洛阳黄河公路大桥钻孔灌注桩施工工艺
2009-09-28
洛阳黄河公路大桥钻孔灌注桩施工工艺
------卵石层中φ1.4米冲击造孔
目录
第一章 总则
第二章 开钻前准备工作
第三章 钻孔
第四章 清孔
第五章 钢筋笼制作及安放
第六章 水下混凝土填充
第七章 事故的防止及处理
第八章 技术安全
第一章 总则
第1条 洛阳黄河公路大桥全桥为67孔50米予应力钢筋混凝土梁，除两岸桥台采用沉井基础处，其余66个桥墩均采用钻孔灌注桩基础，钻孔灌注桩工作量大，在卵石层中钻孔深达30余米。经过一年多的施工实践，使我们初步挖掘了一些冲击钻孔的规律性，但还不能说完全占有施工的主动权。
第2条 根据地质钻探资料，钻孔灌注桩基础处在第四纪石英岩、石英砂岩的卵石层中，自河床面以下6至8米（个别为10米）为细砂、粉砂层，以下则为紧密卵石层粒径有达40至50厘米，有些钻孔夹层厚1米以内的砂层或卵石近代胶结层，在施工过程中应根据水文及地质变化情况，采取相应措施，保证钻孔的顺利进展。
第3条 一根钻孔灌注桩的工艺过程可以分为下述五个阶段，每个阶段的技术作业要点是：
第1阶段 护筒下沉一一要求位置正直，护筒不漏不破。
第2阶段 刃脚下造壁处理一一使护筒底部与卵石层紧密结合，具有稳固的过渡孔壁；钻进中保持孔内水头，防止坍孔，这是顺利钻进的关键措施之一。
第3阶段 卵石层中冲击造孔一一正确掌握清碴、投土、冲击钻进的作业循环。及时更换钻具，勤检查，勤探孔，防止人身和质量事故。
第4阶段 终孔清孔一一保证孔底标高符合设计要求，调好孔内泥浆，尽量减少沉淀，并快速下好钢筋笼，做好填充水下混凝土的准备工作。
第5阶段 钻孔中填充水下混凝土一一充分准备，统一指挥，保证灌注水下混凝土质量，不出断桩事故。
第二章 开钻前准备工作
第4条 开钻前应规划和布置场地，测放桩位和水平标点，安装墩位平台、钻架、卷扬机及起吊设备，备好出碴、修钻等设备。做好施工组织安全和技术交底以及思想政治工作，指定专人负责记录。
第5条 护筒制作及下沉
⑴外径1.86m，内径1.7m钢筋混凝土护筒按设计制作，每节高2m（或2.5m），经检验合格后，才能送往工地。检查标准：上口（或下口）直径误差不得超过10mm，顶面水平高差不大于15mm，混凝土须达到设计强度，筒身应外光内实，保证不漏水。
⑵下沉方法：可用空气吸泥机吸泥加压重，反拉等方法帮助下沉到进入卵石层0.5m左右（吸泥管上划尺寸，以吸出多量卵石时吸泥机头标高作为卵石土层面标高）。在水位有变化、受冲刷的河床中，护筒两刃应下沉到进入卵石层1.5至2m，并须进行围护，预防水流冲刷后护筒内加高的柱压力使刃脚发生渗漏，不能保持孔内水平，而造成漏沙坍孔的严重事故。
⑶吸泥下沉注意事项：吸泥管要吊放正中，防止偏吸；开风时防止机头反击撞破护筒吸泥过程中及时补水，保持水位高出外面水位1.5m以上，避免翻砂。当出现翻砂时，须注意河床凹陷范围，防止危及平台基桩。
⑷用压重、反拉帮助护筒下沉时，要对称加载，以免引起倾斜，要随吸泥及时加载下沉，避免大量翻砂。
⑸护筒下沉完毕，四周应及时回填。表面填粘土一层并加夯实，防止积水渗入。
⑹护筒接高要求顺直，当下节位置平正时才能对接施焊。焊缝应不漏水。
⑺护筒顶面中心与设计桩位偏差，在顺桥方向及横桥方向上均不得超过50mm，同时其斜度不得大于1%。下沉完毕，应进行测量，做好竣工记录。
