一、

1.護壁泥漿

（1）泥漿的功能

1）泥漿有防止孔壁坍塌的功能

在天然狀态下，若豎直向下挖掘處于穩定狀态的地基土，就會破壞土體的平衡狀态，孔壁往往有發生坍塌的危險，泥漿則有防止發生這種坍塌的作用。主要表現在：

①泥漿的靜側壓力可抵抗作用在壁上的土壓力和水壓力，并防止地下水的滲入。

②泥漿在孔壁上形成不透水的泥皮，從而使泥漿的靜壓力有效地作用在孔壁上，同時防止孔壁的剝落。

③泥漿從孔壁表面向地層内滲透到一定的範圍就粘附在土顆粒上，通過這種粘附作用可降低孔壁坍塌性和透水性。

2)泥漿有懸浮排出土渣的功能

在成孔過程中，土渣混在泥漿中，合理的泥漿密度能夠将懸浮于泥漿當中的土渣，通過泥漿循環排出至泥漿池沉澱。

3)泥漿有冷卻施工機械的功能

鑽進成孔時，鑽具會同地基土作用産生很大熱量，泥漿循環能夠攜帶排出熱量，延長施工機具的壽命。

(2)泥漿的制備和處理

除能自行造漿的黏性土層外，均應制備泥漿。泥漿制備應選用高塑性黏土或膨潤土。泥漿應根據施工機械、工藝及穿越土層情況進行配合比設計。施工期間護筒内的泥漿面應高出地下水位1.0m以上，在受水位漲落影響時，泥漿面應高出最高水位1.5m以上；在清孔過程中，應不斷置換泥漿，直至灌注水下混凝土。

(3)泥漿試驗

在灌注樁工程中所使用的泥漿，必須經常保持地層和施工條件等所要求的性質。為此施工中不僅在制備泥漿時，而且在施工的各個階段都必須測定泥漿的性質并進行質量管理。灌注混凝土前，應對泥漿相對密度、含砂率、黏度等進行測定。孔底500mm以内的泥漿比重應小于1.25,含砂率不得大于8%,黏度不得大于28s；這裡也僅對一些常用的測定試驗作一介紹。

1)密度測定

密度測定可用下面兩種方法的任一種方法進行密度測定，取值為小數點後2位數。

①泥漿比重計；

②把泥漿放入已知容積的容器内測定泥漿的質量。泥漿相對密度計由台座上的泥漿杯和樣杆組成泥漿杯内裝滿要測定的泥漿，蓋上杯蓋，刮去由蓋上的小孔溢出的泥漿，把刀口支撐放在台座上。移動遊碼秤杆為水平狀态時的刻度讀數表示泥漿密度。泥漿相對密度計必須經常用測定清水的方法進行校正。校正的辦法是增減秤杆端部的硬碼。

2)含砂率測定

測定泥漿的含砂量時，可用含砂量測定器。

其方法如下：

①在量筒内裝入泥漿75ml；然後加入水至250ml,堵住量筒口，仔細晃動量筒使泥

漿混合均勻。

②把量筒内的泥漿倒在篩網（74μm）上，并用清水洗淨量筒内的泥漿殘渣，全部倒在篩網上。然後按壓篩網上面的殘渣，不能硬性地使其通過篩網。

③将鬥颠倒過來插在篩網上，鬥出口插入量筒口内。将整體慢慢地轉動，然後用少量的水沖洗篩網内側，使篩網上的土砂全部沖洗到量筒内，在這種狀态下，使砂在量筒内沉澱。

④量筒裡的沉澱物為土砂，量筒上的刻度為土砂容積，用％表示出來，作為含砂率。

3）黏度測定

漏鬥黏度計主要用于現場測定泥漿的黏度。

将鬥放在試驗架子上，用手指堵住下面的出口，将一定量的泥漿從上面注入漏鬥黏度計内。這時泥漿先通過0.25mm金屬絲網，除去大的固體顆粒，然後移開堵住下口的手指，用秒表測定泥漿全部流出的時間。

