鉆孔擴底灌注樁施工工法

1、.鉆孔擴底灌注樁施工工法中鐵*廣深港客運專線ZH-3標項目部 深圳中鐵*工程有限公司1 前 言隨著建筑技術的快速發(fā)展，新建樓層高度的增加，對樁基承載力的要求也越來越高。如何保證建筑物基礎承載力成為工程的關鍵。鉆孔擴底灌注樁施工技術在全國推廣以來，經工程實踐證明，它與長螺旋鉆孔樁相比，具有施工質量可靠，效率高、省材料、成本低等特點。深圳北站鉆孔灌注樁規(guī)格有1200mm和1400mm兩種直徑。其中1200mm又分為樁孔底擴至2000mm及樁孔底擴至2400mm；1400mm又分為樁孔底擴至2400mm及樁孔底擴至2700mm。針對工程中鉆孔擴底樁擴大頭質量控制的特點，特編寫本工法。2 工法特點鉆孔

2、擴底灌注樁施工工法的主要特點在于在一般鉆孔樁施工工藝基礎上，通過三翼合金 (MRS)擴底鉆頭或雙翼滾刀擴底鉆頭(MMR)對樁基端部擴大的過程，從而達到增加樁基承載力的效果，鉆孔樁在擴底過程中須掌握鉆孔深入的巖層情況，控制擴底行程，控制好泥漿濃度，防止塌孔。3 適應范圍本工法適用于各類樁基建筑，對地基土有廣泛的適用性，地下水位以上的粘土，亞粘土、粉砂、細砂等土質均可推廣應用。4 工藝原理鉆機通過測量定點就位后，開始鉆孔，鉆孔深度達到設計巖層后，將鉆頭提起，更換擴孔鉆頭。擴孔鉆頭通過鉆桿連接，在主導鉆桿上標示擴孔前位置及擴孔所需位移后，將鉆頭放到孔底位置，通過加壓裝置將底部刀具均速打開，直至達到擴

3、孔設計值終止。5 施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程鉆孔擴底樁是在鉆孔樁基礎上發(fā)展起來的一種新樁型，施工時先按一般鉆孔方法按樁身直徑鉆進至設計持力層后，更換擴底鉆頭下至孔底，通過加壓使擴底鉆頭的擴翼張開并使之旋轉切削地層形成擴大頭，達到設計要求的擴底直徑后放鋼筋蘢。灌注混凝土形成混凝土擴大頭，提高樁端承載力 。工藝流程如下圖：測 量 定 位埋 設 護 筒鉆 機 放 位直孔鉆進成孔直孔終孔驗收擴底鉆進成孔擴 底 驗 收清 孔 換 漿孔 形 檢 測吊放鋼筋籠下 放 導 管清 孔 換 漿安放隔水球灌注混凝土起 拔 導 管起 拔 護 筒泥漿循環(huán)泥漿外運攪拌混凝土原材料試驗導管試壓導管試接制作鋼

4、筋籠原材料試驗注入新泥漿圖5.1-1：施工工藝流程圖5.2操作要點5.2.1鉆孔擴底樁樁身結構要素擴底樁一般由直孔段、擴底段組成。擴底段的形狀如圖1所示，這種形狀能有效地清除孔底鉆渣，確保樁端最大截面承受端承力。提高擴底樁的工程質量。圖5.2.1：擴底樁形狀示意圖擴底段樁身主要結構要術(如圖1示符號)有：直孔段直徑(d)、擴底端最大樁孔直徑(D)、最大直徑段高度(h2)、擴底矢高 (h1)、擴孔段斜邊高度(h1)、擴孔邊錐角()、樁底環(huán)狀擴大寬度(n)、擴孔底錐角(r)、沉淀孔直徑(d)、沉淀孔高度(h)。5.2.2鉆機選型表5.2.2-1 鉆孔機性能參數表性能系數型號最大鉆孔直徑（mm）最大

