（一）钻孔机械设备

目前常见的钻孔机械有全叶螺旋钻孔机、回转钻孔机、潜水钻机、钻扩机、全套管钻机。

1.全叶螺旋钻孔机

全叶螺旋钻孔机由主机、滑轮组、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、出土装置等组成，适用于地下水位以上的黏土、粉土、中密以上的砂土或人工填土土层的成孔，成孔的孔径为300～800 mm、钻孔深度为8～12 m。配有多种钻头，以适应不同的土层。

2.回转钻孔机

回转钻孔机由机械动力传动，配以笼头式钻头，可以多挡调速或液压无级调速，以泵吸式或气举的反循环或正循环泥浆护壁方式钻进，设有移动装置，设备性能可靠、噪声振动小、钻进效率高、钻孔质量好。该机的最大钻孔直径可达2.5 m，钻进深度可达50～100 m，适用于碎石类土、砂土、黏性土、粉土、强风化岩、软质与硬质岩石等多种地质条件。

3.潜水钻机

潜水钻机适用于黏性土、黏土、淤泥、淤泥质土、砂土、强风化岩、软质岩层，不宜用于碎石土层中。这种钻机以潜水电动机作动力，工作时动力装置潜在孔底，耗用动力小，钻孔效率高，电动机防水性能好，运转时温升较低，过载力强，钻架对场地承载力要求低，可采用正循环、反循环两种方式排渣。其缺点是：钻孔时采用泥浆护壁，易造成现场泥泞；采用反循环钻孔时，如土体中有较大石块，则容易卡管；容易产生桩侧周围土层和桩尖土层松散，使桩径扩大、灌注混凝土超量。

4.钻扩机

钻扩机是钻孔扩底灌注桩成孔机械。常用钻扩机是双管螺旋钻孔机，它的主要部分是由两根并列的开口套管组成的钻杆和钻头，钻头上装有钻孔刀和扩孔刀，用液压操纵，可使钻头并拢或张开。开始钻孔时，钻杆和钻头顺时针方向旋转钻进土中，切下的土由套管中的螺旋叶片送至地面。当钻孔达到设计深度时，操纵液压阀使钻头徐徐撑开，边旋转边扩孔，切下的土也由套管内叶片输送到地面，直到达到设计要求为止。

5.全套管钻机

全套管钻机是由法国贝诺特公司首先开发研制而成的，故又称为“贝诺特钻机”，它在成孔和混凝土浇筑过程中完全依靠套管护壁。钻孔直径最大可达2.5 m，钻孔深度可达40 m，拔管能力最大达到5 000 kN。全套管钻机施工具有以下优点：除岩层以外，任何土层均适用；挖掘时可确切地分清持力层土质，因此可随时确定混凝土桩的深度；在软土中，由于有套管护壁，不会引起塌方；可钻斜孔，用于斜桩。其不足之处是：机身庞大沉重，套管上拔时所需反力大，由于套管的摆动使周围地基扰动而松散。

（二）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小，基本上不影响工程施工时，称为干作业成孔。干作业成孔主要适用于北方地区和地下水位低的土层。

（1）施工工艺流程

场地清理→测量放线定桩位→桩机就位→钻孔取土成孔→清除孔底沉渣→成孔质量检查验收→吊放钢筋笼→浇筑孔内混凝土。

（2）施工注意事项

干作业成孔一般采用螺旋钻成孔，还可采用机扩法扩底。为了确保成桩后的质量，施工中应注意以下事项：

第一，开始钻孔时，应保持钻杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起孔径扩大及增多孔底虚土。

第二，发现钻杆摇晃、移动、偏斜或难以钻进时，应提钻检查，排除地下障碍物，避免桩孔偏斜和钻具损坏。

第三，钻进过程中，应随时清理孔口黏土，遇到地下水、塌孔、缩孔等异常情况时，应停止钻孔，会同有关单位研究处理。

第四，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0.5 m以上，再重新钻进。

第五，成孔达到设计深度后，应保护好孔口，按规定验收，并做好施工记录。

第六，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1.5 m。

2.泥浆护壁成孔灌注桩施工

泥浆护壁成孔灌注桩是利用泥浆护壁，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，然后吊放钢筋笼，水下灌注混凝土而成桩。成孔方式有正（反）循环回转钻成孔、正（反）循环潜水钻成孔、冲击钻成孔、冲抓锥成孔、钻斗钻成孔等。

（1）施工工艺流程。泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺流程如下：

①测定桩位

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。施工前，桩位要检查复核，以防止被外界因素影响而造成偏移。

②埋设护筒

护筒的作用是：固定桩孔位置，防止地面水流入，保护孔口，维持孔内水头，防止塌孔，为钻头导向。护筒用4～8 mm厚钢板制成，内径比钻头直径大100～200 mm，顶面高出地面0.4～0.6 m，上部开1～2个溢浆孔。护筒埋置深度在黏土中不少于1.0 m，在砂土中不少于1.5 m，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1.0 m以上。采用挖坑埋设时，坑的直径应比护筒外径大0.8～1.0 m。护筒中心与桩位中心线偏差不应大于50 mm，对位后应在护筒外侧填入黏土并分层夯实。

