第四章  桩基施工组织方案

§4.1、陆地钻孔灌注桩施工工艺

    §4.1.1概述
    陆地有φ130cm、φ150cm、φ180cm、φ200cm三种钻孔灌注桩，共225根。其中φ130cm的有44根；φ150cm的有122根；φ180cm的有55根；φ200cm的有4根。陆地上钻孔桩施工前应探明原有地下管线、输水渠道分布在确切位置和走向，摸清块石分布区段及海堤分布区段，以便对症下药，合理采用施工方法及布置钻机机型。根据图纸和调研情况，对于陆地桩基采用在墩位处平整处理场地后进行施工。
    §4.1.2钻孔施工
    ①测量定位
    测量选用全站仪定位，工程测量基准点用混凝土浇筑固定或设在固定建筑物上，并安装防护标志，防止重车碾压和重物碰撞而产生移位；基准方位安设在视线范围内的不产生变形的物体上，或设点浇混凝土保护。
    ②表层障碍物处理
    若桩位位于建筑物基础处，则先用空压机及风镐破除表层混凝土。若桩位位于海堤分布区域，在取得有关部门许可后，则先进行破堤大开挖，清除原抛填块石后利用土围堰再进行桩基施工。
    ③埋设护筒
    本工程采用10～12毫米钢板卷制而成的钢护筒。为增加刚度防止变形，在护筒上、下端和中部的外侧各焊一道加劲肋。护筒内径大于设计桩径30cm，即Φ130cm钻孔灌注桩采用Φ160cm钢护筒，Φ150cm钻孔灌注桩采用Φ180cm钢护筒，Φ180cm钻孔灌注桩采用Φ210cm钢护筒，Φ200cm钻孔灌注桩采用Φ230cm钢护筒，。
    护筒顶端至少要高出地面30cm。钢护筒振打施工：首先跟据石灰粉放样线，人工对钢护筒位置的土层进行开挖，开挖深度为80cm～120cm，然后采用25t吊车将钢护筒放入已开挖好的圆槽内，并对钢护筒的垂直度和平面位置进行调整，以确定符合要求，及时对护筒外壁的空隙处采用粘土进行分层回填和振捣密实，最后再采用９0ＫＷ振动沉桩锤进行振设。根据各墩地层情况计划设置护筒一般长约3m～8m，特殊地段如若遇回填土中或位于老房屋基础等则考虑护筒加长，但其最终深度将根据实际施工情况进行确定或者调整，护筒底部和四周所填粘土必须分层夯实。钢护筒振打过程中控制振打速度，同时密切观测护筒的垂直度，发生倾斜时，及时停止振打进行纠偏处理，以确保护筒平面位置的偏差一般不得大于5cm,倾斜度的偏差不得大于0.5%。钻孔时保证静压水头高度不小于1.0m。
    ⑶钻机选型和钻孔桩施工顺序
    岸上钻孔桩施工投入8台CJF-15型冲击钻、20台CJF-20型冲击钻、CJF-25型冲击钻1台。靠近已有铁路的桩基采用4台KP2500型回旋钻机钻进，以减少对铁路路基的振动，减少桩基施工时对铁路路基的不良影响，保证火车通行的安全。钻机从我单位已完成桩基施工的其他项目调入，钻机进场采用陆运。
    ①钻机的具体布置：
    高崎互通右主线桥和A匝道桥布置CJF-15型冲击钻1台，CJF-20型冲击钻4台，KP2500型回旋钻1台；高崎互通左主线桥和B匝道桥布置CJF-15型冲击钻3台，CJF-20型冲击钻6台，KP2500型回旋钻1台；跨海主桥陆地部分布置CJF-20型冲击钻2台、CJF-25型冲击钻1台。钻机可根据工程进度分批调拨使用。
    ②钻孔施工钻机选型：
    岸上钻孔灌注桩直径为φ130cm、φ150cm、φ180cm、φ200cm，为加快施工进度，根据施工经验及施工场地的地质情况，岩层埋深较浅，而且岩层较深，宜选用大型冲击钻机进行桩基施工。考虑减少施工时对铁路路基的不良影响，所以选用大扭矩、钻杆内径大、气举或泵吸效果好的大型回旋钻机进行已有铁路附近的桩基施工。
    ⑷钻孔泥浆
    钻孔泥浆使用我单位成功使用过的海水造浆工艺造浆
    以造浆为主，根据地质情况，控制泥浆比重在1.10～1.15左右，根据实际情况可予以适当调整。
    ①反循环钻孔泥浆循环系统布置
