01、简介
01、简介 灌注桩，即直接在所设计的桩位上开孔，其截面为圆形，成孔后在孔内加放钢筋笼，灌注混凝土而成。 由于具有施工时无振动、无挤土、噪音小、宜于在城市建筑物密集地区使用等优点，灌注桩在施工中得到较为广泛的应用。 灌注桩按其成孔方法不同，可分为机械钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩灌注桩等。 机械钻孔灌注桩 指利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中浇筑混凝土（或先在孔中吊放钢筋笼）而成的桩。根据钻孔机械的钻头是否在土的含水层中施工，又分为泥浆护壁成孔和干作业成孔两种方法。 （1）泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺流程：测定桩位→埋设护筒→制备泥浆→成孔→清孔→下钢筋笼→水下浇筑混凝土。 （2）干作业成孔灌注桩施工工艺流程：测定桩位→钻孔→清孔→下钢筋笼→浇筑混凝土。 输电线路基础多在池塘、淤泥、地势低洼的地方使用机械钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩基础。机械钻孔灌注桩施工一般选用的钻机为GPS回转钻机、旋挖机、冲击钻机及YT三角架钻机。
02、技术现状
2.1 GPS回转钻机
GPS回转钻机，成孔原理是利用合金钢钻将地层磨碎，磨碎的土石等通过泥浆循环排出孔外，成孔效率较好。
GPS-15自重在8T左右。
▲ GPS回转钻机
2.2 旋挖机
旋挖机，当前较为先进的钻机，具有自动平衡定位，它是通过钻头将渣土挖至料斗中，收缩钻杆将料斗中的渣土直接倾倒到孔外，成孔效率较高。
其自重在32T以上。
▲ 旋挖机
2.3 冲击钻机
冲击钻机工作原理是利用重锤将卵石锤碎，然后通过捞渣法成孔。冲击钻机成孔效率低，冲击时振动大，对相邻桩孔影响较大。
自重为7T左右。
▲ 冲击钻机
2.4 YT三角架钻机
三角架钻机由三角架体、转盘、传动轴等部件组成，采用机械传动，转盘式结构。
自重3T左右。
▲ 三脚架钻机
2.5 钻机选用分析
GPS回转钻机、旋挖机、冲击钻机因自重较大、不易拆卸，而难以进入泥沼地区施工场地，往往需要修筑道路或另外增加围堰的方式才能进场施工。
面对这种情况，只有减少钻机的重量，采用新型的可拆卸及运输方便的施工平台，才能满足该地形的施工需要。三角架钻机由于散装组合、整机可拆性强、自重轻、运输、搬迁方便 ，并且与脚手架配合使用，可胜任此类地型施工的要求。
表 钻机性能对比分析
03、技术原理
泥沼地区采用三角架钻机与操作平台相互配合使用的工艺对灌注桩进行施工，其流程图如下：
▲ 流程图
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3.1 测定桩位
按设计图纸进行分坑测量，设置横顺线路方向桩和标高控制桩。勘察泥沼地区的地理情况，即测量淤泥层的厚度、水位现在的高度，桩位至岸边的距离。
提示：所测出的水位高度需考虑水位最大可到达的高度，可向当地居民询问求证。
▲ 测量
测量三个数据的目的就是得出现场第一手资料，以便计算出所需钢管脚手架的长度、高度与数量，并且还可以先期定做出护筒的高度。
测量淤泥层的厚度可以确定竖立于泥沼中的护筒、钢管需要深入淤泥层的最小值，再依据水位的高度求得护筒、钢管的最终高度。
测量桩位至岸边的距离；可以确定通道所需搭设钢管的数量，再考虑到桩基的根开尺寸及后续组塔所需要的操作平台的尺寸，可以计算出最终的钢管供应数量。
3.2 脚手架搭设
明确脚手架使用钢管直径（市场上目前有φ48和φ51两种规格的钢管），在施工之前需先明确架体承重，然后根据承重吨位规定搭设脚手架密度（其横距一般为1.2～1.5m，纵距为1.2～2m），进而实行脚手架搭设。
