2.3.2 泥浆护壁成孔

泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔，不论在地下水位以上或以下的土层皆适用，它还适用于地质情况复杂、夹层多、风化不均、软硬变化大的岩层。

泥浆护壁钻孔灌注桩的施工工艺流程：桩位放线→开挖泥浆池、排浆沟→埋设护筒→钻机就位、孔位校正→钻孔→注泥浆→下套管→继续钻孔→排渣→清孔→吊放钢筋笼→射水清底→插入混凝土导管→浇筑混凝土→拔出导管→插桩顶钢筋。

桩位放线：根据建筑的轴线控制桩定出桩基础的每个桩位，可用小木桩标记。桩位放线允许偏差20mm。灌注混凝土之前，应对桩基轴线和桩位复查一次，以免木桩标记变动而影响施工。

埋设护筒：护筒一般是由4～8mm厚钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径，当用回转钻时，宜大于100mm；当用冲击钻时，宜大于200mm，以方便钻头提升等操作。其上部宜开设1～2个溢浆孔，便于溢出泥浆并流回泥浆池进行回收。埋设护筒时先挖去桩孔处表土，将护筒埋入土中。护筒的作用有：成孔时引导钻头方向；提高孔内泥浆水头，防止塌孔；固定桩孔位置，保护孔口。因此，护筒位置应埋设准确并保持稳定。护筒中心与桩位的中心线偏差不得大于50mm。护筒与坑壁之间用黏土分层填实，以防漏水。护筒的埋深在黏土中不宜小于1.0m；在砂土中不宜小于1.5m。护筒顶面应高于地面0.4～0.6m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上。

钻机就位：钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，为准确控制钻孔深度，应在机架上或机管上做出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。

钻孔：调直机架挺杆，对好桩位（用对位圈），开动机器钻进，出土，达到一定深度（视土质和地下水情况）停钻。钻孔进尺速度应根据土层类别、孔径大小、钻孔深度和供水量确定。对于淤泥和淤泥质土不宜大于1m／min，其他土层以钻机不超负荷为准，风化岩或其他硬土层以钻机不产生跳动为准。钻孔深度达到设计要求后，必须进行清孔。对于孔壁土质较好、不易塌孔的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5MPa，被搅动的泥渣随着管内形成的强大高压气流向上涌，从喷口排出，直至孔口喷出清水为止；对于稳定性差的孔壁应用泥浆（正、反）循环法或掏渣筒清孔、排渣。用原土造浆的钻孔可使钻机空转不进尺，同时注入清水，等孔底残余的泥块已磨浆，排出泥浆比重降至1.1左右（以手触泥浆无颗粒感觉），即可认为清孔已合格。对注入制备泥浆的钻孔，可采用换浆法清孔，至换出泥浆比重小于1.25为合格。清孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，以保持浆面稳定。孔底沉渣厚度对于端承桩不大于100mm，对于摩擦桩不大于300mm。清孔满足要求后，应立即吊放钢筋笼并灌注混凝土。

注泥浆：孔内注入事先调制好的泥浆，然后继续进钻。在黏土和粉质黏土中成孔时，可注入清水，以原土造浆护壁，排渣泥浆的相对密度应控制在1.1～1.2；在砂土和较厚的夹砂层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.1～1.3；在穿过砂夹卵石层或容易坍孔的土层中成孔时，泥浆的相对密度应控制在1.3～1.5；在其他土中成孔时，泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土。泥浆的作用是将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实，使孔内渗漏水达到最低限度，并保持孔内维持着一定的水压以稳定孔壁。因此，在成孔过程中严格控制泥浆的相对密度很重要。施工中应经常测定泥浆相对密度，并定期测定黏度、含砂率和胶体率等指标，及时调整。废弃的泥浆、泥渣应妥善处理。

下套管：钻孔深度到5m左右时，提钻下套管。套管内径应大于钻头100mm。套管位置应埋设正确和稳定，套管与孔壁之间应用黏土填实，套管中心与桩孔中心线偏差不大于50mm。套管埋设深度在黏性土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上。

