混凝土灌注桩施工土木工程施工讲义第6讲

土木工程施工邵阳学院 土木专业第 6讲 砼灌注桩施工第 2章 地基处理与桩基工程邵阳学院 *(教授级高工 )1 干作业成孔灌注桩 2 泥浆护壁成孔灌注桩3 沉管灌注桩4 人工挖孔灌注桩5 钢筋笼吊放6 桩基检测 *土木工程施工邵阳学院 土木专业砼灌注桩的施工特点灌注桩直接在 桩位上成孔 ，然后在孔内灌注砼而成。该工艺能适应地层的变化、无需接桩、施工时无振动、无挤压、噪音小，适用于建筑物密集区。第 6讲 砼灌注桩施工施工后需要一定的养护期，不能立即承受荷载共 41页 第 1页土木工程施工邵阳学院 土木专业1 干作业成孔灌注桩适用于成孔深度内无地下水的一般粘性、砂土及人工填土，勿需护壁，成孔深度 8 20m、成孔直径 300 600mm，不宜用于地下水位以下的各类土及淤泥质土。常用螺旋钻机成孔 ，亦可用洛阳铲成孔。成孔原理： 电动机带动 钻杆转动 ，使螺旋叶片 旋转削土 ，土随螺旋叶片上升排出孔外。第 6讲 砼灌注桩施工共 41页 第 2页土木工程施工邵阳学院 土木专业1.1 孔底清理钻至设计深度后进行孔底清理，方法是 只钻不进、空转清土、提钻卸土 。可在钻杆上换装 扩孔刀片 ，扩底直径为桩身直径的 2.5 3.5倍，在设计要求位置形成 葫芦桩 或 扩底桩。 孔底虚土厚度： 磨擦力为主的桩不大于 300mm，端承力为主的桩不大于 100mm；1.2 桩身或桩底扩孔钢筋笼宜一次绑好，吊入孔内时注意勿碰孔壁，钢筋骨架过长时，可分段吊放，逐段焊接。砼应分层连续浇筑，分层厚度不大于 1.5m。1.3 施工要点1 干作业成孔灌注桩共 41页 第 3页土木工程施工邵阳学院 土木专业长螺旋钻机成孔施工长螺旋钻机钻头长螺旋钻机成孔近景1 干作业成孔灌注桩共 41页 第 4页土木工程施工邵阳学院 土木专业2 泥浆护壁成孔灌注桩泥浆护壁成孔是用 泥浆保护孔壁 、防止塌孔和排出土渣而成孔，不同土质和地下水位高低都适用。多用于含水量高的软土地区。成孔机械有 回转钻机、潜水钻机、冲击钻 等，其中以回转钻机应用最多。回转钻机是由动力装置带动有钻头的钻杆转动，由 钻头切削土壤 。切削形成的 土渣 ，通过 泥浆循环排出桩孔 。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 。2.1 成孔机械及工艺2.1.1 回转钻机成孔第 6讲 砼灌注桩施工共 41页 第 5页土木工程施工邵阳学院 土木专业正循环回转钻机成孔时 泥浆由钻杆内部注入,从钻杆底部喷出 ，携带钻下的土渣沿孔壁向上经孔口带出并流入沉淀池，沉淀后的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。 步履式正反循环冲击钻机2.1 成孔机械及工艺点击动画正循环成孔共 41页 第 6页土木工程施工邵阳学院 土木专业反循环回转钻机成孔时 泥浆由钻杆与孔壁间的间隙流入钻孔，由砂石泵在钻杆内形成真空，使钻下的 土渣由钻杆内腔吸出至地面而流向沉淀池 ，沉淀后再流入泥浆池。 反循环工艺的泥浆上流的速度较高，排放土渣的能力强。GW-40 型全液压钻机GW-35B 型钻机FGZ反循环回转钻机点击动画反循环成孔共 41页 第 7页2.1 成孔机械及工艺土木工程施工邵阳学院 土木专业2.1.2 潜水钻机成孔潜水钻机是一种旋转式钻孔机械，其动力、变速机构和钻头连在一起，加以密封，因而可以下放至孔中 地下水位以下 进行切削土壤成孔。