5、擴底直徑（mm）砂石漿排量（m3/h）鉆孔規(guī)格（mm）備注GPS262200 440020016810轉盤式GPS202000400018021915轉盤式5.2.3擴底鉆頭結構特點及選型結合本工程施工的特點， 決定采用兩種類型的擴底鉆頭，一類是三翼合金擴底鉆頭(MRS)，另一類是雙翼滾刀擴底鉆頭(MMR)，結構示意圖分別見圖2和圖 3。 圖2：三翼合金擴底鉆頭 圖3：雙翼滾刀擴底鉆頭（1）三翼合金擴底鉆頭基本結構為三翼下開式。刀齒為硬質合金，主要部件包括擴底翼、加壓翼、底盤、連桿等，利用鉆具自重在孔底實現擴底；鉆頭結構簡單，使用方便，操作靈活。適應范圍廠，擴底準確可靠； 主要用于各種土層、砂

6、層、砂礫層、硅積層和強風化巖中擴底。（2）雙翼滾刀擴底鉆頭基本結構為下開式，采用對稱雙翼，中心管為四方結構，能可靠地將回轉扭矩傳遞到擴底翼上。主要包括擴底翼、加壓架、連桿、底座等部件，擴底翼為箱式結構，剛度大、強度高，解決了嵌巖擴底過程中大扭矩的傳遞問題，其以高強度耐瞎?jié)L刀和牙輪為破巖刀具，破巖效率高， 可用于各類全、強、弱風化巖層中擴底。5.2.4測量定位各測量點（俗稱大樣點）采用全站儀進行閉合測定，無誤后用混凝土固定，并安裝防護標志，防止因重車碾壓和重物碰撞后而產生位移。盡量將各點設置在不影響施工的視線范圍內，且不易被碰撞，以利長久保存。樁位測量采用全站儀、鋼尺丈量法。但在樁位測定前，需對

7、所用的測量基點進行復核，使其符合各種平面尺寸關系后方可使用該基點。樁位測定分初、復測，分別為挖埋護筒前和埋設護筒后，復測合格后，打入10鋼筋一根，作為鉆機定位標志，然后用水準儀測定其護筒標高后，經現場監(jiān)理驗收合格后方可就位施工。5.2.5埋設護筒鉆孔樁的孔口護筒是保護孔口，隔離上部雜填松散物，防止孔口塌陷的必要措施，也是控制定位，標高的基準點。因此，在鉆孔灌注樁施工每根工程樁施工前埋設護筒。護筒選用大于樁徑10cm的鋼制護筒，埋入深度以滿足隔離雜填士，防止孔口塌陷為準，護筒四周間隙用粘土回填并搗實，以確保護筒穩(wěn)定牢固。5.2.6鉆機就位鉆機就位時，轉盤中心對準樁位中心標志的偏差應小于20mm，

8、并用水平尺校對轉盤水平，并做到天車中心、轉盤中心與樁位中心成一垂直線。5.2.7成孔（1）機具配備施工前按其施工孔深配置鉆具、導管，核準其鉆頭直徑和長度、機上鉆桿長度、根數、導管長度、根數，經核準后的機具不得隨意更換。（2）成孔過程本工程采用反循環(huán)回轉鉆進方法，鉆進參數控制范圍如下：鉆壓6-15KPa 轉速 40-128rmin施工中應根據地層情況合理選擇鉆進參數，一般開孔宜輕壓慢轉，正常鉆進時鉆進速度控制在10m/h以內，臨近終孔前放慢鉆速以便及時排出鉆屑，減少孔內沉渣。通過3PN泥漿泵將循環(huán)池內的泥漿泵入鉆桿內，從鉆頭返出，鉆頭切削土體形成的泥漿從鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙內上返至孔口，再通過立

9、式排污泵或泥漿溝排入循環(huán)池，從而形成泥漿循環(huán)系統(tǒng)?，F場備用立式排污泵。為防止相鄰樁串孔或影響鄰樁的成樁質量，相鄰樁的成孔施工以滿足4D或不少于36小時為宜，因此，對不滿足要求的樁跳樁（間隔一樁）施工。（3）擴底鉆進工藝直孔鉆進至設計孔深后，更換擴底鉆頭進行擴底鉆進，操作要點如下：1）檢查鉆頭收縮與張開是否靈活，各部件及其焊接，各銷軸連接是否牢固。2）根據樁徑所需的最大擴底直徑，確定其行程。首先將擴底鉆頭放置至擴孔部位，然后緩慢給壓使鉆頭逐漸張開，并不斷測量擴底鉆頭的最大直徑，當鉆頭張開至所需的擴底直徑時，可在小中心方管上用粉筆記下大中心方管下端的位置。再次將鉆頭提起使其完全處于收縮狀態(tài)，此時在

