混凝土灌注桩施工一、钻孔灌注桩施工 (一)钻孔机械设备目前常见的钻孔机械有：全叶螺旋钻孔机、回转钻孔机、潜水钻机、钻扩机、全套管钻机 (即贝诺特钻机)。1．全叶螺旋钻孔机全叶螺旋钻孔机(图 1)由主机、滑轮组、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、出土装置等组成，用于地下水位以上的粘土、粉土、中密以上的砂土或人工填土土层的成孔，成孔孔径为 300mm～800mm，钻孔深度8—12m。配有多种钻头，以适应不同的土层。图 1 全叶螺旋钻孔机1 一电动机；2 一变速器；3 一钻杆；4 一托架；5 一钻头；6 一立柱；7 一斜撑；8 一钢管；9 一钻头接头；10 一刀板；11 一定心尖2．回转钻孔机 回转钻孔机由机械动力传动，配以笼头式钻头，可以多档调速或液压无级调速，在泥浆护壁条件下，慢速钻进排渣成孔，灌注混凝土成桩。设备性能可靠，噪音振动小，钻进效率高，钻孔质量好。该机的最大钻孔直径可达 2．5 m，钻进深度可达 50—100 m，适用于碎石类土、 砂土、粘性土、粉土、强风化岩、软质与硬质岩层等多种地质条件。3．潜水钻机 潜水钻机(图 2、3)适用于粘性土、粘土、淤泥、淤泥质土、砂土、强风化岩、软质岩层，不宜用于碎石土层中。这种钻机以潜水电动机作动力，工作时动力装置潜在孔底，耗用动力小，钻孔效率高，电动机防水性能好，运转时温升较低，过载能力强，钻架对场地承载力要求低，可采用正循环、反循环两种方式排渣。缺点是：钻孔时采用泥浆护壁，易造成现场泥泞；采川反循环钻孔时，如土体中有较大石块，则容易卡管；容易产生桩侧周围土层和桩尖土层松散，使桩径扩大、灌注混凝土超量。 图 8 活瓣桩尖 1—桩管；2—锁轴； 3—活瓣。振动灌注桩可采用单打法、反插法或复打法施工。单打法是一般正常的沉管方法，它是将桩管沉人到设计要求的深度后，边灌混凝土边拔管，最后成桩。适用于含水量较小的土层，且宜采用预制桩尖。桩内灌满混凝土后，应先振动 5—10 s，再开始拔管，边振边拔，每拔 0．5～1．0m 停拔振动 5—10s，如此反复进行，直至桩管全部拔出。拔管速度在一般土层内宜为 1．2～1．5m／min，用活瓣桩尖时宜慢，预制桩尖可适当加快，在软弱土层中拔管速度宜为 0．6～0．8m／min。反插法是在拔管过程中边振边拔，每次拔管 0．5～1．0 m，再向下反插 0.3～0．5 m，如此反复并保持振动，直至桩管全部拔出。在桩尖处 1．5 m 范围内，宜多次反插以扩大桩的局部断面。穿过淤泥夹层时，应放慢拔管速度，并减少拔管高度和反插深度。在流 动性淤泥中不宜使用反插法。复打法是在单打法施工完拔出桩管后，立即在原桩位再放置第二个桩尖，再第二次下沉桩管，将原桩位未凝结的混凝土向四周土中挤压，扩大桩径，然后再第二次灌混凝土和拔管。采用全长复打的目的是提高桩的承载力。局部复打主要是为了处理沉桩过程中所出现的质量缺陷， 如发现或怀疑出现缩颈、断桩等缺陷，局部复打深度应超过断桩或缩颈区 1m 以上。复打必须在 第一次灌注的混凝土初凝之前完成。(三)沉管桩施工中常见问题的分析与处理沉管灌注桩施工时易发生断桩、缩颈、桩靴进水或进泥、吊脚桩等问题，施工中应加强检查并及时处理 。  1．断桩断桩的裂缝为水平或略带倾斜，一般都贯通整个截面，常常出现于地面以下 1～3 m 软硬土层交接处。断桩原因主要有：桩距过小，邻桩施打时土的挤压产生的水平推力和隆起上拔力的影响；软硬土层传递水平力不同，对桩产生剪应力；桩身混凝土终凝不久；强度弱，承受不了外力的影响。避免断桩的措施如下：(1)布桩应坚持少桩疏排的原则，桩与桩之间中心距不宜小于 3．5 倍桩径；(2)桩身混凝土强度较低时，尽量避免振动和外力的干扰，因此要合理确定打桩顺序和桩架行走路线； (3)采用跳打法或控制时间法以减少对邻桩的影响。控制时间法指在邻桩混凝土初凝以前，必须把影响范围内的桩施工完毕。断桩的检查与处理：在浅层(2～3m)发生断桩，可用重锤敲击桩头侧面，同时用脚踏在桩头上，如桩已断，会感到浮振；深处断桩目前常用动测或开挖的办法检查。断桩一经发现，应将断桩段拔出，将孔清理后，略增大面积或加上铁箍连接，再重新浇混凝土补做桩身。2．