▲ 脚手架搭设俯视图
▲ 脚手架搭设主视图
▲ 位于池塘中的脚手架搭设完毕后效果图
3.3 脚手架平台
根据承重吨位及运输方便的要求，选择敷设物，敷设物一般为建筑用竹耙或木板，本课件中以木板为例，在已搭设好的脚手架平台上敷设厚度为50mm、长2～3m的木板。
▲ 木板敷设效果图
3.4 脚手架承重试验
对搭设完毕的脚手架架体主要承力部位做承重试验，承重部分为三角架钻机钻孔、砂、石、水泥等材料堆放点，承重试验采用堆积袋装混填土的方式。
▲ 承重试验采用堆积袋装物的方式
3.5 安装三角架钻机
将选用的三角架钻机拆分成各个单元，要求拆分的单元运输最方便，将各部件人力运输至桩基处，再对三角架钻机拼装整合，然后竖立钻机至待钻部位。钻机中心与桩基中心偏差不得大于50mm；钻杆中心偏差应控制在20mm以内。钻机底座下方用道木垫实，钻杆用扶正器固定，确保钻机找正后不发生移动。安装钻机时，应将机台调平，转盘中心应与钻架上吊滑轮在同一垂直线上。
▲ 组装完毕并竖立的三角架钻机
3.6 桩位护筒埋设
对待钻的桩位埋设护筒，护筒的埋设深度不小于深入实土层0.5m，该值为不计淤泥层厚度的计算值，如有淤泥层需再加淤泥层厚度，方为最终值。护筒的高度高于水面0.3m，其内径大于钻头直径的2m，立柱的模板采用钢模板（不漏水），护筒与钢模板之间的区域作为循环浆池使用。
3.7 钢模板制作
钢模板一般采用4～8mm钢板制作，用旋转钻机时其直径应大于钻头直径100mm。
钢模板位置应埋设正确，钢模板与坑壁之间应用黏土填实。钢模板中心与桩位中心偏差不得大于50mm；单桩基础钢模板偏差应满足验收规范中整基基础尺寸允许偏差的规定。
钢模板埋设深度在黏土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m，并保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上。受江河水位影响的桩基工程，应严格控制护筒内外的水位差。
3.8 制浆
技术指标为：
胶体率不低于95％，
含砂率不大于4％，
造浆能力不低于2.5L/kg。
应选用野外具有下列特征的黏土：自然风干后用手不易扒开捏碎；干土破碎后有尖硬的棱角；用刀切开后表面光滑，颜色较深；水浸湿后有黏滑感，和成泥块后易搓成直径1mm 的细长泥条。
制浆的性能和技术指标一般由泥浆密度、黏度、含砂率、胶体率等四项指标来确定。调制钻孔泥浆时，根据钻孔方法、地质情况及桩本身条件等选用不同泥浆性能指标。
3.9 钻孔
为使钻进成孔正直，防止扩大孔径，应使钻头旋转平稳，力求钻杆垂直无偏晃地钻进，即钻杆尽量在受拉状态下工作。
在松软土层中钻进，应根据泥浆补给情况控制钻进速度；在硬土层中的钻进速度以钻机不发生跳动为准。
当一节钻杆钻完时，应先停止转盘转动，然后吊起钻头至孔底200～300mm，并继续使用反循环系统将孔底沉渣排净，再接钻杆继续钻进。钻杆连接应拧紧牢靠，防止螺栓、螺母、拧卸工具等掉入坑内。
钻进过程应及时校正钻机钻杆，确保不斜孔。泥浆的黏度应符合设计要求，钻孔内的水位必须高出地下水位1.5m以上，如果发生斜孔、塌孔、护筒周围冒浆时，应停钻并采取措施后再继续钻进。
3.10 清孔
在一般地质条件下，旋转钻机清孔应优先采用反循环系统。只有在粉砂层和淤泥地质条件下，才可使用正循环系统清孔。
采用正循环系统清孔，时间一般需2h以上；采用反循环系统清孔，时间一般需20min左右。当孔内泥浆密度<1.25×103kg/m³，孔底沉渣厚度≤100mm时，清孔为合格。
下钢筋笼后，必须进行二次清孔，泥浆密度不超过1.15×103kg/m³，桩底沉渣厚度端承桩不超过100mm、摩擦桩不超过300mm。清孔时残留的废水严禁直接排放入池塘，需通过管道外送处理。