用正循环工艺输入泥浆，进行护壁和将钻下的土渣排出孔外。KQ系列潜水工程钻孔机共 41页 第 8页2.1 成孔机械及工艺土木工程施工邵阳学院 土木专业2.1.3 冲击钻成孔冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔时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层 ，然后用 掏渣筒 来掏取孔内的渣浆。冲击钻成孔作业冲击锥掏碴筒共 41页 第 9页2.1 成孔机械及工艺土木工程施工邵阳学院 土木专业2.2.1 泥浆的作用泥浆具有 保护孔壁 、 防止塌孔 、 排出土渣 及 冷却与润滑钻头 的作用。钻进中，护壁泥浆与钻孔的土屑混合，边钻边排出携带土屑的泥浆；当钻孔达到规定深度后， 运用泥浆循环进行孔底清渣 。2.2 护壁泥浆2.2.2 泥浆的组成是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，也可掺入 加重剂、分散剂、增粘剂 及 堵漏剂 等掺合剂。泥浆一般在现场制备，有些粘性土在钻进过程中可形成适合护壁的浆液，则可利用其作为护壁泥浆，即 “自造泥浆 ”。2 泥浆护壁成孔灌注桩泥浆池共 41页 第 10页土木工程施工邵阳学院 土木专业2.3 施工程序及方法2.3.1 埋设钢护筒在杂填土或松软土层中钻孔时，应在桩位处埋设钢护筒，以起 定位、保护孔口、维持水头 等作用。其内径应比钻头大 100mm，埋入土中不少于 1m。2.3.2 泥浆注入粘土中可采用 清水钻进、自造泥浆护壁 ；砂土中钻进则应注入 制备泥浆 ，注入泥浆密度控制在 1.1左右，排出泥浆密度宜为 1.2 1.4。钻进过程中，应保持护筒内 泥浆水位高于地下水位 。2 泥浆护壁成孔灌注桩插打钢护筒共 41页 第 11页土木工程施工邵阳学院 土木专业2.3.3 第一次清孔： 钻孔达到设计标高后应进行清孔。以原土造浆的钻孔可用 “ 射水法 ” ，即 钻杆只转不进 （空转）， 待泥浆密度降至 1.1左右；注入制备泥浆的钻孔则应采用 “ 换浆法 ” 清孔，至换出的 泥浆密度小于 1.15时方为合格。 2.3.5 第二次清孔： 在钢筋笼和导管安放后、水下砼浇灌前进行，在导管顶部安放 泵 及 皮笼 ，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外 置换沉渣 。第二次清孔标准是：孔深达到设计要求，沉渣厚度在 100mm以内。2.3 施工程序及方法2.3.4 吊放钢筋笼及导管共 41页 第 12页土木工程施工邵阳学院 土木专业2.3.6 水下浇灌砼： 具体内容 在第 3章中介绍。1 安放导管 2 导管就位 3 料斗贮料 4 连续浇注 5 提升导管共 41页 第 13页2.3 施工程序及方法土木工程施工邵阳学院 土木专业2.4 钻孔灌注桩常见问题的处置钻进过程中如发现排出的泥浆中不断 出现气泡 或泥浆 液面突然下降 ，这表示有 孔壁坍陷 迹象。预防及处理措施： 护筒周围用粘土填封密实，钻进过程中及时添加新鲜泥浆，使其高于孔外水位；遇流砂、松散土层时适当 加大泥浆比重 ， 控制钻进速度 和 空转时间 ；孔壁坍陷时应保持孔内泥浆液位并加大泥浆比重以稳孔护壁。 如孔坍陷严重，应提出钻具立即回填粘土，待孔壁稳定后再钻。