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1、桩基工程泥浆护壁成孔灌注桩施工、1.护壁泥浆（1）泥浆的功能1）泥浆有防止孔壁坍塌的功能在天然状态下，若竖直向下挖掘处于稳定状态的地基土，就会破坏土体的平衡状态，孔壁往往有发生坍塌的危险，泥浆则有防止发生这种坍塌的作用。主要表现在：泥浆的静侧压力可抵抗作用在壁上的土压力和水压力，并防止地下水的渗入。泥浆在孔壁上形成不透水的泥皮，从而使泥浆的静压力有效地作用在孔壁上，同时防止孔壁的剥落。泥浆从孔壁表面向地层内渗透到一定的范围就粘附在土颗粒上,通过这种粘附作用可降低孔壁坍塌性和透水性。2）泥浆有悬浮排出土渣的功能在成孔过程中，土渣混在泥浆中，合理的泥浆密度能够将悬浮于泥浆当中的土渣，通过泥浆循环排
2、出至泥浆池沉淀。3）泥浆有冷却施工机械的功能钻进成孔时，钻具会同地基土作用产生很大热量，泥浆循环能够携带排出热量，延长施工机具的寿命。(2)泥浆的制备和处理除能自行造浆的黏性土层外，均应制备泥浆。泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土。泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计。施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位LOm以上，在受水位涨落影响时,泥浆面应高出最高水位1.5m以上;在清孔过程中，应不断置换泥浆，直至灌注水下混凝土。(3)泥浆试验在灌注桩工程中所使用的泥浆，必须经常保持地层和施工条件等所要求的性质。为此施工中不仅在制备泥浆时，而且在施工的各个阶段都必须测定泥浆的性质并进行质量管
3、理。灌注混凝土前，应对泥浆相对密度、含砂率、黏度等进行测定。孔底500mm以内的泥浆比重应小于1.25,含砂率不得大于8%,黏度不得大于28s;这里也仅对一些常用的测定试验作一介绍。D密度测定密度测定可用下面两种方法的任一种方法进行密度测定，取值为小数点后2位数。泥浆比重计；把泥浆放入已知容积的容器内测定泥浆的质量。泥浆相对密度计由台座上的泥浆杯和样杆组成泥浆杯内装满要测定的泥浆，盖上杯盖，刮去由盖上的小孔溢出的泥浆，把刀口支撑放在台座上。移动游码秤杆为水平状态时的刻度读数表示泥浆密度。泥浆相对密度计必须经常用测定清水的方法进行校正。校正的办法是增减秤杆端部的硬码。2)含砂率测定测定泥浆的含砂
4、量时，可用含砂量测定器。其方法如下：在量筒内装入泥浆75ml;然后加入水至25OmL堵住量筒口，仔细晃动量筒使泥浆混合均匀。把量筒内的泥浆倒在筛网（74m）上，并用清水洗净量筒内的泥浆残渣，全部倒在筛网上。然后按压筛网上面的残渣，不能硬性地使其通过筛网。将斗颠倒过来插在筛网上，斗出口插入量筒口内。将整体慢慢地转动，然后用少量的水冲洗筛网内侧，使筛网上的土砂全部冲洗到量筒内，在这种状态下，使砂在量筒内沉淀。量筒里的沉淀物为土砂，量筒上的刻度为土砂容积，用表示出来，作为含砂率。3）黏度测定漏斗黏度计主要用于现场测定泥浆的黏度。将斗放在试验架子上，用手指堵住下面的出口，将一定量的泥浆从上面注入漏斗黏
5、度计内。这时泥浆先通过025mm金属丝网，除去大的固体颗粒，然后移开堵住下口的手指，用秒表测定泥浆全部流出的时间。二、正、反循环钻孔灌注桩的适用范围正、反循环钻孔灌注桩宜用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层；对孔深较大的端承型桩和粗粒土层中的摩擦型桩，宜采用反循环工艺成孔或清孔,也可根据土层情况采用正循环钻进，反循环清孔。三、正、反循环钻孔灌注桩的工艺原理使用钻头或切削刀具成孔属于泥浆循环方式，在孔内充满泥浆的同时，用泵使泥浆在孔底与地面之间进行循环，把土渣排出地面，即泥浆除了起稳定孔壁的作用之外，还被用作排渣的手段。通过管道把泥浆压送到孔底，浆在管道的外面上升，把土渣
