成昆铁路峨眉至米易段扩能改造工程EMZQ-10标段钻孔灌注桩施工技术及质量控制措施中铁二十一局集团成昆铁路峨米项目经理部一分部
二〇一六年七月
本文着重介绍冕山双线特大桥钻孔灌注桩施工。冕山双线特大桥桩基为钻孔灌注桩，采用冲击法进行成孔，钻头为实心钻头，又名梅花钻。本桥桩型为摩擦桩，摩擦桩为桩身穿过并且主要依靠桩侧土的摩阻力支撑垂直荷载。目前在国内地基基础工程领域中钻孔灌注桩基础已占据了重要地位，但灌注桩地下施工不可预计因素多，施工工艺比较繁琐，工程质量较难控制；桩基施工既有机械操作，又有钢筋加工、混凝土拌制和灌注等多种工作，工序种类繁多，影响因素多，水下混凝土施工要求严格，稍有不慎，就可能出现孔底沉泥、缩颈、夹渣、断桩等质量事故，因此，施工中从测量放样开始，每道工序、每个环节都必须严格监管。
要确保钻孔灌注桩施工质量，首先要有一套完善的施工技术和措施来保证，编制详细且符合施工现场实际，具有针对性的施工组织设计；其次是有一支丰富经验和过硬技术的施工管理团队，加强过程质量验收和控制，采取有效措施，严把施工质量。
关键词：1 、钻孔灌注桩2 、施工工艺3 、技术措施4 、质量控制
目录
1. 冲击钻钻进施工工艺 (3)
1.1 、设备参数 (3)
1.2 、钻孔桩施工准备： (5)
2、泥浆性能指标 (6)
3、钻孔施工 (7)
4、清孔及安装钢筋笼标准 (9)
2、水下砼灌注施工工艺措施 (10)
2.1 钢筋笼制作 (10)
2.2 、水下砼灌注 (11)
3、钻孔灌注桩施工质量控制措施 (13)
3.1 桩位定位 (13)
3.2 成孔 (13)
3.3 钢筋笼 (14)
3.4 混凝土灌注 (15)
4、钻孔灌注桩质量通病、主要原因分析和预防及处理办法15
4.1 桩基偏位 (15)
4.2 缩径 (16)
4.3 坍孔 (16)
4.4 钢筋笼上浮 (17)
4.5 孔斜 (18)
4.6 断桩 (19)
4.7 孔底沉渣过厚 (20)
4.8 桩身混凝土离析 (21)
4.9 堵管、埋管 (22)
5、结论 (22)
1. 冲击钻钻进施工工艺
1.1 、设备参数
（1）JLK60型冲击钻钻机：
1）底座通孔直径0.3 米；
2）钻孔深度（米）：18～47；
5）主卷扬机单绳提升能力（千牛）：80
6）副卷扬机单绳提升能力（千牛）：20
8）钻塔高度（米）：7
9）钻机功率（千瓦）：75
10）主机外形（工作状态）（米）：10*7*8 11）主机重量（吨）：6.47
12）行走方式：走管式
（2）施工工艺流程
施工技术
三通一平
泥浆循环系
施工场地
泥浆外运处
基轴线
泥
浆
储
放
埋设护筒
现场安装
桩位测量
埋设护
钻机就
泥
浆
循
环
1.2 、钻孔桩施工准备：
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
, 本
工点河道内施工采用编织袋围堰筑岛法进行施工。 3）采用冲击法钻孔时，需设置泥浆循环净化系统，应在计划施工场地或工作平台
混凝土预
混凝土运
下钢筋笼（注浆
下导
次清
钢筋笼制 钢材进
沉渣测
时一并考虑。
4）钻孔前应设置坚固、不漏水的孔口护筒。护筒内径应大于钻头直径，使用冲击钻机钻孔应比钻头大约40cm。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，在旱地或筑岛时高出施工地面0.5m。护筒埋置深度应符合下列规定：
（1）岸滩上，黏性土应不小于1m，砂类土应不小于2m。当表层土松软时，宜将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。岸滩上埋设护筒，应在护筒四周回填黏土并分层夯实。可用锤击、加压、振动等方法下沉护筒。
（2）水中筑岛上，护筒宜埋入河床面以下1m；水中平台上可按最高施工水位、流速、冲刷及地质条件等因素确定埋深，必要时打入不透水层。
在水中平台上下沉护筒，应有导向设备控制护筒位置。
