灌注桩成孔工艺研究

远洋地产（大连）钻石湾项目灌注桩成孔工艺探讨辽宁陆海基础工程有限公司2012年5月目录摘要（关键词） (1)前言 (1)一、工程概况 (1)二、工程地质条件 (1)（一）场地地层及分布 (1)三、不良地质作用 (2)四、施工工艺 (2)（一）旋挖钻机施工工艺 (3)（二）冲击钻机施工工艺 (4)（三）反循环回转钻机施工工艺 (6)五、三种钻机施工效果对比分析 (7)（一）场地适用性比较 (7)（二）成孔速度比较 (7)（三）环保方面比较 (8)（四）充盈系数比较 (8)（五）清孔效果比较 (8)六、施工中出现的问题及解决方案 (9)七、焦点问题探讨 (9)（一）沉渣检测仪在该施工区域内的适用性 (9)（二）控制充盈系数 (9)八、结论 (10)远洋地产（大连）钻石湾项目灌注桩成孔工艺探讨（辽宁陆海基础工程有限公司）摘要：远洋钻石湾项目灌注桩基础工程共八地块，其中A1、A2地块为我公司（辽宁陆海）承包施工。

该施工区域地质条件复杂，地下溶洞发育，场地内回填粉煤灰和碱渣较厚。

我公司根据现场地质条件及工期要求采用了旋挖、冲击钻和反循环钻机三种设备同时进行了灌注桩成孔施工。

工程竣工后，我公司组织技术人员在充盈系数等方面对三种不同的成孔工艺进行了对比分析。

为在类似地质条件下施工有效控制充盈系数，保证成桩质量，创造良好的经济效益提供参考。

关键词：灌注桩；旋挖；冲击钻；反循环回转钻机；充盈系数前言随着大连城市建设的快速发展，灌注桩基础工程在各类复杂场地施工越来越多。

这就要求各施工单位不断改进施工工艺，节约工程成本，提高经济效益，应对随时出现的工程难题和激烈的市场竞争环境。

钻石湾项目灌注桩基础工程，由于地处原大化厂区内，场地地层复杂，工程量大、工期紧。

对此，我司先后采用了旋挖、冲击钻和反循环回转钻机进行施工，在施工过程中不断对施工工艺进行探索和改进，并积累了一定的施工经验。

这三种不同的灌注桩成孔施工工艺在大连市区颇具代表性。

本文对此进行了综合对比分析，希望对于类似的工程施工具有较好的借鉴意义。

一、工程概况远洋地产钻石湾项目A1地块灌注桩共计1270根，其中基础桩1242根，塔吊桩28根；A2地块灌注桩共计1238根，其中基础桩1202根，塔吊桩36根。

我公司施工过程中共投入旋挖钻机13台（后根据现场施工情况撤出10台）、冲击钻机91台、反循环钻机4台进行灌注桩成孔施工。

二、工程地质条件（一）场地地层及分布根据勘察资料，现场勘察钻孔控制深度范围内分布的土层，按沉积年代、成因类型，上部为人工堆积层（Q4ml）、海相沉积层（Q4m），中部为上更新统坡积层（Q3dl），下伏震旦系五行山群甘井子组白云质灰岩（Zwhg），根据建设方要求，人工堆积层中的碱渣及粉煤灰由于其在本场地分布广泛性及特殊性，对其单独分层。

场地地层由上至下依次描述如下：1、杂填土（Q4ml）：杂色，稍湿～饱水，松散，主要由建筑垃圾、工业废渣、粉煤灰、粘性土及白云岩碎石等构成，碎石含量30％～50％，粒径1～15cm，见径大于20cm 块石，回填时间15年左右；2、碱渣（Q4ml）：白色或灰白色，稍湿～饱水，软塑状，手捏有滑腻感，主要由工业废渣堆积而成，回填时间15年左右；3、粉煤灰（Q4ml）：灰黑色，稍湿～饱水，回填时间15年左右；4、淤泥质粉质粘土（Q4m）：黑色，软塑，具有腥臭味，见大量贝类碎屑或植物残留物；5、粉质粘土（Q3dl）：黄褐色，可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，无摇振反应；6、强风化白云质灰岩（Zwhg）：黄褐色，强风化粉晶结构，层状构造，岩体极破碎，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ，岩芯多为块状或土状；7、中风化白云质灰岩（Zwhg）：青灰色，中风化，粉晶结构，层状构造，RQD为60～74，岩体较破碎，属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ，岩芯长度多为5cm～30cm，岩芯表面有溶蚀现象，遇稀盐酸缓慢起泡，无水钻进十分困难；8、溶洞：主要由粘性土半充填。

