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基坑大口径支护桩施工工艺

1、大口径支护桩适用范围

    由于施工场地狭窄，地质条件较差，基坑较深，或需严格控制基坑开挖引起的地面变形等，应采用桩墙式挡土结构进行支护，桩墙式挡土结构由围护结构及支撑系统组成，桩式围护结构一般适用于二、三级基坑，确有技术经济依据时也可用于一级基坑。

2、大口径钻孔灌注排桩设计

   钻孔灌注桩采用水下混凝土浇筑，混凝土强度等级不宜低于C20（常取C30）GY／T 5092-2016标准下载，所用水泥通常为42.5或52.5普通硅酸盐水泥。

   钢筋采用Ⅰ级（fr=210KN/mm2）和Ⅱ级（fr=310KN/mm2）。主筋常用螺纹钢筋，螺旋箍筋常用圆钢。

  为了减少桩的入土深度，应尽可能减小最下道支撑（或锚撑）至开挖面的距离，增强该道支撑（或锚撑）的刚度；充分利用时空效应，尽快及时浇筑坑底垫层作底撑；以及对桩脚与被动土侧体进行地基加固或坑内降水固结。

3．1钻孔灌注桩干作业成孔施工

3．1．1长螺旋压灌桩施工工艺

  长螺旋钻孔桩机由主机、滑轮、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、出土装置等组成。主要利用螺旋钻头切削土壤，被切的土块随钻头旋转，并沿螺旋叶片上升而被推出孔外。该类钻机结构简单，使用可靠，成孔作业效率高，质量好，无振动，无噪声，耗用钢材少，最适宜用于匀质粘性土，并能较快穿透砂层。步履式螺旋成孔机如图所示。

螺旋钻孔机适用于地下水位以上的匀质粘土，砂性土及人工填土。

3．1．3．1施工工艺流程

3．1．3．2采用长螺旋压灌桩施工应注意的事项

  ①螺旋钻进应根据地层情况，选择合理的转速和钻压，按电流控制进尺速度，电流值增大说明回转阻力加大，则应降低钻进速度。

  ②安装有筒式出土器的钻头，为迅速准确使钻头对准桩位，可在桩上放置定位环。

③开始钻进或穿过软硬互层交界时，应缓慢进尺，保证钻具垂直，在钻进含水量大的软塑性粘土层时，应尽量控制钻杆晃动，防止扩径。

⑤钻进不稳定地层（如砂层、干砂层、砂砾石层），应采用低转数钻进，上钻前上下活动钻具，以挤实孔，需要时可投入少量粘泥球，保护井壁。

3．2钻孔灌注桩水下作业成孔施工

3．2．1冲击成孔钻机

   目前国内冲击成孔主要为C2型及YKC型冲击钻机，该工艺方法简单，对场地条件适应性较好。

3．2．2潜水电钻机    

 潜水电钻机是近年来发展应用较广的一种钻孔机，其特点是将电机、变速机加以密封，并同底部钻头连接在一起，组成一个专用钻具，可潜入孔内作业，多以正循环的方式排泥浆。

3．2．3工程水文地质回转钻机

   这一机械是目前国内钻孔灌注桩施工用得最多的施工机械。该钻机由机械动力传动，配以笼式钻头，可多档调速或液压无级调速，以泵吸或气举正（反）循环方式钻进。有移动装置，设备性能可靠，噪声和振动小，钻进效率高，钻孔质量好。它适用松散土层、粘土层、砂砾层、软硬岩层等多种地质条件。

3．2．3．1钻孔灌注桩施工工艺流程

3．2．3．2成孔施工

   成孔施工方法应根据工程特点、地质情况和机械设备条件合理选择。成孔直径必须达到设计桩径，钻头应有保径装置，若采用锥形钻，其锥形夹角不得小于120度。钻头直径应根据施工工艺和设计桩径合理选定。在成孔过程中钻头应经常检查核验尺寸。