2.4.1 孔壁塌陷2 泥浆护壁成孔灌注桩共 41页 第 14页土木工程施工邵阳学院 土木专业2.4.1 钻孔偏斜钻进过程中 钻杆不垂直 、 土层软硬不均 或 碰到孤石 都会引起 钻孔偏斜 ；预防措施是钻机安装时对导架进行水平和垂直校正，发现 钻杆弯曲时应及时更换 ，遇软硬土层应 低速钻进 ；出现钻杆偏斜时可提起钻头，上下 反复扫钻 几次。如纠正无效，应于 孔中局部回填粘土至偏孔处 0.5m以上，稳定后再重新钻进。2 泥浆护壁成孔灌注桩回转钻机的钻头共 41页 第 15页扩底灌注桩设备土木工程施工邵阳学院 土木专业3 沉管灌注桩沉管灌注桩是利用 锤击打桩法 或 振动沉管法 将带有钢筋砼桩靴(或活辨式桩尖 )的钢桩管沉入土中，然后 边拔管边灌注砼 而成。用锤击沉桩设备沉管时称为 “锤击沉管灌注桩”利用激振器的振动沉管时，称为 “振动沉管灌注桩 ”第 6讲 砼灌注桩施工共 41页 第 16页土木工程施工邵阳学院 土木专业立管 对准桩位套入桩靴、压入土中 检查 低锤轻击 检查有无偏移 正常施打至设计标高 第一次浇灌砼 边拔管、边锤击、边继续浇灌砼 安放钢筋笼、继续浇灌砼至桩顶设计标高。3.1.1 施工程序3.1 锤击沉管灌注桩砼预制桩靴点击动画锤击沉管3 沉管灌注桩共 41页 第 17页土木工程施工邵阳学院 土木专业3.1.2 就位用桩架吊起桩管， 关闭桩尖活瓣 或对准预设在桩位处的预制砼桩靴， 套入桩靴 。然后缓缓放下套管，压进土中。桩管上端扣上桩帽，检查桩管与桩锤是否在 同一垂直线 上，桩管偏斜不大于 0.5% 时，即可起锤沉管。 先低锤轻击 ，观察如 无偏移方可正常施打 ，直至符合设计要求的 贯入度 或 标高 。3.1.3 沉管关闭桩管活瓣桩尖桩管套入砼桩靴3.1 锤击沉管灌注桩共 41页 第 18页土木工程施工邵阳学院 土木专业3.1.4 砼浇灌检查桩管内有无泥浆或水进入，即可灌注砼。第一次浇灌砼时桩管内应 尽量灌满 ，拔管过程中应向桩管内继续浇灌砼，并使 桩管内砼保持略高于地面 。3.1.5 拔管在砼灌满桩管后，拔管即可进行。 一边拔管、一边锤击 ，拔管的速度要均匀，一般土层以 1m/min为宜，软弱土层以 0.3 0.8 m/min为宜。 倒打拔管 的速度，单动汽锤不得少于 50次 /min，自由落锤不少于 40次 /min。在管底未拔至桩顶设计标高时， 倒打 和 轻击不得中断。共 41页 第 19页3.1 锤击沉管灌注桩土木工程施工邵阳学院 土木专业 跳打法桩的 中心距小于 4倍桩管外径 或 小于 2m时，均应跳打。中间空出的桩，须待 邻桩砼达到设计强度的 50% 后方可施打。为提高桩的质量和承载能力，可采用复打来扩大灌注桩的桩径。方法是：在第一次浇筑砼完毕、拔出桩管，消除管外壁上的污泥和桩孔周围地面的浮土，立即在原桩位再设 预制桩靴 或 合好 S桩尖活瓣 ，第二次复打沉入桩管，使 未凝固的砼向四周挤压扩大桩径 ，然后再浇筑第二次砼。 复打法点击动画 复打法沉桩锤击沉管灌注桩的特殊施工方法有 跳打法 、 复打法 。 共 41页 第 20页3.1 锤击沉管灌注桩3.1.6 特殊施工方法土木工程施工邵阳学院 土木专业3.2 振动沉管灌注桩振动沉管采用振动锤或振动冲击锤沉管，利用桩机强迫振动频率与土的自振频率相同时产生的 共振 而沉管。 沉桩前，将桩管下端 活瓣合拢 或 套入桩靴 ，对准桩位，徐徐放下桩管压入土中，勿使偏斜，即可开动激振器沉管。桩管受振后与土体之间摩阻力减小，同时利用振动锤自重在桩管上加压，桩管即能沉入土中。振动沉管灌注桩可采用 单打法 、 反插法 和 复打法 施工。 