钻孔灌注桩施工方法优劣势对比
一、施工工艺：
1.旋挖钻机钻进成孔
旋挖钻机开挖成孔，有两种钻进形式：一是“筒式钻具”，即通过钻头旋转，钻头叶片切割土体同时装入钻头容器中，然后直接通过提升钻头，将土体运出孔外，主要适用于普通土层、无较大颗粒（不大于300 mm）的砂砾层等；另一种是“短螺旋钻”，主要用于破碎岩层，两种钻头经常配合使用。由于是直接机械开挖，因此其钻孔施工速度较快，对于容易塌方的地层需要预先单独制备泥浆来支撑保护孔壁，需要较大的泥浆池，则制浆成本相对较高（冲击钻在钻进的过程中，黏土层经冲击钻不断冲击而与水混合形成泥浆支护孔壁，而不需另外单独制备泥浆）。对于没有地下水且无易塌方的地层可以使用干孔钻进，其效率非常高，且成孔后的桩身质量很好。
钻杆：可伸缩，可传递加压力和扭矩 动力头：施加竖向压力和扭矩，提供动力，每分钟5转到24转 钻头：类型多样，各种适应性不同，高度在1.2米到 1.5米之间，直径0.8到2.5米
图1.安庆长江大桥使用SR360施工，桩径φ2.5米，深度96米。 图2.SR250施工江西九江赛湖特大桥，深度50米砂岩地层。 图3.旋挖施工灰岩取芯（）。 图4.旋挖施工石灰岩地层钻渣（贵州）。
2.冲击钻钻进成孔
用冲击钻机施工时,应控制钢丝绳放松量,一般在松软土层每次可松绳5～8cm,在密实坚硬土层每次可松绳3～5cm。松绳量过少,形成“打空锤”,使钻机、钻架及钢丝绳受到过大的意外荷载,易遭受损坏,并且钻架跳动,极不稳定;松绳量过多,则会减少冲程,降低钻进速度,造成提升钻锥的钢丝绳产生晃动,钢丝绳的铅垂位置偏离护筒中心,产生偏孔,严重时使钢丝绳纠缠发生事故。钻进过程中,采用正循环泥浆泵保持孔内水位高出地下水位(河中水位)1.5～2.0m,泥浆导管要随钻进进尺逐渐沉入孔底,以利于钻渣上浮,加快钻进速度。
(1)开始钻进时,应先在孔内灌注泥浆。泥浆相对密度等指标根据土层情况而定,如孔中有水,可直接投入粘土,用冲击锥以0.5m小冲程反复冲击造浆。护筒底脚以下2～4m范围内属河床表面,采用密度1.3～1.5的泥浆,小冲程反复冲击,使孔壁坚实不坍不漏。这一孔段一般不掏渣。 (2)在通过高液限黏土、含砂低液限黏土层时,采用密度1.1～1.2的泥浆,75cm中冲程冲击钻进。
(3)当钻进黏性差、含砂砾多的砂性土层时,应以相对密度为1.25～1.5的泥浆护壁,用管状空心掏渣钻头,50～70cm中小冲程冲击钻进。
(4)在砂层、卵砾石层中钻进时,经常出现孔壁不稳定现象,通常采用空心掏渣钻头,以75cm的中等冲程钻进,采用相对密度为1.25～1.5的泥浆进行护壁。 (5)当遇有流沙现象或较厚的松散砂层时,应按1:0.5的比例向孔内投入粘土和粒径不超过15cm的片石,并用十字实心锥(钻头),以50cm的小冲程反复冲击,使黏土、片石挤入孔壁,此过程可以反复进行,力求孔壁稳定。
(6)在通过坚硬密实卵石层或基岩(强风化花岗岩和中风化花岗岩)之类的土层时,始终保持孔内充满1.3～1.5的泥浆悬浮钻渣,优先选用有较大冲击力的十字实心锥,采用100cm高冲程冲击钻进。
3.长螺旋钻孔压灌桩特点
