2.1 灌注桩基础施工

2.1.1 概述

灌注桩是一种直接在桩位用机械或人工方法就地成孔后，在孔内下设钢筋笼和浇注混凝土所形成的桩基础。灌注桩在各个建筑领域的应用都十分广泛，风力发电机组基础主要采用此种形式，也经常应用于防冲、挡土、抗滑等工程。

2.1.1.1 灌注桩的特点

灌注桩与其他桩相比主要有以下特点：

（1）灌注桩属非挤土或少量挤土桩，施工时基本无噪音，无振动，无地面隆起或侧移，也无浓烟排放，因而对环境影响小，对周围建筑物、路面和地下设施的危害小。

（2）可以采用较大的桩径和桩长，单桩承载力高，可达数千至数万牛。需要时还可以扩大桩底面积，更好地发挥桩端土的作用。

（3）桩径、桩长以及桩顶、桩底高程可根据需要选择和调整，容易适应持力层面高低不平的变化，可设计成变截面桩、异形桩，也可根据深度变化来改变配筋量。

（4）桩身刚度大，除能承受较大的竖向荷载外，还能承受较大的横向荷载。

（5）在钻、挖孔过程中，能进一步核查地质情况，根据要求调整桩长和桩径。

（6）避免了搬运、吊置、锤击等作业对桩身的不利影响，因此灌注桩的配筋率远低于预制桩，可节省钢材，其造价约为预制桩的40%～70%。

（7）没有预制工序，施工设备比较简单、轻便，开工快，所需工期较短。

（8）可穿过各种软硬夹层，也可将桩端置于坚实土层或嵌入基岩。

（9）施工方法、工艺、机具及桩身材料的种类多，而且日新月异。

（10）施工过程隐蔽，工艺复杂，成桩质量受人为和工艺因素的影响较大，施工质量较难控制。

（11）除沉管灌注桩外，成孔作业时需要出土，尤其是湿作业时要用泥浆护壁，排浆、排渣等问题对环境有一定的影响，需要妥善解决。

2.1.1.2 灌注桩的分类

1.按桩的受力情况分类

摩擦桩：桩的承载力以侧摩阻力为主。

端承桩：桩的承载力以桩端阻力为主。

2.按功能分类

承受轴向压力的桩：主要承受建筑物的垂直荷载，大多数为此种桩。

承受轴向拔力的桩：用以抵抗外荷对建筑物的上拔力，如抗浮桩、塔架锚固桩等。

承受水平荷载的桩：用以支护边坡或基坑，如挡土桩、抗滑桩等。

3.按成孔方法分类

灌注桩通常使用机械成孔；当地下水位较低、涌水量较小时，桩径较大的灌注桩也可人工挖孔。常用的机械成孔方法可分为挤土成孔灌注桩（沉管灌注桩）和取土成孔灌注桩（包括少量挤土的成孔方法）两大类。取土成孔灌注桩又可分为泥浆护壁钻孔灌注桩、干作业成孔灌注桩和全套管法（贝诺脱法）成孔灌注桩三类。其中泥浆护壁钻孔灌注桩包括正循环回转钻孔、反循环回转钻孔、潜水电钻钻孔、冲击钻机钻孔、旋挖钻机成孔、抓斗成孔等成孔方法的灌注桩；干作业成孔灌注桩包括长螺旋钻孔、短螺旋钻孔、洛阳铲成孔等成孔方法的灌注桩。

2.1.1.3 不同桩型的适用条件

（1）沉管灌注桩适用于黏性土、粉土、淤泥质土、砂土及填土；在厚度较大、灵敏度较高的淤泥和流塑状态的黏性土等软弱土层中采用时，为防止因缩孔而影响桩径，应制定质量保证措施，并经工艺试验成功后方可实施。

（2）泥浆护壁钻孔灌注桩适用于各种土层、风化岩层，以及地质情况复杂、夹层多、风化不均、软硬变化较大的地层。其冲击成孔灌注桩还能穿透旧基础、大孤石等障碍物。泥浆护壁钻孔灌注桩适用的桩径和桩深较大，而且不受地下水位的限制，可在地下水丰富的地层中成孔；但在岩溶发育地区应慎重使用。

（3）干作业成孔灌注桩一般只适用于地下水位以上的黏性土、粉土、中等密实以上的砂土层。人工挖孔灌注桩在地下水位较高，特别是有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的高压缩性淤泥层和流塑淤泥质土层中施工时，必须有可靠的技术措施和安全措施。

（4）全套管成孔灌注桩施工安全精准，能紧贴已有建筑物施工；除硬岩及含水厚细砂层外，第四纪地层均可使用。其缺点是由于设备庞大，施工需要占用较大的场地。

2.1.1.4 施工准备

1.施工前应具备的资料

灌注桩施工前应具备下列资料：

（1）工程地质资料和必要的水文地质资料。

（2）桩基工程施工图及图纸会审纪要。

（3）建筑场地和邻近区域内的地下管线、地下构筑物、危房等的调查资料。

（4）主要施工机械及其配套设备的技术性能资料。

（5）桩基工程的施工组织设计或施工方案。

（6）水泥、砂、石、钢筋等原材料及其制品的质检报告。

（7）有关荷载、工艺试验的参考资料。

2.施工组织设计

灌注桩的施工组织设计主要包括下列内容：

（1）工程概况、设计要求、质量要求、工程量、地质条件、施工条件。

（2）确定施工设备、施工方案和施工顺序，绘制工艺流程图。

（3）进行工艺技术设计，包括成孔工艺、钢筋笼制作安装、混凝土配制、混凝土灌注以及泥浆制输、处理的具体要求和措施。

（4）绘制施工平面布置图：标明桩位、编号、施工顺序、水电线路和临时设施的位置；采用泥浆护壁成孔时，应标明泥浆制备设施及其循环系统。

（5）施工作业计划、进度计划和劳动力组织计划。

（6）机械设备、备件、工具（包括质量检查工具）、材料供应计划。

（7）工程质量、施工安全保证措施和文物、环境保护措施。

（8）冬季、雨季施工措施，防洪水、防台风措施。

3.试桩

（1）试验目的。查明地质情况，选择合理的施工方法、施工工艺和机具设备；验证桩的设计参数，如桩径和桩长等；鉴定或确定桩的承载能力和成桩质量能否满足设计要求。

（2）试桩数目。工艺性试桩的数目根据施工具体情况决定；力学性试桩的数目一般不少于实际基桩总数的3%，且不少于2根。

（3）试桩方法。试桩所用的设备与方法应与实际成孔、成桩所用相同；一般可用基桩做试验，或选择有代表性的地层或预计钻进困难的地层进行工艺试验；试桩的材料与截面、长度必须与设计相同。

（4）荷载试验。灌注桩的荷载试验，一般包括垂直静载试验和水平静载试验。

1）垂直静载试验。试验目的是测定桩的垂直极限承载力，测定各土层的桩侧极限摩擦阻力和桩底反力，并查明桩的沉降情况。试验加载装置一般采用油压千斤顶。加载反力装置可根据现场实际条件确定，一般采用锚桩横梁反力装置。加载与沉降的测量及试验资料整理，可参照有关规定。

2）水平静载试验。试验目的是确定桩在允许水平荷载作用下的桩头变位（水平位移和转角），一般只在设计有要求时才进行。试验方法及资料整理参照有关规定。

2.1.1.5 灌注桩的施工质量标准

1.成孔深度控制

（1）摩擦型桩。摩擦桩以设计桩长控制成孔深度；端承摩擦桩必须保证设计桩长及桩端进入持力层深度。当采用锤击沉管法成孔时，桩管入土深度控制以标高为主，以贯入度控制为辅。

