CN101713189A - 花管干法灌注桩施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是利用水泥、土层、材料等的固有特性进行改良，实现工程效果显著、经济成本低、技术含量高和资源利用率高的花管干法灌注桩施工工艺。包括以下步骤：(1)成孔工艺：1)地下水位以上的成孔桩，采用干法成孔工艺。2)地下水位以下的成孔桩。开孔、钻机就位；低行程、高速旋转、清水钻进；达到钻进深度；统一行程、高速旋转、清水提升止孔口；统一行程、高速旋转、清水钻进止孔底；高速旋转、改注水泥浆；孔口见到水泥浆返出后高速旋转、低行程提升止孔口；移动钻机；(2)安装及灌注成桩工艺：水位以上或水位以下的桩孔安装及灌注干法混凝土均采用下列步骤：安装花管；效正花管的孔内位置；灌注干法混凝土；灌注干法混凝土止设计要求的标高。

Description

花管干法灌注桩施工工艺

技术领域

本发明属于建筑基础施工工艺，具体就是灌注桩施工工艺。

背景技术

从灌注桩的分类讲花管干法灌注桩属于成孔灌注桩。其技术和工艺与一般的灌注桩、特殊的灌注桩、超前微型桩-无砂小桩、等接近，但是，又存在很大的差别。为了更加明确地介绍花管干法灌注桩的特点，通过工程实践将以往的灌注桩的施工工艺中混凝土制作过程、钢筋笼(或钢管)的制作等做一下的总结和概括及分类，目的在于说明与现有的灌注桩施工工艺的区别。

混凝土分类：把充填孔内的混凝土分为湿法混凝土和干法混凝土两类，前一种混凝土经常应用工程中，由砂、石、水泥、水等混合组成；后一种为本工艺所特有，由砂、石、水泥、水等混合组成。

湿法混凝土分为：分步混凝土和非分步混凝土两种。分步混凝土是把混凝土的制作过程分步实施，即构成混凝土的砂、石、水泥、水(本文称为原材料)分别或者组合灌注搅拌后灌注到钻孔孔内，典型的是1)砂子与石子混合后灌注到孔内后，再往孔内注入水泥浆；2)单一的石子灌注到孔内后再往孔内注入水泥浆。非分步混凝土是混凝土的制作过程不分步实施，即构成混凝土的砂、石、水泥、水在灌注前事先搅拌为成品后在一定时间内灌注到孔内。

干法混凝土是砂、石、水泥按照配合比事先拌和成品灌注到孔内。

钢筋混凝土中的钢筋或钢管使用未经过特殊加工的钢筋和钢管，花管干法灌注桩则是用钢花管替代钢筋笼或者钢管。

通过工程实践将相近的灌注桩工艺的不足之处做一下概括性总结，当然，该总结并不能涵盖所有施工条件下的缺陷，只是对于粘性、砂性、粉土等土层组成的工程场地条件下的成孔灌注桩工艺的概述。

1.一般灌注桩施工工艺复杂、环节多、控制参数多：

一般灌注桩的施工工艺：成孔→钢筋笼制作→混凝土搅拌→安放钢筋笼→钢筋笼焊接及居中效正→混凝土导管插入孔内→安装导管→灌注非分步混凝土。为明确起见将其工艺内容相近分为一个步骤，主要由以下三大工艺步骤组成：

1)成孔：

预埋护筒→钻机就位→效正孔斜度(预防钻孔偏斜)→泥浆配置→泥浆检查→安装钻杆钻进→清理孔底残渣→孔内泥浆稠度调整→孔壁坍塌和缩径处理→更换钻进泥浆→泥浆分批运出施工现场→清孔→提升拆卸钻杆→冲洗钻杆→下个孔位。

2)湿法非分步混凝土搅拌制作、运输、灌注影响质量因素多：

原材料运进现场→室内确定混凝土的现场配合比→原材料复检合格→水泥的防潮保护→现场砂、石的含水量测试(确定配合比中水用量的减少数量)→搅拌设备的安装(水、电、路保持畅通)→混凝土的搅拌(分现场搅拌和集中搅拌)→控制混凝土运输和灌注的时间(预防：混凝土和易性改变、混凝土孔内的离析、顶部的凝固)→灌注导管及提升设备的装配→导管的密闭性、垂直度、深度以及孔底残渣的检查和确定→导管的提升速度确定(维持混凝土灌注的连续性、防范夹泥)→导管提升事故处理(防止孔内浮、沉笼事故)→导管分段拆卸→导管冲洗→下个孔位的安装。

3)钢筋笼制作和安装等过程复杂：

钢筋的复检试验→钢筋的焊接复检→钢筋的调直、除锈、弯曲成型→钢筋笼的焊作(需要大量人员、焊接设备及材料)→钢筋笼的保护和吊装入孔→混凝土保护层垫块的安装→钢筋笼的安装到孔内(需要大型吊装设备)→钢筋笼的垂直度、居中度、深度、位置等检查→孔口处分段钢筋笼的对焊(需要一定的时间等)。

2.特殊灌注桩施工工艺

成孔→钢筋笼制作→安放钢筋笼→钢筋笼焊接及居中效正→混凝土导管插入孔内→安装导管及注水泥浆管→灌注分步混凝土(砂石)→从注浆管内注入定量的水泥浆→下个孔位。

1)该工艺的不同于上述工艺点在于：

1中2)部分环节简化，例如：配合比水用量的减少、控制运输和灌注时间、灌注导管的装配和维修、导管的密闭性、垂直度、深度、提升速度等确定、混凝土灌注的连续性控制”等环节简化，使得灌注桩成桩优良率的提高。

2)该工艺的其他内容与上述相同。

3.超前微型桩(或称无砂小桩)施工工艺

成孔→钢管制作→安放钢管→钢管焊接及居中效正→钢管插入孔内→灌注湿法分步混凝土(仅投放石子)→钢管内高压注入定量的水泥浆→注浆量检查→二次或多次注浆→下个孔位。

1)与第一种和第二种相比较工艺中简化环节：

(1)与2中(1)部分简化环节相同。

(2)减少了1中3)中的环节。例如：钢筋的复检试验、钢筋的焊接检查、钢筋的调直和弯曲成型、钢筋笼的焊作、钢筋笼的整体变形控制、钢筋笼的保护垫块的安装、钢筋笼安装到孔内后的检查(垂直度、居中度、深度、防止浮笼和沉笼措施)等等环节的减少。

(3)灌注的湿法分步混凝土中没有中粗砂，孔内的混凝土由水泥和石子组成，节约了中粗砂的用量。

(4)需要多次高压注入水泥浆。

2)该工艺的其他内容与上述相同。

4.上述工艺存在的问题和不足

1)一般灌注桩施工工艺存在的问题和不足

灌注桩施工大部分是在水下进行的，而且，施工工艺和工序中环环相套，施工中每个环节的施工参数众多，参与施工的人员和机械多，要求：每个环节的必须实现最佳匹配、每个施工参数均达到标准、每位施工者都技术娴熟和配合默契、施工中不出现机械事故、不停电和水等，应该说是复杂的管理工作。

但是，其中有很多环节在其施工过程中无法观察和检验及控制，甚至完全靠工作经验完成的。另一方面，成桩后也不能进行根根桩的开挖验收，有问题的桩维修造价高(旁边补桩等)等且不说，更由于现在桩检测方法存在局限性——检验结果是定量少于定性的，并不是对全部桩进行检查。因此，留下许多未知的工程隐患，即使有补救措施也无法采用。

由此可见，施工中的任何一个环节、参数出现问题，都将直接影响整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大经济损失和不良社会影响。所以，防止在成孔、钢筋笼制作和安装、水下混凝土灌注等过程中经常出现的施工质量问题成为改进工艺流程、缩短施工时间、简化和减少工艺环节、节约自然资源才能够保质、保量、保工期地完成桩施工的必然趋势。下面就缺陷问题参照相关文献资料和我公司的施工经验作出几点概要：

