第4章 钻孔灌注桩技术
1 概述
现代建筑工程大都对基础需要进行处理加固。按埋置深度不同，基础工程可分为： 1. 浅基础 埋深小于5m，可用一般的方法修筑；
2. 深基础 埋深大于5m，最常用的有桩基础、沉井基础、管桩基础、地下连续墙等。 钻探施工是现代基础工程，特别是深基础工程的主要施工手段，并已初步形成钻探技术的专门分支，其施工方法和工艺水平日益多样化和现代化，尤其是近几年在国内外得到了迅速发展和广泛应用。
现代基础工程的钻进方法，可按不同角度进行分类： 按钻具的运动方式和碎岩特性，可分为： 回转钻进；
冲击（抓）钻进；
复合钻进（如冲击回转、潜孔锤）； 振动钻进。
按有无冲洗介质和循环方式，又可分为： 无循环钻进
正循环钻进 有循环钻进 反循环钻进
2 钻孔灌注桩
钻孔灌注桩是在钻进成孔的孔内灌注混凝土而筑成的深基础。 按桩的受力情况不同，可分为端承桩、摩擦桩、锚固桩。
钻孔灌注桩的施工过程一般为：施工前的准备→安装设备→制作和埋设护筒→钻进成孔→校正孔深、测量孔斜、检查孔径→清孔→制作和吊放钢筋笼→再次检测及清孔→下放浆导管→灌注混凝土并留试样→起拔护筒→桩头处理→混凝土养护及质量检测。
钻孔灌注桩是一项施工工序多、质量要求高、施工时间要求短的工程。主要应从两方面学习掌握，一是工程质量对施工各工序的规定和要求，另一方面施工过程中为保证优质、高效、低耗地完成任务所采用的各种技术方法、措施及注意事项。
2.1 施工前的准备
钻孔灌注桩施工前准备工作的主要内容有：场地平整，做到“三通一平”； 定孔位，调查地下管线情况；准备材料及工具；钻机的选用，桩位测量放样，场地准备，工作平台及
护筒制作埋设等，在经过对施工区域的地质资料的研究和现场踏勘，并根据工期的要求及工程桩基结构情况，选用回转钻机成孔，能够顺利满足不同地层的钻进。
1)测量放样：根据设计图纸提供的桩号进行测量放样，测定桩位。
2)场地准备：钻孔场地的平面尺寸按桩基设计的平面尺寸、钻机数量、钻机底座平面尺寸和钻机移位要求、施工方法以及其它配合施工机具设施布置等情况决定。钻机底座不能直接置予不坚实的填土上，因此将钻孔场地基面进行适当回填，铺设石渣垫层，并用道木搭一个简易工作平台，以免产生不均匀沉降，影响钻孔垂直度，甚至造成钻机倾覆的事故。
3) 埋置护筒：制作护筒的材料有木、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。
护筒采用钢护筒，用5mm厚的钢板制成。护筒上部留有350×350左右的进出浆口，并焊有吊环。护筒高2m。
埋设护筒前，先在桩孔周围设四个龙门桩，以便校正桩位，龙门桩用12～18mm粗的钢筋打入土中，并用混凝土或者水泥砂浆加固，施工过程中不得随意破坏。
埋设护筒时，采用挖埋法，注意护筒顶端应高出原地面不小于0.2m，护筒埋深不小于1米，护筒平面位置的偏差不得大于30mm，倾斜度偏差不得大于0.5%。护筒与孔壁周围的间隙要用粘土填筑密实,在开钻前再复核一次护筒的位置。
埋置护筒时应注意以下几点：
a、护筒平面位置应埋设正确，偏差不得大于50mm。 b、护筒顶标高应高出施工最高水位1.0～1.5米。
c、下埋式及上埋式护筒挖坑不宜太大（一般比护筒直径大0.1～0.2米），护筒四周应夯填密实的粘土，护筒底埋置在稳定的土层中，否则也可换填粘土并夯实，其厚度一般为0.5米。
