灌注施工技术

泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁成孔是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。它通过循环泥浆将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出孔外，适用于有地下水和无地下水的土层。

成孔机械有潜水钻机、冲击钻机、冲抓锥等。

泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程：测定桩位、埋设护筒、桩机就位、制备泥浆、机械(潜水钻机、冲击钻机等)成孔、泥浆循环出渣、清孔、安放钢筋骨架、浇筑水下混凝土。

一、埋设护筒和制备泥浆

①钻孔前，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒。钻孔灌注桩-护筒埋设见图2－18。护筒高2m左右，上部设1～2个溢浆孔，是用厚4～8mm钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径200mm。护筒的作用是固定桩孔位置，保护孔口，防止地面水流入，增加孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头的方向。

②在钻孔过程中，向孔中注入相对密度为1.1～1.5的泥浆，使桩孔内孔壁土层中的孔隙渗填密实，避免孔内漏水，保持护筒内水压稳定；泥浆相对密度大，加大了孔内的水压力，可以稳固孔壁，防止塌孔；通过循环泥浆可将切削的泥石渣悬浮后排出，起到携砂、排土的作用。

钻孔灌注桩-护筒埋设

二、成孔

1、潜水钻机成孔

①潜水钻机成孔示意图

潜水钻机成孔示意图如下图所示。

潜水钻机钻孔示意图

1－钻头；2－潜水钻机；3－电缆；4－护筒；5－水管；6－滚轮（支点）；7－钻杆；8－电缆盘；9－5KN卷扬机；10－10KN卷扬机；11－电流电压表；12－启动开关

②工作方式

潜水钻机是一种旋转式钻孔机，其防水电机变速机构和钻头密封在一起，由桩架及钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔。注入泥浆后通过正循环或反循环排渣法将孔内切削土粒、石渣排至孔外。

③排渣方式

潜水钻机成孔排渣有正循环排渣和反循环排渣两种方式，如下图所示。

a.正循环排渣法:在钻孔过程中，旋转的钻头将碎泥渣切削成浆状后，利用泥浆泵压送高压泥浆，经钻机中心管、分叉管送入到钻头底部强力喷出，与切削成浆状的碎泥渣混合，携带泥土沿孔壁向上运动，从护筒的溢流孔排出。

b.反循环排渣法:砂石泵随主机一起潜入孔内，直接将切削碎泥渣随泥浆抽排出孔外。

环排渣方法

（a）正循环排渣；（b）反循环排渣

1－钻杆；2－送水管；3－主机；4－钻头；5－沉淀池；6－潜水泥浆泵；7－泥浆泵；8－砂石泵；9－抽渣管；10－排渣胶管

2、冲击钻成孔

①冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头(冲击锤)提高到一定高度，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔。

②冲击钻头形式有十字形、工字形、人字形等，一般常用十字形冲击钻头(图2－23)。

③冲孔前应埋设钢护筒，并准备好护壁材料。

简易冲击钻孔机示意图

1－副滑轮；2－主滑轮；3－主杆；4－前拉索；5－后拉索；6－斜撑；7－双滚筒卷扬机；8－导向轮；9－垫木；10－钢管；11－供浆管；12－溢流口；13－泥浆渡槽；14－护筒回填土；15－钻头

3、清孔

(1)验孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况；清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。

(2)泥浆护壁成孔清孔时，对于土质较好不易坍塌的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5MPa，使管内形成强大高压气流向上涌，同时不断地补足清水，被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止。

(3)对于稳定性较差的孔壁应采用泥浆循环法清孔或抽筒排渣，清孔后的泥浆相对密度应控制在1.15～1.25。

4、浇筑水下混凝土

(1)泥浆护壁成孔灌注混凝土的浇筑是在水中或泥浆中进行的，故称为浇筑水下混凝土。

(2)水下混凝土宜比设计强度提高一个强度等级，必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定。

(3)水下混凝土浇筑常用导管法。（下图）

水下浇筑混凝土

1－上料斗；2－贮料斗；3－滑道；4－卷扬机；5－漏斗；6－导管；7－护筒；8－隔水栓

(4)浇筑时，先将导管内及漏斗灌满混凝土，其量保证导管下端一次埋入混凝土面以下0.8m以上，然后剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中。钻孔灌注桩-混凝土浇筑见下图。

钻孔灌注桩-混凝土浇筑

沉管成孔灌注桩

一、打桩方法

沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。沉管灌注桩桩靴见图2－27。

沉管灌注桩桩靴

利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩(图2－28)；利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩(图2－29)。

1、锤击沉管灌注桩

锤击沉管灌注桩机械设备示意图见下图。

沉管灌注桩施工过程

(a)就位；(b)沉钢管；(c)开始灌注混凝土； (d)下钢筋骨架继续浇筑混凝土；(e)拔管成型

1－桩尖；2－钢管；3－钢筋

单打锤击沉管灌注桩过程：用桩架吊起桩管，对准预先埋设在桩位处的预制钢筋砼桩尖，放下桩管套入桩尖压入土中。

(2)锤击沉管灌注桩施工要点

①桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。

②拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。

③桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软弱土层与软硬交界处，应控制在0.8m/min以内为宜。

④在管底未拔到桩顶设计标高前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。

⑤桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施打。

2、振动沉管灌注桩

(1)振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。

(2)其施工过程为： ①桩机就位 ②沉管 ③上料 ④拔管

(3)沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法

1)颈缩

①颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。

②当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，拔管后便挤向新灌注的混凝土，桩局部范围受挤压形成颈缩。

③当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁机填充过来，也会形成颈缩。

④处理方法：拔管时应保持管内混凝土面高于地面，使之具有足够的扩散压力，混凝土坍落度应控制在50～70mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。

缩颈桩：桩身局部直径小于设计直径的桩。

2)断桩

①断桩：指桩身局部分离或断裂，更为严重的是一段桩没有混凝土。

②原因：桩距离太近，相邻桩施工时混凝土还未具备足够的强度，已形成的桩受挤压而断裂。

③处理方法：施工时，控制中心距离不小于4倍桩径；确定打桩顺序和行车路线，减少对新灌注混凝土桩的影响。采用跳打法或等已成型的桩混凝土达到60%设计强度后，再进行下根桩的施工。

3)吊脚桩

①吊脚桩是指桩底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上的现象。

②原因：当地下水压力大时，或预制桩尖被打坏，或桩靴活瓣缝隙大时，水及泥浆进入套筒钢管内，或由于桩尖活瓣受土压力，拔管至一定高度才张开，使得混凝土下落，造成桩脚不密实，形成松软层。

③处理方法：为防止活瓣不张开，开始拔管时，可采用密张慢拔的方法，对桩脚底部进行局部翻插几次，然后再正常拔管。桩靴与套管接口处使用性能较好的垫衬材料，防止地下水及泥浆的渗入。

吊脚桩：桩底部的砼隔空或混入泥沙在桩底部形成松软层的桩。

4)混凝土灌注过量

如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上，这可能是由于孔底有洞穴，或者在饱和淤泥中施工时，土体受到扰动，强度大大降低，在混凝土侧压力作用下，桩身扩大而混凝土用量增大所造成的。因此，施工前应详细了解现场地质情况，对于在饱和淤泥软土中采用沉管灌注桩时，应先打试桩。若发现混凝土用量过大时，应与设计单位联系，改用其他桩型。