    泥浆循环系统由泥浆池、泥浆泵、沉淀池、进出泥浆槽等组成，挖两个10×20×2m的池子，一个作为沉淀池，一个作为泥浆池，用沟槽连接。钻孔时用空压机将孔内泥浆携带钻渣吸出并排入泥浆池沉淀，及时将钻渣清理，净化后的泥浆再循环流至储浆池再经沟槽流入孔内。以此循环自始至终，直到钻孔完毕。泥浆池隔墩设置，其设置时不得破坏便道的通行。一个设置循环系统示意图见图4.1.2-1所示：
    图4.1.2-1  反循环钻孔泥浆池布置示意图
    ②冲击钻孔泥浆
    冲击钻孔开钻时应先在孔内灌注泥浆，如孔中有水，可直接投入粘土，用冲击锤以小冲程反复冲击造浆。掏渣后应及时补水或灌注泥浆。
    ③泥浆排放
    在岸上指定废弃位置开挖大型泥浆、钻渣排放池（其位置见后附图），配置4台泥浆输送车，将钻渣运送至钻渣排放池。
    ⑸成孔
    根据本工程地质特点及具体情况，分回旋钻成孔及冲击钻成孔两种方法，一般采用冲击钻孔成孔工艺，对于靠近已有铁路的桩基采用回旋钻成孔工艺。
    ①冲击成孔工艺
    a.机具布置：在埋好护筒和备足护壁泥浆粘土后，将钻机就位，立好钻架，对准桩孔中心，就可开孔冲击钻进。
    b.开孔：开钻时先在孔内灌注泥浆，开孔及钻进过程中，应始终保持孔内水位高出地下水位1.5～2.0米。并低于护筒顶面0.3米以防溢出。掏渣后应及时补水。
    c.钻进：在钻进过程中，应调节好冲程的范围，在任何情况下，最大冲程不宜超过5米，防止卡钻，冲坏孔壁或使孔壁不圆。
    为正确提升钻锥的冲程，宜在钢丝绳上涂油漆做长度标志。
    掏渣后因其它原因停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。
    d.掏渣：破碎的钻渣，部分和泥浆一起被挤进孔壁，大部分靠掏渣筒清除出孔外，故在冲击相当时间后，应将冲击锥提出，换上掏渣筒，下入孔底掏取钻渣。
    当钻渣太厚，泥浆不能将钻渣全部悬浮上来，钻锥冲击不到新土（岩）层上，还会使泥浆逐渐变稠，吸收大量冲击能，并防碍钻锥转动，使冲击进尺显著下降，或有冲击成梅花孔、扁孔的危险，故必须按时掏渣。
    e.检孔：钻进中须用检孔器检孔，检孔器用钢筋做成，其外径略小于设计孔径，长度等于孔径的4～6倍，每次更换钻锥前，都必须检孔。
    f.钻孔的安全要求：冲击锥起吊应平稳，防止冲撞护筒和孔壁，进出孔口时，严禁孔口附近站人，防止发生钻锥撞击人身事故。因故停钻时，孔口应加盖保护并严禁钻锥留在孔内以防埋钻。
    在钻进过程中，应检查钻孔直径和竖直度。并随时填好钻进记录表。开钻前应配制足够数量的泥浆，钻进过程中若泥浆损耗、漏失，应予补充，并按泥浆检查规定，按时检查泥浆指标，遇土层变化应增加检查次数，并适当调整泥浆指标。在钻进时遇到坍孔、钻孔偏斜、掉钻落物、扩孔和缩孔、糊钻、卡钻、钻杆折断、钻孔漏浆应及时分析原因，采取相应措施处理。
    ②回旋成孔工艺
    施工中开钻宜轻压慢转，正常钻进时钻进速度控制在3m～5m/h以内，临近终孔前放慢速度以便及时排出钻渣，减少孔内沉渣。
    在钻进过程中注意以下几个问题：
    开始钻进时，进尺适当控制，在护筒刃脚处应低档慢速钻进，钻至刃脚下1m后，可按土质中以正常速度钻进；
    在粘土中钻进，宜中等钻速、大泵量、稀泥浆钻进；
    在粉砂土及淤泥质土中，宜轻压、低档、慢速、大泵量、稠泥浆钻进；
    在块石、亚粘土夹卵、砾石层中钻进时，宜采用低档、慢速、优质泥浆、大泵量或两级钻进的方法钻进。钻孔作业采用减压钻进，钻至护筒下口附近1m时，需提钻抛填粘土反复作反循环旋转护壁2～3次。
    整个钻孔过程中要始终保持孔内水头低于2.0m，孔径不小于设计值，倾斜率不大于1%。钻头提升或下放应保持较慢的匀速工作，避免因钻杆摆幅加大，钻头挂拉损伤孔壁。
    为防止相邻桩串孔或影响邻桩的成桩质量，要求同一承台相邻桩位施工待相邻孔灌混凝土24小时后方可开钻。终孔后即测定孔深，并用探孔器检查孔径，符合要求后方可终孔。
    ③注意事项