(1)成孔过程中缺陷

①护筒周边冒水：

护筒外壁冒水，严重的会引起周边地基土因为泥浆的不断冲刷带走土颗粒而引起表层地基土的下沉，造成预埋的护筒倾斜和移位、钻孔偏斜，甚至施工施工中断。

②孔壁坍陷：

钻进过程中，经常看到排出的泥浆中不断集中出现气泡，或泥浆突然漏失或者泥浆减少，表明孔壁有坍陷迹象。原因很多，主要的是土层松散，土层中含砂量大，泥浆稠度调配不合理，分段泥浆调配和土层不匹配，引起护壁效果差；护筒周边未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高；钻进速度与地层不配套、空钻时间过长、泥浆泵泵送泥浆量设置不合理；成孔后待灌注混凝土和灌注时间过长。

③孔径缩颈：

钻进过程中的地层一般由塑性土、粉土、粉细纱层等组成，一方面，由于塑性土的在侧向压力较小的情况下发生侧向膨胀、粉土和粉细纱在动水环境下的流动性等均引起钻孔的缩径。另一方面，护壁泥浆稠度调配和泥浆材质选用不合理是导致降低塑性土的失水量(控制孔壁渗水减缓)失效及孔壁周边未迅速形成稳定孔壁泥皮的直接因素。第三，是成孔时，未加大泥浆泵的泥浆的送量，未快速成孔，未缩短成孔时间是引起膨胀和流砂、塌土间接原因。第四，导正器外侧未焊接一定数量的合金刀片，钻进或起钻时扫孔作用没有起作用是控制不当因素。

④钻孔偏斜：

由于钻机自重小、安装、就位、稳定性差、钻杆垂直度低；作业时钻机安装不稳或钻杆弯曲；地面软弱或软硬不均匀；土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情况等所致成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。

⑤桩孔底沉渣量过多、过厚：

因为：清孔不干彻底或未进行二次清孔及循环清孔时间少30分钟；泥浆的比重和稠度小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起；钢筋笼吊放过程中：未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底，未采用钢筋笼冷压接头工艺减缓了对接钢筋笼速度；种种事故原因未减少空孔等待时间；下完钢筋笼后，没有检查沉渣量和利用灌注导管进行清孔；没有检查孔口返浆比重；清孔后，待灌时间过长，致使泥浆中的砂等粗颗粒沉积等导致桩孔底沉渣量过多、过厚。

(2)水下湿法混凝土灌注过程中出现的施工质量问题：

①卡管

多由下列因素导致：隔水栓直径应与导管内径不相配，隔水栓的隔水性、排水性差导管中的隔水栓堵管；混凝土和易性不达标(坍落度18-22cm)、流动性差造成离析；混凝土中粗骨料粒径过大(粗骨料的最大粒径大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4，且应小于40mm的规定)；没有检查导管连接部位的密封性以及导管使用前试拼装、试压等内容或者试水压力小于0.6-1.0MPa；各种机械故障引起混凝土浇筑不连续；混凝土在导管中停留时间过长初凝或混凝土没有缓缓倒入漏斗的导管，在导管内形成高压气塞；导管进水造成混凝土离析等。

②断桩

桩体中混凝土凝固后不连续，桩体局部被泥块、未凝固混凝土及泥土填充的断桩现象多由：导管底端距孔底大于1.0m，即导管出口太靠近孔底；混凝土灌注过程被泥浆中水分稀释，使混凝土中的水灰比中的水量增大，延缓混凝土凝固的龄期；受地下水活动的影响或导管密封不良，地下水浸入混凝土中改变水灰比，桩身中产生缓凝体；导管提升和起拔速度大于混凝土灌注速度，导管底端露出孔内混凝土面，即导管提升过快；或临时性停电、混凝土搅拌时间间隔长造成夹渣，出现桩孔中泥浆沉渣沉积成层；浇注混凝土时，没有从导管内灌入，而采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，产生混凝土离析造成凝固后不密实坚硬，个别桩身段出现疏松、空洞等原因所致。

③桩身混凝土的密实性差

没有采用串流筒下料及分层振捣灌注的方法，即灌注时力求在最短的时间内完成一个桩身混凝土浇筑，特别是在有地下压力水情况时，要求集中足够的、连续的混凝土短时间浇入，以便领先混凝土自身重量压住水流的渗入。

④桩周边泥皮厚度大

由于钻孔时要求有一定的泥皮存在才可以保持成孔，否则，成孔就不可能。同时，清除桩周泥皮的有效措施很难实施。

(3)钢筋笼的施工缺陷：

①制作钢筋笼工序繁杂：

首先需对钢筋按设计图纸和技术规范要求进行调直、除绣、截断、弯折与焊接。钢筋笼主筋长度分别为12m、11.4m、9m，不需要对接。

成品钢筋笼保证起顺直，尺寸准确，其直径、主筋间距及螺旋箍筋间距施工误差，不大于20mm。

②钢筋笼上浮

施工中经常性发生钢筋笼在成孔中的位置高于设计埋置深度，钢筋笼放置初始位置确定困难；混凝土灌注速度低，没有缩短灌注时间或掺外加剂，使得混凝土流动性过小；导管在混凝土面的埋置深度未保持在2-4m；导管底端距离钢筋笼小于1m；混凝土因浇注时间较长，已接近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定的握裹力，如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上升。

③钢筋笼的安装

在钢筋笼的安装过程中，下列两点是经常发生的：

居中性控制难：为保证钢筋笼外保护层的厚度符合设计要求，虽然在钢筋笼身每隔4m在一横截面上设置四个垫块，但是由于钢筋笼自身的变形和周边土体的软弱，很难将长度很大的钢筋笼居中。

钢筋笼对接时间长：钢筋笼需要吊装对接，往往要求大型吊车配合，几位焊工同时对其交叉焊接，无法采用先进焊接技术。

④混凝土与钢管的结合度

钢管的管壁比较光滑，其其外壁没有螺旋花纹，因此施工以后的混凝土和钢管之间无法形成稳定的嵌固关系，不利于混凝土和钢管等符合材料共同发挥承载力的作用。

(4)混凝土产品制作方法的缺陷与不足：

①拌和水的使用：

上述混凝土制作方法经过工程实践检验均能够满足一定的工程要求。制作方法的共同特点是：混凝土中都需要加入一定量的水或者采用一定水灰比的水泥浆才能够使得混凝土中的水泥颗粒发生水化反应，最终形成砂石水泥和钢筋的凝固体，而且所需要的拌和水的数量要达到一定量。没有利用土层中固有的含水。

②混凝土配合比的变化：

混凝土的配合比由试验室根据砂石水泥样品与试验室的水混合后经过试压后提供。然而灌注桩属于野外作业工艺，因此，混凝土的配合比会因为拌和的地点、空气中的湿度、砂石的含水量和粒径不标准、水泥批次不同等因素的影响而变化，灌注到孔内的混凝土的配合比实质上与试验室提供的配合比不相同。

2)特殊灌注桩施工工艺存在的问题和不足

本工艺虽然优化了1)中(2)的不足，同时存在1)中的其他不足外，尚且产生下列不足：

①无法确定水泥浆在砂石中的饱满度和密实度

桩体开挖结果表明：水泥浆在桩体中的分布不均匀，桩身断面上和侧面可见明显的水泥浆未充满的空洞。桩体端面的蜂窝麻面现象比较明显，而且无法维修，造成工程隐患。

由于砂子和石子的灌注过程中没有振捣，粗细颗粒的接触非面性接触，而是点点接触，容易形成颗粒之间的架空现象，即使后来的水泥浆充填其中，但是由于水泥浆凝固后的析水效应存在，因此被架空的空洞仍然没有被水泥凝胶完全充填。

②地下水对于水泥浆的稀释性作用

在水下注浆过程中无法避免地下水的渗入，尤其是含水量丰富的土层，试验表明：水泥浆和砂石的凝固体强度低于设计标准或者凝固时间长，甚至局部超过28天龄期后桩体的强度不达设计标准的40～70％。

