钻孔灌注桩的分类及施工原理

钻孔灌注 灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔， 并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌 注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。

问世背景

分类 桩径大小 A. 按桩径大小分，可分为如下几种： 小桩 由于桩径小，施工机械、施工

场地、施工方法较为简单，多用于基础加固和复合桩基础中 （如:树根桩）。 中桩 成 桩方法和施工工艺繁多，工业与民用建筑物中大量使用，是目前使用最多的一类桩。 大 桩 桩径大且桩端不可扩大， 单桩承载力高，近20年发展快，多用于重型建筑物、 构筑 物、港口码头、公路铁路桥涵等工程。 成桩工艺 B. 按成桩工艺，钻孔灌注桩可以分为： 干作业法钻孔灌注桩； 泥浆护壁

法钻孔灌注桩； 套管护壁法钻孔灌注桩。

技术特点：

钻孔灌注桩具有以下技术特点： a.施工时基本无噪音、无振动、无 地面隆起或侧移，因此对环境和周边建筑物危害小； b.大直径 钻孔灌注桩直径大、入土深； c・对于桩穿透的土层可以在空中 作原位测试，以检测土层的性质； d.扩底钻孔灌注桩能更好地 发挥桩端承载力； e.经常设计成一柱一桩，无需桩顶承台，简 化了基础结构形式； f・钻孔灌注桩通常布桩间距大，群桩效应

灌注桩由最早的 100多年前的1893年, 不断增加，但是因为好多城市的地基条件 压力，地表以下存在着厚度很大的软土或 当时通用的摩 工挖孔中浇筑 着大功率钻孔 家经济复苏与 超高层的建筑 水平也得到了 钻孔灌注桩通 擦桩，必然产生很大的沉降 钢筋混凝土而成桩。于是在随后 机具的研制成功首先在 美国 发展，时至今日，随着科学技术 物和重型构筑物中被广泛应用。当然, 长足的发展。 常为一种

因为工业的发展以及人口的 比较差，不能直接承受由高 中等强度的黏土层，建造高 。于是工程师们借鉴了掘

问世

增长，高层建筑 层建筑所传来的 层建筑如仍沿用 技术发明了在人 的50年之后，即 20世纪40年代初随 ，二战后，世界各地特 别是欧美发达国 的日新月异发展，钻孔灌注桩 在高层、 在我国，钻孔灌 注桩设计及施工

非挤土桩，也有的为部分挤土桩。钻孔灌注桩的类型可以分为 小； g. 某些利用“挤扩支盘”钻孔灌注桩可以有效减少桩径和 桩长，提高桩的承载力，减少沉降量； h. 可以穿越各种土层， 更可以嵌入基岩，这是别的桩型很难做到的； i. 施工设备简单 轻便，能在较低的净空条件下设桩； j. 钻孔灌注桩在施工中， 影响成桩质量的因素较多， 质量不够稳定， 有时候会发生缩径、 桩身 局部夹泥等现象， 桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺而变化， 且 又在较大程度上受施工操作影响； k. 因为钻孔灌注桩的承载力 非常高， 所以进行常规的静载试验一般难以测定其极限荷载， 对于各 种工艺条件下的桩受力，变形及破坏机理现在尚未完全被人们掌握。 设计理论有待进一步完善。 施工方法 钻孔灌注桩施工方法 钻孔灌注桩的施工， 因其所选护壁形成的不同， 有泥浆护壁方式法和全套管施工 法两种。 泥浆护壁施工法 冲击钻孔， 冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法。 该施工法的过

程是：平整场地T泥浆制备T埋设护筒T铺设工作平台T安装

钻机并定位T钻进成孔T清孔并检查成孔质量T下放钢筋 笼T灌注水下混凝土T拔出护筒T检查质量 。施工顺序 ⑴施工

准备 施工准备包括： 选择钻机、 钻具、 场地布置等。 要设备，可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。 安装钻孔机的基础如果不稳定， 施工中易产生钻孔机倾斜、 此要求安装地基稳固。 对地层较软和有坡度的地基， 可用推土机推平， 在垫上钢板或枕木加 固。 为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机，对有钻 塔的钻孔机， 先利用钻机的动力与附近的地笼配合， 将钻杆移动大致定位， 再用千斤顶将机 架顶起， 准确定位， 使起重滑轮、 钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上， 以保证钻 机的垂直度。钻机位置的偏差不大于 2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对 称于钻机轴线上拉上缆风绳。 (3)埋设护筒 钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当 钻孔较深时， 在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、 甚至发生流砂现象。 钻 孔内若能保持壁地下水位高的水头， 增加孔内静水压力， 能为孔壁、 防止坍孔。 护筒除起到

