大直径超深入岩扩孔钻孔灌注桩施工工法

大直径超深入岩扩孔钻孔灌注桩施工工法

1、前言

本工法是在香港新机场北大屿山高速公路东涌站行人桥桩基工程施工实践的基础上编写而成，此成套施工技术获中国建筑工程总公司科技进步一等奖。本工法确定了以气举反循环泥浆护壁施工工艺成孔的原则和方法。

2、工法特点

2.1、采用永久性钢护筒：钢护筒直径大(直径2.7m），沉入深(深度达35m），壁薄（厚仅12mm，比施工规范薄1.5cm），沉入后垂直偏差要求不大于1/300。

2.2、护壁泥浆无公害处理：泥浆采用膨润土＋纯碱＋CMC，并用泥浆分离器对泥浆进行处理，再配以其它措施，使泥浆重复使用，现场消化处理。

2.3、超深硬质岩石分级钻进：由于工程桩的直径大，入岩深度深(达32m深），岩石强度高，部分钻机由于机械性能的限制，一次向全断面钻进十分困难，因而采用分级钻进技术。

2.4、遇大斜度(最大岩面坡度为73.2°)坚硬岩面的成孔：采用球齿合金钻头，并在钻头上部安装钻头稳定器，及时减压，慢速钻进，稳定压力、防止钻头跑偏，保证垂直度偏差不大于1/300。

2.5、钢筋采用完全绑扎成型，所有主筋没有焊点。 2.6、超大口径，超深钻孔硬质岩石中扩孔技术。

2.7、钻机的进尺速度控制以自动为主，钻机配备自动给进仪，钻机受人为的约束减少，大为提高钻进效率。同时，操作者只要注意到几个仪表数值的变化就能知

道钻机的钻进情况。

2.8、通过二次清孔能达到孔底无沉渣，大大提高了桩的容许承载力。

3、适用范围

本工法适用于穿过各种复杂土层，特别是穿过中风化，微风化岩层的大直径扩孔灌注桩的施工。

4、成孔桩原理

气举反循环排渣原理，空气压缩机通过钻杆的通气孔，从空气钻杆(或风包)把压缩空气送进钻杆内部，从而在钻杆内部形成比重较泥浆小的三项流，从钻杆排出孔外。排出过程中能捎带钻渣，从而达到钻进成孔的目的。气举反循环在20m以内由于风包没入率太小，排渣效率不高。在孔深20m以后效率越来越高。在50m以后超过泵吸反循环，而钻深超过80m时，如空压机压力小于0.8MPa，宜采用两个气室钻杆。

5、施工程序和操作要点

5.1、施工程序

大口径钻孔灌注桩施工通常由：钢护筒制作及沉入，桩的成孔及扩孔，钢筋骨架制作及安装，二次清孔及灌注水下混凝土，泥浆的处理五个部分组成，根据其工艺特点制定以下工艺流程图：

5.2、操作要点

5.2.1、钢护筒制作及沉入

5.2.1.1、钢护筒制作及沉入，在工序安排上是将每组桩的护筒全部沉到位后，才开始架设钻机，钻进成孔。

5.2.1.2、钢板下料：同一块钢板的两条边长的长度差值不大于3mm，两条短边的差值不大于2mm，两条对角线差值不大于3.6mm。不同钢板下料时，各钢板的长边还必须采用同一尺寸，其长度误差不大于4mm。

5.2.1.3、钢板的一条长边和一条短边加工成45度坡口，便于成型的钢护筒焊接牢固。

定桩位 护筒垂直度校正寻向驾制作 钢护筒成型 安放振动锤 钢护筒分段沉入 抓斗护筒内抓土 护筒内注水 安放振动锤沉入护筒 清水反循环转至护底 泥浆护壁气举反循环转进成孔 换上扣孔转头 扩大头施工 拌制护壁泥浆 一次清孔 泥浆处理 安放钢筋骨架 安放灌浆管及气举管 第二次清孔 检测 混凝土搅拌 灌注水下混凝土 泥浆处理

