谈长螺旋钻孔压灌桩施工技术（论文） .pdf

谈长螺旋钻孔谈长螺旋钻孔压灌压灌桩桩施工技术施工技术 周海军周海军 中国核工业华兴建设有限公司中国核工业华兴建设有限公司 摘摘 要要 随着设计和施工技术的迅猛发展 速度快 质量好 造价 低 符合环保要求的长螺旋钻孔压灌超流态砼桩应运而生 该桩又称 高坍落度砼灌注桩 是国内近几年出现的一种新型桩型 长螺旋钻孔 压灌超流态砼桩工艺先进而易行 操作简便而快捷 施工安全而环保 质量易保证而价低 通过技术经济对比分析和工程实例效益验证 确 实先进 创新和优越 值得大力推广和应用 关关 键键 词词 长螺旋 钻孔 超流态砼 桩基 中图分类号 u213 4文献标识码 a 引言引言 超流态砼是由水泥 粉煤灰 粗骨料 细骨料 外加剂和水等组 成 坍落度在200mm 250mm之间的超大流动性砼 其外加剂主要为高 效减水剂 如 聚丙烯酸盐超塑化剂 等 桩基技术规范 规定灌注 桩用砼坍落度宜为180 220mm 而本工艺采用的是超流态砼 黑龙江 省地标 钻孔压灌超流态砼桩基础技术规程 中对超流态砼作了定义 明确界定其塌落度为200mm 250mm 超流态混凝土流动性好 混凝土 拌合物依靠自重不需要振捣即可充满模型和包裹钢筋 具有良好的施 工性能和充填性能 而且骨料不离析 混凝土硬化后具有良好的力学 性能和耐久性能 超流态混凝土的自密实性能 混凝土的泵送性能好 具有免振捣的特性 非常适用于水下 管桩 高密度钢筋笼等不便于 振捣的工程或部位 长螺旋钻孔压灌超流态砼桩是采用专利技术长螺 旋钻机钻桩至图纸深度 利用砼泵 通过螺旋钻杆中心 如图1 向桩 孔内 自孔底而上桩顶连续封闭泵注超流态砼 提钻压灌至桩顶标高 然后后插入钢筋笼一次成型形成的桩体 图图1 1螺旋钻杆中心螺旋钻杆中心 长螺旋桩机包括液压步履桩架和钻进系统两部分 桩架采用液压 步履式底盘 可自行行走及360 0回转 钻进系统包括动力头与钻具 动力头的输出轴与螺旋钻具为中空式 桩机采用长螺旋成孔 能钻孔 成孔一机一次完成 简便易行 长螺旋钻孔压灌超流态砼桩与普通钻孔桩主要不同为 它是钻孔 后 先浇筑砼 而后插入钢筋笼而形成的桩体 是一种新型的桩基础 施工手段 长螺旋钻孔压灌超流态砼桩不受地下水位限制 适用范围 十分广泛 其所用砼流动性强 耐水性好 其所用长螺旋钻机既可以 钻孔 又可以压灌浇筑砼 操作简单 且砼浇筑及时性好 成桩质量 好 造价低 1 1 工艺技术介绍工艺技术介绍 钢筋砼灌注桩根据成孔工艺可分为钻孔灌注桩 沉管灌注桩 人 工挖孔和挖孔扩底灌注桩等 钻孔灌注桩有冲击成孔灌注桩 回转钻 孔灌注桩 潜水电钻成孔灌注桩及钻孔压灌砼灌注桩等 除钻孔压灌 砼灌注桩外其他三种均为泥浆护壁钻孔灌注桩 长螺旋钻孔压灌超态砼后插钢筋笼灌注桩是钻孔压灌砼灌注桩的 主要桩型 它是利用长螺旋钻机钻孔至图纸设计标高 成孔后 在提 升钻杆的同时 通过设在内管钻头上的砼孔 泵送压灌浇筑超流态砼 压灌至设计桩顶标高后 移开钻杆将钢筋笼强制压入或送入桩体而成 型 它是一种新型的桩基施工方法 是 2010 年度国家建筑业十项新技 术应用第一大项 地基基础和地下空间工程技术 中的第二小项 长螺 旋钻孔压灌桩技术 也属于黑龙江省地方专利技术之一 