第2章 桩基础工程
2.3 灌注桩
2.3.1.2 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少，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较低的土层，一般采用螺旋钻成孔。干作业成孔施工工艺流程：场地清理一测量放线定桩位一桩机就位一钻孔取土成孔一清除孔底沉渣一成孔质量检查验收一吊放钢筋笼一流筑孔内混凝土。为了确保成桩后的质量，施工中应注意以下几点：①钻孔时，应始终保持钻杆垂直、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，可在孔中局部回填黏土至偏孔处0.5m以上，再重新钻进；③成孔达到设计深度后，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，然后尽快吊放钢筋笼，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施工是利用泥浆护壁，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，力下灌注混凝土而成桩。成孔方式主要有回转钻机成孔、潜水钻机成孔等。采用泥浆护壁主要是因为
①泥浆静止时具有一定的静切力，即具有悬浮沉渣的能力；
②泥浆搅拌时又具有流动性，可将钻渣带出；③易取材且价格低廉。泥浆的作用是护壁、携渣、润滑钻头、冷却钻头等，其中以护壁、携渣为主。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。
（2）埋设护筒
护筒的作用是：定桩位，防止地面水流入，保护孔口，增高孔内水压力，成孔时导向。护简用4~8mm厚钢板制成，内径比钻头直径大100~200mm，顶面高出地面0.4~0.6m，上部开1~2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，在黏土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m。其高度要满足孔内泥浆液面高度的要求，孔内泥浆液面应保持高出地下水位1m以上。最后应在护筒外侧填入黏土并分层夯实。
（3）泥浆制备
泥浆制备方法应根据土质条件确定。由于泥浆土的成分与高塑性（lo≥17)的黏土或膨润土的成分很接近，在黏土和粉质黏土中，可直接射入清水，以原土造浆，见表2.6。
（4）成孔排渣方法
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。
A.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，由泥浆泵从钻杆中部输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流入泥浆池，经沉淀处理返回循环池（图2.28）。正循环泥浆的上返速度低，携带土粒直径小，排渣能力差，属柔性循环排渣，适用于土质较差、抽吸排渣时间较长的情况，适用于填土、淤泥、黏土、粉土、砂土等地层，桩孔直径不宜大于100mm钻孔深度不宜超过40m。
B.反循环回转钻成孔
反循环法常用旋转的牙轮钻头钻孔，利用一定的静水压力护壁，防止坍孔。挖出的泥砂和泥水一起从套筒中心吸出，并排至泥水槽内。泥砂经沉淀后，泥水再注人孔内，与正循环法相反。在这种施工方法中，循环泥浆的速度快，抽吸排渣能力较好，属于强抽吸循环排清。故适合于硬岩层及硬土层等土质较好、抽吸时间较短的情况。施工中遇有卵石时，由于吸水通道直径只有15~20cm，卵石排出困难，使施工效率降低。一般最大成孔直径可达8m，最大深度可达100m。反循环回转钻成孔是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，扶带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外的成孔方法（图2.29）。
（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。清孔方法主要有射水法、换浆法，清孔结束标准见表2.7。
A.射水法一般用于原土造浆。是在孔口接清孔导管，分段连接后吊入孔内，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0.6~0.7MPa，在导管内形成强大气流，同时向孔内注入清水（此时钻杆只钻不进)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。
B.换浆法一般用于制备泥浆。是用新搅拌的泥浆置换孔底泥浆，即用泥浆循环方法清孔底沉渣允许厚度应符合标准规定：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、浇筑混凝土。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。
（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2.30所示，所用设备有金属导管、承料漏斗和提升机具等。