（3）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%。
2、泥浆性能指标
在砂类土、碎（卵）石土或黏土夹层中钻孔，宜采用膨润土泥浆护壁。在黏性土中钻孔，当塑性指数大于15，浮碴能力满足施工要求时，可利用孔内原土造浆护壁。冲击钻机钻孔，可将黏土加工后投入孔中，利用钻头冲击造浆。
泥浆性能指标，应按钻孔方法和地质情况确定，应符合下列规定：
泥浆比重：冲击钻机使用实心钻头钻孔时，孔底泥浆比重不宜大于：砂黏土为1.3 ；大漂石、卵石层为1.4 。
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 。
造浆后应试验全部性能指标，钻孔过程中应随时检验泥浆比重和含砂率，并填写泥浆试验记录表。
3、钻孔施工
1）钻机安装及钻孔：
（1）安装钻机前，底架应垫平，保持稳定，不得产生位移和沉陷。钻机顶端应用缆风绳对称拉紧，钻头中心与护筒中心偏差不得大于5cm。
（2）开孔的孔位必须准确，应使初成孔壁竖直、圆顺、坚实。
（3）钻孔时，孔内水位宜高于护筒底脚0.5m 以上或地下水位以上1.5 ～2.0m。在冲击钻进中取渣和停钻后，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粘度。
（4）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。
（5）钻孔作业应连续进行，因故停钻时，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。钻孔到达设计深度后，应对孔位、孔径、孔深和孔形进行检验，并填写钻孔记录表。孔位偏差不得大于10cm。
2）冲击钻孔
（1）在碎石类土中宜用十字形钻头。冲击法钻孔，钻头重量应考虑泥浆的吸附作用和钢丝绳及吊具的重量，使总重不超过卷扬机的起重能力。
（2）开始钻孔时应采用小冲程开孔，待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲击钻孔。钻进过程中，应勤松绳和适量松绳，不得打空锤；勤抽碴，使钻头经常冲击新鲜地层。每次松绳量应按地质情况、钻头形式、钻头重量决定。
（3）吊钻头的钢丝绳必须选用同向捻制、柔软优质、无死弯和无断丝者，安全系数不应小于12。钢丝绳与钻头间须设转向装置并连结牢固，钻孔过程中应经常检查其状态及转动是否正常、灵活。主绳与钻头的钢丝绳搭接时，两根绳径应相同，捻扭方向必须一致。
（4）钻孔工地应有备用钻头，检查发现钻孔钻头直径磨耗超过15mm时应及时更换修补。更换新钻头前，应先检孔到孔底，确认钻孔正常时方可放入新钻头。
（5）为防止由于冲击振动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇筑混凝土强度，应待邻孔混凝土抗压强度达到2.5MPa后方可开钻。
3）钻孔异常处理：
（1）钻孔中发生坍孔后，应查明原因和位置，进行分析处理。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；坍孔严重时，回填重新钻孔。冲击法钻孔时，可投黏土块夹小片石，用低锤冲击将黏土块和小片石挤入孔壁制止坍孔。
（2）钻孔中发生弯孔和缩孔时，一般可将旋转钻机的钻头，提起到偏斜处进行反
复扫孔，直到钻孔正直。如发生严重弯孔、梅花孔、探头石时，应采用小片石或卵石与黏土混合物回填到偏斜处，待填料沉实后再重新钻孔纠偏。
（3）发生卡钻时，不宜强提。应查明原因和钻头位置，采取晃动大绳以及其他措施，使钻头松动后再提起。
（4）发生掉钻时，应查明情况尽快处理。
（5）发生卡钻、掉钻时，严禁人员进入没有护筒或其他防护设施的钻孔内。必须进入有防护设施的钻孔时，应确认钻孔内无有害气体和备齐防毒、防溺、防埋等保证安全措施后，方可进入，并应有专人负责现场指挥。
4、清孔及安装钢筋笼标准