三、不良地质作用本场地内白云质灰岩表面溶沟、溶槽发育，可能形成土岩结合不均匀地基效应，下伏基岩中风化白云质灰岩顶板起伏较大，节理裂隙发育。

已发现的岩溶洞隙均由粉质粘土半充填。

施工过程中A1地块遇岩溶洞隙187个，洞隙高度0.3m～7.1m；A2地块遇岩溶洞隙261个，洞隙高度0.3m～14.3m；因本场地为厂区旧址，施工中还发现地下埋藏部分建筑或机械设备基础。

以上不良地质作用给施工带来一定的难度。

四、施工工艺（一）旋挖钻机施工工艺1、旋挖钻机施工技术特点：1）移动便捷，旋挖钻机是靠履带行走移位，钻孔前的定位非常准确和方便，成孔后可迅速到达新桩位对桩施工。

2）施工速度快，单位孔深成孔时间短，有利于缩短施工工期。

3）旋挖钻机驾驶室内配有先进的自动调平系统，操作手可以通过电脑屏幕监视，在钻进时随时做出调整，保证桩孔垂直度。

4）施工时基本无噪声、无振动、无地面隆起或侧移。

因使用钢护筒进行护壁，不用泥浆作业，施工现场洁净，安全文明施工容易达标。

成孔时不易扩孔，充盈系数小，有利于减少砼使用量，节约工程成本。

5）旋挖钻机自带柴油机动力，不需要另外配备发电机组，减少临时用电的投入，施工时占用空间小，单位桩孔成孔能耗低。

鉴于以上优势，结合钻石湾场地地质条件，我公司在该区域率先采用该施工工艺。

同时业主（远洋地产）也给予高度重视，在各方面为我公司施工创造便利条件。

23、主要施工要点1）埋设钢护筒该场地上部土层（主要为杂填土、碱渣及粉煤灰）较松散，施工过程中易塌孔，影响施工进度和桩身质量。

我司采用了厚壁钢护筒进行护壁成孔施工。

根据地勘资料显示，淤泥质土平均埋深为11m，于是我方确定钢护筒长度为12m。

钢护筒厚20mm，采用柴油锤击式打桩机直接打入地下，保证护筒底部埋深超过淤泥土层以控制成过程中孔壁不产生大面积坍塌。

2）钻机成孔钻进过程中，要根据不同的地层选择不同的钻具、选用不同焊接角度的齿座、不同的钻齿、并根据地层调整进尺速度和钻杆所加压力的大小。

3）清孔采用专门的清孔钻头进行清孔。

清孔后进行沉渣厚度检测，合格后下钢筋笼。

4）灌注：采用水下砼灌注5）拔钢护筒在浇注完桩砼后，开始准备拔钢护筒。

因钢护筒埋设较深，必须先用液压振动锤振动后方能使用履带吊将其拔出。

（二）冲击钻机施工工艺1、冲击钻施工技术特点：1）应用范围广，适用于所有地层施工，技术成熟。

2）清孔效果比旋挖彻底，清孔后沉渣检测一次性合格率较旋挖施工工艺高。

3）该工艺的缺点是成孔时易扩孔，充盈系数相对较高，施工速度慢。

采用泥浆护壁，污染环境，不环保。

自动化程度低，操作工人劳动强度大，工作环境差。

该项目采用沉渣检测仪控制桩成孔施工质量，因检测数据精确度与实际操作、现场检测环境、检测介质等有很大关系，使用旋挖施工工艺时，我方采用传统沉渣厚度测量法检测合格后的桩孔经沉渣检测仪检测仍然达不到要求。

为保证工程的顺利完工，我公司及时调整施工方案，组织了91台冲击钻机进场施工。

23、主要施工要点1）泥浆制备采用高塑性红粘土造浆，泥浆比重在杂填土层中控制在1.2～1.3，在碱渣层或容易塌孔的土层应加大至1.3～1.5，泥浆的控制指标：粘度15～25S；含砂率不大于8%；胶体率不小于90%。