长螺旋钻孔 压灌超流态砼后插钢筋笼灌注桩具有以下优点 1 适应范围广 可适用于地下水位较高 易塌孔 且长螺旋钻 孔机可以钻进的所有地层 包括黏性土 粉土 砂土 填土 非密实 的碎石类土 强风化岩等 可以适用于桩径 300 1000mm 桩长不超 过 30m 的钢筋砼灌注桩 2 单桩承载力高 因为桩无泥浆护壁 在施工过程中桩端 桩 周土经混凝土压密或经孔底压入或喷射的水泥浆填充 渗透 咬合及 超流态混凝土的侧向挤压 增强了桩端阻力和侧阻力 从而大大提高 单桩承载力 根据数据统计分析单桩承载力可提高 30 50 而且成桩 质量好 尤其是在砂土中效果明显 3 环保施工性能好 施工过程无公害 噪声低 震动小 无排 污 不扰民 不需要泥浆护壁无污染 无泥皮 无沉渣 无泥浆污染 不需降水 施工现场文明 对周围环境影响较小 环保节能 4 施工成型质量好 因为桩尖无虚土 砼钻头高压泵出使桩底 无沉渣 利于克服断桩 缩径 孔底沉渣 塌孔 串孔等泥浆护壁工 艺钻孔的质量通病 桩身质量好 5 施工工效高 速度快 不受地下水位的限制 一般在桩间距 较小的情况下 也可连续施工 不需间隔跳打 施工工效高 机具 见 图 2 设备简单 无需辅助配套设备 移动灵活 操作简便 施工速 度快 效率高 超流态混凝土具有较好的和易性和流动性 骨料可以 在混凝土中悬浮而不下沉 钢筋笼插入容易 施工方便 施工速度快 经统计数据分析相比泥浆护壁灌注桩可提高施工速度 20 以上 图图 2 2长螺旋钻机长螺旋钻机 6 施工造价低 施工工序一次成型 节省了机械水电等费用 且在地下水位以下施工时 可省去泥浆护壁全部费用 综合费用可节 省 15 20 经济效益显著 2 2 施工技术方法和要点施工技术方法和要点 长螺旋钻孔压灌超态砼后插钢筋笼灌注桩主要施工方法包括 定 位测量 钢筋笼制作 钻孔 泵送压灌超流态砼 插入钢筋笼等 2 1 定位测量 根据测绘院给予的角点 结合图纸轴线尺寸 采用全站仪及水准 仪进行桩位定位 做好桩位中心点的标识 采用白灰放桩点 竹签扎 入桩点内以保证打桩机行走时桩点不被破坏 钻机定位后 应对定位点进行复查 钻头与桩点偏差不应大于 20mm 2 2 稳钻及成孔 稳钻及成孔操作流程详见下图 图图 3 3稳钻及成孔操作流程图稳钻及成孔操作流程图 2 2 1 稳钻 1 确定施工桩位后 由技术人员按图纸找点 以露出圆状白点 为准 依据固定点或其它准确的桩位点 按图示尺寸进行检查 点位 偏差应符合规范要求 2 钻机就位后 必须平正 稳固 结合场地实际情况铺设钢板 或枕木 确保钻机在施工中不发生倾斜 移动 3 稳钻时 钻头尖与桩位垂直对准 并且调整好垂直度 如发 现钻尖离开点位要重新调整 重新稳点 直到钻头尖对准桩位为止 钻机对准桩点后必须调平 确保成孔的垂直度 4 施工时钻头对准桩位点 稳固钻机 通过水平尺及垂球双向 控制螺旋钻头中心与钻杆垂直度 确保钻机在施工中平正 图图 4 4 稳钻稳钻图图 5 5 成孔成孔 2 2 2 成孔 1 施工前 技术员应依据设计桩长及施工场地地坪标高 在钻 机抱杆上作出明显标记 以确定钻具钻进深度 2 开钻下钻速度应缓慢并平稳 在钻进过程中 不宜反转或提 升钻杆 钻杆下端距地面 10 20cm 对准桩位 压入土中 