4）安装钻机：钻架是钻孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土的支架。钻架应能承受钻具和其它辅助设备的重量，同时要稳定性好，具有一定的刚度，在钻进中或其它操作时，不产生移
动和摇晃，它的高度应根据钻具长度和钢筋骨架节长度决定，一般为8～12米，底盘的长度则根据高度和稳定性决定，钻架的主要受力构件的断面尺寸根据施工中出现的最大负荷计算决定，安全系数不小于3。
在钻孔过程中，成孔中心必须对准桩位中心，钻机架必须保持平稳，不发生位移，倾斜和沉陷。钻机（架）安装就位时，应详细测量，底座用枕木垫实塞紧，顶端应用缆风绳固定平稳，并在钻孔过程中经常检查，以保证转盘面水平，钻机机架垂直，来确保桩身的垂直度和孔径。
5)制作泥浆：泥浆对钻孔质量影响较大，其一：能够在孔内产生较大的悬浮液压力，使钻进过程中，由于钻头的活动，泥浆向孔外土层渗漏，孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁作用，可防止坍孔，同时可将孔内外水流切断，稳定孔内水位；其二：泥浆比重大，具有浮渣作用，利于钻渣的排出。因此在钻孔过程中，孔内应保持一定稠度的泥浆，一般比重以1.06～1.2为宜。泥浆制作一般有孔外搅拌筒制作及在较好的粘土层中灌入清水钻机旋转时孔内自造，根据本工程地质条件，泥浆制作采用孔内自造的方式，现场另购买一定的高岭土备用。
2.2 钻孔桩成孔（钻进）方法
钻孔灌注桩的成孔方法、适用条件及范围如表所示。应根据桩孔类型和工程、水文地质条件合理选定施工工艺方案。
（1）正循环回转钻进
主要钻进方法之一，多适用于第四系的粘土层、砂土层、较少的砂砾石层及基岩层中施工。常见钻孔灌注桩成孔工艺方法及适用范围。
软层或土层中可采用腰带翼片钻头；砂、卵石层可采用筒状肋骨取心钻头；中硬以上或大漂石大砾石可用钢粒全面钻头，扩底桩可用扩底钻头。
钻进在松散地层中应以保证冲洗液畅通、钻渣及时清除为前提，灵活掌握；在基岩中可适当提高钻压。一般砂土层中转速推荐为1.2～1.6m / s。应采用泥浆护壁。
（2）冲抓锥成孔
冲抓锥成孔是用具有冲击动能并由锥瓣直接抓取土石的冲击锥来钻进成孔。主要适用于杂填土层、第四系粘.土层、砂层、砂砾层和漂石层。施工直径为700～1200m，孔深在20m以内。主要设备和机具包括钻架、卷扬机冲抓锥、自挂脱钩、出渣车及泥浆搅拌机等。
常见钻孔灌注桩成孔工艺方法及适用范围 作业 方式 干成孔 冲洗 回转 钻进 成孔 工艺方法 螺旋钻振动钻 适用孔径 （mm） φ350～φ800 清孔方法 掏土器或 重力夯实 混凝土灌注方法 孔口倒入 适 用 地 层 地下水位以上的粘性土、砂土、砂层、人工填土 粘性土、淤泥、砂土、强风化基岩 人工填土、粘性土、砂土、淤泥层、碎石土、砂质层、砾砂层、基岩 粘性土、砂质土、淤泥层、碎石土砂层、砾砂层、风化基岩 适用于各种复杂土层、砂层、砾砂层、强风化基岩 适用于各种复杂土层、砂层、砾砂层、漂砾层 填土层、粘土层、砂土层、砂层 反循环回转 φ600～φ1200 正循环回转 φ400～φ800 潜水电钻 φ600～φ1200 φ400～φ1200 φ600～φ1200 φ300～φ600 泵吸反循环 导管水下灌或压风机 注 压风机 导管水下灌注 泵吸反循环 导管水下灌注 压风机 导管水下灌注 导管水下灌注 钢管内灌注 冲击钻冲抓钻成孔 沉管 成孔 冲击钻 冲抓钻 冲击或振动钻 压风机 压风机或掏土器
（3）泵吸反循环钻进成孔