继续钻孔：防止表层土受振动坍塌，钻孔时不要让泥浆水位下降。施工中应经常测定泥浆相对密度。

排渣，清孔：根据不同的土质，应控制泥浆的相对密度。

吊放钢筋笼：钢筋笼放前应绑好砂浆垫块；吊放时要对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，钢筋笼放到设计位置时，应立即固定，防止上浮。制作钢筋笼时，要求主筋环向均匀布置，箍筋的直径及间距、主筋的保护层、加劲箍的间距等均应符合设计规定。箍筋和主筋之间一般采用点焊。分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接并应遵守《混凝土结构工程施工质量验收规范》。钢筋笼吊放入孔时，不得碰撞孔壁。灌注混凝土时，应采取措施固定钢筋笼的位置，避免钢筋笼受混凝土上浮力的影响而上浮。也可待浇筑完混凝土后，将钢筋笼用带帽的平板振动器振入混凝土灌注桩内。

射水清底：在钢筋笼内插入混凝土导管（管内有射水装置），通过软管与高压泵连接，开动泵水即射出。射水后孔底的沉渣即悬浮于泥浆之中。

浇筑混凝土：停止射水后，应立即浇筑混凝土，随着混凝土不断增高，孔内沉渣将浮在混凝土上面，并和泥浆一同排回贮浆槽内。水下浇筑混凝土应连续施工；导管底端应始终埋入混凝土中0.8～1.3m，导管的第一节底管长度应大于或等于4m。配合比应根据试验确定，在选择施工配合比时，混凝土的试配强度应比设计强度提高10%～15%。混凝土要有良好的和易性，在规定的浇筑期间内，坍落度应为13～15cm。配制混凝土所用的材料与性能要进行选用。灌注桩混凝土所用粗骨料可选用卵石或碎石，其最大粒径不得大于钢筋净距的1／3，对于沉管灌注桩，不宜大于50mm；对于素混凝土桩，不得大于桩径的1／4，一般不宜大于70mm。坍落度随成孔工艺不同而有各自的规定。混凝土强度等级不应低于C15，水下浇筑混凝土不应低于C20。水下浇筑混凝土具有无振动、无排污的优点，又能在流砂、卵石、地下水、易塌孔等复杂地质条件下顺利成桩，而且由于其扩散渗透的水泥浆而大大提高了桩体质量，其承载力为一般灌注桩的1.5～2倍。

拔出导管：混凝土浇筑到桩顶时，应及时拔出导管。但混凝土的上顶标高一定要符合设计要求。

插桩顶钢筋：桩顶上的插筋一定要保持垂直插入，有足够锚固长度和保护层，防止插偏和插斜。

1．护壁泥浆

（1）护壁泥浆的作用

在钻孔过程中，为防止孔壁坍塌，在孔内注入高塑性黏土或膨润土和水拌和的泥浆，对黏性土也可利用钻削下来的黏土与水混合自造泥浆。这种护壁泥浆与钻孔的土屑混合，边钻边排出泥浆，同时进行孔内补浆，进行泥浆循环。因此，泥浆具有保护孔壁、防止塌孔、排出土渣以及冷却与润滑钻头的作用。泥浆一般需专门配制，当在黏土中成孔时，也可用孔内钻渣原土自造泥浆。

（2）泥浆的组成与性能

护壁泥浆是由高塑性黏土或膨润土和水拌和的混合物，还可在其中掺入其他掺和剂，如加重剂、分散剂、增黏剂及堵漏剂等。

护壁泥浆一般可在现场制备，有些黏性土在钻进过程中可形成适合护壁的浆液，则可利用其作为护壁泥浆，这种方法也称自造泥浆。

护壁泥浆应达到一定的性能指标，膨润土泥浆的性能指标如表2-6所示。

（3）泥浆循环

泥浆循环可分为正循环和反循环，根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放及处理条件、允许沉渣厚度等进行选择，但对孔深大于30m的端承型桩，宜采用反循环。

正循环回转钻机成孔的工艺如图2-5（a）所示。泥浆由钻杆内部注入，并从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入沉淀池，经沉淀的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。沉淀的土渣用泥浆车运出排放。