缩颈桩缩颈桩又称瓶颈桩，是指部分桩径缩小、桩截面积不符合设计要求。缩颈桩产生的原因是：拔管过快，管内混凝土存量过少，混凝土本身和易性差，出管扩散困难造成缩颈 ；在含水量大的粘性土中沉管时，土体受到强烈扰动和挤压，产生很高的孔隙水压力，拔管后，这种水压力便作用到新浇筑的混凝土桩上，使桩身发生不同程度的缩颈现象。防治措施：在容易产生缩颈的土层中施工时，要严格控制拔管速度，采用“慢拔密击”；混凝土坍落度要符合要求且管内混凝土必须略高于地面，以保持足够的压力，使混凝土出管扩散正常。施工时可设专人随时测定混凝土的下落情况，遇有缩颈现象，可采取复打处理。3．桩尖进水、进泥砂桩尖进水、进泥砂常见于地下水位高、含水量大的淤泥和粉砂土层，是由于桩管与桩尖接合处的垫层不紧密或桩尖被打破所致。处理办法：可将桩管拔出，修复改正桩靴缝隙或将桩管与预制桩尖接合处用草绳 、麻袋垫紧后，用砂回填桩孔后重打；如果只受地下水的影响，则当桩管沉至接近地下水位时，用水泥砂浆灌人管内约 0．5m 作封底，并再灌 1m 高的混凝土，然后继续沉桩。若管内进水不多(小于 200mm)时，可不作处理，只在灌第一槽混凝土时酌情减少用水量即可。4、吊脚桩 吊脚桩即桩底部的混凝土隔空，或混凝土中混进了泥砂而形成松软层。形成吊脚桩的原因是由于混凝土桩尖质量差，强度不足，沉管时被打坏而挤人桩管内，且拔管时冲击振动不够，桩尖未及时被混凝土压出或活瓣未及时张开。为了防止出现吊脚桩，要严格检查混凝土桩尖的强度(应不小于 C30)，以免桩尖被打坏而挤入管内。沉管时，用吊砣检查桩尖是否有缩人管内的现象。如果有，应及时拔出纠正并将桩孔填砂后重打。三、挖孔灌注桩施工人工挖孔灌注桩是指桩孔采用人工挖掘方法进行成孔，然后安放钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩。人工挖孔灌注桩其结构上的特点是单桩的承载能力高，受力性能好，既能承受垂直荷载，又能承受水平荷载；人工挖孔灌注桩，具有机具设备简单，施工操作方便，占用施工场地小，无噪音，无振动，不污染环境，对周围建筑物影响小，施工质量可靠，可全面展开施工，工期缩短，造价低等优点，因此得到广泛应用。适用范围 人工挖孔灌注桩适用于土质较好，地下水位较低的粘土、亚粘土及含少量砂卵石的粘土层等地质条件。可用于高层建筑、公用建筑、水工结构(如泵站、桥墩)作桩基，起支承、抗滑、挡土之用。对软土、流砂及地下水位较高，涌水量大的土层不宜采用。 (一)人工挖孔桩的施工机具1．电动葫芦或手动卷扬机，提土桶及三脚支架。2．潜水泵：用于抽出孔中积水。 3．鼓风机和输风管：用于向桩孔中强制送人新鲜空气。4．镐、锹、土筐等挖土工具，若遇坚硬土层或岩石还应配风镐等。5．照明灯、对讲机、电铃等。 (二)一般构造要求 桩直径—般为 800~2000mm，最大直径可达 3 500mm。桩埋置深度一般在 20m 左右，最大可达40m。底部采取不扩底和扩底两种方式，扩底直径 1．3d~3．0d，最大扩底直径可达 4 500mm。一般采用一柱一桩，如采用一柱两桩时，两桩中心距不应小于 3d，两桩扩大头净距不小于 1m（图 9），上下设置不小于 0.5m，桩底宜挖成锅底形，锅底中心比四周低 200mm，根据试验，它比平底桩可提高承载力 20%以上。桩底应支承在可靠的持力层上。支承桩大多采用构造配筋，配筋率 0.4%为宜，配筋长度一般为 1/2 桩长，且不小于 10m；用于作抗滑、锚固，挡土桩的配筋，按全长或 2/3 桩长配置，由计算确定。箍筋采用螺旋箍筋或封闭箍筋，不小于 Φ8＠200mm ，在桩顶 1.0m 范围内间距加密一倍，以提高桩的抗剪强度。当钢筋笼长度超过 4.0m 时，为加强其刚度和整体性，可每隔 2.0m 设一道 Φ16~20mm焊接加强筋。钢筋笼长超过 10m 需分段拼接，拼接处应用焊接。 图 9人工挖孔和挖孔扩底灌注桩 (a)圆柱桩 (b)扩底桩 (c) 、(d)扩底桩群布设(三)施工工艺人工挖孔桩的护壁常采用现浇混凝土护壁，也可采用钢护筒或采用沉井护壁等。采用现浇混凝土护壁时的施工工艺过程如下： 1．测定桩位、放线。2．开挖土方。采用分段开挖，每段高度取决于土壁的直立能力，一般为 0．5～1．0 m，开挖直径为设计桩径加上两倍护壁厚度。