10、小中心方管上再次記下中心管的位置。測量小中心方管上兩個位置的距離，即為擴底鉆頭上的擴底行程。3）準確測量孔深，當擴底鉆頭下放至孔底，在主動鉆桿上作擴底的起點和終點標記時，應考慮擴孔系數。因為擴底鉆頭下放至孔底，并不是完全收縮狀態(tài)，而是略有張開，所以確定擴底行程的終點時，應比地面實測行程酌情減少。4）鉆頭下入孔底后，使沖洗液充分循環(huán)后才能空鉆轉動，空鉆正常后才能加壓鉆進。5）鉆進時緩慢給壓，逐漸張開擴翼，切削巖層擴底，反循環(huán)排渣。鉆進時應用最低檔轉速，通過卷揚機放繩速度控制鉆進速度小于10cm/min。6）正常鉆進時，無異常情況，不得無故提動鉆具。7）擴底到位后應輕輕地漸漸提動鉆具，使之產生一定

11、的向上收縮力，在徑向和軸向的雙重作用下，收擾鉆頭，慢慢提出孔外，如出現提鉆受阻現象，不可強提，猛拉。采取上下竄動鉆具，并在鉆頭脫離孔底的情況下，輕輕旋轉的方法，鉆頭便可收擾。8）擴底鉆頭提出孔外，應及時沖洗干凈，便于發(fā)現問題及時修復，以備下次使用。（4）護壁鉆孔形成自由面時，由于受地層覆蓋土壓力的作用，使自由面產生變形，泥漿使用得當可以抑制變形的產生。根據本工程地質巖土物理性能，選用原地層自然造漿，地表調節(jié)泥漿物理性能。根據不同的地質情況，選用不同的泥漿性能參數，來平衡地層的側壓力，以保證孔壁的穩(wěn)定性，防止坍孔。泥漿性能多數指標控制范圍如下：一清泥漿比重1.251.45 粘度 2026s二清泥

12、漿比重1.051.15 粘度 1822s三清泥漿比重 1.051.15 粘度 1822s含砂率3%泥漿性能多數一般選擇原則是：易塌孔地層選用較大值，不易塌孔地層選用較小值。（5）清孔清孔是鉆孔擴底灌注樁施工的重要工序，清孔質量的好壞直接影響水下混凝土灌注施工、樁身質量與承載力的大小。為了保證清孔質量，本工程采用三次反循環(huán)清孔。第一次清孔：當鉆進至設計孔深后，進行第一次清孔，清孔1-2小時，把孔底沉渣抽吸干凈后，下入擴底鉆頭，保證擴底鉆頭安放到位。第二次清孔：擴底完成后，進行清孔換漿，調整泥漿性能。泥漿的比重應小于1.2，含砂率4%，粘度2IS，清孔時間滿足1.0小時。反循環(huán)清孔時，擴底鉆頭每間

13、隔幾分鐘慢慢轉動數圈，確保清除孔底沉渣。第三次清孔：利用灌注導管進行第三次清孔，確?？椎壮猎穸?0mm，用泥漿比重儀和漏斗粘度計測定泥漿比重和粘度，符合要求后方可進行水下混凝土灌注，并在第三次清孔后30分鐘內灌入混凝土。（6）鋼筋籠制作及安裝1）鋼筋籠制作選用具有質量保證書的正規(guī)廠家制造的鋼筋，并對規(guī)格、批號、爐號不同的鋼筋送測試中心做原材料力學試驗，每一批代表數量不大于60t，復試合格后方可投入使用。鋼筋籠由鋼筋工和持證電焊工上崗制作，并對鋼筋搭焊質量抽樣送檢，同一規(guī)格每300個焊接接頭抽樣做一組拉伸試驗。鋼筋籠在預制模中點焊成型，做到成型主筋直、誤差小、箍筋圓，直觀效果好。經質檢員檢驗，