3.1成孔后钻杆孔中灌满砼提升钻杆，在提升钻具的同时，混凝土不断注入孔内。由于孔内保持一定的压力，因而能在地下水位以下的淤泥、砂卵石、风化岩等地质条件下顺利成桩。2）成桩工艺是自下而上通过混凝土泵注入混凝土，成桩质量完全由工艺流程来保证。控制好砼泵送与拔钻速度不易出现断桩、缩径、孔底虚土等问题的发生，保证了桩的承载力。3）不用泥浆护壁而避免了大量泥浆制备和污染环境等一系列问题。4）由于长螺旋钻孔压灌桩成桩法无震动，又无排污，所以它能在繁华的市区或临近已有建筑物处顺利施工。5）施工速度快，且在复杂地质条件下均可快速施工。6）根据工程的实际需要，可通过调整施工机具的设备能力来增大桩径和桩长，而不受工艺方法的制约。 3.2.长螺旋钻孔压灌桩设备组成及施工工艺过程、质量控制
1）设备组成：长螺旋钻孔压灌桩施工的主要机具设备，由钻机和成孔设备、混凝土搅拌设备装置、混凝土泵及管路系统三大部分组成。钻机和成孔设备可根据桩径、桩长来选配，不受工艺本身的制约和影响。2）工艺流程：用长螺旋钻机钻孔至设计深度后，开始泵送混凝土并提升钻具，混凝土经管路、钻具最后通过单向的钻头门向孔内注入混凝土，砼灌至设计标高0.5 m以上。待钻杆全部提出后，向孔内投放钢筋笼。3）质量控制：施工前应进行“成孔试验”，以核对地质资料。严格执行长螺旋钻孔压灌桩的操作程序，保证混凝土在孔内压灌提升，确保泵送的砼量大于提升所需的砼量。对于不同的地
质条件，应采取不同措施以确保成灌注桩砼的质量。
二、施工方法优劣势对比
旋挖成孔在特殊的地层施工时，需讲究施工工法的应用，针对地层的特殊性使用最优的钻进方法，在遇到一些易斜孔、塌方、岩层钻进效率低等施工难题时需及时调整施工方法，努力提高钻进效率。
① 在安徽合肥某工地（地层以粘土、强风化砂岩层为主）做过人工挖孔、冲击钻、反循环钻机、旋挖钻机试桩取得钻孔设备钻进效率，项目对4种工艺都进行了试桩，取得了各种工艺的施工速度数据：人工挖孔平均每天挖孔1.5~2.5米，冲击钻平均每天成孔7～9 m，反循环钻机平均每天成孔12～15 m，旋挖钻机每天成孔2个（共70～75 m）。
②在陕西延安做过旋挖钻机与冲击钻的对比试验，项目对两种设备进行了试桩，取得了各种设备的施工速度数据：桩径1.0米，桩深35~40米，软土层20米，强风化砂岩16米，中风化砂岩2米，冲击钻平均每天成孔6～8 m，综合成本6800~7200元/孔（施工单价、水、电、排浆）；旋挖钻机平均每天成孔2个，综合成本7000~7500元/孔（施工单价）。
通过上述介绍，旋挖施工最大的优点就是速度快、效率高，因为与冲击钻相比，它具备着强大的向下加压力和扭力，直接将岩土破碎并及时取出，就如同破碎一块玻璃时，用小刀划动很难破碎，但是通过一个钉子施加压力，很快就会破碎。与冲击钻相比，旋挖钻机的速度至少是他们的15倍到30倍。由于旋挖钻机施工采用的是化学泥浆，泥浆的性能非常好、沉渣少，灌注好的桩承载力要好过冲击钻施工的桩基础。
总而言之，旋挖钻机代表了一种新进的施工工艺，它具备快速、高效、环保等多种优点。在全国各大工程已经广泛被认可，从施工范围到施工质量、施工效率来讲，它具备的优势都是冲击钻等方法无可比拟的。
施工方法 基本原理 由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩适用范围 填土、淤泥、粘土、粉土、砂土，也可在卵砾石含量不优点 缺点 1.对于桩孔直径≥1.0m时，钻杆与孔壁之间的环状截面土，钻进时用泥浆护壁、排渣；泥浆由泥浆本输正循环钻进钻杆内腔后，经钻头的出浆口射出、带动钻渣成孔灌注沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升到孔口溢进沉桩 淀池后返回泥浆池中净化、再供使用。这样，泥大于1m，钻孔深度一般约以浆在泥浆泵、钻杆、桩孔和泥浆池之间反复运行。 