挖土顺序是自上而下、先中间、后孔边。3．支撑护壁模板。模板高度取决于开挖土方每段的高度，一般为 1 m，由 4—8 块活动模板组合而成。护壁厚度不宜小于 100mm，一般取 D/10 + 5cm(D 为桩径)，且第一段井圈的护壁厚度应比以下各段增加 100～150 mm，上下节护壁可用长为 1 m 左右 Φ6 一 Φ8 的钢筋进行拉结。4．在模板顶放置操作平台。平台可用角钢和钢板制成半圆形，两个合起来即为一个整圆，用来临时放置混凝土和浇筑混凝土用。5．浇筑护壁混凝土。护壁混凝土的强度等级不得低于桩身混凝土强度等级，应注意浇捣密 实。根据土层渗水情况，可考虑使用速凝剂。不得在桩孔水淹没模板的情况下浇护壁混凝土。每节护壁均应在当日连续施工完毕。上下节护壁搭接长度不小于 50mm。6．拆除模板继续下一段的施工。一般在浇筑混凝土 24 h 之后便可拆模。若发现护壁有蜂窝、孔洞、漏水现象时，应及时补强、堵塞，防止孔外水通过护壁流人桩孔内。当护壁符合质量要求后，便可开挖下一段的土方，再支模浇筑护壁混凝土，如此循环，直至挖到设计要求的深度并按 设计进行扩底。 7．安放钢筋笼、浇筑混凝土。孔底有积水时应先排除积水再浇混凝土，当混凝土浇至钢筋 的底面设计标高时再安放钢筋笼，继续浇筑桩身混凝土。(四)施工注意事项 1．桩孔开挖，当桩净距小于 2 倍桩径且小于 2.5 m 时，应采用间隔开挖。排桩跳挖的最小 施工净距不得小于 4.5 m，孔深不宜大于 40m。 2．每段挖土后必须吊线检查中心线位置是否正确，桩孔中心线平面位置偏差不宜超过 50mm，桩的垂直度偏差不得超过 1％，桩径不得小于设计直径。 3．防止土壁坍塌及流砂。挖土如遇到松散或流砂土层时，可减少每段开挖深度(取 0.3-0.5 m)或采用钢护筒、预制混凝土沉井等作护壁，待穿过此土层后再按一般方法施工。流砂现 象严重时，应采用井点降水处理。 4．浇筑桩身混凝土时，应注意清孔及防止积水，桩身棍凝土应一次连续浇筑完毕，不留施工缝。为防止混凝土离析，宜采用串筒来浇筑混凝土，如果地下水穿过护壁流入量较大无法抽干 时，则应采用导管法浇筑水下混凝土。 5．必须制定好安全措施。 (1)施工人员进入孔内必须戴安全帽，孔内有人作业时，孔上必须有人监督防护。 (2)孔内必须设置应急软爬梯供人员上下井；使用的电动葫芦、吊笼等应安全可靠并配有自 动卡紧保险装置；不得用麻绳和尼龙绳吊挂或脚踏井壁凸缘上下；电动葫芦使用前必须检验其安全起吊能力。 (3)每日开工前必须检测井下的有毒有害气体，并有足够的安全防护措施。桩孔开挖深度 超过 10m 时，应有专门向井下送风的设备，风量不宜少于 25 L／s。 (4)护壁应高出地面 200～300 mm，以防杂物滚入孔内；孔周围要设 0．8m 高的护栏。 (5)孔内照明要用 12V 以下的安全灯或安全矿灯。使用的电器必须有严格的接地、接零和 漏电保护器(如潜水泵等)。  图 2 潜水钻机示意图1 一钻头；2—潜水钻机；3—电缆；4 一护筒 5—水管；6 一滚轮；7 一钻杆；8 一电缆盘；9 一卷扬机；10 一 10kN 卷扬机；11 一电表；12 一起动开关 图 1 潜水钻l 一泥浆管；2—防水电缆：3 一电动机；4—齿轮减速器；5—密封装置；6—钻头；7—合金刃齿；8—钻尖 4．钻扩机钻扩机是钻孔扩底灌注桩的成孔机械。常用钻扩机是双管螺旋钻扩机，它的主要部分是由两根并列的开口套管组成 的钻杆和钻头，钻头上装有钻孔刀和扩孔刀，用液压操纵，可使钻头并拢或张开。开始钻孔时 ，钻杆和钻头顺时针方向旋转钻进土中，切下的土由套管中的螺旋叶片送至地面。当钻孔达到设计深度时，操纵液压阀使钻头徐徐撑开，边旋转边扩孔，切下的土也由套管内叶片输送到地面，直到达到设计要求为止。5．全套管钻机 该机由法国贝诺特公司首先开发和研制而成，故又称为“贝诺特钻机”，它在成孔和混凝土浇筑过程中完全依靠套管护壁。钻孔直径最大可达 2．5m，钻孔深度可达 40m，拔管能力最大达到 5 000 kN。全套管钻机按结构形式可分为两大类：整机式和附着式，全套管钻孔机施工具有以下优点：(1)除了岩层以外，任何土层均适用；(2)挖掘时可确切地分清持力层土质，因此可随时确定混凝土桩的深度； (3)在软土中，由于有套管护壁，不会引起塌方；(4)可钻斜孔，用于斜桩。 