（2）端承型桩。当采用钻（冲）孔、挖掘方法成孔时，必须保证桩孔进入设计持力层的深度。当采用锤击沉管法成孔时，沉管深度控制以贯入度为主，设计持力层标高对照为辅。

2.成孔质量

灌注桩成孔施工的容许偏差见表2-1。

3.钢筋笼的制作、安装质量

钢筋笼的制作与安装应符合设计要求。钢筋笼的制作、安装容许偏差见表2-2。

2.1.2 泥浆护壁钻孔灌注桩

2.1.2.1 概述

1.泥浆护壁钻孔灌注桩的特点

泥浆护壁钻孔灌注桩是在泥浆护壁的条件下，采用机械钻进成孔，而后下设钢筋笼、浇筑泥浆下混凝土形成的灌注桩。泥浆护壁钻孔灌注桩与干作业钻孔灌注桩相比主要有以下特点：

（1）成孔过程中使用泥浆护壁，在松软地层中成孔不需下设套管，但增加了泥浆制备和处理的工作量和费用。

（2）钻渣主要依靠泥浆携出孔外，其有利的一面是能适应较大的孔深和孔径，不利的一面是钻渣与泥浆较难分离，排放较困难，对施工现场和周围环境有一定的影响。

（3）采用直升导管法浇筑泥浆下混凝土，混凝土的密实性较好。

（4）不受地下水位的限制，能在地下水丰富且流速较大的地层中成孔；需要时可在水中搭设平台施工。

（5）地层适用范围较广，几乎适用于各种地层。

（6）孔壁泥皮和孔底沉渣对桩的承载力有一定的不利影响，是成桩质量的主要制约因素，应采取措施予以控制。

2.成孔方法及适用条件

泥浆护壁钻孔灌注桩的成孔方法很多，主要有正循环回转钻孔、反循环回转钻孔、潜水电钻钻孔、冲击钻机钻孔、冲抓成孔、旋挖钻机成孔、抓斗挖槽机成孔等，应根据工程的地质条件、桩径、桩长等因素选择。各种成孔方法的适用条件参见表2-3。

3.泥浆护壁钻孔灌注桩的工艺流程

泥浆护壁钻孔灌注桩的工艺流程如图2-1所示，在施工中可根据工程特点适当增减工序。

2.1.2.2 施工准备

除2.1.1.4中所述的准备工作外，泥浆护壁钻孔灌注桩施工还须做好以下准备工作。

1.施工场地准备

（1）陆地施工场地准备。

1）测放桩位。桩位放样偏差群桩不得大于20mm，单排桩不得大于10mm；以长300～500mm的木桩或铁钎锤入土层作为标记，出露高度一般为50～80mm。

2）在建筑物旧址或杂填土地区施工时，应预先进行钎探，将桩位处的浅埋旧基础、块石等障碍物挖除。对于松软场地应进行夯打密实或换除软土等处理。场地为陡坡时，应先平整场地；在坡度较大时，可搭设坚固稳定的排架工作平台。

3）合理设置制浆站、混凝土搅拌站及废水、废浆、废渣处理设施，并保证施工道路通畅。

（2）水域施工场地准备。

1）施工场地为浅水且流速不大时，根据技术方案比较，可将水上钻孔改为旱地钻孔。如采用筑岛法，岛面应高出水面0.5～1.0m。筑岛时尽量减少块石的回填，避免人为增加造孔难度。

图2-1 钻孔灌注桩施工工艺流程图

2）场地为深水时，可搭水上施工平台，如水流比较平稳时，可采用钻机在船上钻孔，亦可在钢板桩围堰内搭设钻孔平台。工作平台可用木桩、钢管桩、钢筋混凝土桩做垂直向支撑，顶面纵横梁，支撑架可用木料、型钢或其他材料搭设。平台要有足够的强度、刚度和稳定性，应能支承钻孔机械、护筒加压、钻孔操作以及灌注水下混凝土时可能产生的荷载。平台的高程应保证洪水季节能安全施工，或使设备能顺利撤离场地。

2.埋置护筒

（1）护筒的作用。护筒是灌注桩施工必不可少的临时设施，它具有以下重要作用：

1）控制桩位，导正钻具。

2）保护孔口，防止孔口土层坍塌。

3）保持和提高孔内水头高度，增加对孔壁的静水压力，以稳定孔壁。

4）隔离地表水，防止废水、废浆流入孔内。

（2）护筒的种类与制作。护筒按材质分为钢护筒、钢筋混凝土护筒、砖砌护筒及木护筒四种，见图2-2。

图2-2 护简的类型与构造

1）钢护筒。钢护筒坚固耐用，重复使用次数多，制作简便；在旱地、河滩和水中都能使用。钢护筒一般用厚4～6mm的钢板制造，每节护筒高1.2～2.0m，顶节护筒上部宜开设1～2个溢浆口，并焊有吊环。对于直径较大的护筒，钢板厚度可增至8～10mm；也可做成两半圆组合式护筒。上下节之间和两半圆之间用法兰连接，接缝处设橡胶垫止水。为增加刚度，可在护筒的外侧加焊环向或竖向筋板。为防止护筒下沉，可在其上部焊两根角钢担在地面上。

2）钢筋混凝土护筒。在深水施工多采用钢筋混凝土护筒，它有较好的防水性能，能靠自重沉入或打（振）入土中。钢筋混凝土护筒壁厚一般为80～100mm，其长度按需而定，每节不宜过长，以2m左右为宜。护筒需要接长时，接头处用扁钢制成的钢圈焊于两端的主筋上，在扁钢外面骑缝加焊一圈钢板将上下节连接起来。钢筋混凝土护筒还可采用硫磺胶泥连接，连接方法类似于预制桩之间的粘接。

当用振动法下沉护筒时，应在顶节护筒上端按振动锤桩帽的螺栓孔位置预埋直径25mm、长300mm的螺栓。

3）砖砌护筒。一般用水泥砂浆砌筑而成，壁厚不小于12cm。用砖砌护筒必须等水泥砂浆终凝且有一定强度后才能开始钻孔施工，因此每个孔的砖砌护筒必须在开钻前一周完成。砖砌护筒适用于旱地、滩地、地下水位埋深大于1.5m的场地。

4）木护筒。一般用厚3～4cm的木板制作，每隔50cm做一道环箍，板缝应刨平合严，防止漏水。木护筒耗用木材多，容易损坏，现在已较少采用。

（3）护筒埋设的一般要求。

1）护筒中心与桩位中心的偏差应不大于50mm，护筒的倾斜度不大于1%。

2）护筒的内径应大于设计桩径，一般应大于钻头直径100mm。用冲击和冲抓方式成孔时，护筒内径宜大于钻孔直径200mm。

3）护筒顶端高度。在旱地施工时，护筒顶端应高出地面0.3m；地质条件较好时，孔内泥浆面至少高于地下水位1.5m；地质条件较差时，孔内泥浆面至少高于地下水位2.0m。在水上施工时，护筒顶端一般应高出最高施工水位1.5～2.0m。孔内有承压水时，应高出稳定水位2.0m以上。采用反循环回转方式钻孔时，护筒顶端也应高出地下水位2.0m以上。

4）埋设深度。旱地或浅水处，黏性土层中不小于1.0m，砂土中不小于1.5m；其高度应满足孔内泥浆面高度的要求。深水及河床软土、淤泥层较厚处，护筒底端应深入到不透水黏土层内1.0～1.5m，且埋设深度不得小于3.0m。