③重力效应的影响

水泥颗粒比重较水泥浆的比重大，在重力的作用下和水泥凝胶产生的过程中，水泥颗粒多沉积到桩体中下部位，因此，桩体的中下部位的桩体强度大于桩体的中上部位的强度，上部的密实性差，凝固强度低。造成桩体主要受力部位(桩顶端)强度低。

3)超前微型桩(无砂小桩)施工工存在的问题和不足艺

本工艺虽然优化了2)中的(2)、(3)不足，同时存在1)中的其他不足外，尚且产生下列不足：

①无法确定水泥浆在石子中的饱满度和密实度

水泥浆和水泥的凝固体在桩体中分布不均匀，石子之间的点接触处水泥凝固体丰富，而其中架空空洞中明显空洞存在，桩身断面上和侧面可见明显的水泥浆未充满的空洞。由于没有石子颗粒和水泥颗粒的中间颗粒的存在，即砂子颗粒的充填，桩体端面、周边的蜂窝麻面现象比较明显，水泥凝固体只是包裹在石子与石子节点处，而且无法维修，造成桩体强度不满足设计强度要求，设计为C20，实际只有5～10Mpa。

由于石子的灌注过程中没有振捣，粗细颗粒的接触非面性接触，而是点点接触，容易形成颗粒之间的架空现象，即使后来的水泥浆充填其中，但是水泥浆凝固后的析水效应存在，因此被架空的空洞仍然没有被水泥凝胶完全充填，形成密实度较差的桩体。

②地下水对于水泥浆的稀释性作用

该种工艺在水位以上实施不受地下水的影响，但是实际应用中，水下施工的几率非常常见。因此，在水下注浆过程，无法避免地下水的渗入，尤其是含水量丰富的土层中的桩体水泥浆和砂石的凝固体强度低或者凝固时间长，甚至局部超过28天龄期后桩体的强度不达设计标准的30～60％。

③水泥浆中颗粒重力效应的影响

和2)中的(2)相同。

④分步混凝土和钢管的结合度差

钢管的侧壁光滑，没有钢筋的罗纹效应即钢管与分步混凝土之间不存在嵌固关系，即便是钢管上边有部分注浆孔存在，由于注浆孔稀少，且注浆孔的孔径多小于石子的直径，因此石子不能通过和嵌入其中，两者构不成统一的受力体，导致该中桩体在水平方向受到推力时，抗弯刚度主要由钢管的抗弯刚度提供，而分步混凝土的抗弯刚度在没有发挥时，就和钢管霹雳开，不能形成共同的抗体结构。另外，在桩体承担垂直荷载时，由于钢管和分步混凝土之间的抗压强度有很大的差别，即钢管的抗压强度远大于分步混凝土的强度，根据复合材料受试验，钢管首先受到垂直荷载的作用而发生弯曲，弯曲的结果就是两者立即霹雳分离。这种桩体在工程应用中只是适合荷载比较低的工程。

⑤混凝土的强度难于达到设计要求

由于缺少中间颗粒和水泥凝固体不能充填所有粗颗粒空间，因此，分步混凝土的强度在相同的水泥掺量条件下试压结果表明无侧限抗压强度不满足设计要求。

⑥施工工艺繁琐、劳动强度大

对于单桩而言，一次性灌注水泥浆是不能满足设计的强度要求的，往往需要3次以上的注浆才能够完成90％的空洞充填，因为每次注浆后，注浆管上的注浆孔部分被封住，且是底部的注浆孔首先被封住，第二次注浆过程实际是注浆管中上部注浆孔在起注浆通道作用。

在工程实践中，要实现多次注浆，几乎不可能实现，工程进度要求不允许。可见施工工序过于繁琐，劳动力强度增加。

现有的工程设计和施工实例表明和本发明最为接近的现有技术即为上述内容。通过相关的文献检索后没有发现更新的工艺。

通过上述的简单介绍，灌注桩的施工工艺繁杂、缺少明确指标、效果不明显、安全度不高、不易掌握、经济性低、机械配合度高、劳动强度大、检测项目多、管理复杂、监理内容多、过程控制因素多变、综合性强、天然岩土工程条件缺少认识和利用、可改进性弱、非标准化工艺流程引起的质量不统一等内容成为灌注桩技术发展的障碍。

发明内容

本发明是对其分步分段工艺进行改良，而且是利用水泥、土层、材料等的固有特性而进行改良，以此减少灌注桩的工艺控制环节和制约质量统一的因素，缩短施工时间；并且实现现有的桩孔施工设备无需改制或稍有改进即可满足工程要求；达到受力不同的桩体有不同的制作工艺且制作方法直观、容易为施工、管理、检测等人员掌握、施工过程快捷的目的；满足施工过程和桩基工程运营期间的更高的安全性要求；实现工程的效果显著、经济成本较低、技术含量高和资源利用率高的目标的花管干法灌注桩施工工艺。

本发明是这样实现的，花管干法灌注桩施工工艺，包括以下步骤：

(1)成孔工艺：

1)地下水位以上的成孔桩，采用干法成孔工艺。

2)地下水位以下的成孔桩

开孔、钻机就位；

低行程、高速旋转、清水钻进；

达到钻进深度；

统一行程、高速旋转、清水提升止孔口；

统一行程、高速旋转、清水钻进止孔底；

高速旋转、改注水泥浆；

孔口见到水泥浆返出后高速旋转、低行程提升止孔口；

移动钻机；

(2)安装及灌注成桩工艺：

水位以上或水位以下的桩孔安装及灌注干法混凝土均采用下列步骤：

安装花管；

效正花管的孔内位置；

灌注干法混凝土；

灌注干法混凝土止设计要求的标高。

所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：

所述开孔、钻机就位是指，效正钻具的直径、钻机的垂直度、采用通长钻杆，钻杆长度不小于桩孔深度，选用和孔径匹配的水泥浆和清水均适应的注浆泵、钻具采用多层水平切割叶片；

所述低行程、高速旋转、清水钻进是指，转速控制在钻具每转动一周的条件下行程距离为砂层、粉土层2～6cm，黏性土的土层控制在1～2cm(或根据勘察报告中土层的颗粒分析数据确定)，钻进过程中注浆泵保持持续性注入清水。

观察孔口的返浆情况，返浆稠度控制在1.2～1.3，用泥浆比重计测试。根据测试结果调整泵送清水量，及时调整泵送清水的速度；

所述统一行程、高速旋转、清水提升止孔口是指，统一行程是指孔深度范围内，钻进止孔底后，转速控制在钻具每转动一周的条件下提升过程的行程保持均匀，行程控制在6～9cm，此提升过程中注浆泵保持持续性注入清水，泵水量保持不变；

所述统一行程、高速旋转、清水钻进止孔底是指，统一行程是指孔深度范围内，提升止孔口后继续钻进到孔底，转速控制在钻具每转动一周的条件下过程的行程保持均匀，行程控制在4～6cm，此钻进过程中注浆泵保持持续性注入清水，泵水量保持不变；

根据孔口泥浆返浆的稠度：调减或者增加统一行程、高速旋转、清水提升止孔口、统一行程、高速旋转、清水钻进止孔底步骤；

所述高速旋转、改注水泥浆是指，在确定桩孔深度范围内的土层被切割、搅拌成泥浆后，钻具位于孔底状态下，泵送清水改变为泵送水灰比0.6～0.9的水泥浆。水泥浆在容器中事先用搅拌器搅拌均匀，保存时间不超过2个小时。泵送浆的过程中，水泥浆不断被搅拌；

所述孔口见到水泥浆返出后高速旋转、低行程提升止孔口是指，孔底注浆过程宜在孔口出见到水泥浆返出后，钻具保持高速旋转，钻杆提升行程控制在每周4～6cm的速度提升止孔口：