不足之处是：机身庞大沉重，套管上拔时所需反力大，由于套管的摆动使周围地基扰动而松散。(二）钻孔灌注桩施工工艺钻孔灌注桩是先成孔，然后吊放钢筋笼，再浇灌混凝土而成。依据地质条件不同，分为干作业成孔和泥浆护壁(湿作业)成孔两类。1．干作业成孔灌注桩施工成孔时若无地下水或地下水很小，基本上不影响工程施工时，称为干作业成孔。主要适用于北方地区和地下水位低的土层；(1)施工工艺流程：场地清理→测量放线定桩位→桩机就位→钻孔取土成孔→清除孔底沉渣→成孔质量检查验收→吊放钢筋笼→浇筑孔内混凝土。 (2)施工注意事项。干作业成孔一般采用螺旋钻成孔，还可采用机扩法扩底。为了确保成桩后的质量，施工中应注意以下几点： ① 开始钻孔时，应保持钻杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起孔径扩大及增多孔底虚 土。 ② 发现钻杆摇晃、移动、偏斜或难以钻进时，应提钻检查，排除地下障碍物，避免桩孔偏斜和钻具损坏。 ③ 钻进过程中，应随时清理孔口粘土，遇到地下水、塌孔、缩孔等异常情况，应停止钻孔，同有关单位研究处理。 ④ 钻头进入硬土层时，易造成钻孔偏斜，可提起钻头上下反复扫钻几次，以便削去硬土。若纠正无效，可在孔中局部回填粘土至偏孔处 0．5 m 以上，再重新钻进。 ⑤ 成孔达到设计深度后，应保护好孔口，按规定验收，并做好施工记录。 ⑥ 孔底虚土尽可能清除干净，可采用夯锤夯击孔底虚土或进行压力注水泥浆处理，然后快吊放钢筋笼，并浇筑混凝土。混凝土应分层浇筑，每层高度不大于 1．5m。 2．泥浆护壁成孔灌注桩施工泥浆护壁成孔灌注桩是利用泥浆护壁，钻孔时通过循环泥浆将钻头切削下的土渣排出孔外而成孔，而后吊放钢筋笼，水下灌注混凝土而成桩。成孔方式有正(反)循环回转钻成孔、正(反）循环潜水钻成孔、冲击钻成孔、冲抓锥成孔、钻斗钻成孔等。泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺流程如下：(1)测定桩位。平整清理好施工场地后，设置桩基轴线定位点和水准点，根据桩位平面布置施工图，定出每根桩的位置，并做好标志。施工前，桩位要检查复核，以防被外界因素影响而造成偏移。 (2)埋设护筒。护筒的作用是：固定桩 孔位置，防止地面水流入，保护孔口，增高桩孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头方向。护筒用 4—8mm 厚钢板制成，内径比钻头直径大 100—200 mm，顶面高出地面 0．4～0.6 m，上部开 1 一 2 个溢浆孔。埋设护筒时，先挖去桩孔处表土，将护筒埋 入土中，其埋设深度，在粘土中不宜小于 1 m，在砂土中不宜小于 1．5 m。其高度要满足孔内泥浆液面高度的要求，孔内泥浆面应保持高出地下水位 1 m 以上。采用挖坑埋设时，坑的直径应比护筒外径大 0．8～1．0m。护筒中心与桩位中心线偏差不应大于 50 mm，对位后应在护筒外侧填人粘土并分层夯实。 (3)泥浆制备。泥浆的作用是护壁、携砂排土、切土润滑、冷却钻头等，其中以护壁为主。泥浆制备方法应根据土质条件确定：在粘土和粉质粘土中成孔时，可注入清水，以原土造浆，排渣泥浆的密度应控制在 1．1～1．3g／cm3；在其他土层中成孔，泥浆可选用高塑性(Ip≥17)的粘土或膨润土制备；在砂土和较厚夹砂层中成孔时，泥浆密度应控制在 1．1—1．3 g／cm3；在穿过砂夹卵石层或容易塌孔的土层中成孔时，泥浆密度应控制在 1．3～1．5 g／cm3。施工中应经常测定泥浆密度，并定期测定粘度、含砂率和胶体率。泥浆的控制指标为粘度 18～22s、含砂率不大于 8％、胶体率不小于 90％，为了提高泥浆质量可加入外掺料，如增重剂、增粘剂、分散剂等。施工中废弃的泥浆、泥渣应按环保的有关规定处理。(4)成孔方法① 回转钻成孔。回转钻成孔是国内灌注桩施工中最常用的方法之一。按排渣方式不同分为正循环回转钻成孔和反循环回转钻成孔两种。 