使桩中心 偏差不大于规范和设计要求的 20mm 3 在钻进过程中如遇到卡钻 钻机摇晃 偏斜或发生异常声响 时 应立即停钻 查明原因 采取相应措施后方可继续作业 4 钻机成孔施工过程中要求边旋转钻杆边清除孔边渣土 以防 止提升钻杆时土块掉入 钻孔过程要用经纬仪校正垂直度 1 2 3 超流态砼配制与压灌 2 3 1 超流态砼配制 1 超流态砼采用商品砼站集中搅拌生产 砼罐车运至现场 泵 送浇筑 2 超流态混凝土用砂 石 其含泥量不得超过表 1 规定 表表 1 1 砂 石含泥量允许值砂 石含泥量允许值 材料品材料品 种种 混凝土强度混凝土强度 等级等级 含泥量按重量计含泥量按重量计 泥块含量按重量计 泥块含量按重量计 砂 大于或等于 c30 3 0 1 0 小于 c30 5 0 2 0 石 大于或等于 c30 1 0 0 5 小于 c30 2 0 0 7 3 细骨料应选用粗砂或中砂 质量应符合国家现行标准 普通 混凝土用砂质量标准及检验方法 jgj52 的规定 4 粗骨料应采用连续级配碎石或卵石 粒径为 5 30mm 一般 宜选 5 20mm 针片状颗粒含量不大于 10 质量应符合国家现行标准 普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法 jgj53 的规定 5 超流态混凝土的外加剂应根据混凝土的流动状态优先选用减 水型外加剂 6 桩身混凝土必须留有试件 标养试块 每个灌注台班不得少 于 1 组 每组 3 件 当桩直径大于 1m 或单桩混凝土量超过 25m 3 时 每 根桩应留有 1 组试件 2 3 2 超流态砼压灌 1 清理砼泵输送管及钻杆 压灌超流态砼前 应先采用同砼强 度等级的砂浆进行润湿泵管及钻杆 2 拌制超流态砼的原材料必须经过复验合格后方可投入使用 水泥宜选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 强度等级不得低于 42 5mpa 最小水泥用量 350kg 立方米 水灰比宜为 0 5 0 6 外加 剂的选用应保证塌落度达到 22cm 25cm 拌制投料时其添加顺序宜滞 后于水和水泥 石子粒径宜采用 5 20cm 提高水泥和易性 使石子 在砼中悬浮 以避免砼离析 减少钢筋笼下沉时的粘阻力 3 钻至设计标高后 应先泵入砼 并停顿 10 20s 然后再缓 慢提升钻具 开动砼泵向孔内压灌砼 边压灌边提钻 开始以低速控 制 提钻注砼 3m 以上增大泵的压力 并始终保证管内有一定高度的砼 4 提钻压砼泵送施工时 要严格控制钻杆提升速度 确保提钻 速度与砼浇注速度相协调 提钻杆前 要求钻杆内的砼高度高出地面 施工时 通过砼泵送对钻杆产生的上顶力 调整提钻速度 保证钻杆 及叶片对砼有一定的挤压作用 混凝土灌注高度宜高出桩顶标高 0 3 0 5m 5 砼压灌结算后 应立即将钢筋笼插至设计深度 并及时清除 钻杆及泵管内残留砼 压灌多余的混凝土 待挖土时将进行桩头破除 处理 2 4 钢筋笼制作和安放 2 4 1 钢筋笼的制作 1 依据图纸钢筋笼设计 技术员提供钢筋下料 2 先做好加强筋 将主筋在其外侧均匀排列依次焊好 形成笼 骨架 将箍筋依次点焊于主筋外侧 主筋搭接单面焊 10d 