第6条 护壁泥浆。冲击式钻进，在孔中投入散碎粘土，利用钻头冲击造浆。选择造浆粘土的指标：调成比重为1.30纯泥浆时，其胶体率不小于90%（当料源有困难时，允许在85%以上），泥浆粘度为18至22秒，粘土中不含未风化的大结块。钻进时，孔中泥浆比重不宜小于1.30至1.35，在卵石层中可适当加大泥浆稠度（比重宜为1.4至1.6）以增强悬浮钻碴能力。
第7条 钻机（卷扬机、钻具）及钻架应安放在稳固的基础上，确保在施钻过程中不发生位移和下沉，以免出现斜孔弯孔等事故。安放钻架起吊钻头对护筒顶面中心位置误差不应大于20mm，钻进中定期校核，有变动时，应重新调整。
第三章 钻 孔
第8条 护筒刃脚以下的护壁处理，要仔细施工，从刃脚到以下2m左右，泥浆造壁要反复冲砸坚实，保证在钻进整个过程中不坍不漏，可按下述步骤进行：
⑴吸泥达到刃脚时，先投粘土1.2至1.5m3，钻深至刃脚以下0.5m；
⑵回填粘土块和小片石（粒径不大于0.15m）按1:1混合，填到刃脚以上0.1至0.2m，顶面应抛平；
⑶用钻头小冲程反复冲砸，钻进到护筒刃脚以下0.8m；
⑷再次回填粘土与小片石的混合物约0.9m至1.0m，顶面应抛平，以防钻头打坏筒壁；
⑹一般按上述方法，逐步加深，反复冲砸2至3次，必要时，填土、石冲砸宜多重复几次。
第9条 在滩地上的钻孔，如果充分了解地质钻探资料，并且护筒下沉时翻砂量不大，刃脚不空的情况下，可以采取“浓泥浆、低冲程、不投片石、一次冲砸”的护壁处理，可按下述步骤进行：
⑴护筒内投散碎粘土2至3m3，泡发松散，粘土上层可略垫一层片石，避免吸钻；
⑵用低冲程1至1.5m冲砸拌浆，边冲边加粘土，使泥浆浓度尽快变稠，达到比重在1.5至1.6左右；
⑶发现泥浆过稠，钻进缓慢时，进行清碴换浆；
⑷钻深到刃脚以下1m左右，清碴，投粘土1.0至1.5 m3重复冲砸拌浆；
⑸在刃脚以下2.0至2.5m后，才改用较高冲程，正常钻进；
⑹发现失水现象，护筒内水位缓慢下降，应补水和加投粘土。
第10条 十字型钻头冲击造孔。
整个钻进过程中，孔内应经常保持有稳定性良好、稠度适当的护壁泥浆，在正常情况下，一般按钻进累计1m1.5 m3左右，并随时补水，保持孔内水位高出地下水位（或河中水位）1.5至2.0m，使孔内有稳定的超压，以防坍孔。
⑴钻具----钻头的刃口直径应严格保持在1330至1360mm范围以内，3.5吨以上钻头限为1340至1370mm。弧刃部分不能有突出的台阶形，钻头直径磨耗小于规定限度时，应即用耐磨焊条补焊，钻头上应焊有φ32mm钢筋环4个，并用φ28短钢丝绳围绕2至3道以备掉钻后容易打捞。
（注）为了保持有一定的扩孔率，钻头直径与钻进速度有关。当钻进速度较快时，采用φ1340至1370mm（3.5至3.8吨钻头）。在一个钻孔钻进中，不可时时改变钻头直径的检查标准，以免造成卡钻。
钢丝绳的破断拉力不得小于30吨（φ24至28mmD型6×37+1麻心）长度应保证钻头下到孔底后，卷扬机滚筒上仍有4至6圈（并加备用6圈），绳尾应锚固在滚筒上。
转向滑轮、起重滑轮宜有滚珠轴承，轮径不小于绳径18至20倍。
⑵冲程一一起落钻头应平衡，以防冲撞护筒及孔壁，严防“打空锤”，发生掉钻事故。见下表：
使用范围
冲程
目 的
1
在护筒中及深到护筒刃脚下3m以内
小冲程1.0~1.5m
防止钻头倾斜打坏护筒及孔壁，并造成坚实孔壁
2
在砂层及含砂成分较大的卵石层中
中小冲程1~2m并加大泥浆稠度
反复冲砸，做成坚实孔壁，防止坍孔
3
停钻后再次开钻时
由小冲程逐渐过渡到正常冲程
避免卡钻
4
正常钻进
4~5m
取得较大的冲击能和大的冲击频率
5
接近卵石胶结层及通过胶结层时
中等冲程2~3m
增加护孔率，防止卡钻
6
抛石回填重钻时
中等冲程2~3m