2）清孔：在终孔后进行第一次清孔，保证清孔后测锤能下至孔底，孔内泥浆比重控制在1.50左右。

第二次清孔，当钢筋笼制作即将完毕后，进行清孔保证孔内泥浆性能指标符合要求：粘度小于28秒，比重小于1. 25Kg/L,含砂量≤8%,孔底沉渣≤50mm时。

若超过规范要求时，再进行第三次清孔，直至符合要求为止。

应由技术人员负责检查和记录，并向现场监理报告经同意后方可灌注混凝土。

（三）反循环回转钻机施工工艺1、反循环回转钻机施工技术特点： 1）回转钻机采用合金钻头旋转切屑土层及与岩层，相比冲击钻施工工艺能减小振动力，不易产生塌孔、扩孔现象，成孔后孔壁完整性较好，能有效降低充盈系数。

相同桩位砼灌注量比比冲击钻节约5-10%。

2）成孔后采用泥浆泵循环排浆携渣，清孔较旋挖及冲击钻等工艺彻底，沉渣检测一次性合格率较高。

3）外排泥浆通过沉淀池沉淀后可以循环使用，有效减免泥浆外排，有利于保护环境，提高机械效率。

4）回转钻机功率较冲击钻机功率低，节约能耗，降低施工成本。

5）该工艺的缺点是在硬岩层成孔速度慢，入岩后施工速度不如冲击钻。

2、工艺流程同冲击钻施工工艺流程，不同之处在于需预先开挖沉淀池，沉淀池容积不宜小于 8m³。

3、主要施工要点 1）泥浆制备根据场地情况合理规划布置泥浆池、沉淀池、循环槽等泥浆循环系统。

泥浆池的容积为钻孔容积的1.2～1.5倍，一般不宜小于8m 3。

沉淀池一般设2个，可串联使用，每个沉淀池体积不宜小于6m3，循环槽应能保证冲洗液正常循环而不外溢。

在粘性土层中成孔的泥浆，可在原土注入清水造浆。

在碱渣粉煤灰中成孔的泥浆，应先在泥浆池中投入高塑性粘土或膨润土造浆。

以原土造浆的循环泥浆比重应控制在1.1～1.3；以高塑性粘土或膨润土造浆的循环泥浆比重在粉质粘土层中控制在1.2～1.3，在碱渣层或容易塌孔的土层应加大至1.3～1.5，泥浆的控制指标：粘度18～22S ；含砂率不大于8%；胶体率不小于90%。

2）反循环钻进成孔开钻前要合理规划布置好泥浆池、沉淀池和循环槽，以保证反循环作业时，冲洗液循环通畅，泥浆排放彻底，钻渣清除顺利。

泵吸反循环钻进成孔应遵守以下操作要领： ① 为保持孔壁稳定，孔内水位应高出地下水位2.0m 。

控制冲孔液沿孔壁下流的速度不超过10m/min 。

合理控制起下钻速度。

② 据不同地质条件合理选用钻头。

一般要求钻头的吸水口断面开敞、流阻小、防止堵塞，钻头吸口距钻头底端不宜大于250㎜；前导钻头直径比中心钻杆直径大160～200㎜，超前距离为200㎜。

③ 泵吸反循环钻进参数可参考以下数值选择： 钻杆内流体上返速度：2.5～3.5m/s 。

钻杆内径：不宜小于100㎜。

钻孔直径与钻杆直径之比在10左右为好。

砂石泵流量按下列公式计算： k d Q 22826ν=24D Q V πα=式中：Q ——砂石泵的排量（m3/s ）——岩屑在上升流体中的含量（一般取5～8%）D——钻孔直径（m）d——钻杆内径（m）v——钻杆内流体上升速度（m/s）k——考虑泵工作进余量系数，取1.4～1.83）泵吸反循环回转钻进应注意以下事项：①水泵起动前钻头离孔底大于0.2m。

②吸水系统的连接严密、牢固、通顺。

③砂石泵启动后，应待形成正常反循环，才能开动钻机慢速回转，下放钻头至孔底。

开始钻进时，应先轻压慢转至钻头正常工作后，逐渐增大转速调整钻压，以不造成钻头吸水口堵塞为限度。

④钻进中应认真掌握钻进速度和排渣情况，排量减少或出水中含钻屑较多时，应控制给水速度。