这个作用外，同时好有隔离地表水、 保护孔口地面、 固定桩孔位置和钻头导向作用等。 制 作护筒的材料有

钻机是钻孔灌注桩施工的主 (2)钻孔机的安装与定位

桩倾斜和桩偏心等不良影响， 因 木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直 径大(旋转钻约大 20cm,潜水钻、冲击或冲抓锥约大 40cm ),每节长度约2~3m。一般常用 钢护筒。 (4)泥浆制备 钻孔泥浆由水、 粘土(膨润土 )和添加剂组成。 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。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度, 泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握, 泥浆太稀, 排渣能力小、 护壁效果差； 泥浆太 稠会削弱钻头冲击功能,降低钻进速度。 钻孔灌注桩 (5)钻孔 钻孔是一道关键工序,在施工中必须严格按照操作要求进行,才能保证

成孔质量, 首先要注意开孔质量, 为此必须对好中线及垂直度, 并压好护筒。 在施工中要注 意不断添加泥浆和抽渣 (冲击式用 ),还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓 式钻机施工时, 附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。 所以钻好的孔应及时清孔, 下放钢 筋笼和灌注水下混凝土。 钻孔的顺序也应实事先规划好, 既要保证下一个桩孔的施工不影响 上一个桩孔,又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。 (6)清孔 钻孔的深度、 直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。 为此,除了钻孔过程中密切观测监督外, 在钻孔达到设计要求深度后,应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符 合设计要求时, 应立即进行孔底清理, 避免隔时过长以致泥浆沉淀, 引起钻孔坍塌。 对于摩 擦桩当孔壁容易坍塌时,要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于 30cm ；当孔壁不易坍塌 时，不大于20cm。对于柱桩，要求在射水或射风前，沉渣厚度不大于 5cm。清孔方法是使 用的钻机不同而灵活应用。 通常可采用正循环旋转钻机、 反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣 筒等清孔。其中用吸泥机清孔,所需设备不多,操作方便,清孔也较彻底,但在不稳定土层 中应慎重使用。 其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。 (7) 灌注水下混凝土 清完孔之后,就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内,定位后要加以固 定,然后用导管灌注混凝土,灌注时混凝土不要中断,否则易出现断桩现象。 全套管施工法 全套管施工法的施工顺序。其一般的施工过程是： 平场地、 铺设工作平台、 安装 钻机、压套管、钻进成孔、安放钢筋笼、防导管、浇注混凝土、拉拔套管、检查成桩质量。 全套管施工法的主要施工步骤除不需泥浆及清孔外, 其它的与泥浆护壁法都类同。 压入套管 的垂直度, 取决于挖掘开始阶段的 5~6m 深时的垂直度。 因此应该随使用水准仪及铅垂校核 其垂直度

。

钻孔灌注桩遇到质量问题的预防及处理措施 1、成孔质量问题 ①塌孔 预防措施：根据不同地层,控制使用好泥浆指

标。在回填土、松软层及流砂层钻进时,严格控制速度。地下水位过高,应升高护筒,加大 水头。 地下障碍物处理时, 一定要将残留的砼块处理清除。 孔壁坍塌严重时, 应探明坍塌位 置,用砂和粘土混合回填至坍塌孔段以上 1—2m 处,捣实后重新钻进。 ②缩径 预 防措施：选用带保径装置钻头,钻头直径应满足成孔直径要求,并应经常检查,及时修复。 易缩径孔段钻进时, 可适当提高泥浆的粘度。 对易缩径部位也可采用上下反复扫孔的方法来 扩大孔径。 ③桩孔偏斜 预防措施： 保证施工场地平整, 钻机安装平稳, 机架垂直, 并注意在成孔过程中定时检查和校正。钻头、钻杆接头逐个检查调正,不能用弯曲的钻具。 在坚硬土层中不强行加压, 应吊住钻杆, 控制钻进速度, 用低速度进尺。 对地下障碍行预先 处理干净。对已偏斜的钻孔,控制钻速,慢速提升,下降往复扫孔纠偏。 2、钢筋笼安 装质量问题 ① 钢筋笼安装与设计标高不符 预防措施：钢筋笼制作完成后,注意 防止其扭曲变形， 钢筋笼入孔安装时要保持垂直， 砼保护层垫块设置间距不宜过大， 吊筋长 度精确计算，并在安装时反复核对检查。 ② 钢筋笼的上浮 钢筋笼上浮的预防措 施：严格控制砼质量，坍落度控制在 18± 3cm，砼和易性要好。砼进入钢筋笼后，砼上升不