    钻孔灌注桩因其施工情况的特殊性，钻孔时可能遇到的不定因素较多，因此开钻前制定详细可行的桩基施工作业指导书，包括施工工艺、钻孔前的设备检修、人员培训与准备、泥浆循环系统等材料准备、事故预案、安全方案、质检方案等，并备有可靠的自发电系统和满足要求的商品混凝土应急。每钻进2米或地层变化时在泥浆池中捞取钻渣样品，查明土类并记录，以便与地质剖面图相核对。因桩基地质情况较复杂，当钻孔至砂层等易塌地层时采用加大泥浆比重并增加泥浆的粘度，减慢钻孔速度等方法通过该地层。钻孔过程中现场工程师旁站监督，发现问题及时解决。
    同时施工过程中要注意以下事项：
    a.钻孔前，绘制钻孔地质剖面图，以便按不同土层选用适当的钻头、钻进压力、钻进速度和泥浆的浓度。
    b.钻机安装就位后，底座应平稳，在钻进和运行中不应产生位移及沉陷，否则应找出原因，及时处理。
    c.钻孔时及时填写钻孔施工记录，交接班时由当班钻机班长交待接班钻机班长钻进情况及下一班应注意事项。
    d.钻孔作业分班连续进行；钻进时按时检查泥浆指标，遇土层变化时增加检查次数，并适当调整泥浆指标，使之符合要求。钻进过程中如泥浆有损耗、漏失，及时补充。
    e.定期检查钻头磨损情况，必要时进行修补或更换。
    ⑹清孔
    钻孔深度达到设计标高后，用测绳和超声波测孔仪分别进行孔径和垂直度的检查，并经监理工程师验收合格签认后，在泥浆池加入清水，适当降低泥浆浓度，进行清孔作业。清孔主要目的是抽、换原钻孔内泥浆，降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标，清除钻渣，减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留沉淀土过厚而降低桩的承载力。本设计采用抽浆法清孔：即终孔后停止进尺，以灌注混凝土导管作为吸泥管（此方法好处在于清孔完毕后，将特制的弯管拆除即可开始灌注水下混凝土，争取时间），使清孔后泥浆的质量以及孔底沉淀土厚度满足规范要求时，即可终孔。
    清孔要注意以下事项：
    ①清孔排渣时，注意保持孔内水头，防止坍孔。
    ②清孔过程中的泥浆均需运至监理工程师指定的地点，尽量减少对周围环境的影响。
    ③禁用超深成孔的方法代替清孔。
    ④用优质泥浆在足够的时间内，经多次循环，将孔内悬浮的钻渣置换并沉淀出，清孔时间不少于将孔内泥浆循环三次。
    ⑤清孔后的孔底泥桨性能指标应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）中表6.8.3的规定,即相对密度:1.03～1.10；粘度:17～20Pa·s；含砂率:<2%；胶体率:>98%。孔底沉淀物的厚度要求不大于20cm。
    ⑥成孔验收：验收时主要采用测绳检查孔深，利用探孔器检查孔的倾斜度。
    §4.1.3钢筋笼制作安装与下导管
    ①钢筋笼的制作 
    钢筋笼的加工制作符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）中的有关规定。所有桩基钢筋笼均在经过地基处理的钢筋棚内集中制作，采用支架成型法。支架用3cm～4cm厚的钢板，按骨架的设计尺寸做成半圆的固定支架。在它的周围边缘按主筋的位置凿出支托主筋的凹槽。制作时将钢筋放入凹槽，然后将箍筋按设计位置放在骨架外围，绕成圆箍并与主筋点焊。直到最后加工成型。本标段钢筋笼的长度不等，为了吊装方便，根据孔深不同，长度大于48m的钢筋笼现场分3节制作，各节的长度为24+24+（L-48）m(其中L为桩长)。制作时两端断面的接头均按50%错开，在孔口处用直螺纹套筒连接。
    
    图4.1.3-1    后场钢筋笼加工
    ②钢筋笼的运输与吊装
    制好后的钢筋笼存放在平整、干燥的场地上，按每个钢筋笼的各节次序排好，并在每个节段上挂上标志牌，写明墩号、桩号、节号等，以便使用时按顺序装车运出。
    在护筒顶制作一定型吊装结构吊挂钢筋笼于护筒顶端。 成孔经检孔器检孔验收合格，即可将钢筋笼运至现场安放入孔。钢筋笼的起吊和就位采用50T履带吊