修园孔径扩大孔径
7
最大冲程
不得超过6m
防止卡钻、吸钻冲坏孔壁、孔形不园等
⑶清碴、投土一一正常钻进中，每3至4个班或进尺达2m清碴一次，每班开始，应测孔深并了解和掌握孔内情况，当泥浆内含砂量增大或钻进速度显著减慢时，也应取碴。
用取碴桶清碴，使浆内含碴显著减少，无粗颗粒，比重降到1.2至1.25为止，清碴时必须同时补水或回浆，保持孔中水位。
清碴后测孔深一次，并进行检孔后投土（按累计进尺每1m投1.5m3），然后开钻，投土次序可如下：①在4小时内投放1.5至2.0 m3，使泥浆比重较快增加到适于正常钻进；②以后各班随钻进陆续投土。
清碴、投土数量均应在班报表中详细记录。
⑷检孔一一检孔器外径1.4m，长6m，用φ25mm园钢制成，钻进中应经常检孔，接近及通过卵石胶结层应加强检孔，更换钻头前，一定要检孔，应将检孔器检到孔底才允许放入新钻头，禁止用加重的检孔器冲击强插等方式检孔。
如发现弯孔、斜孔或孔径过小，应立即停钻，抛石回填到卡住检孔器的标高以上0.5至1.0m处，重钻。不准用钻头修孔以防卡钻事故。（一般抛填用粒径不大于200mm片石，如多次抛填重钻无效时，可改抛粒径不小于150mm大卵石）。
⑸每班应检查卷扬机、钻具及起吊设备，对大绳和钨金套钢丝绳的磨耗情况，要做到心中有数，及时更换。特别注意检查钻头上方20cm处及大绳和钨金套连接处，上下滑车转向处及上滚筒处的钢绳磨损情况，发现压扁、死弯、乱股情况严重者，应立即更换，便 换标准：6×37+1钢丝绳，每米断丝20丝，6×19+1钢丝绳，每米断丝10丝。
连接钻头的钨金套（即锚环）短钢丝绳，应特别注意，退出钻头外面检查断丝情况，发现断丝数超过10丝立即更换。
大绳与短绳有两种连接方式：①搭接；用8个钢绳卡子交错夹紧，第一个卡子的座版应安在长绳这一方，其余交错安装。②扣接；大绳和短绳绳头做成套圈，应各安装一个“梨形环”用不小于φ42mm的卸环连接，两个绳头套圈用4至5个钢绳卡子夹紧，卡子的座版应安在长股的一方。
应规定专人负责卷扬机加油及检查工作，发现异常情况，应立即进行处理。
第11条 关于在一个桥墩同时两孔开钻的规定；
⑴第1、4号和第2、3号桩位，不得同时施钻；
⑵一孔钻进时，邻孔不得下沉护筒。
（注）上游孔距3.7m的钻孔为1号、4 号、下游为2号、3号。
第12条 终孔孔深应是钻到预计标高以专用测铊测出孔深4点的平均数。
第4章 清孔
第13条 终孔时清孔的作用在于：使沉淀层厚尽量减小；使孔底标高符合设计要求；并且在设计孔底标高处有足够的混凝土断面；尽可能提高孔底的承载力；同时也为了填充混凝土时保证质量，不出故障。
清孔方法及清孔标准：
⑴比设计孔底标高超钻0.5至1.0m。
⑵用取碴桶清碴到无粗颗粒，孔底泥浆比重为1.20至1.25并测孔深。
⑶投碳酸钠干重150至160公斤（按孔中泥浆重1.5‰~2‰），用钻头搅拌均匀。
⑷一次投粘土1.5至2.0m3，用钻头小冲程反复冲砸拌浆到终孔时标高并略有钻进，此时要求孔内泥浆比重不大于1.35，并测孔深。
⑸终孔到灌注混凝土前，由值班技术人员，会同处、队质量检查人员进行检查，合格后填写《钻孔桩水下混凝土灌注前检查证》（见附表）。
泥浆比重用活盖取样罐（内径132mm，高200mm，上口开直径50mm孔，带杯状活盖，重7公斤）吊到孔底提取带碴泥浆，经过1mm筛孔网过滤后，用1002型泥浆比重计在现场测出泥浆比重，实施时应注意到泥浆内的含砂量影响比重值的变化颇大。因此，必须做到①临近终孔标高前的一两次清碴应力求彻底。②投土换浆应用低冲程搅拌，避免产生新的钻碴。