清孔后须将钻杆稍稍提起使其空转，并启动泥浆循环系统，将孔内沉渣排出。清孔取样应选在孔底500mm以内的泥浆，要求泥浆密度<1.15×103kg/m³，含砂率≤8％，黏度≤28s。
3.11 钢筋笼制作吊装
钢筋笼应按设计长度和吊装机械的吊高，分段分节成型。一般第一节可做成1.2～1.5倍吊架高，以后各节宜为吊架高的0.8倍。
钢筋笼的节与节之间应用电焊机在孔口对接焊接，焊接时间不超过2.5h。主筋接口应对齐，同一断面内接头数量不超过50％，先点焊，后施焊，待焊口自然冷却后方准吊入孔内。
钢筋笼在吊装前应进行强度验算，防止钢筋笼变形。吊装钢筋笼进入孔内，应避免碰撞护筒和孔壁。
吊装安放时应使钢筋笼轴线与桩孔轴线重合。
钢筋
钢筋的质量必须符合设计图纸的要求，钢材的钢号、规格必须符合图纸的规定，表面不得有折叠、裂纹、刮痕、结疤、麻点、分层等缺陷。每一批钢材均应有出厂的合格证明和材质化验报告，成批购买的钢材应抽样进行试验。
各种规格的钢筋每60t为一检验批次，抽样送检一次，送检必须由监理现场见证取样送检，若检验不合格的不得投入工程使用。
焊条
钢筋焊接所使用焊条型号有E43 、E50 等，焊条型号必须严格按施工图纸所要求的型号进行选用。E43 型焊条用于Ⅰ级钢筋的焊接，E50 型焊条用于Ⅱ级钢筋的焊接，各种焊条必须有出厂证明书，在使用前应做外观检查，选用的焊条应与被焊钢筋的强度和性能相当，受潮的焊条必须经过处理，并经工艺性能试验，合格后方能使用，焊药剥落者不准使用。
▲钢筋笼吊放图
钢筋笼之间焊接严密，且定位精确，防止钢筋笼定位不准确，导致钢筋的保护层厚度无法满足设计要求，通常采用预先制作完成的预制滑块套在钢筋上的方式。见下图
▲ 装设定位预制滑块
3.12 浇筑混凝土
钢筋笼吊装完毕，且作隐蔽工程验收合格后方可浇筑水下混凝土。
混凝土的用料（砂、石、水泥及水）品质应符合混凝土验收规范要求，并有足够的数量。
水下混凝土的配合比必须按照试验给出的配合比，严格控制砂、石、水泥的用量，且混凝土必须具备良好的和易性，坍落度控制在180～220mm。
使用的隔水栓或隔水球应有良好的隔水性能，做到水能顺利排出。
▲ 坍落度检查
水泥
基础所使用的水泥需经检验符合工程混凝土水泥的使用要求，采购的水泥在出厂时应保证出厂强度等级，各项技术应符合设计要求。在使用前必须对采购来的水泥进行抽样复检，若复检不合格，则不得投入工程使用。若水泥出厂超过三个月，或虽未超过三个月，但保管不善时，必须进行检验，合格后方可使用。库存堆放水泥的高度不得超过10包，并用防潮板垫起，保管过程中必须每月翻包一次。因保管不良受潮结块时必须进行检验，合格后方能使用。变更水泥的厂家或标号时必须重新检验。
水泥每200t为一批次，抽样送检一次，送检必须由监理现场见证取样送检。
砂
混凝土所使用的轻骨料严禁使用海砂等咸水砂，对于砂，需从现场采样回来并作试验鉴定合格后，才能在工程混凝土中当作轻骨料。而在砂的平均粒径上，使用大于0.5mm 的中粗砂。在选用和使用砂时，要求所选用的砂的含泥量应不超过5％，其泥块含量应不大于1％，其平均粒径必须符合以上要求。
砂每600t 为一批次，送检必须由监理现场见证取样送检，若检验不合格不得投入工程使用。
碎石
所选用的粗骨料为碎石，从现场采样回来并作试验鉴定，合格后才能作为本工程混凝土的粗骨料。现浇基础使用的碎石粒径为20～40mm。本工程所使用碎石在选择和使用时，所选用的碎石必须符合以下要求：
⑴碎石中的针状、片状颗粒含量应小于25％，含泥量应小于2％，含泥块量应小于0.7％。
⑵碎石的强度应不低于混凝土强度的1.5～2倍，石料应清洁，不允许有泥土，使用前应用清水冲洗外层的泥土。
碎石每600t为一批次，送检必须由监理现场见证取样送检，若检验不合格不得投入工程使用。