（4）护筒埋设的方法。护筒埋设的位置是否准确，护筒的周围和底脚是否紧密，是否不透水，都对成孔、成桩质量有重大的影响。护筒埋设工作的要点如下：

1）护筒埋设应根据地下水位高低分别采用挖埋法、填埋法或下沉法埋设。当地下水位在地面以下超过1.0m时，可采用挖埋法埋设，如图2-3（a）所示。当地下水位埋深小于1.0m或浅水筑岛施工时，可采用填埋法埋设，如图2-3（b）和图2-3（c）所示。在深水区施工时，可采用下沉法埋设，如图2-3（d）所示。

图2-3 护筒埋设方式

1-护筒；2-夯实黏土；3-砂土；4-施工水位；5-工作平台；6-导向架；7-脚手架

2）采用挖埋法和填埋法时埋坑不宜太大，一般比护筒直径大0.6～1.0m，护筒外侧回填黏土至地面，并分层夯实；护筒内侧也应回填黏土并夯实，用以稳定护筒底脚，防止护筒外水位较高时护筒脚冒水，内侧回填深度一般为0.3～0.5m。

3）在砂土及其他松软地层中埋设护筒时，应将护筒以下的松散软土至少挖除0.5m，换填合格黏土并分层夯实。换土不能满足要求时，护筒必须加长，使筒脚落到硬土层上。为防止护筒陷落，可用方木做成井字架夹持护筒中部，一起埋于土中；也可用钢丝绳把护筒捆住，系于地面的方木上。在黏性土中挖埋时，挖坑深度与护筒高度相等，坑底稍加平整即可。

4）为了校正护筒及桩孔中心，在挖护筒之前宜采用“+”字交叉法在护筒以外较稳定的部位设4个定位桩，以便在挖埋护筒及钻孔过程随时校正桩位。

5）埋设前通过定位桩拉线放样，把钻孔中心位置标于坑底；再把护筒放进坑内，用十字架找出护筒的圆心位置，移动护筒使其圆心与坑底钻孔中心位置重合，用水平尺校正，使其直立。

6）当采用填埋法时，筑岛高度应使护筒顶端比地下水位或施工水位高1.5m以上。土岛边坡坡比以1：1.5～1：2.0为宜。顶面尺寸应满足钻孔机具布置的需要，并便于操作。

7）在水域中施工时，护筒沿导向架下沉至水底后，可用射水、吸泥、抓泥、振动、锤击、压重、反拉等方法将护筒底部插入水底地层一定的深度。入土深度为黏性土0.5～1.0m，砂性土3.0～4.0m。

3.泥浆制备

钻孔灌注桩采用泥浆护壁成孔时（湿作业法成孔），除在地下水位较低的黏性土地层中造孔可在孔内注入清水自行造浆外，其他地层中造孔均应预先准备好泥浆系统并制备足够数量的泥浆备用。泥浆的性能和质量对成桩质量有重要的影响，必须给予足够的重视。泥浆不仅有护壁的作用，而且还有携渣和排渣的作用。制备泥浆的原材料可采用当地黏土或膨润土，也可采用混合土料的泥浆。泥浆的性能指标应根据地质条件、施工方法和施工阶段确定。

在场地条件允许时，应首先考虑集中制浆；在狭小的场地也可采用分散制浆方式。集中制浆时，泥浆池的容积宜为同时施工钻孔容积的1.2～1.5倍，一般不小于10m³。

2.1.2.3 正循环回转钻孔

1.正循环回转钻孔的原理和特点

正循环回转钻孔是以钻机的回转装置带动钻具旋转切削岩土，同时利用泥浆泵向钻杆输送泥浆（或清水）冲洗孔底，携带岩屑的冲洗液沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升，从孔口流向沉淀池，净化后再供使用，反复运行，由此形成正循环排渣系统；随着钻渣的不断排出，钻孔不断地向下延伸，直至达到预定的孔深。这种排渣方式与地质勘探钻孔的排渣方式相同，正循环回转钻孔的工作原理如图2-4（a）所示。相反，反循环回转钻孔的工作原理如图2-4（b）所示。

图2-4 回转式钻孔排渣工作原理

采用泥浆正循环回转钻孔排渣时，其排渣能力主要取决于泥浆泵的流量、孔径和泥浆的性能。泥浆的流速、密度、黏度越大，能够携带的钻渣粒径也越大。由于孔径远大于钻杆内径，泥浆由孔内返回的流速较小，一般只有0.05～0.20m/s；所以泥浆正循环的携渣能力较低，砾石和卵石不易排出。为了避免钻进困难和卵砾石堆集于孔底，正循环回转钻孔一般只用于桩径较小（小于φ1000m m）、地层颗粒较细（砾石含量不大于15%、粒径不大于10m m）的情况。遇有卵砾石夹层时，需要在钻头上加装特制的取石装置。

正循环回转钻孔设备的体积、重量、功率均较小，移动方便，适合在狭窄场地、基坑底部及山地施工。同时，正循环回转钻孔的管路没有严格的真空度要求，有少量泄漏时排渣过程不会中断，启动也较简便。

2.正循环回转钻孔机具

（1）钻机。用于灌注桩施工的大口径钻孔设备应具有足够的功率、扭矩和提升力，并要求钻机转盘有适应孔径的通孔（或可移式转盘）和多级变速等技术性能，钻塔也应具有足够的高度和承载力。

正循环钻机按回转机构的传动方式不同，可分为立轴式、转盘式和动力头式三大类；按移动方式不同，可分为车装式、牵引式、步履式、组装式等类型。

（2）钻头。钻头的作用是以旋转运动切削、破碎地层，以取得钻孔进尺，其结构及破岩能力应与地层条件和钻孔直径相适应。

灌注桩回转钻进常用的钻头可分为软地层（黏性土、粉土、砂土等）钻头和硬地层（卵砾石及基岩）钻头两大类。N值小于150的土层均可采用硬质合金刮刀钻头全断面钻进，刮刀钻头有鱼尾钻头、翼形钻头、阶梯钻头、笼式钻头、筒式钻头等多种结构形式，刮刀钻头的底刃有平底和锥底两种形式。卵砾石层及基岩一般采用滚刀钻头或组合式牙轮钻头钻进；对于坚硬、完整的基岩，当孔径较小时也可采用钢粒钻头取芯钻进或全断面钻进。

（3）其他机具。除上述机具外，其他正循环回转钻进配套机具主要有：水泵、动力机、电焊机、气焊式具、链式起重机、提引钩、钻杆提引器、钻杆夹持器、锁接头提引器、锁接头垫叉、钻杆活动扳手、套管钳、链条钳、钻架、滑车、扶正器、打捞工具等，根据需要选择适当的类型和规格。

3.正循环回转钻孔工艺

（1）一般操作要领。

1）钻进开始前应全面检查钻机，并进行润滑。

2）下钻至孔底后，应提起50～80mm；先启动泥浆泵，使泥浆循环2～3min，再开动转盘；然后慢慢将钻头放到孔底，轻压慢转数分钟后再逐渐增加钻压和转速。

3）在初钻时应稍提吊钻杆，低档慢速钻进，孔深未超过10m时不应加压，以免发生孔斜。

4）当护筒底部出现漏浆时，应提起钻头，向孔内倒入黏土块，再放入钻头倒转，直至胶泥挤入孔壁堵住漏浆后，方可继续钻进。

5）加接钻杆时应先将钻具提离孔底，待泥浆循环3～5min后，再拧卸、加接钻杆。

6）在松散、软弱土层中钻进应少加压或不加压（一般用钻具自重加压即可），并根据泥浆补给情况适当控制钻进速度。

7）在易塌孔地层中钻进时，应适当加大泥浆的密度和黏度。

8）钻进一般岩层，转速应不超过80r/min；钻进较硬岩层和卵砾石层，转速应不超过40r/min。

9）在基岩中钻进一般需通过配重加压；利用钻杆加压时，在钻具中应加设扶正器。

（2）钻进。

1）覆盖层钻进。

a.黏性土层钻进。黏性土层中钻进的特点是可利用钻头的旋转在孔内自行造浆，钻进速度较快。但黏土容易糊钻，造成钻头包泥，增大了钻具的回转阻力；在较软的黏性土中还存在缩径问题。因此，钻进中要适当控制钻进速度，经常上下活动钻具扫孔，并冲洗钻具，以提高钻进效率。黏性土层中的钻屑尺寸较大，宜选用排屑通畅的长齿尖底翼形刮刀钻头，并采用低钻压、中等转速、大泵量、稀泥浆的钻进方法。随着钻孔深度增加，泥浆黏度也逐渐增大，应注意不断稀释泥浆，将泥浆黏度降至适当范围。