用作挡墙用的灌注桩施工前必须试成孔，数量不得少于2个，以便核对地质资料，检验所选的设备、机具、施工工艺以及技术要求是否适宜，如孔径、垂直度、孔壁稳定和沉淤等检验指标不能满足设计要求时，应拟定补救措施，重新选择施工工艺。

   成孔必须一次完成，中间不要间断，孔壁完成至灌注混凝土的间隔不得大于24h。

为保证孔壁的稳定，应根据地质情况和成孔工艺配制不同的泥浆，可参考下表值。

           注入排出孔口泥浆性能技术指标    

成孔到设计深度后，应进行孔深、孔径、垂直度、沉浆浓度、沉渣厚度等测试检查，确认符合要求后，方可进行下道工序施工。

根据出渣方式的不同，成孔作业可分为正循环成孔和反循环成孔两种。

3.2.3.2．1正循环成孔

正循环成孔即是从地面向钻管内注入一定压力的泥浆水(孔壁稳定液)，泥浆水压送至孔底后与钻孔产生的泥渣搅拌混合，然后经由钻管与孔壁之间的空腔上升并排出地面。混有大量泥渣的泥浆水经沉淀，过滤并作适当处理后，可再次重复使用，称泥浆循环。沉淀后的废液或废土可用车运走。正循环法是国内常用的一种成孔方法，这种方法由于泥浆水在空腔内的流速不大，所以出土效率较低。

正循环法的泥浆循环系统由泥浆池、沉淀池、循环槽、泥浆泵等设备组成，并有排水、清洗、排废等设施。

3．2．3．2．2反循环成孔（如图示）

反循环法的泥浆循环也是由泥浆池、沉淀池、循环槽、砂石泵、除渣设备等组成，并设有排水排废浆等设施。   地面循环系统一般分为自流回灌式和泵送回灌式两种，循环方式可根据施工场地、地层和设备情况合理选择。

清孔应分2次进行。第1次清孔在成孔完毕后，立即进行；第2次在下放钢筋笼和灌注混凝土导管安装完毕后进行。

常用的清孔方式有正循环清孔、泵吸反循环清孔和空气升液反循环清孔，通常随成孔时采用的循环方式而定。清孔时先将钻头稍作提升，然后通过不同的循环方式排除孔底沉淤，与此同时，不断注入洁净的泥浆水，用以降低桩孔泥浆水中的泥渣含量。

清孔过程中应测定沉浆指标。清孔后的泥浆密度应小于1.15。

清孔结束应测定孔底沉淤，孔底沉淤厚度一般应小于30㎝。

第2次清孔结束后孔内应保持水头高度，并应在30min内灌注混凝土。若超过30min，灌注混凝土前应重新测定孔底沉淤厚度。

3．2．3．4钢筋笼施工

钢筋笼宜分段制作。分段长度应按钢筋笼的整体刚度、来料的长度及起重设备的有效高度等因素确定。

钢筋笼在起吊、运输和安装中应采取措施防止变形。起吊吊点宜设在加强箍筋部位。钢筋笼用分段沉放法时，纵筋的连接须用焊接。要特别注意焊接质量，同一底面上的接头数量不得大于纵筋数量的50%，相邻接头的间距不小于50㎜。

3.2.3.5水下混凝土施工

对大直径深桩宜用商品混凝土。

混凝土灌注是确保成桩质量的关键工序，灌注前应做好一切准备工作，保证混凝土灌注连续紧凑地进行。单桩混凝土灌注时间不宜超过8h。混凝土灌注的充盈系数不得小于1，也不宜大于1.3。