水
混凝土浇制和基础养护的用水应符合下列规定：
⑴饮用水及清洁的河溪水可不用化验，只进行外观检查，水中不应含有油脂及影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质和糖类。
⑵污水及pH 值小于4 的酸性和含硫酸盐超过水重1％的水均不得使用。
⑶难以判断水质的，应取样到专业的化验室进行化验，以免影响混凝土的质量。
⑷不能使用海水。
导管要求密封良好，不漏气、且顺直。导管的壁厚不宜小于3mm，直径宜为200～250mm，底管长度不宜小于4m，导管接头宜用法兰或双螺纹方扣快速接头。导管提升时，不得挂住钢筋笼，为此可设置防护三角形加劲板或锥形法兰护罩。
为使隔水栓能顺利排出，导管底部至孔底距离宜为300～500mm；桩直径小于600mm时，可适当加大导管底部至孔底距离。
混凝土初灌量应有足够的混凝土储备量，灌注过程混凝土浇制不得中断，使导管下端一次埋入混凝土0.8～1.2m深。混凝土初灌量所需最小混凝土量应经计算确定。
混凝土初灌量是水下浇筑混凝土的关键，其成功的标志是浇筑混凝土后导管内没有泥浆水。
压水冲灌成功后应继续将混凝土从导管向孔内浇灌，随着混凝土的上升，应适当提升和拆卸导管。提管时，根据灌注桩基础施工规范要求，导管埋入混凝土应保持2～3m，根据施工经验以1.5～2m为宜，严禁导管提出混凝土面。
混凝土浇筑过程中，每拆除一节导管，同时计算一次桩径。应设专人测量导管埋深及管内外混凝土面的高差，填写水下混凝土浇筑记录。水下混凝土必须连续施工，提管的间隔时间不超过初盘混凝土的初凝时间，对浇筑过程的一切故障均应记录备案。
3.13 浇筑注意事项
a.保持作业的连续性，采取防停电、暴雨、机械故障的措施；
b.严格按设计配比计量，勤检查混凝土坍落度；
▲ 浇筑施工
c.灌注过程应有专职质检员跟班作业，勤检测孔深及混凝土深度，认真填写记录；
d.导管应 “轻提慢放”，并经常检查导管是否在钻孔中心，否则应及时纠正，以防止导管挂住钢筋笼。
▲ 浇筑施工
3.14 地脚螺栓安装
在桩混凝土浇制至距离基础立柱顶面1900mm时停止灌注，使用清渣过滤网清除浮浆，拆除漏斗，移开钻机，支好立柱模板并找正。
▲导管移除图
将地脚螺栓放入立柱内，地脚螺栓应使用固定支架牢固固定在立柱模板上面，且保证地脚螺栓位于立柱中心，同时校核基础根开、地脚螺栓小根开、地脚螺栓露高、地脚螺栓偏心等基础尺寸；控制二次浇注时间在混凝土初凝2小时之前。
3.15 养护类
①应在浇筑完毕后的12h以内对混凝土加以覆盖并保湿养护；
②混凝土浇水养护的时间：对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d；对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d。
③混凝土强度达到1.2N/mm²前,不得在其上踩踏。
注： 当日平均气温低于5°C时，不得浇水。
3.16 拆模
砼强度不小于自身强度75％时方可拆除，拆模前应通知监理工程师和项目部安质员到场，进行外观质量检查，拆模时严禁碰撞地脚螺栓，防止松动。
▲拆模后的桩基
施工中常见的质量通病钻孔偏斜、缩孔、孔壁坍落等。
孔偏斜的处理方法。查明孔偏斜位置和程度，一般可在偏斜处吊钻头上下反复扫孔，使钻孔正直。
如果偏斜严重时，应在孔内回填砂砾或黏土混石到偏斜处之上，待沉密实后重新钻孔。
缩孔的处理方法。塑性土层遇水膨胀造成缩孔卡钻时，采用上下反复扫孔处理；如因钻头严重磨损使钻孔小于桩径时，应焊补钻头后再行扫孔。
防止孔壁坍落的方法：
⑴ 在松散砂土或流砂中钻进时，应控制进尺，选用较大密度、黏度、胶体率的优质泥浆。
⑵ 将护筒的底部埋入黏土或粉质黏土中0.5m 以上。成孔速度应根据地质情况选取。