所述移动钻机是指，将钻机移位到下个桩孔位置，并重复上述过程；

所述安装花管是指，将事先制作完毕的钢花管居中安放到孔内，长度大于定尺寸的花管采用快捷对接措施对接。快速对接为丝口连接。采用卡管器固定花管在桩孔内一定深度。花管的吊装采用简易提升架完成，对于孔深较浅的桩，可采用人工安装。

所述效正花管的孔内位置是指，检测花管的居中情况，对于不居中的花管予以调整到符合要求。

所述灌注干法混凝土是指，上述工序完成以后，灌注制备已就的干法混凝土。灌注过程采用频振灌注法，即边灌注混凝土边在花冠上施加低频振动，保持混凝土在桩身段的密实度达到要求。灌注到距离孔口1～2m时，使用简易震动泵震动密实桩顶混凝土。

所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：

所述将事先制作完毕的钢花管的制作工艺是：

(1)材质：选用壁厚大于2.5mm、直径大于32mm的定性焊缝钢管，钢管的长度、直径根据工程要求选用，材质满足国标要求。

(2)花孔加工尺寸要求：花孔孔径d大于7mm，最大不超过12mm。花孔沿着管身分布为树根状或者梅花状，其中，垂直承受荷载的花管采用树根状布孔，孔间距1～4倍孔径，沿着管身长L由顶端到底端分布为：顶部L/3范围内孔间距为1～2倍孔径d，中部L/3范围内孔间距为2～3倍孔径d，底部L/3范围内孔间距为3～4倍孔径d。水平承受荷载的花管采用梅花形沿着管身长均匀布孔，花孔孔径d大于7mm，孔间距1～3倍孔径。

(3)花管接头：采用快速对接丝口连接接头，接头为公丝加母丝，均为正丝。接头两端焊接到花管两端，接头选用壁厚度大于3.2mm的钢管制作，制作长度一般为6～8cm。

(4)花管的制作要求：选用相同批次的钢管，定型加工成型，外壁凸出扁筋。

所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：所述钢花管是双花管结构。该结构有双层花管组成，分为内花管和外花管两种。

所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：

所述制备已就的干法混凝土是指，混凝土由砂、石、水泥混合而成。

所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：

所述混凝土由砂、石、水泥混合而成是指以下步骤：

(1)根据混凝土的设计要求内容，选配同批次的水泥、相同产地的中粗纱和石子作为混凝土的原料。相同标号的水泥尽量选用颗粒粒度相对细的水泥，满足常规试验合格标准的前提条件下，对水泥吸水指标工程实地检验，确定水泥：水化反应所需要的水量是否和场地土层中的含水量相匹配性、水泥在地下水位以上土层中凝固龄期和强度等内容。

砂、石的含泥量满足配合比的要求，并采用和空气隔离的保管措施并保持干燥状态。石子的粒径尤其是石子的粒径应该小于5mm，如果达不到此标准，应该过筛处理，分选清除大于6mm或者小于3mm的颗粒。中粗砂中的粗颗粒，指大于5mm的颗粒在使用之前应该分选清除，剩余的颗粒粒径满足中粗砂的标准。

(2)配合比确定：选用制备完毕的原材料，根据混凝土的设计标号，试验确定混凝土的配合比，即确定混凝土中砂、石、水泥、水的重量。水位以上的桩体应该根据水量的具体要求，结合工程地质勘察报告中揭示的土层含水量参数以及设计桩径的大小，进行土层中提供的自由水的量计算，验算计算的水量与配合比中用水量是否相匹配，在匹配的条件下可以制备干性混凝土。地下水位以下，无需验算。

(3)干性混凝土搅拌：干性混凝土的搅拌采用经常的搅拌设备即可完成，特殊条件下，人工搅拌也可满足要求。

为力图最大限度解决上述缺陷负面影响程度，通过最新技术的改良以此来恢复灌注桩本质特性。采用标准化的技术工艺将灌注桩的施工工艺分为四个方面的工艺问题予以解决，第一个：成孔工艺，第二个：干法混凝土制作，第三个：花管的制作，第四个：灌注成桩。工程实践表明只有对上述四个方面的工艺进行标准化、野外和工厂制作同时进行，才能够避免因为众多因素非人为性匹配不良造成灌注桩施工缺陷，形成快捷、高效、简便、易管理、易操作、后续可改良及更新、节约自然资源和充分利用自然条件、经济性优良、安全的灌注桩工艺。因此，通过归纳提出本发明要解决的四个方面的技术环节。通常条件下，这四个方面的技术环节均在室外环境中现场实施和完成，灌注桩的非可控因素由于室外条件的非标准化影响即使相同班组生产的桩体其强度等不可能实现均匀性，对于现在大规模工程建设项目而言，显然不满足工程本身的要求，因此需要对灌注桩工艺进行标准化生长成为必要。为明确起见，将上面四个工艺环节分为室外作业和工厂化作业，室外作业包括成孔工艺和关注成桩工艺，工厂化作业包括干法混凝土、花管等制作。

一)室外作业：

1.成孔工艺中愈要解决的问题

本工艺仅限于土层，并分为地下水位以上和地下水位以下部分。

1)泥浆护壁问题

地下水位以上部分采用传统的取土工艺(人工开挖、机械取土等方式)成孔，不需要孔底灌注水泥浆技术支持。

地下水位以下采用桩身段内原状土搅拌成浆钻探和孔底灌注水泥浆等技术，籍此解决1)传统钻孔工艺中的泥浆护壁成孔后孔壁泥皮厚度大和无法清除，2)传统钻孔工艺中成孔后需要多次清除孔底残渣的工艺环节，3)传统工艺中的经常性的孔壁坍塌和孔径缩径等缺陷。

在地下水位以下施工，保持孔壁直立在传统的工艺中经常采用循环泥浆，需要3～5倍的水和一定量的优质的粘土混合而成的泥浆，经济代价较高。泥浆的功能仅限于防止地下水对于孔和孔壁的渗入。工程中需要不断的更换泥浆及成桩后泥浆的外运和处理，短时间内泥浆并非固结，因此也造成环境不应该发生的污染。

为此，通过工程实践，水泥浆的物理性质表明，水泥浆不仅可以起凝固砂石的作用同时由于水泥浆的比重远大于泥浆的比重，孔底注浆的过程不仅能够将孔内的泥浆挤压出孔外，同时由于水泥浆的重力作用，起到支撑孔壁的作用。同时，节约水和泥浆材料，减少泥浆的排放量，达到节约资源保护环境，一物多种用途的作用。

成孔钻进过程采用原状土搅拌成浆的工艺，只需要少量的清水并借助高速钻机的转动，切割、拌和原状土使之成为一定稠度的土浆，土浆部分随着钻进的深入部分返流到地表，一部分留在孔内仍然起支撑孔壁的作用。防止孔壁的塌孔和缩径。

2)孔底残渣问题

(1)孔底残渣清除

孔底的残渣多为土中的粗颗粒，愈要达到孔底深度范围内完全符合设计要求施工工序复杂并难以控制。由于泥浆中的粗颗粒在重力的作用下，泥浆的浮力小于颗粒的重力，而在整个灌注混凝土的过程中任何的等待时间间隔均产生坠入孔底的运动。要使粗颗粒不下沉，只有采用比重大的泥浆来实现。目前条件下，大比重的泥浆工程造价昂贵，不利于灌注桩的造价降低。工程实践表明相对廉价的水泥浆是最好的选择，因此，本工艺选择一定水灰比的水泥浆作为孔底注浆解决了上述问题。

(2)孔底残渣强度低

孔底残渣的物质组成多为颗粒状的砂类，这种砂颗粒在泥浆浮力作用下沉淀在孔底，因此，密实度底下是必然的。即使在混凝土的灌注的冲力影响下也只是部分被挤压和排出孔底。造成单桩承载力下降和建筑物沉降量的增加。