14、并通過監(jiān)理復檢合格后，方可使用。鋼筋籠制作偏差范圍如下：主筋間距：10mm 箍筋間距： 20mm鋼籠長度：100mm 鋼籠直徑： 10mm焊接長度：單面焊接10d、雙面焊接5d2）鋼筋籠保護層為了保護鋼筋籠主筋不產生露筋現象，采用現場預制砼墊塊做保護層，對稱設置。每節(jié)鋼筋籠設置不少于2道?；炷帘Ｗo塊在孔口焊接時加在鋼筋籠上，不宜在制作時加好。3）鋼筋籠的吊放鋼筋籠采用雙點起吊，吊點位置在第一道加強箍處。為防止變形，采用對稱布置，吊放入孔時對準鉆孔中心緩慢下放，應防止碰撞孔壁。如下放困難，應調查原因，不得強行下放。一般采用正反旋轉，慢起慢落數次逐步下放。4）鋼筋籠入孔固定根據鋼筋籠上焊2根10

15、的吊筋固定在孔口機架盤上，使鋼筋籠準確地安放在樁孔標高中心位置上。另外，在頂籠主筋對稱插上2根50鋼管，上端固定在機架底盤下，以防止鋼筋籠上浮。（7）水下混凝土灌注1）材料選用材料選用將嚴格按照國家現行標準對合格供應商的要求，選擇符合要求的商品混凝土生產單位，并報送監(jiān)理單位?，F場使用時，要核準其出廠質量證明書。2）導管導管采用直徑為325mm，長度為3.5m和2.5m焊接鋼管，游輪絲扣連接。該導管密封性好、鋼性強、不易變形。在使用前必須檢查絲扣的好壞和導管內是否有殘物，導管是否已經變形。下導管時，必須加好橡皮密封圈，以確保導管密封。使用后，必須清洗干凈，整齊的堆放于指定位置。3）灌注根據孔深配

16、置導管長度，并按先后次序下入孔內，導管口距孔底距離控制在500mm范圍內。當第二次清孔結束時，在30分鐘內倒入足夠的初灌量，以滿足導管初次時埋入深度超過2m。a、初灌量的計算：V=kD2(he+h)/4+d2h1/4式中：V初灌量（m3） D樁身直徑（m） h導管埋深（m） he導管底口至孔底高度（m） d導管內徑（m） k混凝土充盈系數，取1.3 h1砼達到埋管高度時導管內砼壓與導管外泥漿壓力平衡所需高度(m)其中：h1=（H-he-h）c/w H鉆孔深度，取最大值（m） c-泥漿密度（1.2 t/m3） w砼容重（2.4 t/m3）則：h1=（40-0.5-1.0）1.22.4 = 19.

17、25m V= 1.300.652(0.5+1.0)4+0.2219.254 = 1.25mb、灌注器具和隔水塞的選用灌注器具主要包括導管、漏斗。導管選用325焊接鋼管；漏斗用4mm厚的鋼板制成棱錐形，尺寸為10001000800mm,底部用導管螺紋接頭與導管連接，沿斗口外側焊3030mm角鋼以確保其剛度。隔水塞選用球膽，其外徑比導管內徑小2025mm，在灌注前用將其充氣置于導管內泥漿液面處，再在灌注漏斗口放一塊直徑大于導管內徑的圓形鐵板（蓋板）。c、灌注部署灌注前，導管位置應居中，導管底口距孔底0.5m左右，放好球膽和蓋板?；炷淋嚳拷卓诤螅瑢⒒炷恋谷肼┒?，待混凝土裝滿漏斗后提起蓋板，將漏

18、斗內混凝土灌至孔底，同時砼車內的混凝土也連續(xù)地灌入孔內。為確保導管的埋深長度，每次拔管前必需用測繩進行測量后，由現場質檢員確定應拔管的長度，并進行記錄備查。之后，連續(xù)灌注混凝士，導管埋深一般控制在310m的范圍內。在樁位附近設3m3m大泥漿池，用優(yōu)質膨潤土制成護壁泥漿，使泥漿的比重、粘度、含砂率、膠體率達到規(guī)范要求。鉆孔中隨時檢查孔位、泥漿稠度、孔徑及深度，作好原始記錄，并繪制地質剖面圖。為了保證樁頂質量，一方面清孔時盡量降低泥漿比重，另一方面經常檢測混凝土灌注的上升速度，盡量準確掌握砼上升面。灌注結束前準確測量樁頂標高，確保浮樁長度不少于2m后方可停止灌注，以保證樁頂質量，同時，應減少材料的