二、正、反循環鑽孔灌注樁的适用範圍

正、反循環鑽孔灌注樁宜用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風化岩層；對孔深較大的端承型樁和粗粒土層中的摩擦型樁，宜采用反循環工藝成孔或清孔，也可根據土層情況采用正循環鑽進，反循環清孔。

三、正、反循環鑽孔灌注樁的工藝原理

使用鑽頭或切削刀具成孔屬于泥漿循環方式，在孔内充滿泥漿的同時，用泵使泥漿在孔底與地面之間進行循環，把土渣排出地面，即泥漿除了起穩定孔壁的作用之外，還被用作排渣的手段。通過管道把泥漿壓送到孔底，漿在管道的外面上升，把土渣攜出地面，為正循環方式。泥漿從管道的外面自然流入或泵入孔内，然後和土渣一起被抽吸到地面上來，即反循環方式。

四、施工工藝

（1）材料要求

1） 混凝土宜采用和易性、泌水性較好的預拌混凝土，強度等級符合設計及相關驗收規範要求，初凝時間不少于6h。灌注前坍落度宜為180〜220mm。

2） 水泥強度等級不應低于P.O.42.5,質量符合《通用矽酸鹽水泥》GB175的規定，并具有出廠合格證明文件和檢測報告。

3） 砂應選用潔淨中砂，含泥量不大于3%,質量符合《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法标準》JGJ53的規定。

4） 石子宜優先選用質地堅硬的粒徑不宜大于30mm的豆石或碎石，含泥量不大于2%,質量符合《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法标準》JGJ53的規定。

5） 煤灰宜選用I級或II級粉煤灰，細度分别不大于12%和20%,質量檢驗合格，摻量通過配比試驗确定。

6） 外加劑宜選用液體速凝劑，質量符合相關标準要求，摻量和種類根據施工季節通過配比試驗确定。

7） 攪拌用水應符合《混凝土用水标準》JGJ63的規定。

8） 鋼筋品種、規格、性能符合現行國家産品标準和設計要求，并有出廠合格證明文件及檢測報告。主筋及加強筋規格不宜低于HRB335級，箍筋可選用HPB300級鋼筋。

（2） 機具設備

主要機具設備為回轉鑽機，多用轉盤式。鑽架多用龍門式（高6〜9m）,鑽頭常用三翼或四翼式鑽頭、牙輪合金鑽頭或鋼粒鑽頭，以前者使用較多；配套機具有鑽杆、卷揚機、泥漿泵（或離心式水泵）、空氣壓縮機（6〜9m3/h）、測量儀器以及混凝土配制、鋼筋加工系統設備等。

（3） 工藝流程（圖1）

圖1:泥漿護壁成孔灌注樁工藝流程圖

（4）主要施工方法

1） 測量放線。要由專業測量人員根據給定的控制點用“雙控法”測量樁位，并用标樁标定準确。

2） 埋設護筒。泥漿護壁成孔時，宜采用孔口護筒，護筒設置應符合下列規定：

①護筒埋設應準确、穩定，護筒中心與樁位中心的偏差不得大于50mm；

②護筒可用4〜8mm厚鋼闆制作，其内徑應大于鑽頭直徑100mm,上部宜開設1〜2個溢漿孔；

③護筒的埋設深度：在黏性土中不宜小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m。護筒下端外側應采用黏土填實；其高度尚應滿足孔内泥漿面高度的要求；

④受水位漲落影響或水下施工的鑽孔灌注樁，護筒應加高加深，必要時應打入不透水層。

3） 鑽機就位。鑽機就位前，先平整場地，鋪好枕木并用水平尺校正，保證鑽機平穩、牢固。成孔設備就位後，必須平整、穩固，确保在施工過程中不發生傾斜、移動。使用雙向吊錘球校正調整鑽杆垂直度，必要時可使用經緯儀校正鑽杆垂直度。為準确控制鑽孔深度，應在樁架上作出控制深度的标尺，以便在施工中進行觀測、記錄。