b.砂层钻进。砂层钻进的特点是回转阻力较小，钻进速度快；但岩屑量大，孔口返浆含砂量大；孔壁稳定性差，易发生塌孔、埋钻事故。因此，钻进中必须采用密度和黏度较高的泥浆护壁；并注意控制升降钻具的速度，减少对孔壁的抽吸和冲击。砂层钻进宜选用稳定性较好的长齿平底翼形刮刀钻头，并采用低钻压、中低转速、大泵量的钻进方法。

c.卵砾石层钻进。卵砾石层钻进的特点是回转阻力较大，钻进速度慢，钻具经常跳动，容易发生蹩车、蹩泵、孔斜、漏浆、塌孔等故障；同时，在正循环回转钻进的过程中，卵砾石既不易破碎，也不易排出，往往跟随钻头下行，堆集于孔底。因此，卵砾石层宜采用冲击反循环法钻进；当卵砾石层占的比例不大时，也可采用滚刀钻头、组合牙轮钻头或冲击钻头钻进。

2）基岩钻进。

a.大口径钢粒取心钻进：大口径钢粒取心钻进多用于坚硬岩层。钻进的转速，按线速度计，一般在1.5～2.0m/s；钻压应根据岩性和动力机的功率确定。冲洗液量一般根据岩性变化和钻头直径等因素适当调整。采用多次投砂法时，根据岩性不同每次投砂量约为30～50kg。钻进中，三班的投砂量要大体一致，中途补砂要均匀，补砂时要活动钻具。应尽量采用较长的钻具和孔底加压的方法钻进。回次终了时，应将钻具提离孔底0.2～0.3m，进行冲孔后，再提升钻具。

b.组合牙轮钻头和滚刀钻头全断面钻进：组合牙轮钻头和滚刀钻头全断面钻进是基岩钻进常用的钻进方法，这种钻进方法需要较大的钻压。

（3）清孔。正循环钻进终孔后，将钻头提离孔底80～100mm，采用大泵量向孔内输入密度为1.05～1.08g/cm³的泥浆，保持正常循环30min以上，把孔内悬浮大量钻渣的泥浆置换出来，直到孔底沉渣厚度达到规范要求，且使泥浆含砂量小于4%为止。正循环清孔时，孔内泥浆上返速度不应小于0.25m/s。

当孔底沉渣的粒径较大，正循环泥浆清孔难以将其携带上来时，或长时间清孔孔底沉渣厚度仍超过规定要求时，应改用其他方法清孔。

（4）泥浆循环与净化。正循环回转钻进的泥浆用量不大，可利用泥浆流槽、沉淀池、沉淀井等组成地面循环系统净化泥浆。

泥浆流槽与护筒的出浆口相连接，由钻孔溢出的携渣泥浆在流经流槽时，一部分钻渣沉淀下来，最后流进沉淀池。流槽可用砖砌，也可用木板制作；其断面尺寸和坡度应保证槽内泥浆的流速不大于10cm/s，且不会外溢。流槽的坡比通常为1/100～1/200，长度不小于15m。

也有沿流槽全长设置3～5个沉淀井的做法。沉淀井同流槽一样宽，深度由槽底向下为0.5m左右。钻进过程中，随时清除井中的沉淀物。

沉淀池的数量和容积应根据钻孔直径、深度和土质决定，应能保证有足够的时间让泥浆中的细颗粒钻渣在沉淀池中沉淀下来。沉淀池不宜少于2个，可串联或并联使用；但至少有两个并联的沉淀池，以便替换使用和替换清渣。沉淀池的总容积可按同时施工钻孔完成后的总排渣体积的1/2～1/3计算，每个沉淀池的容积应不小于6m³。

沉淀池可用砖或浆砌块石砌筑，池内侧抹水泥砂浆护面。沉淀池不得建筑在新堆积的土层上，以防止下陷开裂，漏失泥浆。对于施工场地狭窄或对环境要求较高的场地，泥浆池、沉淀池也可用钢板焊接成箱体，以便周转使用和施工现场管理。

应注意及时清除泥浆流槽和沉淀池内的沉积物；清除的钻渣应及时运出场外，防止钻渣和废浆污染施工现场。

2.1.2.4 反循环回转钻孔

1.反循环回转钻孔的原理和特点

（1）反循环回转钻孔的原理。反循环回转钻孔的破岩方式与正循环回转钻孔相同，但排渣方式不同，孔内泥浆的流向相反。反循环钻孔工作时，钻杆（排渣管）内泥浆的压力小于钻杆外泥浆的压力；在内外压力差的作用下，孔内泥浆沿钻具与孔壁之间的环状空间流向孔底，与岩屑一起进入钻头吸渣口，通过钻杆内腔返回地面，经沉淀或机械净化处理后再流进孔内，从而形成循环，如图2-4（b）所示。在钻进过程中，随着孔深的增加，不断向孔内补充新鲜泥浆。泥浆反循环的排渣能力主要取决于排渣管内外的压力差、排渣流量和排渣系统的通径。

（2）反循环回转钻孔的特点。

反循环回转钻孔主要有以下优点：

1）泥浆的回流速度比正循环要大得多，一般可达到2～4m/s；而且不受孔径大小的影响；因此它能直接排出粒径较大的钻渣，能满足大口径钻孔的排渣要求。

2）减少了钻渣的重复破碎，排渣速度快，钻进效率高，钻头寿命长。

3）钻孔环状空间冲洗液的流速慢，对孔壁的破坏作用小；钻孔的超径率比正循环小，减少了混凝土的灌注量。

4）可自行清孔，清孔效果好，淤积厚度可不超过5cm，有利于保证桩端承载力。

5）除砂层和卵砾石层外，一般可用清水直接造孔，利用钻头的旋转在孔内自行造浆。

反循环回转钻孔主要有以下缺点：

1）泥浆用量多，泥浆净化及废浆处理的工作量大，相应的动力消耗也较大；当钻进速度较慢、排渣量不大时，经济效益较差。

2）当卵石粒径接近或超过排渣管路通径时，容易发生吸渣口和管路堵塞故障，处理较困难，影响钻进效率。

3）对排渣系统的密封性要求较高，因泄漏引起的故障和工时消耗较多。

4）配套设备较多，需占用较大的施工场地。

2.反循环回转钻孔的类型和适用条件

按反循环成因和动力来源不同，反循环回转钻孔可分为泵吸法、气举法和射流法三种。孔深40m以内泵吸法和射流法的排渣效率优于气举法；孔深超过40m时，气举法的排渣效率较高，且适用深度不受大气压的限制，但孔深10m以内气举法的排渣效果很差，不宜采用。

反循环回转钻孔理想的应用条件是：①有较充足的水源；②地层中没有大于钻杆内径4/5的卵石或杂物，卵石含量不大于20%；③地下水位适当，地下水位过高或过低都会带来不利影响；④没有自重湿陷性黄土层；⑤孔径600～3000mm，孔深不大于100m。