宜过快，导管在砼内埋深不宜过大 , 严格控制在 10m 以下，提升导管时， 不宜过快， 防 止 导管钩钢筋笼，将其带上等。 3、水下砼灌注问题 ① 堵管 预防措施：商品 砼必须由具有资质， 质量保证有信誉的厂家供应， 砼的级配与搅拌必须保证砼的和易性、 水 灰比、 坍落度及初凝时间满足设计或规范要求， 现场抽查每车砼的坍落度必须控制在钻孔灌 注桩施工规范允许的范围以内。 灌注用导管应平直， 内壁光滑不漏水。 ② 桩顶部位疏 松 预防措施：首先保证一定高度的桩顶留长度。因受沉渣和稠泥浆的影响，极易产生 误测。 因此可以用一个带钢管取样盒的探测， 只有取样盒中捞起的取样物是砼而不是沉淀物 时，才能确认终灌标高已经 达到。 ③ 桩身砼夹泥或断桩 预防措施： 成孔时 严格控制泥浆密度及孔底沉淤， 第一次清孔必须彻底清除泥块， 砼灌注过程中导管提升要缓 慢，特别到桩顶时，严禁大幅度提升导管。严格控制导管埋深，单桩砼灌注时，严禁中途断 料。拔导管时，必须进行精确计算控制拔导管后砼的埋深，严禁凭经验拔管。 编辑本段钻孔灌注桩后压浆法桩端地基加固的应用 1 、适用的地质条件 施工方法适用于灌注桩的持力层应为碎石层 ,碎石含量

应在 50% 以上 ,充填土与碎石无胶结或者为轻微胶结 , 碎石的石质要坚硬 ,碎石分布均匀 ,碎石 层厚度要满足设计要求。 2、加固机理 在灌注桩施工中将钢管沿桩钢筋笼外壁 埋设 ,桩混凝土强度满足要求后 ,将水泥浆液通过钢管由压力作用压入桩端的碎石层孔隙中 , 使得原本松散的沉渣、 碎石、 土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体。 水泥浆液在压力作用 下由桩端在碎石层的孔隙里向四周扩散 ,对于单桩区域 ,向四周扩散相当于增加了端部的直径 向下扩散相当于增加了桩长 ; 群桩区域所有的浆液连成一片 ,使得碎石层成为一个整体 ,从而 使得原来不满足要求的碎石层满足结构的承载力要求。在钻孔灌注桩施工过程中 ,无论如何 清孔 ,孔底都会留有或多或少的沉渣 ;在初灌时 ,混凝土从细长的导管落下 ,因落差太大造成桩 底部位的混凝土离析形成“虚尖” 、“干碴石” ; 孔壁的泥皮阻碍了桩身与桩周土的结合 ,降低 了摩擦系数 ,以上几点都影响到灌注桩的桩端承载力和侧壁摩阻力。浆液压入桩端后首先和 桩端的沉渣、离析的“虚尖” 、“干碴石”相结合 ,增强该部分的密实程度 ,提高了承载力 ;浆液 沿着桩身和土层的结合层上返 ,消除了泥皮 ,提高了桩侧摩阻力 ,同时浆液横向渗透到桩侧土 层中也起到了加大桩径的作用。以上几点均对提高灌注桩的单桩承载力起到不可忽视的作 用。 3、压浆参数的设定 压浆参数主要包括压浆水灰比、压浆量以及闭盘压力 , 由于地质条件的不同 ,不同工程应采用不同的参数。在工程桩施工前 ,应该根据以往工程的实 践情况 ,先设定参数 ,然后根据设定的参数 ,进行试桩的施工 ,试桩完成后达到设计的强度 ,进行 桩的静载试验 ,最终确定试验参数。 (1 )水灰比：水灰比一般不宜过大和过小 ,过大会造 成压浆困难，过小会使水泥浆在压力作用下形成离析 ，一般采用015〜017。 (2)压浆量： 压浆量是指单桩压浆的水泥用量 ,它与碎石层的碎石含量以及桩间距有关 ,取决于碎石层的孔 隙率 ， 在碎石层碎石含量为 50%〜 70%， 桩间距为 4〜 5m 的条件下 ， 压浆量一般为 115〜 210t。 它是控制后压浆施工是否完成的主要参数。 (3)闭盘压力：闭盘压力是指结束压浆的控