采用孔底灌注水泥浆的技术即可解决上述问题，在注水泥浆的过程中一方面水泥浆与孔底的粗颗粒可以充分混合形成高强度体，另一方面水泥浆比重大于原状土浆的比重，在重力的作用下水泥浆多沉淀于孔内的中下部，为桩体中下部提供大量的凝固材料。

2.灌注成桩工艺

1)缩短钢筋笼安装时间和环节

保证不发生不可逆转的工程事故和隐患是灌注桩的首要条件。这就要求灌注混凝土过程的时间要求是尽可能缩短，而采用分步混凝土和非分步混凝土的灌注时由于工艺的原因必然增加时间和环节，两方面的矛盾显然。

(1)钢筋笼的安装时间和成笼环节的缩短和减少

采用非分步混凝土灌注的桩，钢筋笼制作、安装到成孔内等需要很多环节和时间以及大量的劳动力，尤其是钢筋笼长度超过定尺寸的钢材时，需要吊装焊接，等待的时间较长。控制笼体到位不产生浮、沉笼更是环节众多。

为此采用花管代替钢筋笼和注浆管，一方面花管起到桩体中钢筋笼的作用，另一方面花管的整体性强，采用快速接头连接，对于超过定尺寸长度的花管而言实现钢筋笼无法实现的对接非常容易。

(2)灌注导管安装和拆卸环节缩短和减少

非分步混凝土的灌注成桩工艺均是利用循环混凝土导管灌注混凝土，每桩都要求循环混凝土导管的安装、拆卸、维修、检查等工序，对于整个工程，多次重复劳动，多次等待。

用单一工序和多功能的花管替代混凝土导管既可以实现导管的安装、拆卸环节。

2)缩短混凝土的灌注时间环节

(1)分步混凝土的注浆工艺的时间缩短和环节的减少

采用分步混凝土，必然使用注浆管注入桩体水泥浆虽然简化和缩短灌注时间及环节，但是桩体的密实度差，且需要多次注浆才能够桩体密实度的要求，变相地增加了桩施工时间和劳动强度。

采用成孔后孔底一次注浆和灌注干法混凝土技术可以使得多次的灌注变更为单一过程。

(2)非分步混凝土的灌注工艺的时间缩短和环节的减少

非分步混凝土的灌注的时间和环节是由其本身的工艺造成和决定的，导管的拆卸、提升速度限制、导管顶部料斗的大小、混凝土的和易性变化、导管出口和钢筋笼的相对位置确定等环节的存在，即使在混凝土充分供应的情况下也无法实现一次性、连续灌注混凝土。

干法灌注桩工艺不存在上述限制条件，在成孔后孔内安放制作完毕的花管，利用花管作为混凝土的导管。在花管中可连续灌注干法混凝土并采用震动和频捣的方式摇动花管使之密实。

二)室内作业

1.花管制作

与钻孔灌注桩相匹配的花管制作首先满足系列条件：

1)满足灌注桩抗压强度和抗弯强度的条件下配备设计计算要求的钢管壁厚度和长度，桩内的含钢量可以等同于或小于同类型的灌注桩。利用钢管的受力的整体性简化传统的钢筋笼制作工艺。

2)钢管的花孔孔径制作满足干法混凝土中粗颗粒通过，既是花孔孔径大于粗颗粒的直径。花孔的分布根据灌注桩的受力性质分为：承担垂直荷载和水平荷载两种。承担垂直荷载的花孔在钢管上的分部采用树根根系分布状。承担水平荷载的花孔在钢管上采用梅花形的均匀分布状。对于即承担垂直和水平荷载的灌注桩，花孔的分布根据受力部位的具体位置选择而进行上面种类的选择。

3)采用工厂化、标准化的生产工艺制作花管的快速接头和花管的花孔，实现施工现场快速安装、准确对接、吊装方便、花管周边混凝土保护层均匀分布、避免传统的钢筋笼上浮等要求。

2.干法混凝土制作

传统的混凝土制作一般在现场制作或者有条件的工程采用商品混凝土，或者是采用分步混凝土。运输和灌注时间受到严格的控制，只有在现场所有条件均满足要求时，制作的混凝土效果达到设计要求。然而现场的条件多变且复杂，不可能每条都与灌注条件相符合，尤其是

1)水灰比改变的修正：

混凝土中的水量往往受到空气中含水与降水和地下水、砂子与石子本身的含水等现场不可控制因素中水的渗入影响而发生实质性的混凝土中的水灰比的改变，继而影响混凝土的和易性和塌落度，无形中就改变了经过试验室原材配合比试验而给出的水灰比值，造成混凝土成桩以后经过检测的波速值及强度值相差很大的局面。采用干法混凝土，第一，避免搅拌混凝土时额外添加的水，即节约混凝土拌和时的水资源，减少工程造价。第二，避免混凝土在搅拌、运输、灌注等过程中其水灰比的改变而产生的和易性和塌落度的改变。

2)避免资源的浪费：

(1)场地地下水资源的浪费

需要实施灌注桩的场地工程地质条件和水文条件经过工程勘察以后表明，同时，地下水水质检测结果也同样显示：就一般而言，场地中土层的含水和土层中地下水均不对混凝土产生侵蚀、腐蚀的影响(特殊场地除外)，即满足岩土工程勘察规范(GB50021-2001)12.2条的规定。例如：郑州地区的水分析资料如下表

项目	K++Na+	Ca2+	Mg2+	Cl-	SO2- 4	HCO- 3	CO2- 3	OH-	侵蚀CO2	游离CO2	矿化度	PH
													范围	40/160	60/110	15/60	20/140	15/150	40/90	0.0/0.0	0.0/0.0	0.0/0.0	4/15	400/800	7/9

表中的化验结果：地下水对混凝土没有侵蚀性作用的CO₂。

土层中的含水量由两部分组成，第一是土颗粒中的结合水，第二是土颗粒之间存在有液态水、气态水、固态水，而液态水和气态水中的自由水是存在于土颗粒表面电场影响范围以外的水，它的性质与普通水一样。可见土层中自由水的数量是非常多的，工程勘察表明土中的含水量一般在20％～60％。根据桩基设计规范规定：一般情况下，桩与桩之间的间距均在3倍桩径D以上，因此钻孔周边土层的自由水是可以计算的。

例如：对于地下水位以上的土层而言，作如下自由水体积计算，桩径D＝600mm，按照3D范围内单桩计算垂向周边每1米土体的体积为2.26m³，土的干容重为15kN/m³，土中的含水量为15％时，自由水的体积为0.226m³，每延长米混凝土的体积(0.283m³)所需要的水量按照C30混凝土的配合比计算只有0.158m³。可见桩周边土层中含水中自由水的70％渗入或者利用干性混凝土中的水泥、砂、石等颗粒的吸水性质就可以实现水泥水化反应所需要的水量。

试验和工程实例表明，干性混凝土灌注到含水量只有15％土层中，1～2个小时300～400mm直径干性混凝土桩体内完全被水稀释。因此，在水位以下的土层中水泥所需要的水化反应的水量完全满足要求。

(2)水泥的物理特性浪费

水泥空气中的放置试验表明，潮湿的土层中放置一些水泥，一段时间后，水泥体完全凝固，凝固的强度满足试验标准强度，凝固的龄期也与混凝土的龄期相同。切开凝固块体观察发现：1)断面上没有常见的混凝土泌水的孔隙，2)断面中间部位不存在未凝固的部分。

为了验证干法混凝土是否具备上述凝固性质，特在不同含水量的土层中成孔并灌注不同配合比的混凝土以观察其凝固性质的重复状况。1)混凝土的龄期：与通常的混凝土相同，只是初期强度的龄期比通常混凝土长1～3个小时，2)混凝土的龄期强度：强度与通常混凝土相比没有变异。