应根据泥浆比重及清碴程度两个指标来评钻孔底质量。
测量终孔标高专用测铊为园锥形密封的铁盒，高200mm，底140mm，内配装铁砂，使整个重量为3.7至4.0公斤，悬挂于标准测深绳上（测铊比重为3.5至4.0）。
测深及取样都要缓慢下放，不宜上下猛烈冲放，影响测量的正确性。
第五章 安放钢筋笼
第14条 钢筋笼应根据设计图纸，在平直台位上分节制作、预拼，做好工地焊接标记，吊放时“对号入座”，滑架内应装有临时支撑，保证刚度。经质量检查合格，特别是钢筋笼的直径不得小于设计图规定尺寸，才可吊装。
所用钢筋，应有产品合格证明文件，钢筋的加工、工地焊接应按部颁《铁路桥隧工程混凝土钢筋混凝土及砌石工程施工技术规则》的有关规定办理。
第15条 钢筋笼吊入钻孔时，动作要轻、慢、对准钻孔中心线下放，严防冲刮孔壁。在下插过程中要观察孔内水位变化，若出现异状，应立即停止下插，查明原因，如发现下插困难，应分析原因，进行处理，不得强行下插。钢筋笼就位时，为保证有足够保护层，应按设计图规定标高，并使钢筋笼位于钻孔中心，然后妥善吊挂固定，防止在填充水下混凝土时顶托上升或掉落孔底。
第六章 水下混凝土填充
第16条 混凝土的配合比应能保证：①有足够的强度；②拌合物从装入吊斗到运送至工地倒入导管这一段时间内应能保持足够的流动度。（强度按设计300级配制，陷度18至22cm）。
第17条 灌注开盘前孔深应在设计孔底标高以下0.3m。测深应该使用终孔测深时同一个测铊。灌注结束时，应根据设计桩顶标高（浮浆层除外），予加一定高度（一般比设计标高加高0.2至0.4m）在灌注承台（座版）混凝土时予以凿除。
第18条 水下混凝土灌注前应做好充分的准备工作。混凝土工厂及运输、起吊、灌注机具设备要完好，保证能够正常运转，导管要配好，划好尺度，并经过7公斤/平方厘米的水压试验。如采用“砍球法”下灰，应作通过试验。拆除的每节导管等应立刻冲洗。
施工前要进行思想动员和技术交底，做好冬、雨、夏季施工保护措施；明确岗位责任制。机电、混凝土工厂、试验人员、操作工班、测量记录人员、值班技术人员均应明确分工，统一指挥，准备工作完成，经检查后才能开盘。
第19条 灌注一经开始，应一气呵成，不得中途停顿，以免发生断桩事故。
灌注中要严格掌握导管埋入深度。一般控制在2至3m，任何时候不得小于1m（应有两人测量互相校核）。不允许发生导管漏水、灌水、涌水、重新砍球、挂起钢筋笼或导管被钢筋笼挂住无法提升等事故，严防导管提出混凝土面或因机电故障停盘时间过长而构成断桩事故。
灌注完毕后4小时，即将钢筋笼的挂勾烧断。
测量混凝土面的测铊应为园锥形密封铁盒，高180mm，底直径130mm，内配装铁砂，使整个重量为3.2至3.5公斤（假比重为4.5左右），每次灌注填充混凝土要专用此测铊测量混凝土顶面高度。
第七章 事故的的防止及处理
第20条 统一思想，统一指挥，勤检查（钻具、机器、孔径、孔深和孔内外水位），记录详细正确，施工场地秩序良好，护筒下沉正直，刃脚下造壁处理牢固。孔内水位经常保持高于孔外水位1.5m，孔内泥浆稠度适宜等，是不出事故的基本条件。钻进到填充混凝土整个过程 ，全体工作人员应该紧密配合，“精心施工”，把好“三关”：掉钻吸钻卡钻关，坍孔关、水封关。
第21条 掉钻、吸钻、卡钻关
防止措施：及时检查钻具、钢线绳、钻头直径，超过磨损限度，坚决更换；每次取碴后必须检孔；更换钻头时，必须检孔到底；一次投土不可过多，投土后冲程要逐渐加大；经常核对吊点位置，及时调整；临时停钻，必须吊出钻头；发现弯孔、缩孔，坚决抛石回填重钻，不可用钻头冲击扩孔，如遇吸钻可抛少量片石，用低冲程钻进。
