钻孔灌注桩是使用钻孔机钻孔，待孔深达到设计要求后进行清孔，放入钢筋笼，然后在孔内灌注混凝土而成桩。根据地质条件的不同，分为干作业成孔灌注桩和泥浆护壁成孔灌注桩两类。
2.2.1.1 干作业钻孔灌注桩施工
干作业钻孔灌注桩使用钻机在桩位进行钻孔，然后在孔内放入钢筋笼，再浇筑混凝土而成桩。
目前，其常用螺旋钻机进行钻孔，适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的一般黏性土、砂土及人工填土地基，可以不进行护壁直接取土成孔，不适用于地下水的土层和淤泥质土层。
（1）干作业钻孔机。
①全叶螺旋钻孔机。全叶螺旋钻孔机由主机、滑轮组、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、出土装置等组成。成孔直径为300～800mm，钻孔深度为8～12m。配有多种钻头，以适应不同土层，如图2-16所示。
图2-16 全叶螺旋钻孔机
1—电动机；2—变速器；3—钻杆；4—托架；5—钻头；6—立柱；7—斜撑；
8—钢管；9—钻头接头；10—刃板；11—定心尖
②钻扩机。钻扩机是钻孔扩底灌注桩的成孔机械。常用钻扩机是双管螺旋钻扩机，主要剖分两根并列的开口套管组成的钻杆和钻研和钻头，钻头上装有钻孔刀和扩口刀，用液压操纵，可使钻头并拢或张开。钻扩机钻孔示意图如图2-17所示。
图2-17 钻扩机钻孔示意图
（a）钻头；（b）钻孔；（c）扩孔；（d）机扩钻孔机
（2）干作业钻孔灌注桩的施工工艺流程。
①螺旋转钻孔灌注桩的施工工艺流程：场地平整→测量放线定桩位→桩机就位→钻进成孔、取土→清除孔底虚土→成孔质量检查验收→吊放钢筋笼→浇筑混凝土。
②钻孔扩底灌注桩的施工工艺流程：场地平整→测量放线定桩位→桩机就位→机械钻直孔→清理直孔及扩孔→清除孔底虚土→扩孔成孔质量检查→吊放钢筋笼→浇筑混凝土。
③施工注意事项。
a．钻机就位后，用吊线、水平尺等检查导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心。钻孔时放下钻机，使钻杆向下移动至钻头触及土面时，开动转轴旋转钻杆，边钻进边出土。
B．发现钻杆摇晃、移动、偏斜或难以钻进时，应提钻检查，排除地下障碍物，避免桩孔偏斜、钻机损坏。
C．钻进过程中，应即时清理孔口黏土，遇到地下水、塌孔、缩孔等异常情况，应停止钻孔，会同设计单位研究处理。
D．钻头进入硬土层时，易造成钻孔偏斜，可提起钻头上下反复扫钻，以消去硬土；纠正无效，可在孔内局部回填黏土至偏孔0．5m以上，再重新钻进。
e．当钻到预定深度后，在原深处进行空转清土，然后停钻提起钻杆。孔底虚土可采用夯锤夯击孔底虚土或进行压力注浆处理。
f．桩孔钻成清孔后，应尽量吊放钢筋笼不要隔夜，灌注混凝土时应分层进行。
2.2.1.2 泥浆护壁成孔灌注桩施工
泥浆护壁成孔灌注桩是指利用原土造浆或人工造浆护壁，通过循环泥浆将钻孔时被钻头切削下的土渣排出孔外，然后吊放钢筋笼，水下灌注混凝土而成桩。按成孔方法有正（反）循环回转钻成孔、正（反）循环潜水钻成孔、冲击钻成孔、冲抓锥成孔等。
（1）泥浆护壁成孔钻孔机。
①回转钻孔机。回转钻孔机由机械动力传动，配以笼头式钻头，可多挡调速或液压无级调速，设有移动装置，设备性能可靠、噪声振动小、钻进效率高、钻孔质量好。该机最大钻孔直径可达2．5m，钻进深度可达50～100mm，适用于地下水位较高的碎石类土、砂土、黏性土、粉土、强风化岩、软质与硬质岩层等多种地质情况。
②潜水钻孔机。潜水钻孔机（图2-18）是一种将动力、变速机构、钻头连在一起并加以密封，潜入水中工作的体积小而轻的钻机。因为工作时动力装置潜在孔底，所以耗用动力小、钻孔效率高，电动机防水性能好，转动时温升较低、过载力强，钻架对场地承载力要求低；其缺点是钻孔易产生桩侧周围土层和桩尖土层松散，使桩径扩大、灌注混凝土超量。
图2-18 潜水钻孔机
1—泥浆管；2—防水电缆；3—电动机；
4—齿轮减速器；5—密封装置；6—钻头；
7—合金刃齿；8—钻尖
③冲击钻孔机。冲击钻孔机（图2-19）是通过机架、卷扬机把带刃的重钻头提高到一定高度，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔。少部分碎渣和泥浆挤压进孔壁，大部分碎渣用掏渣筒掏出。其设备简单、操作方便，对有孤石的砂卵石岩、坚质岩、岩成均可成孔。
图2-19 冲击钻孔机