4） 鑽進。鑽進參數應根據地層、樁徑、砂石泵的合理排量和鑽機的經濟鑽速等因素加以選擇和調整。

①正循環鑽進

a.鑽頭的選擇

正循環鑽機鑽頭有魚尾鑽頭、籠式刮刀鑽頭、四翼階梯式定心鑽頭、刺猬鑽頭、牙輪、滾刀鑽頭。

（a）魚尾鑽頭結構簡單，與孔底接觸面積小，以較小的鑽壓即能獲得較高的鑽進效率。但該鑽頭導向性差，遇局部阻力或側向擠壓力易偏斜。可在魚尾鑽頭翼闆上方加焊導向籠，形成籠式魚尾鑽頭。

（b）籠式刮刀式鑽頭适用于黏土、粉砂、細砂、中粗砂和含少量礫石(不多于10%)的土層，鑽孔的垂直精度較高、鑽頭工作平穩，擺動小，擴孔率也小，破岩土效率高，應用最為廣泛。

（c）四翼階梯式定心鑽頭在翼闆上用螺絲固定鑲有硬合金片，提高了鑽頭的壽命和鑽進效率。适用于中等風化基岩或硬土層鑽進。

（d）刺猬鑽頭阻力很大，隻适用于孔深在50m以内的黏性土、砂類土和夾有礫徑在25mm以下的礫石土層。

（e）牙輪、滾刀鑽頭可用于大直徑、風化、中風化基岩中鑽進。

b.成孔施工要點

（a）鑽頭回轉中心對準護筒中心，偏差不大于允許值。開動泥漿泵使沖洗液循環2〜3min,然後再開動鑽機，慢慢将鑽頭放置孔底。在護筒刃腳處應低壓慢速鑽進，使刃腳處的地層能穩固地支撐護筒，待鑽至刃腳以下lm以後，可根據土質情況以正常速度鑽進。

（b）在黏土地層鑽進時，由于土層本身的造漿能力強，鑽屑成泥塊狀，易出現鑽頭包泥、憋泵現象，因此要選用尖底且翼片較少的鑽頭，采用低鑽壓、快轉速、大泵量的鑽進工藝。

（c）在砂層鑽進時，應采用較大密度、黏度和靜切力的泥漿，以提高泥漿懸浮、攜帶砂粒的能力。在坍塌段，必要時可向孔内投入适量黏土球，以幫助形成泥壁，避免再次坍塌。要控制鑽具的升降速度和适當降低回轉速度，減輕鑽頭上下運動對孔壁的沖刷。

（d）在碎石土層鑽進時，易引起鑽具跳動、憋車、憋泵、鑽頭切削具崩刃、鑽孔偏斜等現象，宜用低檔慢速、優質泥漿、慢進尺鑽進。

（e）為保證沖洗液在外環空間的上返流速在0.25-0.3m/s,以能夠攜帶出孔底泥砂和岩屑，要有足夠的沖洗液量。

已知鑽孔和鑽具的直徑，可按下式計算沖洗液量：

Q=4.71X104(D²-d² )

式中Q 沖洗液量(L/min)；

D—鑽孔直徑，通常按鑽頭直徑計算(m)；

d 鑽具外徑(m)；

p 沖洗液上返流速(m/s)。

（f）鑽速的選擇除了滿足破碎岩土的扭矩的需要，還要考慮鑽頭不同部位的磨耗情況，按下式計算：

n=60V/πD

式中n 轉速(rpm)；

D——鑽頭直徑(m)；

V——鑽頭線速度，0.8~2.5m/s.