1）钻孔至设计高程，经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认钻孔合格后，应即进行清孔。浇筑水下混凝土前允许沉渣厚度应满足设计要求，摩擦桩不大于30cm。
2）清孔应达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1 ，含砂率小于2%，粘度17～20s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度，摩擦桩不大于30cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。
4）清孔达标后应抓紧安装钢筋笼和浇筑水下混凝土。钢筋笼的材料、加工、接头和安装，应符合铁道部现行混凝土与砌体相关施工标准的有关规定，钢筋笼主筋与加强箍筋必须全部焊接。钢筋笼吊装入孔后不影响清孔时，应在清孔前进行吊放。吊装时，应严防孔壁坍塌。钢筋笼入孔后应准确、牢固定位，平面位置偏差不大于10cm，底面高
程偏差不大于± 10cm。在钢筋笼上端应均匀设置吊环，钢筋笼外侧应对称设置控制钢筋
保护层厚度用的垫块
2、水下砼灌注施工工艺措施
本工程钻孔灌注桩灌注水下混凝土主要采用“自打自灌”方法进行施工，即利用钻机自身下钢
筋笼、下导管和灌注水下砼。冕山双线特大桥桩基为C30水下混凝土。
2.1 钢筋笼制作
2.1.1 、钢筋选用具有质量保证书、并通过抽样复检合格的钢筋。桩基主筋深入承
台1.6 米，其中桩顶伸入承台20cm，主筋采用HPB300φ20 钢筋，加强箍筋采用HPB300 φ16 钢筋，螺旋箍筋采用HPB300φ10钢筋，桩头箍筋采用HPB300φ8 钢筋;螺旋箍筋加密区间距为10cm，非加密区间距为15cm，桩径为1.0 米的桩加密区为3.0 米，桩径为1.25 米的桩加密区为3,75 米，桩径1.5 米的桩加密区为4.5 米。
钢筋笼由专职钢筋工和持证电焊工上岗制作，并对钢筋搭焊质量抽样送检，抽样数量为每200 个焊接接头做一组试验。钢筋笼在预制模中点焊成型，做到成型主筋直、误差小、箍筋圆、直观效果好。
钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法
2.1.2 、钢筋笼保护措施
冕山双线特大桥桩基钢筋笼保护层采用耳环筋，每2 米设置一道，每圈等距焊接8 根。
2.2 、水下砼灌注
2.2.1 浇注前准备工作
①根据设计砼强度要求供应商做好砼级配测试报告。
②满足砼级配要求原料：水泥、砂、石子，严格按级配要求和规范要求进行验收，一定要复检合格方可使用。各种材料按级配配料，要求砼搅拌工严格控制好搅拌时间及坍落度，并制作试块进行56 天后测试。
③清孔开始之前准备好浇注工作的一切准备工作（灌浆料斗、用水、用电及相应人员到场等）。
④清孔结束卸去清孔器具、装好灌浆料斗，同时由搅拌车倾倒进料。
2.2.2 导管
导管采用Φ 280mm× 3.5mm×3m油轮式钢管。该导管密封性好、刚性强，不易变形。使用前必须检查管内是否有残物；使用后将导管清洗干净，在指定位置排放整齐。
2.2.3 水下砼灌注
冕山双线特大桥桩基砼采用C30水下砼，根据孔深的不同配置导管长度，导管口下入距孔底0.3 ～0.5 米处。当二次清孔结束后，立即灌入足够的初灌量，满足导管埋入深度超过2m。砼灌注工作一般不超过4小时，中间停待不超过30 分钟，同时勤测砼面灌注高度、勤拔导管，确保砼施工连续进行，不漏拔、不空拔。
2.2.4 桩顶标高控制
为确保钻孔桩桩顶部分质量，一方面清孔时尽量降低泥浆比重，另一方面经常检测混凝土灌注的上升速度，准确地掌握上升数据并及时拔管，同时须保证导管埋深在2m～6m 之间，应合理地控制混凝土最后一次的灌入量，桩顶砼超灌控制在0.5m～1.0m，一般现场采用测锤、捞斗严密把关。基坑开挖后，保证桩身伸入承台不小于10cm。
2.2.5 制作和养护
现场取样，采用150mm×150mm×150mm标准试模，每桩制作一组试块，隔日拆模后放置在标养室养护，56 天后送试验室做抗压强度试验，并做好试验报告的及时收集与统计评定工作。