反循环回转钻机成孔的工艺如图2-5（b）所示。泥浆由钻杆与孔壁的环状间隙流入钻孔，然后由砂石泵在钻杆内形成真空，使钻下的土渣由钻杆内腔吸出至地面而流向沉淀池，沉淀后再流入泥浆池。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，排放土渣的能力强。

2．成孔机械

泥浆护壁钻孔灌注桩按成孔工艺和成孔机械的不同，可分为如下几种：

（1）冲击成孔灌注桩：适用于黄土、黏性土或粉质黏土和人工杂填土层，尤其适用于有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层，对流砂层亦可克服，但对淤泥及淤泥质土，则应慎重使用。冲击钻成孔时将冲锥式钻头提升一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层，然后用掏渣筒来掏取孔内的渣浆（如图2-6所示）。

（2）冲抓成孔灌注桩：适用于一般较松软黏土、粉质黏土、砂土、砂砾层以及软质岩层，孔深在20m内。冲抓成孔灌注桩采用冲抓锥（如图2-7所示），锥头内有重铁块和活动抓片，下落时松开卷扬机刹车，抓片张开，锥头自由下落冲入土中，然后开动卷扬机拉升锥头，此时抓片闭合抓土，将冲抓锥整体提升至地面卸土，依次循环成孔。

（3）回转钻成孔灌注桩：适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、黏性土、砂土、软质岩层。回转钻成孔灌注桩应用最多。回转钻机是由动力装置带动钻机的回转装置转动，并带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。切削形成的土渣通过泥浆循环排出桩孔。

在杂填土或松软土层中钻孔时，应在桩位孔口处设护筒，以起定位、保护孔口、维持水头等作用。护筒用钢板制作，内径应比钻头直径大10cm，埋入土中深度通常不宜小于1.5m，在特殊情况下埋深需要更大。在护筒顶部应开设1～2个溢浆口。在钻孔过程中，应保持护筒内泥浆液面高于地下水位。

在黏土层中钻孔时，可采用自制泥浆护壁；在砂土中钻孔时，则应注入制备泥浆。注入的泥浆比重控制在1.1左右，排出泥浆的比重宜为1.2～1.4。钻孔达到要求的深度后，测量沉渣厚度，进行清孔。以原土造浆的钻孔，清孔可用射水法，此时钻具只转不进，待泥浆比重降到1.1左右即认为清孔合格；注入制备泥浆的钻孔，可采用换浆法清孔，至换出泥浆的比重小于1.15时方为合格，在特殊情况下泥浆比重可以适当放宽。

钻孔灌注桩的桩孔钻成并清孔后，应尽快吊放钢筋骨架并灌注混凝土。在无水或少水的浅桩孔中灌注混凝土时，应分层浇筑振实，每层高度一般为0.5～0.6m，不得大于1.5m。混凝土坍落度在一般黏性土中宜用50～70mm；在砂类土中宜用70～90mm；在黄土中宜用60～90mm。水下灌注混凝土时，常用垂直导管灌注法进行水下施工，施工方法见第3章有关内容。水下灌注混凝土至桩顶时，应适当超过桩顶设计标高，以保证在凿除含有泥浆的桩段后，桩顶标高和质量能符合设计要求。

施工后的灌注桩的平面位置及垂直度都需满足规范的规定。灌注桩在施工前，宜进行试成孔。

（4）潜水钻成孔灌注桩：适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、砂土、砂夹卵石及风化页岩层，不得用于漂石。潜水钻机是一种旋转式钻孔机械，由防水电机、减速机构和钻头等组成。其动力、变速机构和钻头连在一起，加以密封，因而可以下放至孔中地下水位以下进行切削土壤成孔（如图2-8所示）。潜水钻机的动力和变速机构装设在具有绝缘和密封装置的电钻外壳内，且与钻头紧密连接在一起，因而能共同潜入水下作业。目前使用的潜水钻机（QSZ-800型）的钻孔直径为400～800mm，最大钻孔深度为50m。潜水钻机既适用于水下钻孔，也可用于在地下水位较低的干土层中钻孔。用正循环工艺输入泥浆，进行护壁并将钻下的土渣排出孔外。潜水钻机成孔亦需先埋设护筒，其他施工过程皆与回转钻机成孔相似。