导管一般用无缝钢管制作，直径为200~300mm，每节长度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内品要体检（味塞）用来都开混凝上与视浆（成水），可用软本球或橡皮塞等，其直径宜比导管隔水栓（球塞）用来隔开内径大5~6mm。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，并使其下口距孔底面A，=300mm，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，立即浮出水面，可国收再利用，混凝土则在导管下部包围住导管，形成混凝上地时可把导管再下路至其100-20mm处，使导管下部能有更多的部分理入首批浇就点土中。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界？出泥浆。随着管外混凝土面的上升，逐渐提升导管，导管应缓缓提升，每次200mm 元4左右，严刚提升过度，务必保证导管下端埋入混凝土中的深度不小于规定的最小埋置深度一下，导管最小埋置深度加不能小于lm，适宜的想置深度为2~4m，但也不宜过深，以收？土的流动阻力太大，造成堵管。混凝土浇筑过程应连续进行，不得中断。混凝土浇策你费。标高应比设计标高高出0.5m，即多灌一点，铲除与水接触的那部分混凝土。
（8）常见工程质量事故及处理方法
①孔壁坍塌
孔壁坍塌指成孔过程中孔壁土层不同程度坍落，主要表现为泥浆中不断出现气泡，或部浆突然漏失。主要原因是提升下落冲击锤、掏渣筒或安放钢筋骨架时碰撞护简及孔壁，护管周围未用黏土紧密填实，孔内泥浆液面下降，孔内水压降低等。坍孔处理方法：在孔壁期照用石子、黏土填入，重新开钻，并调整泥浆容重和液面高度。
②钻孔偏斜
钻孔偏斜指成孔过程中出现孔位偏移或孔身倾斜。偏孔的主要原因是桩架不稳固.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：如孔的偏移过大，应填入石子、黏土，重新成孔；如有探头石，可用取岩钻将其除去或低锤密击将其击碎；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
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，清孔后泥浆浓度减小或浇筑混凝土、安放钢筋骨架时碰撞孔壁造成孔落土。主要防治方法：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
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。其形成的主要原困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。防治措施是保持导管下口埋入混凝土的深度，并应在钢筋笼下放孔内4h内浇筑混凝土。
⑤流砂
流砂指成孔时大量砂子涌塞孔底的现象。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、黏土，使泥浆结块，防止流砂涌入。
3.挤扩多分支承力与多盘灌注桩（DX桩）
如图2.31所示，挤扩多分支承力与多盘灌注桩（DX桩），是一种新型的变截面桩，是食普通钻孔灌注桩基础上，按承载力要求和工程地质条件的不同，在桩身不同部位设置分支限承力盘而成。
（1）DX桩的基本原理
在钻冲孔后，向孔内下入专用的DX挤扩装置，通过地面液压站控制该装置的弓压间扩张和收缩，按承载能力要求和地层土质条件，在桩身不同部位挤扩出了3盆分布或3n。（n为挤扩次数）分布的扩大岔腔或近似的圆锥盘状的扩大头腔后，放入钢筋笼，灌注混凝土，形成由桩身承力岔、承力盘和桩根共同承载的桩型。DX桩与一般灌注桩的工艺流程相比，只是增加了一道挤扩工序，但由于侧面型腔的直径是主桩径的2-3倍，使摩擦桩或摩擦端承桩变为多端承、多段侧摩阻共同作用的新型桩，桩的工作状态也发生了变化。
（2）DX桩施工设备
DX桩施工设备如图2.32所示，DX液压挤扩装置为等角度的三个液压弓臂同时工作，三点支撑，三个方向同时受力，液压弓臂水平缓缓刺入土体中，一次即可挤扩成三岔扩大腔体，受力稳定合理，挤扩过程中对土体不产生切削和扰动现象。桩定位放线一挖桩坑、设钢板护套一桩孔机就位一钻孔至设计深度一钻机位移至下桩但一桩位钻孔一第一次清孔一将支盘成型器吊入已钻孔内一在设计位置压分支、承力盘。下钢筋笼、导管一第二次清孔一水下混凝土灌注一清理桩头一拆除导管、护简。
（4）DX桩的特点及施工工艺特点
①桩承载力高与普通直杆（等截面）灌注桩相比，因桩底端及桩身多个断面面积大幅度增大，单桩承象力比普通混凝土灌注桩（相同桩径）一般提高1~2倍，并具备良好的承压、抗水平、抗冲剪和抗拔能力。
②节约成本，缩短工期由于单桩承载力大大提高，一般而言与普通混凝土灌注桩相比，节约原材料约30%，可节省桩基总造价20%~30%，同时，相比较大直径普通混凝土灌注桩而言可缩短桩长，减少桩径或减少桩数，从而缩短工期。
③设计灵活，适应性强
DX多节挤扩灌注桩可在多种土层中成桩，不受地下水位限制，并可以根据承载力需要采取增设分支或承力盘数量来提高单桩承载力。
④施工过程可控制
由于桩身承力盘或支盘是通过液压弓臂挤扩土层形成，挤扩过程相当静力触探，施工过程同时也是对土层承载力的一种检验，因此施工时能大概了解到单桩承载力的大小，当发现与设计承载力有差别时，可通过增设分支来确保单桩承载力，这是其他桩型无法实施的。
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