3.反循环回转钻孔机具

反循环回转钻孔所用的钻机和钻具，除增加了反循环排渣系统外，其他与正循环回转钻孔所用的机具类似，但不完全相同。为了适应大口径钻孔和大粒径卵石直接排出孔外的要求，反循环回转钻孔所用钻具的外形尺寸和排渣通径都比较大；故钻孔与排渣设备的功率、体积和质量也相应较大；这是反循环回转钻孔机具的主要特点。

4.反循环回转钻孔工艺

（1）泵吸反循环回转钻孔工艺。

1）启动砂石泵。启动砂石泵前将钻头提离孔底0.2m以上。

2）待反循环正常后，才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底。开始钻进时，应先轻压慢转，待钻头正常工作后，逐渐加大转速，调整压力，以不造成钻头吸入口堵塞为限。

3）钻进时应仔细观察进尺情况和砂石泵出渣情况；排量减少或钻渣含量较多时，应控制给进速度，防止因泥浆密度太大或管路堵塞而中断反循环。

4）在砂砾石、砂卵石、卵砾石地层中钻进时，为防止钻渣过多，卵砾石堵塞管路，可采用间断钻进、间断回转的方法来控制钻进速度。

5）加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底80～100mm，维持冲洗液循环1～2min，以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净，然后停泵加接钻杆。钻杆连接应拧紧上牢，在接头法兰之间应垫厚3～5mm的橡胶垫圈，防止螺栓、拧卸工具等掉入孔内。钻杆接好后，先将钻头提离孔底200～300mm，开动反循环系统，待泥浆流动正常后再下降钻具继续钻进。

6）钻进时如孔内出现坍孔、涌砂等异常情况，应立即将钻具提离孔底，控制泵量，保持泥浆循环，吸除坍落物和涌砂；同时向孔内输送性能符合要求的泥浆，保持浆柱压力以抑制继续涌砂和坍孔。恢复钻进后，泵的排量不宜过大，以防吸坍孔壁。

7）砂石泵排量要考虑孔径大小和地层情况灵活选择、调整，一般外环间隙泥浆流速不宜大于10m/min，钻杆内泥浆上返流速应大于2.4m/s。

桩孔直径较大时，钻压宜选用上限，钻头转速宜选用下限，获得下限钻进速度；桩孔直径较小时，钻压宜选用下限，钻头转速宜选用上限，获得上限钻进速度。

8）钻进达到设计孔深停钻时，仍要维持泥浆正常循环，吸除孔底沉渣直到返出泥浆的钻渣含量小于4%为止。起钻操作要平稳，防止钻头拖刮孔壁，并向孔内补入适量泥浆，保持孔内浆面高度。

（2）气举反循环钻进。

1）气水混合室沉没深度。浅孔阶段混合室的沉没比至少要大于0.5，深孔阶段混合室的沉没深度应根据风压大小、孔深及泥浆密度确定。气水混合室之间的间距与最大容许沉没深度、风压的关系可参考表2-4。

2）尾管长度的选定。气举反循环装置的尾管长度L_w越小，管内浆柱压力越小，排渣效率越高；但需要的风压也越大。试验表明，尾管长度不大于3倍混合室沉没深度才能保证气举反循环正常运行。

（3）反循环系统故障的预防与处理。

1）反循环系统启动后运转不正常。检查钻杆法兰、砂石泵盘根、水龙头压盖等有无松动、漏水、漏气。

2）管路堵塞，泥浆突然中断。在砂卵石层中钻进时，应防止抽吸钻渣过多使混合浆液的比重过大。宜采用钻进一段后，稍停片刻再钻的方法。为防止大卵石吸进管内，钻头吸入口的直径应小于钻杆内径10～20mm；也可在钻头吸入口中央横焊一根直径6mm的短钢筋，但这种方法对排渣粒径的限制过大。发生堵管时，将钻头略微提升，用锤敲打钻杆及管路中的各处弯头，或反复启闭出浆控制阀门，使管内压力突增、突减，将堵塞物冲出。

2.1.2.5 冲抓成孔

1.冲抓成孔的特点及适用范围

（1）冲抓成孔的特点。冲抓成孔是在泥浆护壁的条件下，用特制的多瓣冲抓锥直接抓取岩土成孔。它的冲击作用使锥瓣能更深地切入土石中，而不以击碎石块为主要目的。孔中的泥浆只起护壁作用；地层较稳定时，也可用清水在孔内造浆护壁。冲抓成孔具有以下特点：

1）设备和机具简单，投资少，成本低。

2）工艺简单，操作技术容易掌握，适于在小型灌注桩工程中推广应用。

3）对地层和孔径的适应性较强，较大的卵石可直接抓出孔外。

4）泥浆不循环，也不需泥浆携渣，因而泥浆和动力的消耗均较少。

（2）冲抓成孔的适用范围。

冲抓成孔适用于黏土、砂土、黄土、较松散的砂砾、卵石和卵石夹小漂石等地层。它的钻进速度因锥重、地层、孔深、孔径不同而有差异。冲抓锥在漂石层和基岩中钻孔需与冲击钻头配合，先砸后抓，不适于单独使用。冲抓成孔的施工孔径一般为700～1200mm，最大可达1600mm；成孔深度一般为20m，最大可达40m。

2.冲抓成孔机具

冲抓成孔机具包括钻架、卷扬机、冲抓锥（器）、出渣车等。

3.冲抓成孔工艺

（1）对于较软的黏土层冲程不宜过大；若土质较密实，可增大冲程至2～3m，并连续冲击数次后再抓，这样可以抓得多些。冲抓黏土层一般可不用泥浆，仅保持水头高度就能满足护壁要求；但在疏松的粉质黏土中造孔应使用泥浆。

（2）在砂层中成孔时容易塌孔，宜采用1.0～1.5m的小冲程。为保持孔壁稳定，除保持孔内泥浆密度和浆面高度外，每抓一次都要往孔内投入一定量的黏土；目的是防止流砂，加快钻孔进度。

（3）在卵石层中冲抓成孔时应适当增加锥瓣的厚度和耐磨性，并采用较大的冲程。也可采用多冲抓几次再提出的办法，以提高成孔工效。对于漂石，则宜采用小冲程先松动，后抓出的办法。冲程过大容易损坏锥瓣。

（4）当遇到坚硬土层、大漂石、探头石等复杂地层，单一冲抓方法成孔较困难时，可结合采用重锤冲击、爆破、高压射水等方法进行处理。

2.1.2.6 其他成孔方式及特点

风力发电工程中，泥浆护壁钻孔灌注桩的成孔方式主要以正循环回转钻孔、反循环回转钻孔和冲抓成孔方式较为常见，其他成孔方式如潜水电钻成孔、旋挖钻机成孔等成孔方式较少使用，本节只做简单介绍。

1.潜水电钻成孔

（1）潜水电钻成孔的特点及适用条件。

潜水电钻成孔属底动力钻进，电动机通过减速机构与钻头直接连接，一起潜入水（泥浆）下工作；其上部与钻杆连接，钻杆一般不兼作送浆、排渣管，只起提供旋转反力的作用。潜水钻机具有结构简单、重量轻、体积小、操作和维修方便等特点。由于其动力在孔底，钻杆不回转；故功率损耗小，钻进效率高，易于实现反循环；钻进时基本无噪声、振动，对孔壁的扰动很小。

潜水电钻成孔的原理与正、反循环回转钻机成孔的原理相同，既可正循环排渣，也可反循环排渣。当采用反循环排渣时，有泵吸反循环（砂石泵置于地面）、泵举反循环（砂石泵和潜水电钻安装在一起）和气举反循环三种方式。其中泵举反循环最为先进，砂石泵在孔底工作时，其反循环系统的工作压力不受大气压力的限制，可使用较高扬程的砂石泵，排渣效率更高，且能适应更大的钻孔深度。