正循环回转钻成孔由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，由泥浆泵往钻杆输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流人泥浆池，经沉淀处理返回循环池（图 2）。正循环成孔泥浆的上返速度低，携带土粒直径小，排渣能力差，岩土重复破碎现象严重，适用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂土等地层，对于卵砾石含量不大于 15％、粒径小于 10 mm 的部分砂卵砾石层和软质基岩及较硬基岩也可使用。桩孔直径不宜大于 1 000 mm，钻孔深度不宜超过 40 m。正循环钻进主要参数有冲洗液量、转速和钻压。保持足够的冲洗液(指泥浆或水)量是提高正循环钻进效率的关键。一般砂土层用硬质合金钻头钻进时，转速取 40～80r／min，较硬或非均质地层中转速可适当调慢，对于钢粒钻头钻进时，转速取50~120r／min，大桩取小值，小桩取大值；对于牙轮钻头钻进时，转速一般取 60—180r／min，在松散地层中，应以冲洗液畅通和钻渣清除及时为前提，灵活确定钻压；在基岩中钻进时，可以通过配置加重铤或重块来提高钻压；对于硬质合金钻钻进成孔，钻压应根据地质条件、钻杆与桩孔的直径差、钻头形式 、切削具数目、设备能力和钻具强度等因素综合确定。反循环回转钻成孔由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，利用泵吸、气举、 喷射等措施抽吸循环护壁泥浆，挟带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外的成孔方法（图 3）。根据抽吸原理不同可分为泵吸反循环、气举反循环和喷射{射流)反循环三种施工工艺，泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆的水流上升而形成反循环；喷射反循环是利用射流泵设出的高速水流产生负压使钻杆内的水流上升而行程反循环；气举反循环是利用送人压缩空气使水循环，钻杆内水流上升速度与钻杆内外液柱重度差有关，随孔深增大效率增加。当孔深小于 50m 时，宜选用泵吸或射流反循环；当孔深大于 50m 时，宜采用气举反循环。 图 2 正循环回转钻机成孔工艺原理图 1 一钻头；2--泥浆循环方向；3 一沉淀池；4--泥浆池；5 一泥浆泵；6--水龙头；7 一钻杆；8 一钻机回转装置 图 3 反循环回转钻机成孔工艺原理图 1 一钻头；2--新泥浆流向；3 一沉淀池；4--砂石泵；5 一水龙头；6 一钻杆；7--钻机回转装置；8—混合液流向② 潜水钻成孔。潜水电钻同样使用泥浆护擘成孔。其出碴方式也分为正循环和反循环两种。潜水钻正循环是利用泥浆泵将泥浆压人空心钻杆并通过中空的电动机和钻头等射入孔底，然后携带着钻头切削下的钻渣在钻孔中上浮，由溢浆孔溢出进入泥浆沉淀池，经沉淀处理后返回循环池。潜水钻反循环有泵吸法、泵举法和气举法三种。若为气举法出渣，开孔时只能用正循环或泵 吸式开孔，钻孔约有 6-7m 深时，才可改为反循环气举法出渣。反循环泵吸式用吸浆泵出渣时， 吸浆泵可潜入泥浆下工作，因而出渣效率高。③ 冲击钻成孔。冲孔是用冲击钻机把带钻刃的重钻头(又称冲锤)提高，靠自由下落的冲击力来削切岩层，排出碎渣成孔。冲击钻机有钻杆式和钢丝绳式两种。前者所钻孔径较小、效率低、应用较少。后者钻孔直径大，有 800mm、1 000mm、1 200mm 几种。钻头可用锻制或用铸钢制造，钻刃用 T18 号钢制造，与钻头焊接。钻头形式有十字钻头及三翼钻头等。锤重 500～3 000kg。冲孔施工时，首先准备好护壁料，若表层为软土，则在护筒内加片石、砂砾和粘土(比例为 3：1：1)；表层若为砂砾卵石，则在护筒内加小石子和粘土(比例为 1：1)。冲孔时，开始低锤密击，落距为 0．4—0．6 m，直至开孔深度达护筒底以下3—4 m 时，将落距提高至 1．5～2m。掏渣采用抽筒，用以掏取孔内岩屑和石渣，也可进入稀软土、流砂、松散土层排土和修平孔壁。掏渣每台班一次，每次约 4—5 桶。用冲击钻冲孔，冲程为 0．5～1．0m，冲击次数 40～50 次／min，孔深可达 300m。采用这种冲击钻冲孔可适用于风化岩及各种软土层成孔。