40m为限。 较硬岩使用。桩孔直径不宜的部分砂卵石和软质基岩、大于15%，粒径小于10mm1.钻机小、质量轻，狭窄工地也能使用； 积较大，泥浆上返速度低，挟带泥沙颗粒直径较小，排2.噪音低，振动小 3.工程费用较低 渣能力差，岩土重复破碎现象严重。 2.施工效率低 1.可施工超大直径（4.0m以在桩顶处设置护筒，护筒内的水位要求比自然地下水位高2m以上，以保证孔壁不坍塌。钻机工作反循环钻成孔灌注桩 时，旋转盘带动钻杆端部的钻头切削破碎岩土；钻进冲洗液（水或泥浆）从钻杆与孔壁之间的环状空间流入孔底，冷却钻头，并挟带岩土钻渣，混合液在负压作用下，从钻杆内腔上升到地面溢流沉淀池后返回泥浆池中净化。 5.施工效率较高 长螺旋钻是用一种大扭距动力头带动的长螺旋中空钻杆快完全或主要为砂性土及乱石施工无泥浆污染，成孔速度不适用于自重湿陷性黄土，2.通常情况下天然泥浆即可也不适用无地下水的地层。护壁 对于大卵砾石层，大漂石和3.几乎在各种土层和岩层均大孤石层，钻进效率很低，可施工 甚至无法进齿。 4.噪音低，振动小 1.成孔过程中较难形成泥皮，上），超大深度（100m以上） 孔壁稳定性较差，如水压头或泥浆比重管理不当，会引起坍孔 2.切削出来的土砂中水分多，弃土困难 3. 在砂砾层施工时，吸碴容易因大粒径卵砾堵管 1.必须使用泵车灌注，成本较
成孔 速干钻法，钻孔中的土除一部分被挤压外，剩余部分被输送到螺旋钻杆叶片上，土在上升时被压挤致密与钻杆形成一土柱，类似一个长活塞，土柱使钻孔在提钻前不坍塌。钻至设计深度后，用混凝土泵车将混凝土通过钻杆内腔压灌至孔底，边灌混凝土边提升钻杆，直至将混凝土灌满整个桩孔。最后，根据设计需求，将钢筋笼振入或压入混凝土中。 的地层慎用。不适应岩层的施工。 较快，不易塌孔，成桩质量较好，可有效提高桩端承载 高 2.成孔直径为400~1000，最大桩深在30米左右。 1.施工效率低，废浆排放量靠钻机的提升部分，将较大质量的冲击钻头提升至一定高度，然后使钻头自由下落，产生较大的冲击钻进冲击能量来冲击地层，将钻孔中的土石劈裂、砸成孔 碎,其部分被挤入孔壁中，并利用泥浆悬浮钻渣和出渣，使钻头每次都能冲击到孔底新的土或岩层。 溶洞的灰岩地层易卡钻。 钻、硬岩层钻进效率低、有几乎所有地层。但砂层易埋1.设备价格低，前期投入少； 2.施工场地要求一般； 3.施工较为简单； 4.自身可造泥浆。 大，钻头磨损较快； 2.施工人员多，现场噪音大，场地混乱； 3.综合施工成本高（电、水、排污）； 4.有沉渣，桩承载力不高。
从淤泥层、粉土、粘土、砂土、卵石、碎石、泥岩、砂由钻机带动钻杆和钻头钻进切削破碎岩土，钻进旋挖成孔 时用泥浆护壁，钻斗捞取钻渣，这样，泥浆在泥浆泵、钻杆、桩孔和泥浆池之间反复运行。 岩、石灰岩、硬质火山岩等几乎所有地层，可以有效钻进强度小于100MPa的岩石，或者承载力小于2000KPa的地层。 地质条件较好、土体稳定性成桩质量好，沉渣少，桩承强、地下水位较低、地下水人工挖孔 利用辅助工具来取土，桩周围采用砂浆护壁。 不丰富的情况，桩深度不宜异形桩。 超过15米。
载力高，可以做各种形状的1、 安全风险太高； 2、 对地层的要求较高； 3、 施工效率低。 3.施工综合成本低、效率高； 3.不稳定地层需制作泥浆护4.沉渣少，桩承载力高。 壁。 2.噪音低，振动小，良好的环保性； 2.场地要平整，特别在山区施工时需修便道； 1.钻机灵活、操作简便，可实现高效率入岩； 1.设备价格高，前期投入较大；