（2）泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程。泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程如图2-20所示。
图2-20 泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程
①测定桩位。平整清理好施工场地，设置桩基轴线定位点和水准点，根据桩位平面布置施工图，写出每根桩的位置，并做好标志。
②护筒埋设。护筒是由4～8mm厚的钢板制板的圆筒，其内径应当大于钻头直径100mm，顶面高出地面0．4～0．6m，其上部开设1～2个溢浆孔，如图2-21所示。护筒固定桩孔位置应保护孔口，维持孔内水头，防止塌孔并为钻头导向。护筒埋置深度在黏土中不小于1．0m，在砂土中不少于1．5m，其高度满足孔内泥浆液面高度要求，孔内泥浆面应当保持高出地下水位1m以上。护筒中心与桩位中心线的偏差应当不大于50mm，对位后应在护筒外侧填入黏土并分层夯实。
图2-21 护筒及钻孔
③泥浆制备。泥浆的作用是护壁、携砂排土、切土润滑、冷却钻头等，其中以护壁为主。依据土质条件、黏土或粉质黏土成孔，可以注入清水，原土造浆，泥浆密度为1．1～1．3g／cm3；在其他土层中成孔，泥浆选用高塑性的黏土或膨润土制备；在砂土和较厚夹砂层中成孔，泥浆密度为1．1～1．3g／cm3；在穿过砂夹卵石层或容易塌孔土层中成孔时，泥浆密度为1．3～1．5g／cm3。施工中应当经常测定泥浆的密度，并定期测定其黏度、含砂率和胶体率。
泥浆的控制指标要求黏度为18～22s、含砂率不大于8％、胶体率不小于90％，为提高泥浆质量可以加入外掺料（如增重剂、增粘剂、分散剂等）。施工中废弃的泥浆、泥渣应当严格按照有关规定处理。
④成孔。
a．回转钻成孔。回转钻成孔是我国灌注桩施工中最常用的方法之一，按照排渣方式的不同，可以分为正循环回转钻成孔和反循环回转机钻成孔两种。
正循环回转钻成孔由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，由泥浆泵往钻杆输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出泥浆池，经沉淀处理后返回循环池，如图2-22所示。正循环成孔泥浆上返速度低、携带土粒直径小、排渣能力较差、岩土重复破碎严重，适用于填土、淤泥、黏土、粉土、砂土等地层，对于卵砾石含量大于15％、粒径小于10mm的部分砂卵砾石层和软质基岩及较硬基层也可以使用。
图2-22 正循环回转钻成孔施工
反循环回转机钻成孔是由钻孔回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，利用泵吸、气举、喷射等措施抽吸循环护壁泥浆，携带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外的成孔方法。泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆的水流上升而形成反循环；喷射反循环是利用射流泵射击出高速水流产生负压使钻杆内的水流上升而形成反循环；气举反循环是利用送入压缩空气使水循环，钻杆内水流上升速度与钻杆内外液柱重度差有关，随孔深增大效率增加。一般当孔深小于50m时，宜采用泵吸式或射流反循环；当孔深大于50m时，宜采用气举反循环。
B．潜水钻成孔。潜水钻成孔使用泥浆护壁成孔，其排渣方式也分为正循环和反循环两种。
潜水钻正循环成孔利用泥浆泵将泥浆压入空心钻杆，通过电动机和钻头等射入孔底，携带切削下的钻渣在钻孔中上浮，最后由溢浆孔溢出回到泥浆沉淀池，经沉淀处理之后返回循环池；潜水钻反循环成孔有泵吸式、泵举式和气举式。
C．冲击钻成孔。冲击钻成孔是将带刃的重钻头（冲击锤）提高一定高度后，利用自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲挤土层，排出碎渣成孔。此法设备简单、操作方便，适用于碎石土、砂土、黏性土及风化岩层。桩径可达600～1500mm，大直径可分级成孔。
冲孔前应埋设钢护筒，并准备好护壁材料。开孔前当表层为淤泥、细砂等软土时，应当加入一定数量的小片石，注入泥浆或清水，反复冲击，将泥和片石挤进孔壁。当表层为砂砾卵石，则宜投入小颗粒砂砾石和黏土，以便冲击造浆，并使孔壁挤密实。开孔冲程不宜大于1m，当深至护筒3～4m后，可根据地质条件，转入正常冲程。