③泥浆制备

泥浆的作用是护壁、携砂排土、切土润滑、冷却钻头等，其中以护壁为主。泥浆制备方法应根据土质条件确定：在黏土和粉质黏土中成孔时，可注入清水，以原土造浆，排渣泥浆的密度应控制为1.1～1.3 g/cm3；在其他土层中成孔，泥浆可选用高塑性的黏土或膨润土制备；在砂土和较厚夹砂层中成孔时，泥浆的密度应控制为1.1～1.3 g/cm3；在穿过砂夹卵石层或容易塌孔的土层中成孔时，泥浆的密度应控制在1.3～1.5 g/cm3。施工中应经常测定泥浆的密度，并定期测定黏度、含砂率和胶体率。泥浆的控制指标为黏度18～22 s、含砂率不大于8%、胶体率不小于90%，为了提高泥浆质量可加入外掺料，如增重剂、增黏剂、分散剂等。施工中废弃的泥浆、泥渣应按环保的有关规定处理。(www.daowen.com)

④成孔方法

成孔方法有三种，即回转钻成孔、潜水钻成孔和冲击钻成孔。

A.回转钻成孔

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两种。

正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，由泥浆泵往钻杆输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流入泥浆池，经沉淀处理返回循刑池。正循环成孔泥浆的上返速度低、携带土粒直径小、排渣能力差、岩土重复破碎现象严重，适用于填土、淤泥、黏土、粉土、砂土等地层，对于卵砾石含量不大于15%、粒径小于10 mm的部分砂卵砾石层和软质基岩及较硬基岩也可使用。桩孔直径不宜大于1000 mm，钻孔深度不宜超过40 m。正循环钻进主要参数有冲洗液量、转速和钻压。保持足够的冲洗液（指泥浆或水）量是提高正循环钻进效率的关键。

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，携带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外的成孔方法。根据抽吸原理不同，可分为泵吸反循环、喷射（射流）反循环和气举反循环三种施工工艺。泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆的水流上升而形成反循环；喷射（射流）反循环是利用射流泵射出的高速水流产生负压使钻杆内的水流上升而形成反循环；气举反循环是利用送入压缩空气使水循环，钻杆内水流上升速度与钻杆内外液柱重度差有关，随孔深增大效率增加。当孔深小于50 m时，宜选用泵吸反循环或射流反循环；当孔深大于50 m时，宜采用气举反循环。

B.潜水钻机同样使用泥浆护壁成孔

潜水钻正循环是利用泥浆泵将泥浆压入空心钻杆，并通过中空的电动机和钻头等射入孔底，然后携带着钻头切削下的钻渣在钻孔中上浮，由溢浆孔溢出进入泥浆沉淀池，经沉淀处理后返回循环池。

潜水钻反循环有泵吸法、泵举法和气举法三种。若为气举法出渣，开孔时只能用正循环或泵吸式开孔，钻孔为6～7 m深时，才可改为反循环气举法出渣。反循环泵吸式用吸浆泵出渣时，吸浆泵可潜入泥浆下工作，因而出渣效率高。

冲击钻成孔。冲孔是用冲击钻机把带钻刃的重钻头（又称冲锤）提高，靠自由下落的冲击力来削切岩层，排出碎渣成孔。冲击钻机有钻杆式和钢丝绳式两种。前者所钻孔径较小、效率低、应用较少；后者钻孔直径大，有 800 mm、1000 mm、1 200 mm几种。钻头可用锻制或用铸钢制造，钻刃用T18号钢制造，与钻头焊接。钻头形式有十字钻头及三翼钻头等。锤重500～3 000 kg。冲孔施工时，首先准备好护壁料，若表层为软土，则在护筒内加片石、砂砾和黏土（比例为3∶1∶1）；若表层为砂砾卵石，则在护筒内加小石子和黏土（比例为1∶1）。冲孔时，开始低锤密击，落距为0.4～0.6 m，直至开孔深度达护筒底以下3～4 m时，将落距提高至1.5～2 m。掏渣采用抽筒，用以掏取孔内岩屑和石渣，也可进入稀软土、流砂、松散土层排土和修平孔壁。掏渣每台班一次，每次4～5桶。用冲击钻冲孔，冲程为0.5～1.0 m，冲击次数40～50次/min，孔深可达300 m。这种冲击钻冲孔适用于风化岩及各种软土层成孔，但由于冲击锤自由下落时导向不严格，扩孔率大，实际成孔直径比设计桩径要增大10%～20%。若扩孔率增大，应查明原因后再成孔。

⑤清孔

当钻孔达到设计要求深度并经终孔检查合格后，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。清孔方法有真空吸泥渣法、射水抽渣法、换浆法和掏渣法。