6、携出地面，为正循环方式。泥浆从管道的外面自然流入或泵入孔内，然后和土渣一起被抽吸到地面上来，即反循环方式。四、施工工艺（1）材*4三求1）混凝土宜采用和易性、泌水性较好的预拌混凝土，强度等级符合设计及相关验收规范要求，初凝时间不少于6h。灌注前坍落度宜为180220mm.2 ）水泥强度等级不应低于PQ.425质量符合通用硅酸盐水泥GBI乃的规定，并具有出厂合格证明文件和检测报告。3 ）砂应选用洁净中砂，含泥量不大于3%,质量符合普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准JGJ53的规定。4 ）石子宜优先选用质地坚硬的粒径不宜大于30mm的豆石或碎石,含泥量不大于2%,质量符合普通混凝土用砂、石质量及
7、检验方法标准JGJ53的规定。5 ）煤灰宜选用I级或II级粉煤灰，细度分别不大于12%和20%,质量检验合格，掺量通过配比试验确定。6 ）外加剂宜选用液体速凝剂，质量符合相关标准要求，掺量和种类根据施工季节通过配比试验确定。7 ）搅拌用水应符合混凝土用水标准JGJ63的规定。8 ）钢筋品种、规格、性能符合现行国家产品标准和设计要求，并有出厂合格证明文件及检测报告。主筋及加强筋规格不宜低于HRB335级，箍筋可选用HPB300级钢筋。（2）机具设备主要机具设备为回转钻机，多用转盘式。钻架多用龙门式（高69m）,钻头常用三翼或四翼式钻头、牙轮合金钻头或钢粒钻头,以前者使用较多；配套机具有钻杆、卷扬
8、机、泥浆泵（或离心式水泵）、空气压缩机（69m3/h）、测量仪器以及混凝土配制、钢筋加工系统设备等。（3）工艺流程（图1）图1：泥浆护壁成孔灌注桩工艺流程图（4）主要施工方法1 ）测量放线。要由专业测量人员根据给定的控制点用“双控法”测量桩位，并用标桩标定准确。2 ）埋设护筒。泥浆护壁成孔时，宜采用孔口护筒，护筒设置应符合下列规定：护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm;护筒可用48mm厚钢板制作，其内径应大于钻头直径100mm,上部宜开设12个溢浆孔；护筒的埋设深度：在黏性土中不宜小于LOm;砂土中不宜小于1.5m。护筒下端外侧应采用黏土填实；其高度尚应满足孔内泥浆面
9、高度的要求；受水位涨落影响或水下施工的钻孔灌注桩护筒应加高加深必要时应打入不透水层。3 )钻机就位。钻机就位前，先平整场地，铺好枕木并用水平尺校正，保证钻机平稳、牢固。成孔设备就位后，必须平整、稳固，确保在施工过程中不发生倾斜、移动。使用双向吊锤球校正调整钻杆垂直度，必要时可使用经纬仪校正钻杆垂直度。为准确控制钻孔深度,应在桩架上作出控制深度的标尺，以便在施工中进行观测、记录。4 )钻进。钻进参数应根据地层、桩径、砂石泵的合理排量和钻机的经济钻速等因素加以选择?调整。正循环钻进a.钻头的选择正循环钻机钻头有鱼尾钻头、笼式刮刀钻头、四翼阶梯式定心钻头、刺猬钻头、牙轮、滚刀钻头。(a)鱼尾钻头结构
10、简单,与孔底接触面积小，以较小的钻压即能获得较高的钻进效率。但该钻头导向性差，遇局部阻力或侧向挤压力易偏斜。可在鱼尾钻头翼板上方加焊导向笼,形成笼式鱼尾钻头。(b)笼式刮刀式钻头适用于黏土、粉砂、细砂、中粗砂和含少量砾石(不多于10%)的土层，钻孔的垂直精度较高、钻头工作平稳，摆动小，扩孑碎也小，破岩土效率高，应用最为广泛。(c)四翼阶梯式定心钻头在翼板上用螺丝固定镶有硬合金片，提高了钻头的寿命和钻进效率。适用于中等风化基岩或硬土层钻进。(d)刺猬钻头阻力很大,只适用于孔深在50m以内的黏性土、砂类土和夹有砾径在25mm以下的砾石土层。(e)牙轮、滚刀钻头可用于大直径、风化、中风化基岩中钻进。