19、浪費。d、試塊制作與養(yǎng)護現場隨機對混凝土取樣，每根樁制作不少于一組，采用150150150mm試模，按規(guī)定要求制作，隔日拆模后送現場標養(yǎng)室中養(yǎng)護?，F場養(yǎng)護室按質量監(jiān)督總站的要求建造，養(yǎng)護室內配備空調、加熱管、溫控器、溫度計等。養(yǎng)護池現場采用磚砌，確保養(yǎng)護池中的水溫控制在202，養(yǎng)護室內相對濕度達到90%。按制作齡期養(yǎng)護到期后送測試中心做28天抗壓強度試驗，并及時做好試驗報告的數理統(tǒng)計評定工作。5.3 勞動力組織施工勞動力組織情況表如表5.3-1。表5.3-1 勞動力組織情況表序號單項工程人數（個）備注1管理人員42技術人員43鉆孔操作人員164電 工45電焊工126鋼筋工157混凝土工88雜

20、工69測量員4合計736、材料與設備本工法中無需特別說明的材料，采用的機具設備見表6。表6 機具設備表序號設備名稱設備型號單位數量用途1鉆孔機GPS26臺8灌注樁施工2電焊機BX-300臺6鋼筋加工3鋼筋彎曲機GW40臺2鋼筋加工4鋼筋切割機GJ40臺2鋼筋加工6全站儀GTS-750臺17混凝土輸送泵HB-30D臺2混凝土澆筑8漏斗及導管200臺120混凝土澆筑9泥漿泵TBW850/50臺1抽泥漿10正鏟裝載機ZL50臺1運土7 關鍵質量控制7.1擴底鉆進7.1.1使用前檢查擴底鉆頭收縮和張開是否靈活。將鉆頭用吊車或鉆機的卷揚機提起，然后緩緩放下，擴底鉆頭的擴底翼將隨之收縮和 張開，如此反復數

21、次，使鉆頭動作靈活。 地面進行張、收試驗時，準確測量以數據： （1） 根據工程所需要的擴底直徑。在地面確定其行程。 （2）每一定距離的擴底行程所對應的擴底直徑。（3）擴底鉆頭達到擴底直徑時的h1、h2、h數據。 7.1.2擴底鉆頭入孔前，必須在地面進行整體強度檢驗，其主要內容為焊接部位是否牢固，銷軸連結是否安全可靠，收張是否靈活。 7.1.3當擴底鉆頭下入孔底后，在主動鉆桿上用粉筆劃好記號或在擴底鉆頭上固定好相應的行程限位器，便確定擴底終點。 7.1.4將擴底鉆頭提離孔底，使其處于懸吊狀態(tài)；起動鉆機和水泵，待鉆機和水泵工作正常后即可開始擴底；擴底采取低速回轉技術參數，開始時不得隨意加壓；當運轉

22、平穩(wěn)后，依據孔內的反映情況，適當調整壓力。 7.1.5當鉆進至機上鉆桿所標出的行程時，逐步放松鉆具鋼絲繩，鉆具鉆進阻力減少，轉動自如證明擴底行程已達到擴底限位器。在擴底完成行程后，可在原位繼續(xù)回轉至清孔完畢后即可迅速提鉆。 7.1.6提鉆時應輕輕地漸漸提動鉆具，使之產生一定的向上收縮力；在徑向和軸向的雙重力作用下收攏鉆頭，慢慢提出孔外。如出現提鉆受阻現象，不可急躁，不能強提猛拉，應采取上下竄動鉆具，并在鉆頭脫離孔底的情況下使鉆頭慢慢收攏。 7.2清孔 清孔主式選擇采用泵吸反循環(huán)清孔。利用泵吸反循環(huán)鉆進成孔及清孔，具有泥皮薄、孔底沉渣少、樁孔質量好的優(yōu)點。根據鉆孔擴底樁的施工特點，必須分 三次進