⑶ 如地下水位变化，应采取升高护筒，增大水头，或用虹吸管连接等措施。
⑷ 绑扎、吊装钢筋笼时，应对准孔中心，避免碰撞孔壁。
⑸ 如孔口发生坍塌，应先探明坍塌位置，将砂和黏土混合物填至坍孔位置以上1～2m，再进行钻进；如坍孔严重，应全部回填后再钻。
04、先进性和创新点
对泥沼地区的灌注桩采用三角架钻机与钢管脚手架平台联合施工的方式，主要是利用了钻机、平台可拆分成较小的结构单元、整体重量轻、方便运输转场、不需要另外铺设进场道路的特点。以下从技术、经济和社会三方面对该成果进行效益分析。
4.1 技术效益分析
以桩径为1.5m的桩基为例，需要的各种钻机配置如下： 需要GPS15回转钻机自重8.3T、旋挖机自重为32T以上、冲击钻机自重为7T。
采用三角架式钻机YT400钻机重量仅3.2T，并且三角架钻机还可以拆卸，使用人力就可以将各配件通过脚手架平台运输到施工场地，其它的钻机则无法通过搭设的简易脚手架平台到达，需另外敷设承重更高的脚手架或坚硬的路面方能抵达。
4.2 经济效益分析
仍然以桩径为1.5m的桩基为例说明，桩基位于水塘中，离岸边为30m，使用三脚架钻机与GPS回转钻机作对比，可节省费用40200元。其对照表见下：
4.3 社会效益分析
使用三脚架钻机与钢管脚手架平台相组合施工的方式，不需要另外敷设进场道路，更少的占用泥沼中的土地，更好的获得当地政府及村民的支持，更快的完成施工的进程，减少各种环境污染。
500kVXX线28基拉线塔改造工程全线共计改造28基拉线塔，本工程灌注桩基础共9基，灌注桩基础所经地段，4基位于蟹塘中，其余5基位于平地上，位于蟹塘中的杆位运输较困难，如采用大型钻机进场需在蟹塘中敷设路面，民事协调难度大。
如按照常规敷设路面施工的方式，每基塔位永久性占地、临时性占地、占用池塘，民事补偿需要几十万元，考虑到建临时路面所需材料及人工费，资金投入会更大。
因此经过实际勘测及论证，采用了三脚架钻机与钢管脚手架平台相组合施工的方式。一举攻克了这种难题，节约了大量的费用，在保证施工安全与质量的同时，保证了工期的按时完成。
本工程为2010年12月竣工，经过回访，反馈结果为500kVXX线28基拉线塔改造工程基础运行状况良好。
05、工程应用分析
500kVXX线28基拉线塔改造工程全线共计改造28基拉线塔，本工程灌注桩基础共9基，灌注桩基础所经地段，4基位于蟹塘中，其余5基位于平地上，位于蟹塘中的杆位运输较困难，如采用大型钻机进场需在蟹塘中敷设路面，民事协调难度大。
如按照常规敷设路面施工的方式，每基塔位永久性占地、临时性占地、占用池塘，民事补偿需要几十万元，考虑到建临时路面所需材料及人工费，资金投入会更大。
因此经过实际勘测及论证，采用了三脚架钻机与钢管脚手架平台相组合施工的方式。一举攻克了这种难题，节约了大量的费用，在保证施工安全与质量的同时，保证了工期的按时完成。
本工程为2010年12月竣工，经过回访，反馈结果为500kVXX线28基拉线塔改造工程基础运行状况良好。
06、技术发展趋势
该成果能满足大部分泥沼地区灌注桩施工的需要，但是由于三角架钻机的本身使用性能所限，该成果也有一定的局限性。
局限性表现：三角架钻机的适用条件比较窄，适用于粘土、粉细土、中粗砂等土质，在砂石和卵石含量少于20%的土中亦可使用，如地质为岩石层时，则无法完成钻孔施工，需更换钻孔机械来满足施工要求。
因此在进场之前需先对位于泥沼中的灌注桩地质进行重新校核，以便在地质与图纸一致的情形下，合理安排施工机械。
下一步计划对三角架钻机进行设备升级改进，使之能满足各种地质的钻孔要求，这样就能解决所有泥沼地区灌注桩施工费用过大，时间较长的问题。
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