真空吸泥渣法适用于密实、不易坍塌的土层；射水抽渣法适用于一般不够稳定的土层；换浆法适用于泥浆循环排渣钻孔桩；掏渣法是在冲击钻成孔中，一部分钻渣连同泥浆被挤入孔壁，大部分靠掏渣筒清出。也可在清渣后投入一些泡发过的散碎黏土，通过冲击锤低冲程的反复拌浆，使孔底剩余沉渣悬浮排出。

清孔应达到如下标准：第一，对孔内排出或抽出的泥浆，用手摸捻应无粗粒感觉，孔底500 mm以内的泥浆密度小于1.25 g/cm3（原土造浆的孔则应小于1.1 g/cm3）；第二，在浇筑混凝土前，孔底沉渣允许厚度应符合标准规定，即端承桩≤50 mm；摩擦端承桩、端承摩擦桩≤100 mm；摩擦桩≤300 mm。

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。分段制作的钢筋笼，其接头采用焊接且应符合施工及验收规范的规定。钢筋笼主筋净距必须大于3倍的集料粒径，加劲箍宜设在主筋外侧，钢筋保护层厚度不应小于35 mm（水下混凝土不得小于50 mm）。可在主筋外侧安设钢筋定位器，以确保保护层厚度。为了防止钢筋笼变形，可在钢筋笼上每隔2 m设置一道加强箍，并在钢筋笼内每隔3～4 m装一个可拆卸的十字形临时加劲架，在吊放入孔后拆除。吊放钢筋笼时应保持垂直、缓缓放入，防止碰撞孔壁。若造成塌孔或安放钢筋笼时间太长，应进行二次清孔后再浇筑混凝土。

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18～22 cm。其浇筑方法，如图2-1所示，所用设备有金属导管、承料漏斗和提升机具等。

图2-1　水下浇筑混凝土

1—上料斗；2—贮料斗；3—滑道；4—卷扬机；5—漏斗；6—导管；7—护筒；8—隔水栓

导管一般用无缝钢管制作，直径为200～300 mm，每节长度为2～3 m，最下一节为脚管，长度不小于4 m，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积。

隔水栓（球塞）用来隔开混凝土与泥浆（或水），可用木球或混凝土圆柱塞等，其直径宜比导管内径小20～25 mm。用3～5 mm厚的橡胶圈密封，其直径宜比导管内径大5～6 mm。

导管使用前应试拼装、过球和进行封闭水压试验，试验压力为0.6～1.0 MPa，不漏水者方可使用。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，并使其下口距地基面约300 mm，立即迅速剪断吊绳（水深在10 m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，混凝土则在导管下部包围导管，形成混凝土堆，这时可把导管再下降至基底100～200 mm处，使导管下部能有更多的部分埋入首批浇筑的混凝土中。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升。随着管外混凝土面的上升，相应地逐渐提升导管。导管应缓缓提升，每次200 mm左右，严防提升过度，务必保证导管下端埋入混凝土中的深度不少于规定的最小埋置深度。一般情况下，在泥浆中浇筑混凝土时，导管最小埋置深度不能小于1 m，适宜的埋置深度为2～4 m，但也不宜过深，以免混凝土的流动阻力太大，易造成堵管。混凝土浇筑过程应连续进行，不得中断。混凝土浇筑的最终标高应比设计标高高出0.5 m。

（2）常见工程质量问题及防治措施

泥浆护壁成孔灌注桩施工时常易发生坍孔、钻孔偏移、护筒冒水等工程质量问题，水下混凝土浇筑属于隐蔽工程，一旦发生质量事故难以观察和补救，所以应严格遵守操作规程，在有经验的工程技术人员指导下认真施工，并做好隐蔽工程记录，以确保工程质量。

①坍孔

主要原因：土质松散；泥浆质量不好；护筒埋置太浅，护筒内水头压力不够；成孔速度太快，孔壁来不及形成泥膜。

防治措施：保持或提高孔内水位；加大泥浆稠度；提高护筒内水位，护筒周围用黏土填封紧密；成孔速度根据地质情况确定；对轻度坍孔的，应加大泥浆密度和提高水位；对严重坍孔的，应全部回填，待回填沉积密实后再钻进。

②钻孔偏移

主要原因：钻机成孔时，遇不平整的岩层，土质软硬不均，或遇孤石，钻头所受阻力不匀，造成倾斜；钻头导向部分太短，导向性差；地面不平或不均匀沉降，桩架不平稳。

防治措施：在有倾斜状的软硬土层处钻进时，控制进尺速度以低速钻进，并提起钻头，上下反复扫钻几次，以便削去硬土层；设置足够长度的钻头导向；场地要平整，安装钻机时调平桩架；偏斜过大时，填入石子黏土重新钻进，控制钻速，慢速上下提升、下降，往复扩孔纠正。

③护筒冒水

主要原因：埋设护筒时若周围填土不密实或者由于起落钻头时碰动了护筒。

防治措施：初发现护筒冒水，可用黏土在护筒四周填实加固。若护筒严重下沉或位移，则返工重埋。