11、b.成孔施工要点(a)钻头回转中心对准护筒中心，偏差不大于允许值。开动泥浆泵使冲洗液循环23min,然后再开动钻机，慢慢将钻头放置孔底。在护筒刃脚处应低压慢速钻进，使刃脚处的地层能稳固地支撑护筒，待钻至刃脚以下Im以后，可根据土质情况以正常速度钻进。(b)在黏土地层钻进时，由于土层本身的造浆能力强，钻屑成泥块状，易出现钻头包泥、憋泵现象，因此要选用尖底且翼片较少的钻头，采用低钻压、快转速、大泵量的钻进工艺。(c)在砂层钻进时，应采用较大密度、黏度和静切力的泥浆，以提高泥浆悬浮、携带砂粒的能力。在坍塌段,必要时可向孔内投入适量黏土球，以帮助形成泥壁,避免再次坍塌。要控制钻具的升降速度和适当降氐回
12、转速度，减轻钻头上下运动对孔壁的冲刷。(d)在碎石土层钻进时，易引起钻具成励、憋车、憋泵、钻头切削具崩刃、钻孔偏斜等现象，宜用低档慢速、优质泥浆、慢进尺钻进。(e)为保证冲洗液在外环空间的上返流速在0.25-0.3ms,以能够携带出孔底泥砂和岩屑，要有足够的冲洗液量。已知钻孑侪口钻具的直径，可按下式计算冲洗液量：Q=4.71X104(D2-d2)式中Q冲洗液量(Lmin);D一钻孔直径，通常按钻头直径计算(m);d钻具外径(m);P冲洗液上返流速(m/s)。(f后速的选择除了满足破碎岩土的扭矩的需要,还要考虑钻头不同部位的磨耗情况，按下式计算：n=60VD式中n转速(rpm);D一钻头直径(m
13、);V钻头线速度，0.82.5ms.式中钻头线速度的取值如下：在松散的第四系地层和软土中钻进时取大值；在硬岩中钻进时取小值；钻头直径大时取小值，钻头直径小时取大值。根据经验数据,一般地层钻进时,转速范围40-80rmin,钻孔直径小、黏性土层取高值，钻孔直径大、砂性土层取低值；较硬或非匀质土层转速可相应减少到2040rmin.(g)钻压的确定原则：a)在土层中钻进时，钻进压力应保证冲洗液畅通、钻渣清除及时为前提，灵活加以掌握。b)在基岩钻进时，要保证每颗(或每组)硬质合金切削具上具有足够的压力。在此压力下，硬质合金钻头能有效地切入并破碎岩石，同时又不会过快的磨钝、损坏。应根据钻头上硬质合金片的
14、数量和每颗硬质合金片的允许压力计算出总压力。反循环钻进a.钻头的选择反循环钻机钻头有锥形三翼钻头、筒式捞石钻头、牙轮钻头等。(a)锥形三翼钻头结构简单，回转稳定，聚渣作用好，适用于土层、砂层、砂砾层，是大口径反循环桩孔施工中最广泛使用的一种钻头。同时还可以根据需要，适当加以改进。(b)筒式捞石钻头适用于砂砾、砂卵石层。细小的砂砾在冲洗液的作用下，沿活动棚进入筒内上升排往地面；大块的卵石则被暂时积存在筒内，最后随钻头一起提至地面倒出。(c)牙轮钻头适用于硬岩层或非均质地层。b.成孔施工要点(a)钻头回转中心对准护筒中心，偏差不大于允许值。先启动砂石泵，待泥浆循环正常后，开动钻机慢速回转下放钻头至
15、孔底。开始钻进时应轻压慢转，待钻头正常工作后，逐渐加大转速，调整压力,并使钻头不产生堵水。在护筒刃脚处应低压慢速钻进，使刃脚处的地层能稳固地支撑护筒,待钻至刃脚以下Im以后，可根据土质情况以正常速度钻进。(b)在钻进时，要仔细观察进尺情况和砂石泵排水出渣的情况，排量减少或出水中含钻渣量较多时，要控制钻进速度，防止因循环液比重过大而中断循环。(c)采用反循环在砂砾、砂卵地层中钻进时，为防止钻渣过多，卵砾石堵塞管路，可采用间断钻进、间断回转的方法来控制钻进速度。(d)加接钻杆时，应先停止钻进，将机具提离孔底80SloOmm,维持冲洗液循环12min,以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净，然后停泵加接钻杆。(g)钻杆连接应拧紧上牢，防止螺栓、螺母、拧卸工具等掉入孔内。(e)钻进时如孔内出现坍孔、涌砂等异常情况，应立即将钻具提离孔底，控制泵量，保持冲洗液循环，吸除坍落物和涌砂，同时向孔内补充性能符合要求的泥浆，保持水头压力以抑制涌砂和塌孔，恢复钻进后，泵排量不宜过大，以防吸坍孔壁。(g)钻进达到要求孔深停钻时，仍要维持冲洗液正常循环，直到返出冲洗液的钻渣含量小于4%时为止。起钻时应注意操作轻稳,防止钻头拖刮孔壁,并向孔内补入适量冲洗液，稳定孔内水头高度。5)清孔正循环清孔，
