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什么是钻孔灌注桩

发表时间:2015-6-28[ 阅读次数:3838 ]
   钻孔灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔,并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩,依照成孔方法不同,灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。
1施工方法编辑
钻孔灌注桩的施工,因其所选护壁形成的不同,有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种。
泥浆护壁施工法
冲击钻孔,冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法。该施工法的过程是:
平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒→检查质量。
施工顺序:
(1)施工准备
施工准备包括:选择钻机、钻具、场地布置等。
钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备,可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。
(2)钻孔机的安装与定位
安装钻孔机的基础如果不稳定,施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响,因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基,可用推土机推平,再垫上钢板或枕木加固。
为防止桩位不准,施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机,对有钻塔的钻孔机,先利用钻机的动力与附近的地笼配合,将钻杆移动大致定位,再用千斤顶将机架顶起,准确定位,使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上,以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后,用枕木垫平钻机横梁,并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。
(3)埋设护筒
钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时,在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头,增加孔内静水压力,能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外,同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。
制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用,不漏水,其内径应比钻孔直径大(旋转钻约大20cm,潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm),每节长度约2~3m。一般常用钢护筒。
(4)泥浆制备
钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具,增大静水压力,并在孔壁形成泥皮,隔断孔内外渗流,防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度,泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握,泥浆太稀,排渣能力小、护壁效果差;泥浆太稠会削弱钻头冲击功能,降低钻进速度。
钻孔灌注桩钻孔灌注桩
(5)钻孔
钻孔是一道关键工序,在施工中必须严格按照操作要求进行,才能保证成孔质量,首先要注意开孔质量,为此必须对好中线及垂直度,并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用),还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时,附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔,下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应该事先规划好,既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔,又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。
(6)清孔
钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此,除了钻孔过程中密切观测监督外,在钻孔达到设计要求深度后,应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时,应立即进行孔底清理,避免隔时过长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时,要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm;当孔壁不易坍塌时,不大于20cm。对于柱桩,要求在射水或射风前,沉渣厚度不大于5cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔,所需设备不多,操作方便,清孔也较彻底,但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。
(7)灌注水下混凝土
清完孔之后,就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内,定位后要加以固定,然后用导管灌注混凝土,灌注时混凝土不要中断,否则易出现断桩现象。
全套管施工法
全套管施工法的施工顺序。其一般的施工过程是:平场地、铺设工作平台、安装钻机、压套管、钻进成孔、安放钢筋笼、放导管、浇注混凝土、拉拔套管、检查成桩质量。
全套管施工法的主要施工步骤除不需泥浆及清孔外,其它的与泥浆护壁法都类同。压入套管的垂直度,取决于挖掘开始阶段的5~6m深时的垂直度。因此应该随时用水准仪及铅垂校核其垂直度。
 

2施工特点编辑

1、与沉入桩中的锤击法相比,施工噪声和震动要小的多;
2、能建造比预制桩的直径大的多的桩;
3、在各种地基上均可使用;
4、施工质量的好坏对桩的承载力影响很大;
5、因混凝土是在泥水中灌注的,因此混凝土质量较难控制.
6、费工费时,成孔速度慢,泥渣污染环境;
 

3成孔问题编辑

(1)塌孔
预防措施:根据不同地层,控制使用好泥浆指标。在回填土、松软层及流砂层钻进时,严格控制速度。地下水位过高,应升高护筒,加大水头。地下障碍物处理时,一定要将残留的砼块处理清除。孔壁坍塌严重时,应探明坍塌位置,用砂和粘土混合回填至坍塌孔段以上1—2m处,捣实后重新钻进。
(2)缩径
预防措施:选用带保径装置钻头,钻头直径应满足成孔直径要求,并应经常检查,及时修复。易缩径孔段钻进时,可适当提高泥浆的粘度。对易缩径部位也可采用上下反复扫孔的方法来扩大孔径。
(3)桩孔偏斜
预防措施:保证施工场地平整,钻机安装平稳,机架垂直,并注意在成孔过程中定时检查和校正。钻头、钻杆接头逐个检查调正,不能用弯曲的钻具。在坚硬土层中不强行加压,应吊住钻杆,控制钻进速度,用低速度进尺。对地下障碍进行预先处理干净。对已偏斜的钻孔,控制钻速,慢速提升,下降往复扫孔纠偏。
钻孔灌注桩的成孔方法,适用范围及泥浆的作用
  