岩层中钻进时应当低锤勤击，如发生偏斜，立即回300～500mm片石，重新钻进。遇孤石时，可抛填相似硬度的片石或卵石，用高冲程冲击或高低冲程交替冲击，将孤石击碎挤入孔壁。
⑤清孔。当钻孔达到设计要求后，即进行验孔和清孔。验孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况；清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土，以减少桩基的沉降量，提高桩基承载力。清孔的方法有真空吸泥渣法、射水抽渣法、换浆法和掏渣法。
泥浆护壁成孔时，对于土质较好且不易坍塌的桩孔，可使用空气吸泥机清孔；对于稳定性较差的孔壁应当采用射水抽渣法或换浆法，掏渣法适用于冲击钻成孔。
清孔合格标准：孔内排出或抽出的泥浆，用手摸捻应无粗粒感，孔底500mm以内泥浆密度小于1．25g／cm3（原土造浆的孔则应小于1．1g／cm3；浇筑混凝土前，孔底沉渣允许厚度符合标准，即端承桩≤50mm，摩擦端承桩、端承摩擦桩≤100mm，摩擦桩≤300mm）。
⑥吊放钢筋笼。清孔后应当立即安放钢笼，浇筑混凝土。钢筋笼一般在工地制作，制作时要求主筋环向布置均匀，箍筋直径及间距、主筋保护层、加劲箍间距等均应符合设计要求。为防止钢筋笼变形，可以在钢筋笼上每隔2m设置加强箍，并在钢筋笼内每隔3～4m装一个可拆卸十字形临时加劲架，在吊入孔后拆除。
安放钢筋笼时间过长或造成塌孔，应当进行二次清孔后再浇筑混凝土。
⑦水下浇筑混凝土。泥浆护壁成孔灌注桩水下浇筑混凝土常用导管法，如图2-23所示。所用设备有金属导管、承料漏斗和提升机等。
金属导管一般由无缝钢管制作，直径为200～300mm，每节长度为2～3m，最下一节为长度不小于4m的脚管，各节管用法兰盘和螺栓连接。
承料漏斗利用法兰盘安装在导管顶端，导管使用应当试拼装、过球和进行封闭水压试验，确保导管连接光滑、可靠。安装导管底距孔底300～500mm为宜。
隔水栓（球塞）用来隔开混凝土与泥浆，其直径宜比导管内径小20～25mm。用3～5mm厚的橡胶圈密封，直径宜比导管内径大5～6mm。
混凝土强度等级应不低于C20，坍落度为18～22cm。
浇筑混凝土时，先将导管内及漏斗灌满混凝土，其量保证导管下端一次埋入混凝土面以下0．8m以上，然后剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土拌合物在自重作用下迅速排出隔水栓进入泥浆中。混凝土拌合物沉底，把导管下端埋在混凝土拌合物内，然后不断将混凝土通过承料漏斗浇入导管内，管外混凝土面不断被挤压上升。随管外混凝土面的上升，相应逐步提升导管。导管应当缓缓提升，严防提升过度，必须保证导管下端埋入混凝土中的深度不少于规定的最小埋置深度1m，适宜的埋置深度为2～4m，不宜过深，避免混凝土的流动阻力增大，造成堵管。
图2-23 水下浇筑混凝土
1—上料斗；2—贮料斗；3—滑道；4—卷扬机；
5—漏斗；6—导管；7—护筒；8—隔水塞
混凝土浇筑过程应当连续进行，不得中断。混凝土浇筑最终标高应比设计标高高出0．5m。
（3）泥浆护壁灌注桩施工的注意事项和常见问题及防治措施。
①泥浆护壁灌注桩施工的注意事项。灌注混凝土是灌注桩施工工序中最后一道关键性工序，其质量的好坏将严重影响灌注的质量。
a．认真进行机具、原材料、水、电线路等准备工作，避免中途停顿而影响灌注质量，甚至造成报废。
B．无论采取何种清孔方法，在吊放钢筋笼后，都应当进行搅拌孔底，使残沉的钻渣悬浮在冲洗液中，然后立即下入灌注导管，迅速进行灌注工作。
C．应当根据桩孔深度、灌注速度等作配合比试验，确定混凝土的初凝时间，一般时间为4～6h，必要时可加缓凝剂。
D．在灌注过程中，无论天气变化或其他原因都应当坚持一次性完成灌注，不得中途停顿。
e．灌浆过程中，应由专人掌握和测定混凝土上返高度，确定导管的埋置深度。若导管埋深过大，混凝土返浆阻力增大，应及时上提导管及拆去一定长度的导管。
f．混凝土拌合料必须合格，拌和均匀，并尽可能缩短运送距离，防止混凝土离析而发生卡管等事故。
g．起拔护管和孔管应在初凝时间前进行，且应缓慢进行以避免起拔过快而产生孔洞。
h．混凝土充盈系数不得小于1。一般土质为1．1，软土为1．2～1．3。
②泥浆护壁混凝土灌注桩施工的常见问题防治措施。泥浆护壁灌注桩施工的常见问题及防治措施见表2-5。
表2-5 泥浆护壁灌注桩施工的常见问题及防治措施
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