泵吸反循环钻进成孔具有施工效率高、桩孔质量好、成本费用低、施工安全等优点，应优先采用。泵吸反循环钻进工艺适用于填土层砂土层、粘土层、淤泥层、卵砾石层和基岩层。施工的桩孔直径一般在600mm以上，孔深不超过70～80m。
施工现场应首先考虑冲洗液循环、排水、清渣系统的需要，以保证作业时，冲洗液循环通畅、污水排放彻底、钻渣清除顺利。同时应加强冲洗液的净化。
（4）冲击钻成孔
冲击成孔的主要设备和机具包括冲击式钻机、冲击钻头、抽砂筒等。冲击钻施工的桩孔直径一般为600～800mm。在含有较大卵、砾石层漂砾层中成孔效率较高。
冲击成孔使用高比重、高粘度泥浆护壁和浮渣，也可直接向孔内投入粘土或泥球进行护壁。
（5）螺旋钻成孔
螺旋钻成孔的设备机具主要包括导向架、卷扬机、螺旋钻杆、动力机、出土器、钻头等。螺旋钻杆分长螺杆和短螺杆，钻头的形式有尖底式、平底式、耙式、筒式等。
长螺旋钻适用于水位以上的填土层、粘土层、砂砾石层等干作业成孔。施工桩孔直径一般为300～600mm。成孔效率高，施工现场没有泥浆污染，适合条件下宜优先采用。
（6）沉管成孔 （7）打入桩 2.3 清孔
清孔的目的是彻底清除孔底沉淀的钻渣和替换孔内浓泥浆、以保证灌注桩的质量和承载。
清孔的主要方法有压风机清孔、换浆清孔、掏渣清孔等。 孔深达到设计标高后，清孔时采用换浆清孔法，在孔底注入优质泥浆，以保证孔底干净，对孔径、孔深、垂直度和孔底嵌岩情况进行全面检查合格后，当孔底基本无沉渣，泥浆沟只排出稀浆而无废渣时，即可停止清孔，移机准备下放钢筋笼。
2.4 钢筋笼的制作和吊放
钻孔桩的钢筋应按设计要求预先焊成钢筋笼骨架，吊放前应检查孔底深度是否符合要求，孔壁有无妨碍骨架吊放和正确就位的情况。经验收合格后，安放钢筋骨架。
钢筋笼在地面分节进行制作，采用加劲筋成型法，每节长度9～12米，制作时加劲筋点焊在主筋内侧，校正好加劲筋与主筋的垂直度，然后点焊牢固，布好螺旋筋并点焊于主筋上，按设计在主筋上沿圆周方向每4米均匀分布焊接4个保护层耳环。焊接加工要确保主筋在搭接区断面内接头不大于50%，焊接采用单面焊，焊缝长度不小于10倍钢筋直径。
钢筋骨架在运输吊装过程中均不得使骨架变形。钢筋骨架利用钻机塔架起吊，为保证骨架起吊时不变形，宜用两点吊，第一吊点，设在骨架下部、第二吊点设在骨架长度的中点到上三点之间。对于长骨架，起吊前应在骨架内部临时绑扎两根杉木杆以加强其刚度，起吊时，先提第一吊点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊。待骨架离开地面后，第一吊点停止起吊，继续提升第二吊点。随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。解除第一吊点，检查骨架是否顺直，如有弯曲应整直。当骨架进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。骨架进入孔口后，由下而上地逐个解去绑扎杉木杆的绑扎点。解去后，杉木杆受水的浮力自行浮出水面后即可取去。当骨架下降到第二吊点附近的加劲箍接近孔口时，可用木棍或钢钎（视骨架轻重而定）等穿过加劲箍的下方，将骨架临时支承于孔口，将吊钩移至骨架上端，取出临时支承，继续下降到骨架后一个加劲箍处，按上述办法暂时支承。此时可吊来第二节骨架，使上下两节骨架位于同一竖直线上，进行焊接。焊接时先焊顺桥方向的接头。最后一个接头焊好后，全部接头就可下沉入水。接头完成，稍提骨架，抽去临时支托，将骨架慢慢下降，如此循环，使骨架降至设计标高为止。最后用