但由于冲击锤自由下落时导向不严格，扩孔率大，实际成孔直径比设计桩径要增大 10％～20％。若扩孔率增大，应查明原因后再成孔。④ 抓孔。抓孔即用冲抓锥成孔机将冲抓锥斗提升到一定高度，锥斗内有压重铁块和活动抓片，松开卷扬机刹车时，抓片张开，钻头便以自由落体冲入土中，如图 2a。然后开动卷扬机提升钻头，这时抓片闭合抓土，冲抓锥整体被提升到地面上将土渣卸去，如图 2b，如此循环抓孔。该法成孔直径为 450—600mm，成孔深度 10 m 左右，适用于有坚硬夹杂物的粘土、砂卵石土和碎石类土。（5)清孔。当钻孔达到设计要求深度并经检查合格后，应立即进行清孔，目的是清除孔底沉渣以减少桩基的沉降量，提高承载能力，确保桩基质量。清孔方法有真空吸泥渣法、射水抽渣法、换浆法和掏渣法。空气吸泥机或抓斗用于土质较好，不易塌孔的碎石类±，风化岩等硬土中清孔。因孔底沉渣颗粒大，采用空气吸泥机或抓斗可将颗粒较大的沉渣吸出或抓出。射水法是在孔口接清孔导管，分段联接后吊入孔内．清孔靠抽水机和空气压缩机进行。空气压缩机使导管内压力达 0．6 一 0.7MPa，在导管内形成强大中气流，同时向孔内注入清水，使孔底的泥渣、杂物被喷翻、搅动，随高压气流上涌，从喷嘴喷出．这样可将孔底沉渣清出，直到孔口喷出清水为止。清孔后，泥浆容重为 1：1 左右为清孔合格。该法可用于原土造浆的粘土以及制浆的碎石类土和风化岩土层中清孔。换浆法又叫置换法，是用新搅拌的泥浆置换孔底泥浆，即用泥浆循环方法清孔。清孔后泥浆容重应控制在 1．15—1.25 之间，泥浆取样均应选在距孔底 0．2 一 0．5m 处，置换法适用于在孔壁土质较差的软土、砂土以及粘土中清孔。 清孔应达到如下标准才算合格：一是对孔内排出或抽出的泥浆，用手摸捻应无粗粒感觉，孔底 500mm以内的泥浆密度小于 1．25g／cm3(原土造浆的孔则应小于 1．1g／cm3)；二是在浇筑混凝土前，孔底沉渣 允许 厚度 符合 标准 规定 ，即 端承 桩≤ 50mm ， 摩擦 端承 桩、 端承 摩擦 桩≤ 100mm ，摩 擦桩≤300mm。(6)吊放钢筋笼。清孔后应立即安放钢筋笼、浇混凝土。钢筋笼一般都在工地制作，制作时要求主筋环向均匀布置，箍筋直径及间距、主筋保护层、加劲箍的间距等均应符合设计要求。分段制作的钢筋笼，其接头采用焊接且应符合施工及验收规范的规定。钢筋笼主筋净距必须大于 3 倍的骨料粒径，加劲箍宜设在主筋外侧，钢筋保护层厚度不应小于 35mm(水下混凝土不得小于 50 mm)。可在主筋外侧安设钢筋定位器，以确保保护层厚度。为了防止钢筋笼变形，可 在钢筋笼上每隔 2m 设置一道加强箍，并在钢筋笼内每隔 3 —4m 装一个可拆卸的十字形临时加劲架，在吊放入孔后拆 除。吊放钢筋笼时应保持垂直、缓缓放人 ， 防止碰撞孔壁。若造成塌孔或安放钢筋笼时间太长，应进行二次清孔后再浇筑混凝土。(7)水下浇筑混凝土。泥浆护壁成孔灌注桩的水下混凝土浇筑常用导管法，混凝土强度等级不低于C20，坍落度为 18～22cm。其浇筑方法如图 4 所示，所用设备有金 属导管、承料漏斗和提升机具等。 图 4 水下灌筑混凝土1—上料斗；2—储料斗；3—滑道；4—卷扬机；5—漏斗；6—导管；7—护筒；8—隔水栓； 导管一般用无缝钢管制作，直径为 200—300 mm，每节长度为 2—3m，最下一节为脚管，长度不小于 4m，各节管用法兰盘和螺栓连接。承料漏斗利用法兰盘安装在导管顶端，其容积应大于保证管内混凝土所必须保持的高度和开始浇筑时导管埋置深度所要求的混凝土的体积。隔水栓(球塞)用来隔开混凝土与泥浆(或水)，可用木球或混凝土圆柱塞等，其直径宜比导管内径小 20—25mm。用 3~5 mm 厚的橡胶圈密封，其直径宜比导管内径大 5—6mm。导管使用前应试拼装、过球和进行封闭水压试验，试验压力为 0．6 一 1．0MPa，不漏水者方可使用。浇筑时，用提升机具将承料漏斗和导管悬吊起来后，沉至孔底，往导管中放隔水栓，隔水栓用绳子或铁丝吊挂，然后向导管内灌一定数量的混凝土，并使其下口距地基面约 300 mm，立即迅速剪断吊绳(水深在10m 以内可用此法)、或让球塞下滑至管的中部或接近底部再剪断吊绳，使混凝土靠自重推动球塞下落，冲向基底，并向四周扩散，球塞被推出管后，混凝土则在导管下部包围住导管，形成混凝土堆，这时可把导管再下降至基底 100～200mm 处，使导管下部能有更多的部分埋入首批浇筑的混凝土中。