2.2.6 空孔回填
①桩顶空孔部分及时采用沙土或者道渣回填，以保证场地平整、密实，确保施工设备的正常行走。
②工程空孔段长度达到20m左右，特别是主楼区域布桩较密，稍有不慎容易引起上部穿孔、坍孔等现象。如出现类似情况，应予以重视并采取相应措施，一般用粘土回填原孔位，再在孔周布3～4 个注浆孔进行注浆加固，以确保施工安全和成孔的顺利进行，进而保证施工质量与进度。
3、钻孔灌注桩施工质量控制措施
桩基工程是一项隐蔽性极强、专业技术性极高的地下工程，应在施工前制定切实可行、针对性强的预防措施，施工过程中要加强施工质量的自控及利用有效的检验手段，找原因及时解决，以确保桩基工程质量。
3.1 桩位定位
3.1.1 、根据业主提供的测量基准点和基线，会同有关单位复核认定后，方可作为测量基点使用，并经常复核。
3.1.2 、桩位采用三次校正复核措施，即第一次放样定出桩位中心，并用十字交叉法确定护筒坑的挖掘位置；第二次测量校正护筒位置，打入定位钢筋，并提请复核；第三次钻孔定位时，使用铅锤校正，使钢丝绳中心与桩位中心重合。
3.2 成孔
3.2.1 、钻孔灌注桩施工钻机定位必须水平、稳固。
3.2.2 、经常检查钻机钢丝绳，发现老化立即更换。
3.2.3 、开始钻孔时应采用小冲程开孔，待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲击钻孔。钻进过程中，应勤松绳和适量松绳，不得打空锤；勤抽碴，使钻头经常冲击新鲜地层。每次松绳量应按地质情况、钻头形式、钻头重量决定。
3.2.4 、发现钻孔倾斜时，应采取纠斜措施，或用粘土回填后重新成孔。
3.2.5 、合理调配泥浆性能，防止缩径和坍孔，减小泥皮厚度，提高桩身侧摩阻力
3.2.6 、经常检查钻头直径，发现磨损及时修复，以防止因钻头磨损影响钻孔的正常直径。
3.2.7 、清孔质量保证措施：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1 ，含砂率小于2%，粘度17～20s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度，摩擦桩不大于30cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。
3.3 钢筋笼
3.3.1 、钢筋进场应验收，要有质保单，并作力学试验和焊接试验，合格后方可启用。
3.3.2 、焊条要有质保单，其牌号要与钢筋性能相适应。
3.3.3 、钢筋笼主筋分布与加强筋连接在专用制模上点焊成形，以使主筋分布均匀、平直，确保其成形质量，再按设计间距，缠绕螺旋箍筋，并点焊与主筋固定，点焊时要合理选用电焊电流，以免烧伤钢筋。
3.3.4 、对现场制作好的钢筋笼每节均需进行检查。检查钢筋笼长度、直径和主筋间距、箍筋间距，同时还要检查其外观情况是否符合规范要求，不合格者勒令整顿。钢筋接头采用单面焊，焊接长度不小于8d，按规定对焊接接头抽样检查，检查其焊接质量。
3.3.5 、经验收合格的每节钢筋笼使用前平放在平整的场地上。考虑到钢筋笼直径较大，为防止平放自重变形，采用十字钢筋撑将加强箍筋撑好。
3.3.6 、钢筋笼入孔前要调直，孔口焊接时，上、下钢笼要保持同心。钢笼定位要准确，为确保其定位的准确性，必须用水准仪测量桩位地面标高并核实计算无误的吊筋长度，用足够强度的杆件固定在护筒上。
3.4 混凝土灌注
3.4.1 、严格检查混凝土的搅拌质量和时间，确保混凝土具有较好的和易性、流动
性、粘聚性。坍落度符合设计要求。确保砼没有离析现象，否则，严禁灌入孔中。
3.4.2 、导管必须密封不漏水，导管离孔底距离控制在0.3 ～0.5m 之间。
3.4.3 、混凝土初灌量应保证导管底部一次性埋入砼内1.0m～3m。
3.4.4 、灌砼应紧凑、连续不断地进行，及时测量孔内砼面高度，以指导导管的提升和拆除，提动导管时，应使导管保持在桩孔中心，以防挂碰钢筋笼。