潜水钻机适用于在淤泥、黏土、砂层、软岩、强风化岩及含有少量砾石的黏土层等地层中钻进，尤其适用于钻进地下水位较高的地层。其钻孔直径为450～2500mm，最大钻孔深度为80m。将数台潜水钻机的主机组合成群钻，可进行条形截面桩或地下连续墙的施工。

（2）潜水电钻成孔工艺。

正循环排渣法：

1）开机前准备。平整场地，接通水源、电源，确定桩位，挖掘泥浆池及排浆沟，确定钻机移位路线及移位方法，安装钻头、钻杆和主机。

2）开钻。将电钻、钻头吊入护筒内，关好钻机底座铁门，将方钻杆卡在导向装置的滚轮内；启动泥浆泵，把泥浆或清水从中心管或分叉管射向钻头，然后稍提钻头，启动电机空转；待泥浆循环正常后，下放钻头开始钻进。

3）钻进。钻进时应严密监视电流表所示电流大小，并据此调节钻进速度，电流不得超过规定值。根据钻杆进尺下放电缆和浆管，下放速度必须同步，防止拉断电缆和浆管。接长钻杆时先停电钻后提钻杆，泥浆循环不得中断。

4）停机移位。钻至设计深度后，停止钻机运转，泥浆循环继续进行，直至孔内泥浆密度降到1.15g/cm³以内，方可停泵提升钻机。然后迅速移位，进行水下混凝土浇筑，其间隔时间不宜超过2h。

反循环排渣法：

泵吸反循环法成孔除启动时需抽气或注浆外，其他操作与正循环排渣法相同。

当采用泵举反循环排渣时，开钻前需先将潜水砂石泵与主机连接，开钻时采用正循环开孔，孔深超过砂石泵叶轮位置后，即可启动砂石泵电机，开始反循环钻进作业。

当采用气举反循环排渣时，需另配排气量至少3m³/min的空压机和足够长度的φ38mm高压风管。孔深6m以内采用正循环操作，液气混合室浸没深度达到6～7m后，可开始反循环操作，风压不宜超过0.5MPa。

2.旋挖钻机成孔

（1）旋挖钻机成孔的原理、特点及适用范围。

1）工作原理。在泥浆护壁的条件下，旋挖钻机上的转盘或动力头带动可伸缩式钻杆和钻杆底部的钻斗旋转，用钻斗底端和侧面开口上的切削刀具切削岩土，同时切削下来的岩土从开口处进入钻斗内；待钻斗装满钻屑后，通过伸缩钻杆把钻斗提至孔口，自动开底卸土，再把钻斗下至孔底继续钻进，如此反复，直至钻到设计孔深。

2）旋挖钻机成孔的特点。

a.在一般地层中要使用泥浆护壁，在无地下水的黏土层中可不使用稳定液。

b.泥浆不循环，钻渣由钻斗直接提出孔外，泥浆只起护壁作用；因此泥浆的耗量和处理工作量均较小，附属设施也较少。

c.一般采用多层套装伸缩钻杆，钻进时无需接长钻杆，起、下钻速度快，操作简便，成孔效率高。一般在土层、砂层中的钻进速度可达8～10m/h，在黏土层中可达4～6m/h。

d.一般采用履带吊车作为装载主机，钻机移动和安装方便；但占地面积较大，钻机的价格和台班费用较高。

e.由于钻具需频繁在孔内上下，其抽吸、刮削作用对孔壁稳定不利；因此对泥浆质量和泥浆管理的要求较高。

f.当地基中有较大的承压水时，护壁困难，且成桩质量不易保证。

3）适用范围。

a.旋挖法在黏土、粉土、砂土等软土地层及粒径小于10cm的卵砾石层中均可施工，但在有承压水的地层中应用要慎重。

b.旋挖钻孔直径一般为800～2000mm，最大可达3.0m；钻孔深度一般不超过50m，最大可达90m。当孔深超过35m时，宜将孔径限制在900～1200mm的范围内。

（2）旋挖钻机成孔工艺。

1）护筒埋设。泥浆护壁旋挖成孔需要埋设深度较大的护筒（一般为3～5m），护筒用厚壁钢管制作，护筒内径大于桩径50～100mm。埋设时，先用直径与护筒外径一致或稍小的钻头钻够护筒埋设深度，然后在孔口放置护筒，再用钻机和不带钻头只带压盘的钻杆将护筒压入孔内。

2）施工要点。

a.钻进转速范围为70～50r/min，一般小于30r/min。孔径较小、地层较软时可用较大的转速，反之用较小的转速。

b.对于粒径小于100mm的地层均可用常规钻削式钻斗取土钻进，钻进时应注意满斗后及时起钻卸土。

c.钻进较软的地层应选用小切削角、小刃角的楔齿钻斗；钻进较硬的地层应选用大切削角的锥齿钻斗。

d.当地层中含有粒径100～200mm的大卵石时，应采用单底刃大开口的取石钻斗钻进；或用冲击钻头击碎后再用钻削式钻斗钻进。

e.遇到粒径大于200mm的漂石或孔壁上有较大的探头石时，应采用筒形取石钻斗捞取，或采用环形牙轮钻斗先从孔壁上切割下来再捞取。

2.1.2.7 清孔

1.清孔的目的与质量标准

（1）清孔的目的：①清除孔底沉渣，提高桩端承载力；②清除孔壁泥皮，提高桩身摩阻力；③用新制泥浆或符合要求的再生泥浆换出孔内大部分污染泥浆，减小孔内泥浆的密度和黏度，以保证浇注水下混凝土的置换效果。

（2）清孔的质量标准。《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）规定的泥浆护壁成孔灌注桩清孔质量标准为：①孔底沉渣厚度。浇注混凝土前，孔底沉渣最大允许厚度为端承桩50mm，摩擦端承、端承摩擦桩100mm，摩擦桩300mm；②清孔后孔内泥浆性能指标。浇注混凝土前，距孔底500mm以内的泥浆密度应小于1.25；含砂量应不大于8%；黏度应不大于28s。

测量孔底沉渣厚度时注意：用平底钻头、冲击钻头施工的桩孔，沉渣厚度以钻头底部所达到的孔底平面为测量起点；用锥形钻头施工，孔底为圆锥形的桩孔，沉渣厚度以圆锥体中点标高为测量起点。

沉渣厚度使用圆台形测锤测定，锤底直径为80～100mm，锤顶直径为40～50mm，高120～150mm，重3～5kg。

2.清孔方法

（1）正循环清孔。正循环清孔适用于孔径不大于800mm的桩孔。清孔时先将钻头提离孔底80～100mm，然后输入比重1.05～1.08的新鲜泥浆进行循环，把孔内的含渣泥浆替换出来，并清洗孔底。孔内泥浆的上返流速应不小于0.25m/s，返回孔内泥浆的比重不宜大于1.08。当大颗粒钻渣不能携出时，或长时间清孔仍达不到要求时，应改换清孔方法。

（2）泵吸反循环清孔。泵吸反循环清孔一般用于孔径600mm以上的桩孔。泵吸反循环钻机施工的桩孔可直接用施工钻机清孔；清孔前先停钻，提钻50～80mm，然后用砂石泵抽出孔内含渣泥浆，直至达到合格标准。清孔时，送入孔内的泥浆不得少于砂石泵排量，孔内泥浆面不得大幅度下降。砂石泵的出水阀门应根据情况适时调整，以免流量过大吸塌孔壁。

其他方法施工的桩孔用泵吸反循环清孔时，事先要测量沉渣顶面深度，排渣管先下放到距沉渣顶面300～500mm的位置，启动砂石泵后再缓慢下放，边下放边观察排渣情况是否正常；若泥浆中含渣量较少则继续下放，含渣量正常则暂停下放，含渣量过多或排渣不畅则稍稍上提。