V≥ πh1d2+ πKD2h2                    

式中  V——混凝土初灌量（m3）；

h1————导管内混凝土高度；

h——桩孔深度（m）；

d——导管内径（m）；

K——混凝土充盈系数，取1.3；

D——桩孔直径（m）。

混凝土灌制中应防止钢筋上拱。

混凝土实际灌注高度应根据桩长，地质条件和成桩工艺等因素来确定，其最小高度不宜小于桩长的5%，且不小于2 m，保证设计标高以下的混凝土符合设计要求。

3.3挖孔桩设计与施工

挖孔桩作为基坑支护结构与钻孔灌注桩相似，是由多个桩组在桩墙面起挡土作用。它有如下优点：大量的挖孔桩可分批挖孔，使用机具较少，无噪声、无震动、无环境污染，适应建筑物、构筑物拥挤的地区，对邻近结构和地下设施的影响小，场地干净，造价较经济。

应当指出，选用挖孔桩作支护结构，除了对挖孔桩的施工工艺和技术要有足够的经验外，还应注意在有流动性淤泥、流砂和地下水较丰富的地区不宜采用。

人工挖孔桩在国外叫手掘沉井，原来是用作高层建筑深基础的。在深基坑开挖时将人工挖孔桩象钻孔灌注桩那样排列起来作为支护结构。这种桩由于施工时无振动，无噪声、无泥浆，对周围环境不会产生污染，而且施工时毋须大型施工机械和场地，所以在国外人工费用非常昂贵的条件下仍大量采用。在国外还发展一种人工挖孔成槽的地下连续墙，挖槽时不用泥浆支护而是用撑板支撑，撑板可用木制，也可以用钢筋混凝土结构，槽段深度可达20.0m,如用钢筋混凝土撑板则可将其浇筑在墙内面，将来不做2次衬砌时，撑板就成为墙面，粗看起来颇像预制插板围墙的墙面。

人工挖孔桩是采用人工挖掘桩身土方，随着孔洞的下挖，逐段浇捣钢筋混凝土护壁，直到设计所需深度。土层好时，也可不用护壁，一次挖至设计标高，最后在护壁内一次浇注完成混凝土桩身的桩，本节介绍其成桩原理及其在基坑支护中的应用。

3.3.1成孔施工工艺

人工挖孔桩按质量管理的方法，主要工艺流程：

3.3.1.1按施工图放出桩位中心线及桩位

3.3.1.4浇捣混凝土护壁,护壁一般C20混凝土,护壁厚度应根据土层及桩的直径而定,一般为上15㎝公务船检验规则（2020）.pdf，下口7.5㎝，上下两节护壁搭接7.5㎝，当达到流砂或支护结构桩时，护壁厚度可适当加厚，当桩的直径较大时也应加厚。上下两节竖向钢筋应按搭接要求连接。

3.3.1.5护壁混凝土达到一定强度后（一般为12h后）拆除模板继续下一节施工。一般一天一节，上班拆模板、开挖，下班前浇注完护壁混凝土。直到挖到设计深度。作为支承桩，底部通常需作扩大处理。

3.3.1.6在护壁支护下，绑扎钢筋笼，一次完成桩身混凝土的浇筑。有时为节省混凝土，也常将挖孔桩做成环状截面的空心桩，在受力较小时，也可将护壁适当加厚作为桩的受力结构，不再浇筑桩身混凝土。

挖孔桩在施工过程中，操作人员的人身安全是要特别注重的问题，应采取强有力的管理措施并加强安全教育，避免如漏电、流砂、坍方、井下缺氧、中毒等事故的发生。

3.3.2挖孔桩的支护作用

人工挖孔桩在浇筑完成以后，即具有一定的防渗能力和支承水平土压力的能力。把挖孔桩逐个相连QX／T 157-2020标准下载，即形成一个能承受较大水平压力的挡墙，从而起到支护结构、防水、挡土等作用。

人工挖孔桩支护原理与钻孔灌注桩挡墙或地下连续墙相类似。人工挖孔桩直径较大，属于刚性支护，设计时应考虑桩身刚度较大对土压力分布及变形的影响。