泵吸反循环钻孔灌注桩施工工法Word版

泵吸反循环钻孔灌注桩施工工法

1 前言

近年来，尽管我国在桥梁建设方面取得了不少成绩，在深海桩基施工上取得了进步，但深海桩基在不同程度上还存在不少问题，对成桩稳定性构成极大难题。深海桩基施工是保证跨海大桥顺利建成的关键，它为桥梁上部结构施工奠定了良好的基础；做好深水桩基工程，是保证跨海大桥正常运营的重要前提。我们根据实际施工对深海桩基泵吸反循环施工工法及操作要点进行整理总结，并编制成海上桩基泵吸反循环施工工法。

2 工法特点

本工法将传统的正循环工艺优化成泵吸反循环工艺，通过砂石泵的抽吸作用,在钻杆内腔形成负压,在孔内液柱和大气压的作用下,孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底,将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔,再经过砂石泵排至地面沉淀池内;沉淀钻渣后,冲洗液流向孔内,形成反循环。

本工法钻孔效率高，清空时间短，成孔后孔底沉渣少，成桩稳定性高，对环境污染少等特点。

3 适用范围

本工法适用于具有海洋潮汐影响、常年风浪较大、地质为砂土及粉质黏土、工期要求紧的大直径深水灌注桩的跨海桥梁桩基施工中。

4 工艺原理

本工法是通过砂石泵的抽吸作用,在钻杆内腔形成负压,在孔内液柱和大气压的作用下,孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底,将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔,再经过砂石泵排至地面沉淀池内。沉淀钻渣后,冲洗液流向孔内,形成反循环

，成孔后经过一次清孔及二次清孔，最终完成桩基施工。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

5.2操作要点

5.2.1钢护筒施工

反循环钻机就位前，先进行钢护筒施工。钢护筒采用钢板卷制，根据钻孔桩直径大小和水位深度选用比钻孔桩直径大300mm，壁厚12mm。为了保证钢护筒的埋设符合要求必须设置导向架，保证钢护筒的垂直度。钢护筒深度的确定根据(人民交通出版社的《桥涵》)中的计算公式求得。计算公式如下：

L=[(h+H)γω－Hγo]÷(γd－γω)

式中：L -- 护筒埋置深度（m）

H -- 施工水位至河床表面深度（m）

h -- 护筒内水头，即护筒内水位与施工水位之差（m）

γω--护筒内泥浆容重(KN/m3)

γo--水的容重(KN/m3)

γd--护筒外河床土的饱和容重(KN/m3)

其中γd=（△+e）γo /（1+ e）

在γd式中：△--土粒的相对密度，砂土平均取2.65，粘性土取平均取 2.70，e--饱和土的孔隙比，砂土为0.33~1.0, 粘性土为0.7~0.43，软土为1~2.3。

对于护筒穿过几种不相同的土质是，护筒外河床土的饱和容重取平均值，即γd=（Σγid L i/ΣL i）。

式中γd---几种不同土的平均饱和容重(KN/m3)

γid---每种不同土的饱和容重(KN/m3)

L i---每种不同土的层厚(m)

图2 钢护筒加工及施打

5.2.2泥浆制备

安装海上泥浆循环池，该工程位置由于海边项目的地质特殊性，根据工程地质勘察报告显示，该地区粘土层位于第5层，深度较深，且以上土层无粘土，所以开孔前需从场外运输粘土做钻孔泥浆护壁材料。本项目海上桩基受潮汐作用影响显著，项目初期钻进过程中多次出现漏浆跑浆的情况，由于海水的作用，泥浆指标不稳定，因此，本项目针对海水造浆进行专题研究，选用膨润土、CMC、PHP、纯碱、海水专用造浆剂等配制优质泥浆，该泥浆具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。

图3 开孔前泥浆调试

图4 海水造浆材料

5.2.3钻孔施工

钻机就位后，复测校正，钻头对准钻孔中心，同时使钻机底座水平。开钻时低档位慢速钻进，以保证桩位准确性，在砂土层中应慢速、稠泥浆钻进,通过钻压、转速、泥浆指标等参数的调节来控制钻进成孔速度，防止孔斜、缩径、塌孔等现象的产生。

(1)开钻时慢速钻进，待钻头全部进入地层后，加速钻进。

(2)钻进过程中，采用纵横十字线控制桩位，钻机工每班、测量组隔天校正桩位、垂直度，确保桩的桩位、垂直度满足规范、验标要求。

(3)钻完完成用检孔器检孔，检孔器高度为6m，直径为1.5m。

(4)检验桩孔：钻孔到设计深度后，采用检孔器对钻孔深度、直径及孔的倾斜度进行检测，成孔孔径不小于设计直径。孔深采用水准仪定护筒标高，测绳及钢尺量测孔深。孔的倾斜度通过钻头在孔口位置及孔底位置量测砣绳偏移值计算出孔的倾斜度。当钻孔深度到达设计要求，用外径等于桩的设计直径，高度为孔径的4倍的钢筋笼检孔器吊入钻孔内进行深度、直径及孔的倾斜度检测，对全长进行检查，并报请监理工程师复查。