通常的混凝土没有利用这个特性，干法灌注利用这个特性，工程实践的效果达到预期的目地。

3)干法混凝土制作

(1)普通混凝土配合比改变的问题：

非分步混凝土的配合比是由试验室更据砂、石、水泥、水等原材料以及设计强度和用途决定的。经过试验室的材料配比试验，得出砂、石、水泥、水等具体重量比例。砂、石的不同存放条件，其中的含水量受到空气中水分影响，在现场搅拌混凝土时，愈要在配合比中调整砂、石中含水量对于配比中的水量的影响比例是难于实现的，不仅因为其中的含水量是不断变化的，而且含水量测试方法现场无法实施。也就是说实际灌注的混凝土的配合比仅仅是个控制质量的标志。

分步混凝土在灌注过程中，水泥浆的水灰比保持不变，只有在水位之上才可以实现，水位以下受到地下水渗入的影响，也要发生变化。

解决的技术路径为：在现有的混凝土配合比中，不添加用于水化反应的水，混凝土由砂、石、水泥等组成，混凝土中用于水化反应的水来自孔内的水泥浆中的水、地下水、土层中的水。

(2)灌注中的不连续性问题：

非分步混凝土需要等待批量搅拌，等待时间相对长。干法混凝土由于其水化反应一次性地发生在孔内，而不是在搅拌和灌注、成桩等过程中连续发生，不会因为干性混凝土的等待、灌注、运输等时间长而发生配合比的改变。这样干性混凝土可以事先大量拌和，以此实现灌注过程中的连续灌注。

(3)制作的非标准化问题：

现场搅拌混凝土无法大批量运进石、砂、水泥等，而是局限于场地条件小批量的运进，使得原材料不可能保持每个批次的材质完全相同或接近，搅拌的混凝土因此也必须采用批次配合比才能够保证质量标准，配合比试验工作量加大。

干性混凝土可以同批次的石、砂、水泥等大量运进工厂，配合比试验的次数得以相应的减少，混凝土的制作可实现标准化生产，其质量在一定范围内保持稳定。

结合工程实例对本发明所具有的优点和积极效果予以详细说明：

1.花管干法灌注桩的优点：

1)工艺简单、工序少、易管理、易掌握、易检测、施工简便、劳动强度低、安全：

从花管干法灌注桩成桩4个过程可以看出，成孔工艺采用单钻杆多次拌和、孔底注浆的工艺后，减少工艺环节内容：护壁泥浆的制作和泥浆排放、重复的拆卸、安装钻杆、多次的清孔工序。缩短成孔时间：例如操作工人由传统工艺中的6个人才可以完成的成孔工作变化为2个人即可完成。工人的劳动强度降低及技能的充分发挥：例如12m的孔深20min即可完工，而过去需要60min。控制参数减少：，参数的数量由原来的数十个减少到4个。参数机长仅仅对钻机升降速度、转动速度两个参数控制以及操作泵的工人需对泵进行清水和水泥浆两种浆液的倒换就能够完成成孔过程，原来的泥浆控制参数省略。孔内事故率减少：经过灌注检查孔内的塌孔、缩径事故减少了51～86％，孔底残渣厚度为零。节约能源：节约电能20～30％。成孔标准化实现：控制参数的减少、环节的简化使得原来繁复控制的工作简单、易控制、易掌握。相同的施工场地采用相同的施工参数和工艺控制参数。现场的技术变更内容减少，桩孔质量一致性提高。

花管替代钢筋笼的制作、安装后，减少工艺环节内容：钢筋的调直、剪裁、弯曲、除锈、多点焊接、帮扎，钢筋笼的对接、焊接、吊装。缩短制作、安装时间：例如12m的花管只需要钢管身长段钻孔、焊接对丝等内容节约时间70％，孔内安装时间只需要5mim。工人的劳动强度降低：制作花管1～2个工人就可以操作，原来的钢筋笼制作需要6～9人，工作的内容就是按照设计要求制孔、车丝而无需其他。控制参数减少：控制参数只有2个，花管的花孔孔径和丝扣。施工设备的简化：安装花管的设备使用简单的起吊装置即可完成。节约能源：与钢筋笼的制作需要焊接时间比较花管的制作时间缩短80％，节约能源40～60％。花管标准化生产的实现：花管的工厂标准化生产替代人工现场制作钢筋笼工艺，可以批量生产，实现质量统一的要求。

干法混凝土替代湿法混凝土的制作和灌注后，减少工艺环节内容：原材料的多次检验、配合比多次确认、混凝土的灌注时间严格限制、导管的安装和拆卸、导管的维修及保管、沉浮笼的控制、灌注混凝土时孔内残渣冲洗和检查、导管的提升速度的控制、分步混凝土多次灌注水泥浆等。缩短灌注时间：例如12m深的孔，需要工灌注时间20min，原来需要40～120min。灌注的事故率减少：混凝土的缩径、夹泥、离析、密实度差减少了92％。控制参数减少：灌注时间在地下水以上的桩孔，不受灌注过程的时间限制，水位以下的桩孔，需要在孔内水泥浆保持的时间内完成灌注，灌注的提升速度、单次灌注量不考虑，。劳动人员少：例如12m深的孔，仅需要2人。设备简单：不需要特制设备，现有设备即可完成，对于工程场地狭窄的工程，人工即可随机制作和灌注，增加了制作和灌注的灵活性；罐车、大型的注浆泵、搅拌设备不使用。节约能源：搅拌过程简单，只是砂、石、水泥之间的拌和，节约用电量80～89％。混凝土标准化生产的实现：对砂、石、水泥等实施标准化批量采购、运输、储存，减少批量小引起的繁杂试验和制作中的控制等工作内容。

2)资源节约和充分利用、环境无污染、：

花管与钢筋笼相比较：节约钢材20～30％，钢化管的整体性远大于钢筋笼的整体性，花管的抗弯强度、抗压强度得以充分利用，花管与混凝土结合度强于钢筋笼。

干法混凝土与湿法混凝土相比较：水泥吸水物理特性充分利用达到节水100％，节约电能综合值51％。

减少成孔过程和灌注过程的大量的废泥浆的排放，保护环境。

2.花管干法灌注桩的积极效果：

1)成桩质量容易保证：

经过工程实践和检验，灌注桩的成桩质量即无缺陷桩由61％提高到96％，桩身完整性达到100％。

2)可持续性发展性强：

根据我公司成孔经验和工程效果，成孔可以通过改良现有设备和装置，由钻孔取土改为静压挤土成孔，由孔底注水泥浆护壁成孔改良为多循环的钢管护壁、灌注成孔，实现进一步的工艺简化、节约资源。

干法混凝土由现在的非膨胀性混凝土通过水泥及水泥添加剂的发展为可膨胀性混凝土，实现桩身段不同部位的膨胀，即扩大不同部位的桩径，单桩强度不破坏的前提下，提高单桩承载力。

花管可采用一次性成型技术生产，继续减少中间制作环节。

3)灵活、多用途

花管干法灌注桩用法灵活，对于建筑环境场地条件要求宽松，因为设备简单、工艺方便、可控性强适应于大小工程实施。

适用于基础、护坡、抗拔、锚固等工程的不同要求，施工速度满足工程进度快、抢险的要求，对于大面积的全面施工的工程也同样满足要求。

4)提高土体强度

在饱和的粉土、粉质粘土中进行地基处理和基础施工过程中往往产生较高的孔隙水压力，由于孔隙水压力对土体的变形和稳定性影响是负面效应，既是增加了土体的变形和减少了稳定性，所以，防治土体孔隙中水压力的增加就成为工程的目的。孔隙中的水压力是由于孔隙中大量存在的水所致，一般灌注桩的施工无法改变土中的水量大小。干法灌注桩则可以起到这方面的功效。

提高土体的抗剪强度和承载力：由于土体中含水量一部分被桩体中的水泥吸收并参加水化反应而减少，因此，土体的C和φ值由于水量的减少而提高。

土体的C和φ值提高速度比较快，在桩体凝固期间就得以迅速提高。其意义在于：临时性的支护项目中一般要求边坡土体的强度在开挖期间要求快速达到最大值，利于边坡的稳定性能的发挥；软土地区的软土加固的目的是一般要求土中的水分快速减少，也就是孔隙水压力消散较快，土体的强度得到一定的提高，利于地基承载力的提高。