（3）气举反循环清孔。气举反循环清孔适用于孔深大于8m的各种直径的桩孔。空压机的风压、风量应根据孔深、孔径等合理选择，一般为风压0.7MPa，风量6～9m³/min。送风管直径为20～25mm，管路必须密封良好。排渣管底口距沉渣顶面宜为200～300mm，排渣管底口宜加工成锯齿状。风压应稍大于孔底水头压力，风量应逐渐加大；当沉渣太厚或块度较大时，可适当加大风量，并摇动排渣管。

（4）掏渣法清孔。当用冲击钻机或冲抓法成孔时，可用抽渣筒清孔。抽渣筒清孔的效率比较低、效果较差；当对沉渣厚度的限制较严格时，不应完全依靠抽渣筒清孔。当采用掏渣法清孔时，清孔质量检查应在清孔结束1h后进行。

（5）潜水泵清孔。当成孔设备不适于清孔，而孔深和钻渣粒径又不太大时，可考虑用潜水式砂石泵或高扬程、大流量的潜污泵清孔。当钢筋笼吊放完毕发现孔底沉渣厚度超标时，采用这种方法重新清孔较方便。潜水泵的体积小、重量轻，下设和操作都很简便，排渣效率也较高，是一种较好的清孔方法，但一般的潜水泵能通过的粒径有限，清孔应采用专用潜水泵。

2.1.2.8 钢筋笼制作安装与混凝土浇筑

1.钢筋笼制作安装

（1）钢筋笼的制作与安装应符合设计和相关标准要求。

（2）所用钢筋的规格及型号应符合设计要求；对进场钢筋进行抽样检查，一般60t为一批，按试验要求长度截取钢筋，做抗拉和抗弯试验，不合格的钢筋不得使用。

（3）钢筋笼宜加工成整体；为了便于运输和安装，当钢筋笼全长超过12m时宜分段制作，分段下设，在孔口逐段焊接。

（4）分节制作的钢筋笼，主筋接头宜采用焊接。单面搭接焊缝长度应不小于10倍的钢筋直径，双面搭接焊缝长度应不小于5倍的钢筋直径。主筋接头应相互错开，错开长度应大于50cm，同一截面内的钢筋接头数目不得大于主筋总数的50%。

（5）用导管灌注水下混凝土时，钢筋笼的内径应比导管接头处外径大100mm；保护层设计厚度应大于明浇混凝土，一般为50～8mm，钢筋笼上应设置保护层垫块。沉管灌注桩钢筋笼的外径应比钢管内径小60～80mm。

（6）箍筋应设在主筋外侧；主筋一般不设弯钩，需要设弯钩时不得向内伸露。

（7）主筋净距必须大于混凝土最大骨料粒径3倍以上。

（8）钢筋笼在制作、运输、安装过程中不得发生变形，应有防止变形的措施。

（9）钢筋笼制作的偏差应在以下范围内：主筋间距±10mm；箍筋间距±20mm；钢筋笼直径±10mm；钢筋笼长度±50mm。

2.混凝土浇筑

（1）桩身质量要求。

1）桩身混凝土的抗压、抗拉强度应满足设计要求。

2）桩身混凝土应均匀、密实、完整，不得有蜂窝、孔洞、裂隙、混浆、夹层、断桩等不良现象。

3）水泥砂浆与钢筋黏结良好，不得有脱黏和露筋现象。

4）桩长、桩径和桩顶高程应满足设计要求，不得有缩径和欠浇现象。

（2）混凝土配制要求。

1）混凝土的配合比应符合设计强度要求。

2）混凝土所用水泥、砂、石等原材料的质量应符合有关标准的规定。

3）混凝土具有良好的和易性，其流动性和初凝时间应能满足施工要求，并在运输和浇筑过程中不发生离析。

4）混凝土坍落度控制范围：水下灌注混凝土为18～22cm；干作业混凝土为8～10cm；沉管灌注混凝土为6～8cm。

（3）混凝土灌注要求。

1）水下混凝土的灌注作业必须连续进行；因故中断时，中断时间不得超过30min。

2）灌注过程中严禁将导管拔出混凝土面；发现导管拔出混凝土面时，应立即停止灌注，将孔内已浇混凝土清理干净后重新灌注。

3）实际灌入混凝土量不得少于设计桩身的理论体积；灌注桩的充盈系数不得小于1.0，也不宜大于1.3。

4）认真、完整地填写混凝土灌注施工记录，并按要求绘制有关曲线。

（4）注意事项。

1）在灌注过程中，要注意观察孔内泥浆返出情况和导管内的混凝土面高度，以判断灌注是否正常。

2）在灌注过程中要经常上下活动导管，以加快混凝土的扩散和密实。

3）在灌注过程中要防止混凝土溢出漏斗，从漏斗外掉入孔内。

4）向漏斗中放料不可太快、太猛，以免将空气压入导管内，影响灌注压力和混凝土质量。

5）为防止钢筋笼上浮，当混凝土顶面上升到接近钢筋笼底部时，应降低混凝土灌注速度；当混凝土顶面上升到钢筋笼底部以上4m时，将导管底口提升至距钢筋笼底部2m以上，即可恢复正常灌注速度。

6）在终灌阶段，由于导管内外的压力差减少，灌注速度也会下降；如出现下料困难时，可适当提升导管和稀释孔内泥浆。

7）提升导管时应保持轴线竖直、位置居中，如果导管卡挂钢筋笼，可转动导管，使其脱开钢筋笼，然后再提升。

8）拆卸导管的速度要快，时间不宜超过10min；拆下的导管应立即冲洗干净，按拆卸顺序摆放整齐。

9）终灌高程应高于设计桩顶高程0.5m以上。

2.1.2.9 工程质量检查及验收

（1）钻孔灌注桩是隐蔽工程，不仅要对成桩质量进行检查，也要对施工过程中的成孔及清孔、钢筋笼制安、浇筑等各道工序进行质量检查。工序质量控制是成桩质量的保证。

（2）工序质量应根据不同桩型按照设计要求和表2-1、表2-2规定的标准进行检查。

（3）为了确保单桩竖向极限承载力达到设计要求，工程桩应根据工程重要性、地质条件、设计要求及施工情况进行承载力检验。

（4）对于施工前未进行单桩静载试验的一级桩基，或地质条件复杂、成桩质量可靠性低、桩数多的二级桩基，应采用静载荷试验的方法进行检验；检验桩数应不少于总桩数的1%，且不少于3根；当总桩数少于50根时，应不少于2根。

（5）下列情况之一的桩基工程，可采用可靠的动测法进行单桩竖向承载力检测：

1）施工前已进行单桩静载试验的一级桩基。

2）施工前未进行单桩静载试验，但地质条件简单、施工质量较好、单桩竖向承载力可靠、桩数较少的二级桩基。

3）三级建筑桩基。

4）作为一、二级建筑桩基静载试验检测的辅助检测。

（6）桩身质量应进行检查。对于一级建筑桩基或地质条件复杂、成桩质量可靠性低的灌注桩，抽检数量应不少于总数的30%，且不少于20根。其他桩基工程的抽检数量应不少于总桩数的20%，且不少于10根。对于在地下水位以上终孔，且终孔后经过核验的灌注桩，检验数量应不少于总桩数的10%，且不少于10根；每个柱子承台下不得少于1根。桩身质量检查可采用较可靠的动测方法，对于大直径桩还可采用钻孔取芯、预埋管超声波检测等方法。