23、行清孔。 第一次清孔：鉆進到設計深度后，先將鉆頭提離孔底5080cm，進行換漿清孔、回流混漿比重應控制在1.25左右，主要目的是準確測量孔深，為擴底鉆進提供可靠數據。 第二次清孔：擴底完成后即進行第二次清孔。及時排出孔底沉渣，主要目的是檢測擴徑情況、孔深位置及調整泥漿性能。 第三次清孔：在下入鋼筋籠、灌注導管灌注混凝土前，測量孔底沉渣， 如沉渣厚度大于50mm。則進行第三次清孔，確保沉渣厚度滿足設計要求。 8 安全措施8.1 設備使用過程中的安全措施8.1.1機架設備必須安裝在平整、堅實的場地上，松軟的場地必須夯實，加墊基臺木和木板。在臺架上作業(yè)的鉆機，必須要有可靠的底盤與臺架連接。8.1.2

24、機械設備必須安裝穩(wěn)固、周正水平、確保施工中不發(fā)生傾斜、移動、沉陷。8.1.3機架設備傳動的外面，必須安裝牢固的防護欄或防護罩，加壓輪鋼絲繩必須加防護套。8.1.4安裝、拆卸和遷移塔架必須由機長或施工員統(tǒng)一指揮，嚴禁上下拋擲工具、物件，嚴禁塔架上下同時作業(yè)；嚴禁塔上或高空位置存放拆裝工具和物件；整件豎放塔架時施工人員應離開塔架起落范圍。8.1.5塔架不得安裝輸電電線，塔架立起或放倒時其外側邊緣與輸電線路的邊線之間必須保持一定安全距離。8.1.6設備遷移時，應先檢查并清除障礙物，設專人照看電纜，防止軋損，無關人員撤到安全地帶。8.1.7機架移位應事先檢查滑輪、流筒、鋼絲繩等安全情況，移位時應力求平

25、穩(wěn)。8.2安全用電措施8.2.1各種機電設備安裝、使用、維修均應按其說明書的要求進行，電氣作業(yè)按其規(guī)范進行。8.2.2機電設備必須建立使用、檢查、維護、保養(yǎng)制度，配齊安全防護設備，在工程結束時，及時組織人員對設備進行檢查維修，確保安全可靠。8.2.3機械動轉中，不得進行零部件拆卸和修理，拆洗和檢查機械時，要防止轉動傷人。8.2.4電氣設備的線路必須保持絕緣電阻不得低于0.5M.8.2.5纜線路應根據灌注樁平面布置架空或懸掛鋪設,固定線路盡量接近樁基平面,并設固定線路,應敷設在不被車輛游軋、人踩、不被管材工件碰撞的明顯地方，不得置于泥土和水中，每周必須停電檢查一次電線外層磨損情況，發(fā)現問題及時處

26、理，電纜通過臨時道路時，應用鋼管做護套，挖溝埋設。8.2.6每個機臺設置一個配電柜，柜內應有足夠的閘刀開關，空氣開關插座，并安裝漏（觸）電保護器，配電柜應有防雨措施，在使用中配電補充的電流量不得超過電氣設備的額定值。8.2.7 保險盒、熔斷器、熔絲必須按規(guī)定的規(guī)格使用連續(xù)發(fā)生熔絲等其它金屬導線代用。8.2.8電氣設備的金屬外殼或機架必須根據技術條件采取保護性接地或接零，但同一電網的用電設備不得有接地、有的接零，不得拆除接地、接零裝置。8.2.9夜間施工應有足夠的照明，燈具應懸掛或固定在合適的架上，不防礙作業(yè)施工，低壓電氣設備，如III類電動工具、安全行燈等應有國家標準GB3805-83安全電壓范圍內使用。8.2.10檢修電器設備和線路時，首先要切斷電源，并在開關上持“有人工作，禁止合閘”的標志牌，如用電工作時，必須有確保安全的措施，并有專人監(jiān)護，非電工不得從事電氣設備的安裝與檢修工作。8.2.11泥漿池周圍做好臨邊防護，并設立警示牌。 8.2.12進行電、氣焊作業(yè)必須嚴格執(zhí)行焊接安全規(guī)程，非焊工不得從事電、氣焊作業(yè)。8.2.1