图5 钻孔施工

5.2.4第一次清孔

第一次清孔的目的是将泥浆中的钻渣及孔底大部分的沉渣清除，防止在下钢筋笼的及导管的过程中，钻渣大量下沉。

（1）根据地质情况采用正循环清孔方式

（2）清孔时注意事项：清孔标准符合设计及规范要求，即：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.08~1.10，含砂率小于2%，粘度17～20pa·s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于规范要求。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。

5.2.5钢筋笼

（1）钢筋笼一次加工成型。钢筋笼加工时，下料要准确，严格控制钢筋的尺寸，主筋采用焊接或直螺纹套筒连接，并确保焊缝的长度和质量。主筋间距、箍筋间距要严格控制在规范允许的误差以内。桩基需进行超声波监测，需按照要求在钢筋笼内预埋声测管，声测管固定在钢筋笼内侧，吊装时在钢筋笼内设置支撑钢筋避免钢筋骨架变形，防止声测管被破坏。

（2）桩孔清完后，用25T吊车采用两点起吊，防止钢筋笼在吊

装时发生变形。钢筋笼入孔时，为防止其变形，要用方木加固，然后用吊车慢慢吊起，慢慢放入孔中，不得左右旋转碰撞孔壁。下笼时如遇阻碍应停止笼体下放，查明原因，及时处理，严禁高起猛落，强行下放。

（3）钢筋笼入孔后应由测量技术人员对钢筋笼的位置、高程进行复检。

（4）钢筋骨架的制作和吊放的允许偏差为：主筋间距±20mm；箍筋间距±10mm；骨架外径±5mm；骨架倾斜度0.5%；骨架保护层厚度±10mm；骨架中心平面位置20mm；骨架顶端高程±20mm。

5.2.6下导管

（1）导管使用前必须进行水密承压、抗拉试验，并对导管进行编号、丈量，且在导管上标志清楚，下放导管时必须按编号依次下放。

（2）导管底口距离孔底应有30～40cm距离。

（3）导管应置于钻孔中心下放，防止钩挂钢筋笼。

5.2.7. 第二次清孔

导管下好，在灌注混凝土之前，应继续利用导管进行清孔，防止泥浆再次沉淀，持续到混凝土灌注，保证泥浆指标及孔底沉淀层厚度符合设计及规范要求。

5.2.8. 灌注水下混凝土

（1）在灌注水下混凝土之前：应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底的沉淀厚度，符合要求后方可灌注水下混凝土；

（2）混凝土拌和物运至灌注现场后，应对其和易性和坍落度进行检验，其坍落度为180～220mm，如不符合要求应进行二次拌和，仍不符合要求的不得使用。

（3）灌注之前须再检查一次孔深，并与成孔时的实际孔深比较，确定沉渣厚度，合格后方可灌注混凝土。该分项工程

混凝土采用场外预拌C35水下商混凝土，塌落度为18cm —22cm 。混凝土由混凝土运输车运输，采用钻架进行灌注，来回提降导管进行混凝土振捣。

首批灌注混凝土的数量应满足导管首次埋置深度（≥1.0m ）和填充导管底部的需要，所需混凝土数量按下面的公式计算：

()12

212

44h d H H D V ππ++≥

式中：V ——灌注首批混凝土所需要数量（m 3）；

D ——桩孔直径（m ）；

H 1——桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m ；

H 2——导管初次埋置深度（m ）；

d ——导管内径；

h 1——桩孔内混凝土达到埋置深度H 2时，导管内混凝土柱平衡导

管外（或泥浆）压力所需要的高度（m ），即h 1=H w γw /γc

γc ——混凝土拌和物的重度（取24kN/m 3）；

γw ——井孔内水或泥浆的重度（kN/m 3）

H w ——井孔内水或泥浆的深度（m ）

（4）灌注中常测混凝土面深度，控制导管的埋置深度在2～6m ，拆除导管应及时迅速。当导管内混凝土不满时应徐徐灌注，严禁在导管内形成高压气囊。

（5）灌注必须连续进行，中间不得停滞时间过长防止断桩。

（6）为防止钢筋骨架上浮，当灌注在混凝土顶面距钢筋骨架底部1m 左右时，应降低混凝土的灌注速度，当混凝土拌和物上升到骨架底口4m 以上时，提升导管，使导管底口高于骨架底部2m 以上，即

可恢复正常灌注速度。