成孔方法 土层 孔径(mm) 孔深 (m) 泥浆作用
正循环回转钻 黏性土,粉砂,细中粗砂,含少量砾石,卵石(含量少于20%)的土软岩 800-2500 30-100 悬浮钻渣并护壁
反循环回转钻 黏性土,砂类土,含少量砾石,卵石(含量少于20%,粒径小于钻杆内径2/3)的土 800-3000 用真空泵小于35,用空气吸泥机可达65,用气举式可达120。 护壁
 

4安装问题编辑

(1) 钢筋笼安装与设计标高不符
预防措施:钢筋笼制作完成后,注意防止其扭曲变形,钢筋笼入孔安装时要保持垂直,砼保护层垫块设置间距不宜过大,吊筋长度精确计算,并在安装时反复核对检查。
(2) 钢筋笼的上浮
钢筋笼上浮的预防措施:严格控制砼质量,坍落度控制在20±2cm,砼和易性要好。砼进入钢筋笼后,砼上升不宜过快,导管在砼内埋深不宜过大,严格按照规范控制在2-6m之间,提升导管时,不宜过快,防止导管钩钢筋笼,将其带上等。
水下砼灌注问题
(1) 堵管
预防措施:商品砼必须由具有资质,质量保证有信誉的厂家供应,砼的级配与搅拌必须保证砼的和易性、水灰比、坍落度及初凝时间满足设计或规范要求,现场抽查每车砼的坍落度必须控制在钻孔灌注桩施工规范允许的范围以内。灌注用导管应平直,内壁光滑不漏水。
(2) 桩顶部位疏松
预防措施:首先保证一定高度的桩顶留长度。因受沉渣和稠泥浆的影响,极易产生误测。因此可以用一个带钢管取样盒的探测,只有取样盒中捞起的取样物是砼而不是沉淀物时,才能确认终灌标高已经达到。
(3)桩身砼夹泥或断桩
预防措施:成孔时严格控制泥浆密度及孔底沉淤,第一次清孔必须彻底清除泥块,砼灌注过程中导管提升要缓慢,特别到桩顶时,严禁大幅度提升导管。严格控制导管埋深,单桩砼灌注时,严禁中途断料。拔导管时,必须进行精确计算控制拔导管后砼的埋深,严禁凭经验拔管。