然后不断地将混凝土通过承料漏斗浇入导管内，管外混凝土面不断被挤压上升。随着管外混凝土面的上升，相应地逐渐提升导管。导管应缓缓提升，每次 200mm 左右，严防提升过度，务必保证导管下端埋人混凝土中的深度不少于规定的最小埋置深度；一般情况下，在泥浆中浇混凝土时，导管最小埋置深度不能小于 1m，适宜的埋置深度为 2～4m，但也不宜过深，以免混凝土的流动阻力太大，易造成堵管。混凝土浇筑过程应连续进行，不得中断。混凝土浇筑的最终标高应比设计标高高出 0．5 m。 （8）常见工程质量事故及处理方法泥浆护壁成孔灌注桩施工时常易发生孔壁坍塌，斜孔、孔底隔层、夹泥、流砂等工程问题，水下混凝土浇筑属隐弊工程，—旦发生质量事故难以观察和补救，所以应严格遵守操作 规程，在有经验的工程技术人员指导下认真施工，并做好隐弊工程记录，以确保工程质量。① 孔壁坍塌 指成孔过程中孔壁土层不同程度坍落。主要原因是提升下落冲击锤、掏渣筒或钢筋骨架 时碰撞护筒及孔壁；护筒周围未用粘土紧密填实，孔内泥浆液面下降，孔内水压降低等造成塌孔，塌孔处理方法：一是在孔壁坍塌段用石子粘土投入，重新开钻，并调整泥浆容重和液 面高度；二是使用冲孔机时，填入混合料后 低锤密击，使孔壁坚固后，再正常冲击。② 偏孔指成孔过程中出现孔位偏移或孔身倾斜。偏孔的主要原固是桩架不稳固，导杆不垂直或土层软硬不均。对于冲孔成孔，则可能是由于导向不严格或遇到探头石及基岩倾斜所引起的。处理方法为：将桩架重新安装牢固，使其平稳垂直：如孔的偏移过大；应填入石子粘土， 重新成孔；如有探头石，可用取岩钻将其除去或低锤密击将石击碎；如遇基岩倾斜，可以投入 毛石于低处，再开钻或密打。③ 孔底隔层指孔底残留石渣过厚，孔脚涌进泥砂或塌壁泥土落底。造成孔底隔层的主要原因是清孔不彻底，清孔后泥浆浓度减少或浇筑混凝土、安放钢筋骨架时碰撞孔壁造成塌孔落土。主要 防止方法为；做好清孔工作，注意泥浆浓度及孔内水位变化，施工时注意保护孔壁。④ 夹泥或软弱夹层 指桩身混凝土混进泥土或形成浮浆泡沫软弱夹层。其形成的主要原因是浇筑混凝土时孔壁坍塌或导管口埋入混凝土高度太小，泥浆被喷翻，掺入混凝土中。防治措施是经常注意混馄凝土表面标高变化，保持导管下口埋入混凝土表面标高变化，保持导管下口埋入混凝土下的高度，井应在钢筋笼下放孔内 4 小时内浇筑混凝土。⑤ 流砂 指成孔时发现大量流砂涌塞孔底。流 砂产生的原因是孔外水压力比孔内水压力大，孔壁土松散．流砂严重时可抛入碎砖 石、粘土，用锤冲入流砂层，防止流砂涌入。二、沉管灌注桩施工又叫套管成孔灌注桩 沉管灌注桩是目前采用较为广泛的一种灌注桩。依据使用桩锤和成桩工艺不同，分为锤击沉管灌注桩、振动沉管灌注桩、静压沉管灌注桩、振动冲击沉管灌注桩和沉管夯扩灌注桩等。这类灌注桩的施工工艺是 ：使用锤击式桩锤或振动式桩锤将带有桩尖的钢管沉人土中，造成桩孔，然后放人钢筋笼、浇筑混凝土，最后拔出钢管，形成所需的灌注桩，如图 5 所示。沉管桩对周围环境有噪音、振动、挤压等影响。 图 5 沉管灌注桩施工过程 (a)就位(b)沉管 (c)灌注混凝土(d)下钢筋笼(e)拔管成桩 1—柱管；2—钢筋笼；3—桩尖(一)锤击沉管灌注桩施工锤击沉管灌注桩的机械设备由桩管、桩锤、桩架、卷扬机滑轮组、行走机构组成。锤击沉管桩适用于一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基，但不能在密实的砂砾石、漂石层中使用。它的施工程序一般为：定位埋设混凝土预制桩尖→桩机就位→锤击沉管→灌注混凝土→边拔管、边锤击、边继续灌注混凝土(中间插入吊放钢筋笼)→成桩。施工时，用桩架吊起钢桩管，对准埋好的预制钢筋混凝土桩尖（图 6）。桩管与桩尖连接处要垫以麻袋、 草绳，以防地下水渗入管内。缓缓放下桩管，套人桩尖压进土中，桩管上端扣上桩帽，检查桩管与桩锤是否在同一垂直线上，桩管垂直度偏差≤0．5％时即可锤击沉管。先用低锤轻击，观察无偏移后再正常施打，直至符合设计要求的沉桩标高，并检查管内有无泥浆或进水，即可浇筑混凝土。