层成孔。（2）潜水钻成孔。潜水钻成孔是利用潜水电钻机构中密封的电支机、变速机构、直接带动钻头在泥浆中放转切土，同时用泥浆泵压送高压泥浆（或用水泵压送高压清水），使其从钻头底端射出，与切碎的土颗粒混合，以正循环方式不断地由孔底向孔口溢出，将孔内泥渣排出，或利用砂石泵或空气吸泥机用以特环方式排出泥渣，如此连续钻进、排泥渣，直至形成所需要深度的桩孔。潜水钻在成孔前，孔口也要埋设钢板护筒。潜水钻也孔具有设备定型、体积较小、重量较轻、移动灵活、维修方便、无振动、无噪声、钻孔深、成孔精度高、劳动强度低、成孔速度快等特点。（3）冲击钻成孔。冲击钻成孔施工，利用桩机动力装置将具有一定重量的冲击钻头，在一定的高度内钻头提升，然后使钻头自由降落，利用冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔，再用掏渣筒或其他方法将钻渣岩屑排出，每次冲击之后，冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下一定的角度，从而使桩孔得到规则的圆形断面。冲击土层时的冲挤作用形成的孔壁较坚固；在含有较大的卵石层、漂石层的地质状况下成孔效率较高；设备简单，操作方便，钻进参数容易掌握；设备移动方便，机械故障少；泥浆不是循环的，故泥浆用量小，消耗小；只有在提升钻具时才需要动力，能耗小；在流沙层中亦能钻进。但是成孔过程中大部分时间消耗在提放钻头和掏渣土上，故钻进效率低；容易出现桩孔不圆的情况；容易出现斜孔、卡钻和掉钻等事故；由于冲击能量的限制，孔深和孔径均比回转和潜水钻成孔施工方法的小，并且岩屑多次重复破碎导致施工效率低。冲击钻成孔适用于填土层、黏土层、粉土层、淤泥层、砂土层和碎石土层；也适用于砾卵石层、岩溶发育岩层和裂隙发育的地层；特别适合于有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层；对流沙层亦可克服；但对淤泥及淤泥质土，则应慎重使用。5.2.4抽渣清孔清孔为重要的工序，其目的是为了减少桩基的沉降量，提高其承载能力。当钻孔达到设计深度后，应及时验孔和清孔工作，清除孔底的沉渣和淤泥。对于不易塌孔的桩孔，可用空气吸泥机清孔，所压一般掌握在0.5MPa，使管内形成强在高压气流上涌，被搅动的泥渣随着高压气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止，待泥浆相对密度降到1.1t/m3左右，即认为清孔合格，对于稳定性差的桩孔，应用泥浆循环法或抽渣筒排渣，泥浆的相对密度达到1.15～1.25t/m3时方为合格。潜水钻成孔达到设计深度后，清孔可用循环换浆法，即让钻头在原位旋转，继续向孔内注水，用清水换浆，使泥浆密度控制在1.1t/m3左右。如孔壁土质较差，宜用泥浆循环清孔，使泥浆密度控制在1.15～1.25t/m3，在清孔过程中应及时给稀泥浆，并保持浆面稳定。沉渣的厚度可用沉渣仪进行检测。在清孔时，应保持孔内泥浆面高出地下水位1.0m以上。孔底沉渣厚度指标，若为端承桩应不在于50mm，若为摩擦桩应不大于30mm。如果不能满足要求，应继续清孔。待清孔满足要求后，应立即安放钢筋笼，浇筑混凝土。5.2.5钢筋制作、安装制作钢筋笼或钢筋骨架时，要求纵向钢筋沿环向均匀布置，箍筋的直径和间距、纵向钢筋的保护层、加劲筋的间距应符合设计规定。箍筋和纵向钢筋（主筋）之间采用绑扎时，应在其两端和中部采用焊接，以增加钢筋骨架的牢固程度，便于吊装入孔。成品钢筋笼如图1-5-7所示。钢筋笼的直径大小除满足设计要求外，还应符合以下规定：（1）采用导管法灌注水下混凝土的灌注桩，钢筋笼的直径应比导管连接处的外径大100mm以上。（2）在钢筋笼的制作、运输和安装的过程中，应采取措施防止产生过大变形，并设置保护层垫块。（3）钢筋笼吊放入孔时，应对准孔的中心，不得碰撞孔壁；浇筑混凝土时，应采取措施固定钢筋笼的位置，防止产生上浮和位移。5.2.6导管安装导管直径宜为200～250mm，导管分节长度视工艺要求而确定。在下导管前，应在地面试组装和试压，试压的水压力一般为0.6～1.0MPa，底管长度不宜小于4m，各节导管用法兰进行连接，要求接头处不漏浆、不进水。将整个导管安置在起重设备上，可以根据需要进行升降，在导管顶部没有漏斗。将安装好的导管吊入桩孔内，使导管顶部高于泥浆面3～4m，导管的底部距桩孔底部300～500mm。5.2.7水下浇筑混凝土5.2.7.1原理泥浆护壁成孔灌注桩混凝土的浇筑，是在孔内泥浆中进行的，称为水下混凝土浇筑。浇筑水下混凝土不能直接将混凝土倾倒水中，必须在与周围环境隔离的条件下进行。水下混凝土浇筑的方法，最常用提导管法。导管法是将密闭连接的钢管作为混凝土水下浇筑的通道，混凝土沿竖向导管下落至孔底，使混凝土不与泥浆接触，导管底部以适当的深度埋在混凝土内。水下浇筑混凝土示意图如图1-5-8所示。5.2.7.2配制混凝土灌注桩的混凝土配制，选用合适的石子粒径和混凝土的坍落度很关键。石子的粒径要求：卵石不宜大于50mm，碎石不宜大于40mm，钢筋混凝土桩不宜大于30mm，石子最大粒径不得大于钢筋净距的1/3。坍落度要求：水下混凝土宜为180～220mm；干作业成孔的混凝土宜为80～100mm；套管成孔的混凝土宜为60～80mm。5.2.7.3混凝土浇筑在导管内部放置预制隔水栓，并用细钢丝悬吊在导管中下部，钢丝由顶部漏斗中引出。浇筑混凝土时，当导管中首批混凝土灌注量达到要求后，剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土在自重压力作用下，随隔水栓冲出导管下口。首批混凝土灌注量应保证导管能埋入混凝土面以下1m以上，由于混凝土的密度比泥浆大，混凝土下沉时排挤泥浆沿导管外壁上升，导管底部被埋入混凝土内。浇筑过程中导管内的混凝土在一定落差压力作用下，挤压下部管口处的混凝土，使其在已浇筑的混凝土层内部流动、扩散，边浇筑混凝土边拔导管，逐节拆除上部导管，如此连续浇筑直至桩顶而成桩。5.2.8桩头清理水下混凝土浇筑完成后，应进行桩头清理，即破桩头。当桩身上部结构有连续施工要求时，在水下混凝土浇筑完成后应立即进行桩头清理，将混合层清理干净露出桩身混凝土并将桩身混凝土上部400mm范围内的混凝土清除，在混凝土终凝前完成上部结构的钢筋和模板安装，并进行上部混凝土连续浇筑。当桩身上部结构无连续施工要求时，可在桩身达到预定标高后停止浇筑。待桩身达到设计强度后，在上部结构施工前，清理桩身，凿除桩身上部400mm