混凝土灌注桩的种类和施工工艺以及适用条件？

混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇注混凝土而成的桩。与预制桩相比，具有施工低噪音、低振动、桩长和直径可按设计要求变化自如、桩端能可靠地进入持力层或嵌入岩层、单桩承载力大、挤土影响小、含钢量低等特点。但成桩工艺较复杂，成桩速度比预制打入桩慢，成桩质量与施工有密切关系。按其成孔方法不同，可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩灌注桩等。
⑴灌注桩施工准备工作
1)确定成孔施工顺序
钻孔灌注桩和机械扩孔对土没有挤密作用，一般可按钻机行走最方便等现场条件确定成孔施工顺序。沉管灌注桩和爆扩灌注桩对土有挤密、振动影响，可结合现场施工条件确定施工顺序：间隔一个或两个桩位成孔；在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔；五根以上单桩组成的群桩基础，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔；同一个桩基础的爆扩灌注桩，可采用单爆或联爆法成孔。
2)成孔深度的控制
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，桩管入土深度以标高控制为主，以贯入度控制为辅。
端承型桩：当采用锤击法成孔时，沉管深度控制以贯入度为主，设计持力层标高控制为
辅。
3)钢筋笼的制作
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。
4)混凝土的配制
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，对于沉管灌注桩且不宜大于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，水下浇注混凝土不应低于C20。水下浇注混凝土具有无振动、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。
⑵钻孔灌注桩
钻孔灌注桩是指利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中浇注混凝土(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壤的含水层中施工，又分为泥浆护壁成孔和干作业成孔两种施工方法。
1)泥浆护壁成孔灌注桩
泥浆护壁成孔灌注桩适用于地下水位较高的地质条件。先由钻孔设备进行钻孔，待孔深达到设计要求后清孔，方入钢筋笼，然后进行水下浇注混凝土而成桩。为防止在钻孔过程中塌孔，在孔中注入相对密度有一定要求的泥浆进行护壁。按设备又分冲抓、冲击、回转钻及潜水钻成孔法。前两种适用于碎石土、砂土、粘性土及风化岩地基，后一种则适用于粘性土、淤泥、淤泥质土及砂土。
①施工设备
泥浆护壁成孔灌注桩所用的成孔机械主要有冲击钻机、回转钻机、潜水钻机等。在此主要介绍潜水钻机。
回转钻机是由动力装置带动钻机回转装置转动，由其带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机和反循环回转钻机。正循环回转钻机成孔的工艺为由空心钻杆内部通入泥浆或高压水，从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，将土渣从孔口带出流入泥浆沉淀池。反循环回转钻机成孔的工艺为泥浆或清水由钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，然后由吸泥泵等在钻杆内形成真空，使之携带钻下的土渣由钻杆内腔返回地面而流向泥浆池。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，能携带较大的土渣。
潜水钻机是一种旋转式机械，由防水电机、减速机构和钻头等组成。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一800型)，钻孔直径400～800mm，最大钻孔深度50m。潜水钻机既适用于水下钻孔，也可用于地下水位较低的干土层中钻孔。
冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔是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土层，然后用淘渣筒来淘取孔内的渣浆。
②施工方法
泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程如图2-24所示。

图2-24 泥浆护壁成孔灌注桩工艺流程圈
(a)钻孔；(b)清孔；(c)放入钢筋笼；(d)水下浇筑混凝土
1-钻机；2-护筒；3-泥浆护壁；4-压缩空气；5-清水；6-钢筋笼；7-导管；8-混凝土；9-地下水位
测定桩位 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100mm；用冲击钻时，宜大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。护筒与坑壁之间用粘土分层填实，以防漏水。护筒的埋深在粘土中不小于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。
制备泥浆 制备泥浆的方法应根据土质条件确定：在粘性土中成孔时可在孔中注入清水，钻机旋转时，切削土屑与水拌合，用原土造浆护壁、排渣，泥浆相对密度应控制在1.1～1.2；在其它土中成孔时，泥浆制备应选用高塑性粘土或膨润土。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。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塌孔的土层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.3～1.5。施工中应经常测定泥浆相对密度，并定期测定粘度、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。
成孔　桩架就位后，钻机进行钻孔。钻孔时应在孔中注入泥浆，并始终保持泥浆液面高于地下水位1.0m以上，以起护壁、携渣、润滑钻头、降低钻头发热、减少钻进阻力等作用。
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，其它土层以钻机不超负荷为准，风化岩或其它硬土层以钻机不产生跳动为准。
清孔　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)，即可认为清孔己合格。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1.15～1.25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。
下钢筋笼，浇混凝土 清孔完毕后，应立即吊放钢筋笼，及时进行水下浇注混凝土。钢筋笼埋设前应在其上设置定位钢筋环，混凝土垫块或于孔中对称设置3～4根导向钢筋，以确保保护层厚度。水下浇注混凝土通常采用导管法施工。导管法水下浇注混凝土方法见第四章。
2)干作业成孔灌注桩
干作业成孔灌注桩施工工艺如图2-25所示。与泥浆护壁成孔灌注桩类似而简单，适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的干土层中桩基的成孔施工。
①施工设备
主要有螺旋钻机、钻孔扩机、机动或人工洛阳铲等。目前常用螺旋钻机成孔。
螺旋钻机利用动力带动螺旋钻杆旋转，使钻头上的叶片旋转向下切削土层，削下的土屑靠与土壁的摩擦力沿叶片上升排出孔外。适用于地下水位以上的一般粘性土、砂土或人工填土地基的成孔。
在软塑土层含水量大时，可用疏纹叶片钻杆，以便较快地钻进。在可塑或硬塑粘土中，
或含水量较小的砂土中应用密纹叶片钻杆，以便缓慢、均匀、平稳地钻进。
常用的螺旋钻机有履带式和步履式两种。前者一般由W1001履带车、支架、导杆、鹅
头架滑轮、电动机头、螺旋钻杆及出土筒组成。后者的行走度盘为步履式，在施工时用步履
进行移动。步履式机下装有活动轮子，施工完毕后装上轮子由机动车