式中鑽頭線速度的取值如下：在松散的第四系地層和軟土中鑽進時取大值；在硬岩中鑽進時取小值；鑽頭直徑大時取小值，鑽頭直徑小時取大值。

根據經驗數據，一般地層鑽進時，轉速範圍40-80r/min,鑽孔直徑小、黏性土層取高值，鑽孔直徑大、砂性土層取低值；較硬或非勻質土層轉速可相應減少到20〜40r/min。

（g）鑽壓的确定原則：

a）在土層中鑽進時，鑽進壓力應保證沖洗液暢通、鑽渣清除及時為前提，靈活加以掌握。

b）在基岩鑽進時，要保證每顆(或每組)硬質合金切削具上具有足夠的壓力。在此壓力下，硬質合金鑽頭能有效地切入并破碎岩石，同時又不會過快的磨鈍、損壞。應根據鑽頭上硬質合金片的數量和每顆硬質合金片的允許壓力計算出總壓力。

②反循環鑽進

a.鑽頭的選擇

反循環鑽機鑽頭有錐形三翼鑽頭、筒式撈石鑽頭、牙輪鑽頭等。

（a）錐形三翼鑽頭結構簡單，回轉穩定，聚渣作用好，适用于土層、砂層、砂礫層，是大口徑反循環樁孔施工中最廣泛使用的一種鑽頭。同時還可以根據需要，适當加以改進。

（b）筒式撈石鑽頭适用于砂礫、砂卵石層。細小的砂礫在沖洗液的作用下，沿活動棚進入筒内上升排往地面；大塊的卵石則被暫時積存在筒内，最後随鑽頭一起提至地面倒出。

（c）牙輪鑽頭适用于硬岩層或非均質地層。

b.成孔施工要點

（a）鑽頭回轉中心對準護筒中心，偏差不大于允許值。先啟動砂石泵，待泥漿循環正常後，開動鑽機慢速回轉下放鑽頭至孔底。開始鑽進時應輕壓慢轉，待鑽頭正常工作後，逐漸加大轉速，調整壓力，并使鑽頭不産生堵水。在護筒刃腳處應低壓慢速鑽進，使刃腳處的地層能穩固地支撐護筒，待鑽至刃腳以下1m以後，可根據土質情況以正常速度鑽進。

（b）在鑽進時，要仔細觀察進尺情況和砂石泵排水出渣的情況，排量減少或出水中含鑽渣量較多時，要控制鑽進速度，防止因循環液比重過大而中斷循環。

（c）采用反循環在砂礫、砂卵地層中鑽進時，為防止鑽渣過多，卵礫石堵塞管路，可采用間斷鑽進、間斷回轉的方法來控制鑽進速度。

（d）加接鑽杆時，應先停止鑽進，将機具提離孔底80〜100mm，維持沖洗液循環1〜2min,以清洗孔底并将管道内的鑽渣攜出排淨，然後停泵加接鑽杆。

（g）鑽杆連接應擰緊上牢，防止螺栓、螺母、擰卸工具等掉入孔内。

（e）鑽進時如孔内出現坍孔、湧砂等異常情況，應立即将鑽具提離孔底，控制泵量,保持沖洗液循環，吸除坍落物和湧砂，同時向孔内補充性能符合要求的泥漿，保持水頭壓力以抑制湧砂和塌孔，恢複鑽進後，泵排量不宜過大，以防吸坍孔壁。

（g）鑽進達到要求孔深停鑽時，仍要維持沖洗液正常循環，直到返出沖洗液的鑽渣含量小于4%時為止。起鑽時應注意操作輕穩，防止鑽頭拖刮孔壁，并向孔内補入适量沖洗液，穩定孔内水頭高度。

5）清孔

①正循環清孔 ，

正循環清孔

a.抽漿法：

（a） 空氣吸泥機清孔（空氣升液排渣法）是利用灌注水下混凝土的導管作為吸泥管，高壓風作動力将孔内泥漿抽排走。高壓風管可設在導管内也可設在導管外。将送風管通過導管插入到孔底，管子的底部插入水下至少10m,氣管與導管底部的最小距離為2m左右。壓縮空氣從氣管底部噴出，攪起沉渣，沿導管排出孔外，直到達到清孔要求。為不降低孔内水位，必須不斷地向孔内補充清水。