点击动画振动沉管灌注桩3 沉管灌注桩共 41页 第 21页土木工程施工邵阳学院 土木专业在沉入土中的桩管内灌满砼，开动激振器振动 5 10s后开始拔管，边振边拔；每拔 0.5 1m，停拔振动 5 10s，如此反复，直到桩管全部拔出。一般土层内拔管速度宜为 1.2 1.5m/min，在软弱土层中宜为 0.6 0.8m/min。3.2.1 单打法在桩管内灌满砼后，先振动再开始拔管，每次拔管高度 0.51.0m，向下反插深度 0.3 0.5m。如此反复进行，直至桩管全部拔出地面。 反插法能增大桩的截面，提高桩的承载能力，适宜在较差的软土地基上应用。3.2.2 反插法要求与锤击灌注桩相同。3.2.3 复打法3.2 振动沉管灌注桩共 41页 第 22页土木工程施工邵阳学院 土木专业振动灌注桩的适用范围除与锤击灌注桩相同外 ,并适用于稍密及中密的碎石土地基。 沉管灌注桩的关键必须严格控制最后两个两分钟的贯入度，其值按设计要求、或试桩数据和当地施工经验确定。共 41页 第 23页3.2 振动沉管灌注桩土木工程施工邵阳学院 土木专业3.3 沉管灌注桩常见问题的处置 断桩检查： 露出地面的桩体可用 目测观察 ，桩体在地下 2 3m范围内断裂，用手或脚轻摇会有 浮振的感觉 ，深处的断桩可采用 动测法 检测。3.3.1 断桩3 沉管灌注桩共 41页 第 24页 防止断桩的措施： 主要是控制桩的 中心距大于 4倍桩径 ,合理安排打桩施工顺序和桩架行走路线，采用 跳打法 和 控制时间法 使桩身砼终凝前避免振动和扰动，认真 控制拔管速度 。 断桩的处理： 断桩一经发现，应将断桩拔去，清理桩孔及接桩面，略增大桩身截面积再重新浇筑桩身砼。土木工程施工邵阳学院 土木专业3.3.2 桩靴进水桩管沉至设计标高后，用 浮标 可测得桩底是否进水或进泥； 预防措施 是 桩尖活瓣间隙 或 预制桩头与桩管接触处 要严密，对缝隙较大的桩尖或桩头应及时修理或更换；出现桩靴进水或进泥情况时可先在桩管内灌入 0.5m高水泥砂浆，再灌入 1m高砼，然后反插打下 。3.3.3 缩颈在流塑状态的淤泥质土打桩时，拔管过程中要设置浮标观测每50 100cm高度内砼的灌入量，根据灌入量和桩径的换算作出 桩形图 ，根据桩形图是否异常来监测缩颈现象的发生； 预防措施 是严格控制 拔管速度 在 0.6 0.8m/min以内，桩管内尽量多装砼，使管内砼高于地面或地下水位 1 1.5m以上。发现桩身出现缩颈现象及时采取复打法进行处理 。 点击动画 缩颈桩3.3 沉管灌注桩常见问题的处置共 41页 第 25页土木工程施工邵阳学院 土木专业3.3.4 吊脚桩第一次拔管时，观测管内浮标可监测 桩尖活瓣 或 预制桩头 是否打开 或 脱开 ； 预防措施 是采取 “ 密振慢抽 ” 方法，开始拔管 50cm,将桩管反插几下，然后再正常拔管；同时保持砼有良好的和易性，防止 卡管 或 堵管 ，严格控制预制桩尖的强度和规格，防止 桩尖打碎或 压入管内 ；发现吊脚桩应 将桩管拔出后填砂重打 。共 41页 第 26页3.3 沉管灌注桩常见问题的处置土木工程施工邵阳学院 土木专业4 人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩单桩承载力大、受力性能好、质量可靠、沉降量小、无需大型机械设备，无振动无噪音、无环境污染。人工挖孔灌注桩直径一般为 0.8-3m，最大可达4m，深度一般在 20m左右，国内最深的为 72m。第 6讲 砼灌注桩施工共