附图说明

图1是花管干法灌注桩立体透视示意图；

图2是花管主视示意图；

图3是花管干法灌注桩仰视示意图

图4是花管干法灌注桩俯视示意图

图5是花管干法灌注桩剖视结构示意图

图中，1-花管，3-混凝土，4-扁筋，5-厚度H1，6-厚度H2。

具体实施方式

花管干法灌注桩由干法混凝土、花管等项组成，实施的具体工艺步骤可以分为四个工艺部分，每个部分详细介绍如下：

1.成孔工艺：

1)地下水位以上的成孔桩

采用干法成孔工艺：机械、人工等传统成孔工艺。形式根据具体的地质条件确定，无需改进。

2)地下水位以下的成孔桩

本工艺适用于砂层、粉土层、粘性土层互层或者其中的组合地层等地质条件的工程场地。

开孔→钻机就位→低行程、高速旋转、清水钻进→达到钻进深度→统一行程、高速旋转、清水提升止孔口→统一行程、高速旋转、清水钻进止孔底→高速旋转、改注水泥浆→孔口见到水泥浆返出后高速旋转、低行程提升止孔口→移动钻机→开孔。

(1)开孔及钻机就位：效正钻具的直径、钻机的垂直度、采用通长钻杆(钻杆长度和桩孔深度相同或略大于)、选用和孔径匹配的水泥浆和清水均适应的注浆泵、钻具采用多层水平切割叶片。

切割片程螺旋布置并与水平夹角小于15°，片与片之间的间距小于30cm，切割片上布置和转动方向相同的切割齿，切割齿为长方形耐磨钢块。

(2)低行程、高速旋转、清水钻进：转速控制在钻具每转动一周的条件下行程距离为砂层、粉土层2～6cm，黏性土的土层控制在1～2cm(或根据勘察报告中土层的颗粒分析数据确定)，钻进过程中注浆泵保持持续性注入清水。

观察孔口的返浆情况，返浆稠度控制在1.2～1.3，用泥浆比重计测试。根据测试结果调整泵送清水量，及时调整泵送清水的速度。

(3)统一行程、高速旋转、清水提升止孔口：统一行程是指孔深度范围内，钻进止孔底后，转速控制在钻具每转动一周的条件下提升过程的行程保持均匀，行程控制在6～9cm，此提升过程中注浆泵保持持续性注入清水，泵水量保持不变。

(4)统一行程、高速旋转、清水钻进止孔底：统一行程是指孔深度范围内，提升止孔口后继续钻进到孔底，转速控制在钻具每转动一周的条件下过程的行程保持均匀，行程控制在4～6cm，此钻进过程中注浆泵保持持续性注入清水，泵水量保持不变。

根据孔口泥浆返浆的稠度：调减或者增加(3)、(4)步骤。

(5)高速旋转、改注水泥浆：在确定桩孔深度范围内的土层被切割、搅拌成泥浆后，钻具位于孔底状态下，泵送清水改变为泵送水灰比0.6～0.9的水泥浆。水泥浆在容器中事先用搅拌器搅拌均匀，保存时间不超过2个小时。泵送浆的过程中，水泥浆不断被搅拌。

(6)孔口见到水泥浆返出后高速旋转、低行程提升止孔口：孔底注浆过程宜在孔口出见到水泥浆返出后，钻具保持高速旋转，钻杆提升行程控制在每周4～6cm的速度提升止孔口。

(7)移动钻机：将钻机移位到下个桩孔位置，并重复上述过程。

2.安装及灌注成桩工艺：

水位以上或水位以下的桩孔安装及灌注干法混凝土均采用下列步骤：

安装花管→效正花管的孔内位置→灌注干法混凝土→灌注干法混凝土止设计要求的标高→安装下一个桩孔花管。

(1)安装花管：将事先制作完毕的钢花管居中安放到孔内，长度大于定尺寸的花管采用快捷对接措施对接。快速对接为丝口连接。采用卡管器固定花管在桩孔内一定深度。花管的吊装采用简易提升架完成，对于孔深较浅的桩，可采用人工安装。

(2)效正花管的孔内位置：检测花管的居中情况，对于不居中的花管予以调整到符合要求。

(3)灌注干法混凝土：上述工序完成以后，灌注制备已就的干法混凝土。灌注过程采用频振灌注法，即边灌注混凝土边在花冠上施加低频振动，保持混凝土在桩身段的密实度达到要求。灌注到距离孔口1～2m时，使用简易震动泵震动密实桩顶混凝土。

混凝土均化的实现途径：为避免干法混凝土在水化的过程中出现非均匀水化的现象，继而产生混凝土干裂的事故隐患，本工艺形成的桩体，为中空结构。中空的直径小于32mm，实现中空的途径有两种，第一，采用双花管结构。该结构有双层花管组成，分为内花管和外花管两种。多使用于直径大于300mm的桩，内花管为直径小于32mm，花管采用壁厚小于2mm的钢管，花管管身布置直径小于5mm的孔，外花管采用壁厚大于2mm的钢管，花管管身采用孔径大于7mm的孔。第二，对于桩径小于300mm的桩，采用单层花管，灌注混凝土时，只是在花管外边灌注混凝土，花管内部不灌注混凝土。

内花管在成桩后为空管，目的在于：1)位于桩中心的内花管起调节桩体横截面上的水的渗透压力，既是为了提高桩体中的水渗透到桩体每个部位，使得桩体水化均匀。2)混凝土的强度除了充分水化作用提高外，尚需要氧化作用，氧化作用发挥越充分，混凝土的早强强度的时间越短，中空的内花管使得桩中心的混凝土和空气接触面积增加，空气流通加强，氧化作用必然增强。3)在水泥水化和氧化作用完成后，混凝土中多余的水必须析出，中空内花管起到了快速析水通道的作用。

(4)安装下一个桩孔花管：重复上述过程，完成下一个桩孔的安装及灌注成桩。

3.花管制作：

(1)材质：选用壁厚大于2.5mm、直径大于32mm的定性焊缝钢管，钢管的长度、直径根据工程要求选用，材质满足国标要求。

(2)花孔加工尺寸要求：花孔孔径d大于7mm，最大不超过12mm。花孔沿着管身分布为树根状或者梅花状，其中，垂直承受荷载的花管采用树根状布孔，孔间距1～4倍孔径，沿着管身长L由顶端到底端分布为：顶部L/3范围内孔间距为1～2倍孔径d，中部L/3范围内孔间距为2～3倍孔径d，底部L/3范围内孔间距为3～4倍孔径d。水平承受荷载的花管采用梅花形沿着管身长均匀布孔，花孔孔径d大于7mm，孔间距1～3倍孔径。

(3)花管接头：采用快速对接丝口连接接头，接头为公丝加母丝，均为正丝。接头两端焊接到花管两端，接头选用壁厚度大于3.2mm的钢管制作，制作长度一般为6～8cm。

(4)花管的制作要求：采用室内工厂化标准制作，外壁凸出扁筋。选用相同批次的钢管，定型加工成型。根据不同的工程设计要求，对于用量大的工程项目可批量进行专业工厂制作。

4.干法混凝土制作和管理：

(1)根据混凝土的设计要求内容，选配同批次的水泥、相同产地的中粗纱和石子作为混凝土的原料。相同标号的水泥尽量选用颗粒粒度相对细的水泥，满足常规试验合格标准的前提条件下，对水泥吸水指标工程实地检验，确定水泥：水化反应所需要的水量是否和场地土层中的含水量相匹配性、水泥在地下水位以上土层中凝固龄期和强度等内容。