5加固应用编辑

适用的地质条件
施工方法适用于灌注桩的持力层应为碎石层,碎石含量应在50%以上,充填土与碎石无胶结或者为轻微胶结,碎石的石质要坚硬,碎石分布均匀,碎石层厚度要满足设计要求。
加固机理
在灌注桩施工中将钢管沿桩钢筋笼外壁埋设,桩混凝土强度满足要求后,将水泥浆液通过钢管由压力作用压入桩端的碎石层孔隙中,使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体。水泥浆液在压力作用下由桩端在碎石层的孔隙里向四周扩散,对于单桩区域,向四周扩散相当于增加了端部的直径,向下扩散相当于增加了桩长;群桩区域所有的浆液连成一片,使得碎石层成为一个整体,从而使得原来不满足要求的碎石层满足结构的承载力要求。在钻孔灌注桩施工过程中,无论如何清孔,孔底都会留有或多或少的沉渣;在初灌时,混凝土从细长的导管落下,因落差太大造成桩底部位的混凝土离析形成“虚尖”、“干碴石”;孔壁的泥皮阻碍了桩身与桩周土的结合,降低了摩擦系数,以上几点都影响到灌注桩的桩端承载力和侧壁摩阻力。浆液压入桩端后首先和桩端的沉渣、离析的“虚尖”、“干碴石”相结合,增强该部分的密实程度,提高了承载力;浆液沿着桩身和土层的结合层上返,消除了泥皮,提高了桩侧摩阻力,同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用。以上几点均对提高灌注桩的单桩承载力起到不可忽视的作用。
压浆参数的设定
压浆参数主要包括压浆水灰比、压浆量以及闭盘压力,由于地质条件的不同,不同工程应采用不同的参数。在工程桩施工前,应该根据以往工程的实践情况,先设定参数,然后根据设定的参数,进行试桩的施工,试桩完成后达到设计的强度,进行桩的静载试验,最终确定试验参数。
(1)水灰比:水灰比一般不宜过大和过小,过大会造成压浆困难,过小会使水泥浆在压力作用下形成离析,一般采用015~017。
(2)压浆量:压浆量是指单桩压浆的水泥用量,它与碎石层的碎石含量以及桩间距有关,取决于碎石层的孔隙率,在碎石层碎石含量为50%~70%,桩间距为4~5m的条件下,压浆量一般为115~210t。它是控制后压浆施工是否完成的主要参数。
(3)闭盘压力:闭盘压力是指结束压浆的控制压力,一般来说什么时候结束一根灌注桩的压浆,应该根据事先设定的压浆量来控制,但同时也要控制压浆的压力值。在达不到预先设定的压浆量,但达到一定的压力时就要停止压浆,压浆的压力过大,一方面会造成水泥浆的离析,堵塞管道,另一方面,压力过大可能扰动碎石层,也有可能使得桩体上浮。一般闭盘的最大压力应该控制在018MPa。
根据预先设定的参数,进行试验桩的施工,再根据试桩的静载试验结果,最后确定工程桩的压浆参数,就可以进行工程桩的施工了。
后压浆施工工艺
4.1施工工艺流程
灌注桩成孔钢筋笼制作压浆管制作灌注桩清孔压浆管绑扎下钢筋笼灌注桩混凝土后压浆施工
4.2施工要点
(1)压浆管的制作在制作钢筋笼的同时制作压浆管。压浆管采用直径为25mm的黑铁管制作,接头采用丝扣连接,两端采用丝堵封严。压浆管长度比钢筋笼长度多出55cm,在桩底部长出钢筋笼5cm,上部高出桩顶混凝土面50cm但不得露出地面以便于保护。压浆管在最下部20cm制作成压浆喷头(俗称花管),在该部分采用钻头均匀钻出4排(每排4个)、间距3cm、直径3mm的压浆孔作为压浆喷头;用图钉将压浆孔堵严,外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封严,这样压浆喷头就形成了一个简易的单向装置:当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出,水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙压入碎石层中,而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将压浆管堵塞。
(2)压浆管的布置将2根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、提钻、下钢筋笼,在钢筋笼吊装安放过程中要注意对压浆管的保护,钢筋笼不得扭曲,以免造成压浆管在丝扣连接处松动,喷头部分应加混凝土垫块保护,不得摩擦孔壁以免车胎破裂造成压浆孔的堵塞。按照规范要求灌注混凝土。
(3)压浆桩位的选择根据以往工程实践,在碎石层中,水泥浆在工作压力作用下影响面积较大。为防止压浆时水泥浆液从临近薄弱地点冒出,压浆的桩应在混凝土灌注完成3~7d后,并且该桩周围至少8m范围内没有钻机钻孔作业,该范围内的桩混凝土灌注完成也应在3d以上。
(4)压浆施工顺序压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆,压浆先施工周圈桩位再施工中间桩;压浆时采用2根桩循环压浆,即先压第1根桩的A管,压浆量约占总量的70%(111~114t水泥),压完后再压另1根桩的A管,然后依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管,这样就能保证同一根桩2根管压浆时间间隔30~60min以上,给水泥浆一个在碎石层中扩散的时间。压浆时应做好施工记录,记录的内容应包括施工时间、压浆开始及结束时间、压浆数量以及出现的异常情况和处理的措施等。
压浆施工中出现的问题和相应措施
(1)喷头打不开压力达到10MPa以上仍然打不开压浆喷头,说明喷头部位已经损坏,不要强行增加压力,可在另一根管中补足压浆数量。
(2)出现冒浆压浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象,若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出,说明桩底已经饱和,可以停止压浆;若从本桩侧壁冒浆,压浆量也满足或接近了设计要求,可以停止压浆;若从本桩侧壁冒浆且压浆量较少,可将该压浆管用清水或用压力水冲洗干净,等到第2天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新压浆。
(3)单桩压浆量不足压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆,压浆先施工周圈桩形成一个封闭圈,再施工中间,能保证中间桩位的压浆质量,若出现个别桩压浆量达不到设计要求,可视情况加大临近桩的压浆量作为补充。
 