（7）对砂子、石子、水泥、钢材等原材料的质量、检验项目、批量和检验方法，均应符合国家现行有关标准的规定。

2.1.3 其他灌注桩

灌注桩除较常用的泥浆护壁钻孔灌注桩外，还有干作业钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、变截面及异形灌注桩等。由于后几种灌注桩型在风力发电基础施工中不常用，本节只做简单介绍。

2.1.3.1 干作业钻孔灌注桩

干作业钻孔灌注桩是指在不用泥浆和套管护壁的情况下，用人工钻具或机械钻孔，然后下设钢筋笼、灌注混凝土成桩。这类桩的主要优点有：成孔不用泥浆或套管；施工无噪声、无振动、无泥浆污染；机具设备简单，装卸移动方便，施工准备工作少，技术容易掌握；施工速度快、成本低等。适用于地下水位以上的一般黏性土、粉土、黄土以及密实的黏性土、砂土层中使用。穿过其他地层时，需采取特殊措施处理，施工速度有所降低。

干作业钻孔灌注桩按照钻孔原理和特点又可分为长螺旋钻孔灌注桩、长螺旋钻孔压灌混凝土桩、钻孔压浆灌注桩、CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）、短螺旋钻孔灌注桩、全套管钻孔灌注桩等。这里主要介绍长螺旋钻孔灌注桩的原理及特点。

1.长螺旋钻孔灌注桩的基本原理

长螺旋钻进与机加工和木工所用麻花钻头钻孔的工作原理相同。螺旋形的钻杆与钻头连成一体，在动力头的扭矩和垂直压力作用下，钻头不断向下破土钻进而成孔；切削下来的土渣由通长的螺旋钻杆直接输送到地面，不需采用泥浆循环排渣的方法。钻至设计深度后，原地空转清孔或用其他工具清孔，压灌混凝土后插入钢筋笼成桩。

2.长螺旋钻孔灌注桩的施工特点

（1）长螺旋钻孔灌注桩全孔一次钻成，连续排渣，中途不需起下钻，也不需接卸钻杆，成孔速度极快。

（2）不使用泥浆，因而免去了泥浆循环、净化系统，节省了大量因使用泥浆而产生的费用，施工成本较低。

（3）施工现场无泥浆、无振动、低噪音，对周围环境的影响较小。

（4）由于采用一次成孔和全孔螺旋推进的排渣方式，因而功率消耗相对较大，钻孔直径相对较小；最大钻孔深度也受到钻架高度的限制。需要时可采用扩底的办法提高单桩的承载力。

（5）孔底残渣较少，而且容易采用压实、掺水泥浆搅拌等方法进行处理，也没有桩周夹泥的问题；因而成桩质量较好，承载力可靠。

3.长螺旋灌注桩的适用范围

长螺旋钻进一般只适用于地下水位以上的土层、砂层及含有少量砾石的地层。遇地下水时，不仅孔壁容易坍塌；而且钻渣不能完全排出。最大钻孔深度根据钻机的钻架高度和动力大小而定，一般不超过20m，最大可达30m。钻孔直径一般为400mm，最大可达800mm。

2.1.3.2 沉管灌注桩

1.沉管灌注桩的基本原理及类型

沉管灌注桩是采用振动沉管桩机或锤击沉管桩机等将带有封口桩尖的桩管直接打入地层至设计深度成孔，然后放入钢筋笼，边浇筑混凝土边拔出桩管而形成的混凝土灌注桩。

沉管灌注桩按沉管机具和方法不同，可分为振动沉管灌注桩、锤击沉管灌注桩和振动冲击沉管灌注桩。

2.沉管灌注桩的特点

（1）施工设备简单，成桩速度快，工期短。

（2）孔形圆整性好，成桩质量高，超径系数小，节省材料。

（3）不用冲洗液，无泥浆排放问题，现场整洁。

（4）对地层和环境有挤土和振动影响。

（5）在软土中成桩易于产生缩颈缺陷。

3.沉管灌注桩的适用范围

振动沉管灌注桩的桩径一般为270～400mm，最大桩长为20m。锤击沉管灌注桩的桩径一般为300～500mm，最大桩长为24m。

沉管灌注桩适用于一般黏性土、粉土、淤泥质土、松散至中密的砂土及人工填土层。不宜用于标准贯入击数N值大于12的砂土和N值大于15的黏性土以及碎石土。在厚度较大的高流塑淤泥层中不宜采用桩径小于340m m的沉管灌注桩。

2.1.3.3 变截面及异形灌注桩

变截面及异形灌注桩按照截面形成方式不同，又可分为钻孔挤扩桩、钻孔扩底桩、锤击扩底灌注桩、异形截面灌注桩等。这里主要介绍钻孔挤扩桩的原理及特点。

1.钻孔挤扩桩的基本原理

钻孔挤扩桩也称为多分支承力盘灌注桩，简称DX桩。它是在普通钻孔灌注桩的基础上发展起来的一种新型变截面桩。钻孔挤扩桩是在钻（冲）孔完成后，向孔内下入专用的挤压扩孔装置，通过地面液压站控制该装置扩张和收缩，在孔壁的不同深度和部位挤压出多个三角形岔腔和（或）环状沟槽，然后放入钢筋笼、灌注混凝土形成的一种在桩身上带有多个分支和多个承力盘的“狼牙棒”形灌注桩。这种桩由桩身、分支、承力盘组成，并共同承载，如图2-5所示。

2.钻孔挤扩桩的特点

（1）单桩承载力高。钻孔挤扩桩的单桩承载力由桩身承载力和多个分支、承力盘承载力组成，与圆柱形灌注桩相比，承载面积与基土的作用范围增大很多；每1m³混凝土的平均承载力大于350kN，为普通混凝土灌注桩的2～3倍，为预制桩的8倍多，而且有良好的抗水平推切和抗拔能力。

图2-5 挤扩桩示意图

1-桩身；2-分支；3-承力盘；4-被挤密的土

（2）节省材料。在同等承载力情况下，桩长仅为普通灌注桩的1/2～1/3，可节省约30%的材料。

（3）在成型分支和承力盘时，施工机具对桩周土体有压密作用，改善了基土的性质，提高了地基的强度和稳定性，增大了摩阻力和端承力，使地基成为复合地基，能更好地发挥桩土共同承载的作用。

（4）在挤扩施工的过程中，可进一步了解地层的厚薄、软硬情况；从而可正确选择持力层位置和调整挤扩设计，保证单桩承载力充分满足设计要求。

（5）可对直孔部分的成孔质量（孔径、孔深及垂直度的偏差等）进行第二次定性检测。

（6）施工速度快，成本低；可缩短工期30%，节省资金20%～30%。

（7）适应性强。可在多种土层中成桩，不受地下水位的限制，承载力适用范围大。

（8）施工机械化程度高，无振动，无噪音，操作维修方便，劳动强度低。

3.钻孔挤扩桩的适用范围

钻孔挤扩桩主要适用于土层较厚，以黏性土为主的第四纪土层，也可在粉土、砂土、黄土、残积土层中应用，但要求土层有一定的承载力，容易挤压成形，因此不适合于淤泥质土、较密实的中粗砂层、卵砾石层及液化砂土层。

泥浆护壁、干作业及重锤捣扩成孔灌注桩均可利用挤扩工艺提高其承载力。当桩身为长螺旋钻成孔桩时，适用桩径为300～600mm，桩长最大可达31.5m；当桩身为泥浆护壁成孔桩时，适用桩径为400～800mm，桩长最大可达43m。挤扩直径与桩身直径之比为1.8～2.6。

下列情况不能采用钻孔挤扩桩：

（1）有深厚的淤泥及淤泥质黏土层，在桩长范围内无适合挤扩的土层。

（2）基岩埋深较浅，地表下的软土层较薄，或两者之间虽有硬土层，但其厚度过小。

（3）由于有承压水而无法成直孔时。