事故处理：随时准备好打捞用锚钩；发生卡钻后查明原因和情况，不可强提钻头，以致扩大事故的严重性。需要吸泥清碴时，应有防坍措施，如回浆等办法，以防沉淀增加，造成“埋钻”。打捞设备的强度应经过检算，并制定好打捞措施，确保安全。
第22条 坍孔关：
防止措施：慎重对待护筒刃脚以下的护壁处理工作；每班专人管理孔中水位，注意掌握孔外（河中、地下）水位变化；经常测看泥浆稠度；起落钻头和取碴桶要平稳，防止打破护筒，刮撞孔壁；护筒四周防止渗水，河中护筒应加围护；承碴或清孔时应随时补水。
在全部钻进过程中，孔内应保持有高出地下水位以上至少1.5m的稳定泥浆。如发现有漏浆现象，应立即查明原因，迅速处理。应明确：“漏浆是坍孔的前兆”。
事故处理：轻微漏水，可在孔内抛粘土碎石，冲砸造壁填补，或在孔外换填粘土围护。如护筒打破严重，必须设法塞补、加固。护筒因坍孔有变位危险时，应加强导向扶持。严重坍孔或漏浆地段投土夹小片石反复冲砸，使坍孔处重新固壁。
第23条 水封关（水下填充钻孔内混凝土简称“水封”）。
防止措施：主要见第六章第16、第18、第19条。做好施工组织准备工作，严防过大的集料颗粒进入拌合机；灌注时试验室应及时检查混凝土拌合物流动度，不合要求的不得灌入导管，灌注前要保持泥浆的稳定性；导管埋深及混凝土面标高，应有两人测量校核；“砍球”后，下灰勿猛，防止拌合物雍塞在导管上口，发生“卡管”现象。
事故处理：导管提出混凝土面，极易构成断桩质量事故。对施工过程有疑问的高程，应进行钻探检查，待取出柱状混凝土芯样鉴定后，再确定处理措施。
第八章 技术安全
第24条 钻孔时的平台、吊架、钻架等辅助结构，应有足够的强度和稳定性，施工过程中不得超载使用。主河槽中要经常检查栈桥和墩位平台桩基状况及附近冲刷深度，汛前应备齐防汛抢险材料；发现问题及时加固处理。
第25条 工班应建立岗位责任制，分工负责对所用起吊设备机具经常检查，定期加油，保证正常运转。
⑴钨金套绳头应按规定要求制造，钢丝绳长度3至4m，必要时每批抽查一根，作15吨拉力试验。
⑵大绳与钨金套钢绳应为同直径钢丝绳，钢丝绳卡子不应少于8个（间距按180至200mm）安装时，先拧紧程度70%，然后在吊重状态下再拧紧其余30%，使各卡子均匀受力。
第26条 护筒顶及平台四周的钻碴、粘土及杂物每班要清理干净，所有脚手板梯子应完好平整固定，冬季要有防滑措施，钻孔四周应设栏杆，未施钻的护筒应加木盖，墩位上应有防火、救生设备，夜间应有充分照明。进入现场人员一律戴安全帽，登高操作应带安全带。运送混凝土牵引车应有专人负责安全行车（由各队自行拟定安全操作细则），牵引车运行速度不得超过10公里/小时。
第27条 使用双滚筒卷扬机的前后滚筒进行检孔，取碴或其他起吊工作时应指定信号员指挥操作。思想要集中，确认操作杆，刹车无误，方能操作。当经常仅用一根操纵杆时，另一根操纵杆应卸除或锁定，以防误搬操纵杆造成事故。
第28条 建立交接班制，班（组）长，值班技术员和记录员应对口交接；将本班中发生的主要情况，质量情况，事故苗头，已采取或建议采取的措施填写在“工程日志薄”或“交接班记录薄”内。“钻孔班记录表”“灌注水下混凝土前检查证”“水下混凝土灌注记录”，应填写完整清楚，不得涂改丢失。特别是“钻孔班记录表”，其工作项目、时间起止、投土量、取碴量、钻孔进尺、钻头重量和直径等要认真逐项核实填写，记录员要签名，工长和值班技术员复核，确认无误后签名。
各项施工原始资料，各队应有专人整理、保存，作为竣工交接时的依据。