3.4.5 、桩顶标高控制：采用吊篮取样，确保超灌高度高出桩顶0.5m～1.0m，保证桩头质量。
3.4.6 、每桩做2 组砼试块，以检查混凝土的抗压强度。
4、钻孔灌注桩质量通病、主要原因分析和预防及处理办法
4.1 桩基偏位
4.1.1 、主要原因分析
①场地松软，造成钻机底盘平整度差或基底不实，桩机倾斜。
②场地设备多，车辆来回碾压，造成桩护筒、桩点移位。
③控制桩未按要求设置或未进行有效保护，造成测量数据有误。
4.1.2 预防措施及处理办法
①施工前对场地进行平整压实，回填土应夯打密实。施工中经常检查钻杆垂直度。
②合理安排施工场地，避免车辆碾压已放桩位旁地面，如有移位应重新施放、复核
③基准点应设置在施工无影响处，并严格保护，避免撞击、毁坏，施工中定期复核基准点。
4.2 缩径
4.2.1 、主要原因分析
成孔时因应力释放导致孔径变小，一般发生在粘性土层。
4.2.2 、预防措施及处理办法
在条件允许情况下，加快成孔速度，形成护壁泥皮，确保成孔质量；成孔后应检测孔径；尽快灌注混凝土，以混凝土侧压力抵消释放的应力。
4.3 坍孔
4.3.1 、主要原因分析
①护筒埋设深度不够，引起护筒下部数米范围内坍塌、护筒下沉严重，无法继续成孔。
②上部杂填土土质松散，容易造成坍孔。
③钻孔中砂层、砾石层较厚，泥浆压力不足，造成孔壁不稳而坍孔。
④泥浆性能不佳，护壁效果差
⑤操作不当，破坏孔壁。
⑥下笼过程中刮擦孔壁，造成孔壁坍塌。
⑦成孔到灌注的时间过长，孔壁失稳坍塌。
4.3.2 、预防措施及处理办法
①适当加深护筒埋设深度。
②杂填土较薄时，可直接挖除，采用优质土回填压实；较厚时，可通过加大泥浆比重、采用优质泥浆钻进。
③采用优质泥浆钻进，提高水头压力，保持泥浆面高于地下水位2 米以上。
④配制优质泥浆，合理控制上下钻速度；轻微坍孔可加泥浆大比重继续钻进，坍孔严重时需原孔回填静置至少7 天后施工。
⑤施工前加强交底工作，加强对机台的管理，规范操作流程；施工中加强检查力度与频度，并对成孔质量采用井径仪检查。
⑥钢筋笼入孔前要顺直，连接时上下钢笼要保持同心，轻吊慢放，避免刮破孔壁；如有坍孔应提笼扫孔。
⑦保持前后工序连贯，成孔到灌注时间不超过4 小时；如有坍孔应提笼扫孔。
4.4 钢筋笼上浮
4.4.1 、主要原因分析
①孔底沉渣厚，钢筋笼无法到位。
②导管提升时挂笼而将钢筋笼上拔。
③砼浇筑速度过快。
4.4.2 、预防措施及处理办法
①清孔应逐级换浆，降低泥浆稠度，清除孔底沉渣。
②提动导管时，应使导管保持在桩孔中心，并缓慢上拔，以防挂碰钢筋笼造成浮笼
③放缓浇筑速度，提升导管，增大钢筋笼在砼中的握裹力。
4.5 孔斜
4.5.1 、主要原因分析
①地层地质不均匀、横向地层软硬不均，钻头偏向一边。
②孔内有砼块、探头石、孤石等障碍物。
③钻机倾斜、钻杆不垂直。
4.5.2 、预防措施及处理办法
①应轻压慢钻，经常检查主钻杆垂直度。
②采用冲击的方法击碎或挤至孔侧，保证顺利钻进
③机上钻杆安装导向钢丝绳，减轻钻杆幌动，不定期用水平尺检测钻机是否水平，确保钻孔垂直度；经常检查钻杆垂直度，不垂直的钻杆及时调换。
4.6 断桩
4.6.1 、主要原因分析
①混凝土供应不连续，孔内混凝土已初凝，导致后续混凝土无法下灌，从而形成断桩。
②混凝土质量不符合要求，造成卡管现象，引起混凝土灌注中断而断桩。
③灌注过程中由于孔壁坍塌或泥浆比重、含砂量过高，混凝土上返困难，造成灌注中断或有砂土裹入桩身中，形成断桩。
④混凝土灌注过程中，不慎将导管拔出混凝土面或埋管太深而堵管。
⑤导管不密封，灌注混凝土时漏浆或连接不好导致灌注混凝土时导管断裂掉入孔中，造成断桩。
4.6.2 、预防措施及处理办法
①混凝土供应、浇筑的连续性，每车混凝土时间间隔不得超过0.5h ，等混凝土期间应下活动导管。
②严格按要求配制混凝土，不允许有超径的集料和异物混入混凝土中，在浇筑中也要不断进行检查。发生离析和坍落度不符合要求的混凝土要予以退货。