管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。凡灌注配有不到孔底的钢筋笼的桩身混凝土时，第一次混凝土应先灌至笼底标高，然后放置钢筋笼，再灌混凝土至桩顶标高。第一次拔管高度应控制在能容纳第二次所需灌人的混凝土量为限，不宜拔得过高。在拔管过程中应用专用测锤或浮标检查混凝土面的下降情况。 图 6 预制混凝土桩尖拔管速度要均匀，对一般土层以 1 m／min 为宜，在软弱土层及软硬土层交界处宜控制在 0.3-0.8m／min 为宜。采用倒打拔管时，桩锤的冲击频率为：单动汽锤不得少于 50 次／min，自由落锤轻击不得少于 40 次／min。在管底未拔至桩顶设计标高之前，倒打和轻击不得中断。锤击沉管桩混凝土强度等级不得低于 C20，每立方米混凝土的水泥用量不宜少于 300Kg。混凝土坍落度在配钢筋时宜为 80—100 mm，无筋时宜为 60～80 mm。碎石粒径在配有钢筋时不大于 25mm，无筋时不大于 40mm。预制钢筋混凝土桩尖的强度等级不得低于 C30。混凝土充盈系数(实际灌注混凝土体积与按设计桩身直径计算体积之比)不得小于 1．0，成桩后的桩身 混凝土顶面标高应至少高出设计标高 500mm。当桩较稀疏时(中心距大于 3．5 倍桩 径或 2m)，可采用连打方法；当桩较密集 时(中心距小于等于3．5 倍桩径或 2 m)， 为防止断桩现象应采用跳跃施打的方法，中间空出的桩应待邻桩混凝土达到设计强度等级的 50％以上方可施打；对于土质较差的饱和淤泥质土，可采用控制时间的连打方法，即必须在邻桩混凝土终凝前，将影响范围内(中心距小于等于 3．5 倍桩径或 2m)的桩全部施工完毕。锤击沉管灌注桩适用于一般粘土、淤泥质土、砂土、人工填工等。前面介绍的锤击沉管灌注桩的施工方法，一般称为“单打法”。而锤击沉管扩大灌注柱 的施工方法则称为“复打法”。复打—般在下列情况下应用：1．设计要求扩大桩的直径，增加桩的承载力，减少桩的数量，减少承台面积等。2．施工中处理工程问题和质量事故。例如怀疑或发现有缩径、吊脚，夹泥等缺陷或持力层起伏不平，个别桩由于桩管长度所限达不到设计规定的进入持力层深度，以致使贯入度不符合要求，作为补救措施而采用复打法。复打法示意图如图 6 所示。复打法是在第一次单打将混凝土浇筑到桩顶设计标高后，清除桩管外壁上污泥和孔周围地面上的浮土，立即在原桩位上再次安放桩尖，进行第二次沉管，使第一次未凝固的混凝土向四周挤压密实，将桩径扩大 ，然后第二次浇筑混凝土成桩。复打施工时，桩管中心线应与初打(单打)中心线重合；第一次灌注的混凝土应接近自然地面标高；复打前应清除桩管外壁污泥；必须在第一次(单打)灌注混凝土初凝前，完成复打工作；复打以一次复打为宜；钢筋笼在第二次沉管后吊放。 复打法全复打、半复打和局部复打之分。如果缺陷在下半段，则第一次混凝土浇筑到半桩长，另加 lm，开始复打。如果缺陷在上半段，则第一次浇筑混凝土到顶后，将桩管打入 1/2 桩长，再第二次灌注混凝土。对于饱和淤泥或淤泥质软土则宜采用全桩长复打法。(二)振动、振动冲击沉管灌注桩施工振动、振动冲击沉管灌注桩是利用振动桩锤(又称激振器)、振动冲击锤将桩管沉人土中，然后灌注混凝土而成。这两种灌注桩与锤击沉管灌注桩相比，更适合于稍密及中密的砂土地基施工。振动沉管灌注桩和振动冲击沉管桩的施工工艺完全相同，只是前者用振动锤沉桩，后者用振动带冲击的桩锤沉桩。图 7 是振动灌注桩设备示意图。 图 7 振动沉管设备示意图 1—滑轮组；2—激振器；3—漏斗；4—桩管；5—前拉索；6—遮蓬；7—滚筒；8—枕木；9—架顶；10—架身顶段；11—钢丝绳；12—架身中段；13—吊斗；14—架身下段；15—导向滑论；16—后拉索；17—架底；18—卷扬机；19—架压滑论；20—活瓣桩尖；施工时，先安好桩机，将桩管下端活瓣桩尖(图 8)合起来，或埋好预制桩尖，对准桩位，徐徐放下桩管，压入土中，校正桩管垂直度，符合要求后开动激振器，同时在桩管上加压，桩管即能沉人土中。当桩管沉到设计标高，且最后 30s 的电流值、电压值符合设计要求后，停止振动，安放钢筋笼，并用吊斗将混凝土灌人桩管内，然后再开动激振器和卷扬机，拔出钢管，边振边拔，从而使桩的混凝土得到振实。