6控制技术编辑

准备阶段
(1)施工人员对施工地点地质情况、桩位、桩径、桩长、标高等了解清楚。
(2)桩位放样。测量人员将4根直径400mm的钢管打入强风化层作为定位桩。
(3)将吊装工字钢焊接的钢围堰导向桩与定位桩分层联结固定,确保导向框位置准确。
(4)插打钢护筒。钢护筒壁厚12mm,根据各墩不同地质情况决定护筒长度,护筒下沉深度穿过覆盖层。
(5)插打钢板桩围堰。采用拉伸——Ⅲ型钢板桩沿导向框排列。用Dz-60Y型振动锤振动下沉,直至穿过覆盖层为止。
钻孔阶段
(1)安设钻机,使钻杆中心重合,其水平位移及倾斜度误差按规范要求调整。
(2)用冲击钻钻孔时,应待相邻孔位上已灌注好的混凝土凝固并已达到一定强度时,才能开钻。
(3)钻孔过程采用正循环回转钻进施工技术,在黏土层,适当少投泥土,靠钻进自行造浆,在砂土层则加大泥浆浓度固壁。钻进速度始终和泥浆排出量相适应。
(4)孔内始终保持0.2kg/cm2的静水压力,护筒内水位始终高于水库水位,遇松散地层时,适当增大泥浆相对密度和稠度,尽量减轻冲液对孔壁的影响,同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。
(5)钻进过程严禁孔内掉进钻头、钻杆及其他异物,经常检查钻头的磨损情况。
(6)钻进过程随时留取渣样,每米不少于1组,在离设计标高1.0~1.5m范围内,每30cm留1组,每根桩渣样不少于3组。
清孔阶段
(1)清孔是钻孔桩施工中保证成桩质量的重要一环。通过清孔尽可能使沉渣全部清除,使混凝土与基岩接合完好,以提高桩底承载力。
(2)终孔后,将钻头提至距孔底的0.2-O.3m处,使之空转,然后将残存在孔底的钻渣吸出;必要时投入适量纯碱以提高泥浆比重和胶结能力,使沉渣排出孔外。
(3)当钢筋笼下沉固定后,再次复检孔深和沉渣厚度等。若沉渣超标,可用导管中附属的风管再次清孔,直至全部符合设计要求和工艺标准。
(4)清孔结束前,将泥浆比重调整到规定范围,以保证水下混凝土的顺利灌注,同时保证成桩质量。
钢筋笼的制作及安装注意事项
(1)钢筋笼制作时,主筋连接,桩身纵向受力钢筋的接头应设置在桩身受力较小处;接头位置宜相互错开,且在35d的同一接头连接区段范围内钢筋接头不得超过钢筋数量的50%;主筋与箍筋应点焊。
(2)钢筋笼应整体吊装,吊装时不得碰损孔壁。钢筋笼吊放前,必须清除槽底沉渣,孔底沉渣厚度≤200mm。钢筋笼吊放到设计位置时,应检测其水平位置和高程是否达到设计要求,检测合格后应立即固定钢筋笼,钢筋笼入孔后至浇筑混凝土完毕的时间不超过4小时。
(3)钢筋笼在制作、运输、吊装过程中应采用有效措施防止钢筋笼变形。
(4)在钢筋笼上有预埋钢筋处应采用聚乙烯泡沫板覆盖预埋件,以便于需要时凿出预埋件。
灌注混凝土注意事项
(1)砼坍落度18~22cm、粗骨料粒径小于40mm。
(2)混凝土灌注在二次清孔结束后30分钟内立即进行。
(3)采用Φ250法兰式导管自流式灌注混凝土。导管联结要平直,密封可靠;导管下口距孔底30cm~50cm为宜。
(4)首盘浇筑:初灌量必须保证导管底部埋入混凝土中80cm以上,且连续灌注。
(5)正常灌注混凝土时,导管底部埋于砼中深度宜为2~6m之间。
(6)一次拆卸导管不得超过6m,每次拆卸导管前均要测量砼面高度,计算出导管埋深,然后拆卸。不要盲目提升、拆卸导管,导管最小埋深2.0m。
 

7检测技术编辑

钻孔灌注桩由于其施工工艺成熟、承载力高、适用范围广已被广泛应用于公路、铁路桥梁等结构工程基础中。高等级公路大、中、小桥和互通式立交桥, 基本采用钻孔灌注桩。但是, 由于钻孔灌注桩是一项隐蔽工程, 较多的建设单位关心其工程施工质量。但实践表明,仍有5%-20%的钻孔灌注桩存在不同程度的质量问题。加强施工阶段桩基检测, 可以有效地避免质量事故发生, 并及时采取补救措施, 减少经济损失。
桩基检测技术有多种方法, 如弹性波法、超声波法、抽芯试验法等。弹性波法根据锤击程度分为高应变检测法和低应变检测法, 二者以桩基是否产生位移及位移趋势为界限。表1给出了这些检测方法的检测内容及特点。其中,低应变检测方法以其操作方便快速, 准备工作少, 作业面小, 费用低等优点被广大检测部门所采用。
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