（b） 砂石泵或射流泵清孔。利用灌注水下混凝土的導管作為吸泥管，砂石泵或射流泵作動力将孔内泥漿抽排走。

b.換漿法：

（a） 第一次沉渣處理：在終孔時停止鑽具回轉，将鑽頭提離孔底10〜20cm，維持沖洗液的循環，并向孔中注入含砂量小于4%（相對密度1.05-1.15）的新泥漿或清水，令鑽頭在原位空轉10~30min左右，直至達到清孔要求為止。

（b） 第二次沉渣處理：在鋼筋籠和下料導管放入孔内至灌注混凝土以前進行第二次沉渣處理，通常利用混凝土導管向孔内壓入相對密度L15左右的泥漿，把孔底在下鋼筋籠和導管的過程中再次沉澱的鑽渣置換出。

②反循環清孔

反循環清孔

a.第一次沉渣處理：在終孔時停止鑽具回轉，将鑽頭提離孔底10〜20cm,維持沖洗液的循環，并向孔中注入含砂量小于4%（相對密度1.05-1.15）的新泥漿或清水，令鑽頭在原位空轉10~30min左右，直至達到清孔要求為止。

b.第二次沉渣處理：（空氣升液排渣法）是利用灌注水下混凝土的導管作為吸泥管，高壓風作動力将孔内泥漿抽排定。基本要求與正循環法清孔相同。

③孔底沉渣厚度

灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度指标應符合下列規定：

a.對端承型樁，不應大于50mm；

b.對摩擦型樁，不應大于100mm；

c.對抗拔、抗水平力樁，不應大于200mm。

6）鋼筋籠加工及安放

①鋼筋籠制作

a.鋼筋籠的加工場地應選擇在運輸和就位比較方便的場所，最好設置在現場内。

b.鋼筋的種類、型号及規格尺寸要符合設計要求。

c.鋼筋進場後應按鋼筋的不同型号、直徑、長度分别堆放。

d.鋼筋籠綁紮順序應先在架立筋（加強箍筋）上将主筋等間距布置好，再按規定的間距綁紮箍筋。箍筋、架立筋和主筋之間的接點可用電焊焊接等方法固定。在直徑大于2m的大直徑鋼筋籠中，可使用角鋼或扁鋼作為架立筋，以增大鋼筋籠剛度。

e.鋼筋籠長度一般在8m左右，當采取輔助措施後，可加長到12m左右。

f.鋼筋籠下端部的加工應适應鑽孔情況。

g.為确保樁身混凝土保護層的厚度，一般應在主筋外側安設鋼筋定位器或滾軸墊塊。

h.鋼筋籠堆放應考慮安裝順序，鋼筋籠變形和防止事故等因素，以堆放兩層為好,如果采取措施可堆放三層。

②鋼筋籠安放

a.鋼筋籠安放要對準孔位，扶穩、緩慢，避免碰撞井壁，到位後立即固定。

b.大直徑樁的鋼筋籠要使用噸位适應的吊車将鋼筋籠吊入孔内。在吊裝過程中，要防止鋼筋籠發生變形。

c.當鋼筋籠需要接長時，要先将第一段鋼筋籠放入孔中，利用其上部架立筋暫時固定在護筒上部，然後吊起第二段鋼筋籠對準位置後用綁紮或焊接等方法接長後放入孔中，如此逐段接長後放入到預定位置。

d.待鋼筋籠安設完成後，要檢查确認鋼筋頂端的高度。

7）混凝土灌注

①灌注混凝土的導管直徑宜為200〜250mm,壁厚不小于3mm,分節長度視工藝要求而定，一般由2.0〜2.5m,導管與鋼筋應保持100mm距離，導管使用前應試拼裝，以水壓力0.6〜1.0MPa進行試壓。

②開始灌注水下混凝土時，管底至孔底的距離宜為300〜500mm,并使導管一次埋入混凝土面以下0.8m以上，在以後的澆築中，導管埋深宜為2〜6m。

③樁頂灌注高度不能偏低，應使在鑿除泛漿層後，樁頂混凝土要達到強度設計值。

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