砂、石的含泥量满足配合比的要求，并采用和空气隔离的保管措施并保持干燥状态。石子的粒径尤其是石子的粒径应该小于5mm，如果达不到此标准，应该过筛处理，分选清除大于6mm或者小于3mm的颗粒。中粗砂中的粗颗粒，指大于5mm的颗粒在使用之前应该分选清除，剩余的颗粒粒径满足中粗砂的标准。

(2)配合比确定：选用制备完毕的原材料，根据混凝土的设计标号，试验确定混凝土的配合比，即确定混凝土中砂、石、水泥、水的重量。水位以上的桩体应该根据水量的具体要求，结合工程地质勘察报告中揭示的土层含水量参数以及设计桩径的大小，进行土层中提供的自由水的量计算，验算计算的水量与配合比中用水量是否相匹配，在匹配的条件下可以制备干性混凝土。地下水位以下，无需验算。

(3)干性混凝土搅拌：干性混凝土的搅拌采用经常的搅拌设备即可完成，特殊条件下，人工搅拌也可满足要求。

(4)干性混凝土的管理：管理的主要内容为灌注前的运输和保管，对于成品干性混凝土可采用袋装运输，也可采用贯装运输。保管的条件为：满足水泥保管条件即可。保管期限：与水泥保管期限相同。

Claims (6)

1.花管干法灌注桩施工工艺，包括以下步骤：

(1)成孔工艺：

1)地下水位以上的成孔桩，采用干法成孔工艺。

2)地下水位以下的成孔桩

开孔、钻机就位；

低行程、高速旋转、清水钻进；

达到钻进深度；

统一行程、高速旋转、清水提升止孔口；

统一行程、高速旋转、清水钻进止孔底；

高速旋转、改注水泥浆；

孔口见到水泥浆返出后高速旋转、低行程提升止孔口；

移动钻机；

(2)安装及灌注成桩工艺：

水位以上或水位以下的桩孔安装及灌注干法混凝土均采用下列步骤：

安装花管；

效正花管的孔内位置；

灌注干法混凝土；

灌注干法混凝土止设计要求的标高。

2.如权利要求1所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：

所述开孔、钻机就位是指，效正钻具的直径、钻机的垂直度、采用通长钻杆，钻杆长度不小于桩孔深度，选用和孔径匹配的水泥浆和清水均适应的注浆泵、钻具采用多层水平切割叶片；

所述低行程、高速旋转、清水钻进是指，转速控制在钻具每转动一周的条件下行程距离为砂层、粉土层2～6cm，黏性土的土层控制在1～2cm(或根据勘察报告中土层的颗粒分析数据确定)，钻进过程中注浆泵保持持续性注入清水。

观察孔口的返浆情况，返浆稠度控制在1.2～1.3，用泥浆比重计测试。根据测试结果调整泵送清水量，及时调整泵送清水的速度；

所述统一行程、高速旋转、清水提升止孔口是指，统一行程是指孔深度范围内，钻进止孔底后，转速控制在钻具每转动一周的条件下提升过程的行程保持均匀，行程控制在6～9cm，此提升过程中注浆泵保持持续性注入清水，泵水量保持不变；

所述统一行程、高速旋转、清水钻进止孔底是指，统一行程是指孔深度范围内，提升止孔口后继续钻进到孔底，转速控制在钻具每转动一周的条件下过程的行程保持均匀，行程控制在4～6cm，此钻进过程中注浆泵保持持续性注入清水，泵水量保持不变；

根据孔口泥浆返浆的稠度：调减或者增加统一行程、高速旋转、清水提升止孔口、统一行程、高速旋转、清水钻进止孔底步骤；

所述高速旋转、改注水泥浆是指，在确定桩孔深度范围内的土层被切割、搅拌成泥浆后，钻具位于孔底状态下，泵送清水改变为泵送水灰比0.6～0.9的水泥浆。水泥浆在容器中事先用搅拌器搅拌均匀，保存时间不超过2个小时。泵送浆的过程中，水泥浆不断被搅拌；

所述孔口见到水泥浆返出后高速旋转、低行程提升止孔口是指，孔底注浆过程宜在孔口出见到水泥浆返出后，钻具保持高速旋转，钻杆提升行程控制在每周4～6cm的速度提升止孔口；

所述移动钻机是指，将钻机移位到下个桩孔位置，并重复上述过程；

所述安装花管是指，将事先制作完毕的钢花管居中安放到孔内，长度大于定尺寸的花管采用快捷对接措施对接。快速对接为丝口连接。采用卡管器固定花管在桩孔内一定深度。花管的吊装采用简易提升架完成，对于孔深较浅的桩，可采用人工安装。

所述效正花管的孔内位置是指，检测花管的居中情况，对于不居中的花管予以调整到符合要求。

所述灌注干法混凝土是指，上述工序完成以后，灌注制备已就的干法混凝土。灌注过程采用频振灌注法，即边灌注混凝土边在花冠上施加低频振动，保持混凝土在桩身段的密实度达到要求。灌注到距离孔口1～2m时，使用简易震动泵震动密实桩顶混凝土。

3.如权利要求2所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：

所述将事先制作完毕的钢花管的制作工艺是：

(1)材质：选用壁厚大于2.5mm、直径大于32mm的定性焊缝钢管，钢管的长度、直径根据工程要求选用，材质满足国标要求；

(2)花孔加工尺寸要求：花孔孔径d大于7mm，最大不超过12mm；花孔沿着管身分布为树根状或者梅花状，其中，垂直承受荷载的花管采用树根状布孔，孔间距1～4倍孔径，沿着管身长L由顶端到底端分布为：顶部L/3范围内孔间距为1～2倍孔径d，中部L/3范围内孔间距为2～3倍孔径d，底部L/3范围内孔间距为3～4倍孔径d。水平承受荷载的花管采用梅花形沿着管身长均匀布孔，花孔孔径d大于7mm，孔间距1～3倍孔径。

(3)花管接头：采用快速对接丝口连接接头，接头为公丝加母丝，均为正丝。接头两端焊接到花管两端，接头选用壁厚度大于3.2mm的钢管制作，制作长度一般为6～8cm。

(4)花管的制作要求：选用相同批次的钢管，定型加工成型，外壁凸出扁筋。

4.如权利要求3所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：所述钢花管是双花管结构。该结构有双层花管组成，分为内花管和外花管两种。

5.如权利要求4所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：

所述制备已就的干法混凝土是指，混凝土由砂、石、水泥混合而成。

6.如权利要求5所述的花管干法灌注桩施工工艺，其特征在于：

所述混凝土由砂、石、水泥混合而成是指以下步骤：

(1)根据混凝土的设计要求内容，选配同批次的水泥、相同产地的中粗纱和石子作为混凝土的原料。相同标号的水泥尽量选用颗粒粒度相对细的水泥，满足常规试验合格标准的前提条件下，对水泥吸水指标工程实地检验，确定水泥：水化反应所需要的水量是否和场地土层中的含水量相匹配性、水泥在地下水位以上土层中凝固龄期和强度等内容。

砂、石的含泥量满足配合比的要求，并采用和空气隔离的保管措施并保持干燥状态。石子的粒径尤其是石子的粒径应该小于5mm，如果达不到此标准，应该过筛处理，分选清除大于6mm或者小于3mm的颗粒。中粗砂中的粗颗粒，指大于5mm的颗粒在使用之前应该分选清除，剩余的颗粒粒径满足中粗砂的标准。

(2)配合比确定：选用制备完毕的原材料，根据混凝土的设计标号，试验确定混凝土的配合比，即确定混凝土中砂、石、水泥、水的重量。水位以上的桩体应该根据水量的具体要求，结合工程地质勘察报告中揭示的土层含水量参数以及设计桩径的大小，进行土层中提供的自由水的量计算，验算计算的水量与配合比中用水量是否相匹配，在匹配的条件下可以制备干性混凝土。地下水位以下，无需验算。

(3)干性混凝土搅拌：干性混凝土的搅拌采用经常的搅拌设备即可完成，特殊条件下，人工搅拌也可满足要求。

Images