5.2.1.4、裁过的钢板在卷板机上卷制成形。成型后的钢护筒用十字撑加固，防止变形。

5.2.1.5、几个小节钢护筒在地面平台上对接成一节长的钢护筒。

5.2.1.6、护筒加固：首节护筒的底部包焊高600mm，厚12mm的钢板箍，每节护筒的上端包焊200mm高的钢板箍，防止钢护筒在沉没过程中变形。

5.2.1.7、钢护筒起吊就位，割除十字撑。

5.2.1.8、安装钢护筒垂直度校正导向架，校正钢护筒垂直度，安放振动锤，振动下沉。下沉过程中钢护筒垂直度用十字方向两台经纬仪跟踪观测。沉到位后，垂直度用下图所示方法检测，每条护筒垂直精度按下表数值控制。

外沉入土中 护筒节号 一 一＋二 护筒垂直度最大允许偏差 1/250 1/300 1/400 1/400 中心位移最大偏差 (mm) 15 25 30 45 一＋二＋三 一＋二＋三＋四 护筒垂直度检测法

5.2.1.9、起吊第二节护筒与第一节护筒竖向对接。

5.2.1.10、重复上述5.2.1.6、5.2.1.7、5.2.1.8条内容直到护筒到位。对于土质较密实的桩位，同一桩位上可先沉2～3节护筒(18～27米)，然后在护筒内干作业抓土15m左右，再往护筒内注满水，最后对接第四节护筒沉到位。

5.2.2、成孔及护孔

5.2.2.1、抓斗在护筒内抓土，干作业抓土到护筒深度的三分之二左右，且一般不小于15m，由于采用气举反循环钻进成孔，钻具“风包”必须满足最小埋深的要求。抓土结束后往护筒内注水。

5.2.2.2、安放钻机用楔齿全断面钻头清水反循环钻至护筒底。 5.2.2.3、泥浆护壁气举反循环钻进成孔，泥浆循环见下图：

清水池空压机储汽罐泥水分 离器泥浆泵储渣池钻杆高压空气输送管风包循环池泥浆储备池沉淀池废浆池钻头气举反循环泥浆循环图

5.2.2.4、为了防止钻杆产生过量的揉曲变形，钻孔过深时应在钻杆架上增加一个稳定器。

5.2.2.5、刚入岩时换上球齿合金钻头，同时在钻头上部安装钻头稳定器，由于岩土交接面一般有一定的倾角，所以应及时减压，慢速钻进，防止钻头跑偏。

5.2.2.6、钻头完全入岩后加大气压气量。转盘转速N=60V/πD；式中：V为钻头外边缘的线速度，D为桩径。在入岩钻进时一般V=0.5～1.5m/s，由上式可以推算出N=（9～29）D。对于香港工程实际操作中转速每分钟保持4～7转，转进效果最好。转速过快会造成岩渣的“二次破碎”反而影响钻进效率。

5.2.2.7、钻进过程中，如果岩石太硬，而钻机又由于机械性能的限制，无法提高配重，至使分配到每个球齿合金头上的转压太小，无法对岩面开成有效的破碎，此时可采用“分级钻进”法，即先换上小直径钻头，钻至孔底后再换上大直径钻头，直到钻出所有需要的桩孔来。

5.2.2.8、进尺速度的控制采取自动给进方式，提前给钻机配上自动给进仪，一旦调整好钻压，给进仪便可根据岩石的硬度自动调整进尺速度。

5.2.2.9、成孔到位后，将扩孔钻头连同配重一起下到孔底，使其四翼处于最大限度的张开状态后，进行扩孔。扩孔完毕后，保持泥浆循环，并继续让扩孔钻头空转，用20～30分钟，把孔底的大块岩渣清除干净。

5.2.3、钢筋骨架的制作及安装

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