搭接焊处 要同心 焊接接头应相互错开 3 钢筋笼制作要符合规范要求 否则不得使用 4 钢筋笼制作应对钢筋规格 焊条规格 品种 焊口规格 焊 缝长度 焊缝外观和质量 主筋和箍筋制作偏差等进行检查 图图 6 6 钢筋笼制作钢筋笼制作图图 7 7钢筋笼安放钢筋笼安放 2 4 2 钢筋笼的安放 1 安置钢筋笼之前清理孔口周围 防止钻机出土落入孔内 2 灌注工将预制的钢筋笼抬到孔口 搬运过程中要轻抬轻放 破损的钢筋笼应及时进行修复 3 利用钻机自备吊钩插入孔中 人工下方钢筋笼 当人工下方 不动时 采用振捣器安装在钢筋笼上口进行振捣下放 用水准仪确定 标高 并将其固定在设计笼顶标高处 4 固定钢筋笼要保证主筋保护层厚度 5 吊放钢筋笼时 为防止起吊笼体变形 笼体下部可绑附钢管 沿主筋通长布置 下放钢筋笼之前 要调直 对中 6 起吊吊点要合理布置 吊起钢筋笼头部同时 通过人工抬起 钢筋笼的底部 起吊过程中 至少专人远距离双方向垂直控制指挥 防止碰撞孔壁 确保钢筋笼保护层 保护层可以通过在加劲箍上焊接 保护层定位钢筋头或绑扎固定成品钢筋保护层垫块进行控制 符合设 计图纸要求 7 钢筋笼应连续沉入压灌砼中 如遇下沉阻力过大 要及时拔 出钢筋笼 重新成孔插入 并用水平仪监控桩顶标高 8 钢筋笼固定后 灌注工清理孔口 确保砼初凝前无残土掉入 孔内 3 3 质量控制技术质量控制技术 3 1 质量验收标准 质量验收标准执行 钻孔压灌超流态砼桩基础技术规程 db23 t360 2010 和 长螺旋钻孔压灌砼后插钢筋笼灌注桩施工技术 规程 db11 t582 2008 等 3 2 质量控制技术探讨 3 2 1 砼压灌质量控制 砼压灌工序是该桩基施工直接关系到桩体成型质量的重点 也是 最不同于泥浆护壁桩基施工工艺的工序 泥浆护壁桩砼是 自上而下 逐层向上灌注浇筑砼 而该桩是 自下而上 压灌顶升浇筑砼 且该 砼为超流态砼 由于砼是 自下而上 压灌浇筑 我们不难得出 该 工序质量控制主要方面就是 砼质量 压灌与提钻的同步和压灌压力 等 1 砼质量控制方面 首先应要求采用有资质单位供应的预拌商 品砼 然后必须对于进场砼开罐浇筑前严格检查复核砼质保资料 配 合比 出厂合格证等资料 最后随即抽查砼塌落度是否复核要求 并 按要求留置砼试块等 2 压灌与提钻的同步方面 应确保钻至设计标高后 提钻之前 先泵入砼 并停顿 10 20s 然后开始提升钻具 提钻速度 宜为 1 2 1 5m min 严禁超速 并要求始终保证管内要有一定高度 应不少于 1m 高度 的砼 3 压灌压力方面 规范要求长螺旋钻孔压灌桩充盈系数应大于 1 现场施工正常充盈系数宜为 1 02 1 3 为确保砼灌注压灌压力 同一根桩砼压灌应连续进行 防止砼产生分层或离析 至桩头时压灌 砼高度宜高出桩顶标高 0 3 0 5m 3 2 2 后插钢筋笼质量控制 长螺旋钻孔压灌桩后插钢筋笼 这是和泥浆护壁灌注桩施工工艺 也是完全相逆的 为便于长螺旋钻孔压灌桩后插钢筋笼顺利插入砼桩 体中 一般设计都会考虑两个方面 一方面钢筋笼的前端设计绑扎成 圆锥尖形 另一方面即是砼采用超流态砼 后插钢筋笼对桩基成型有 两点好处 一是能有效保证钢筋笼的位置和到位率 二是后插钢筋笼 对已压灌的桩体砼形成二次振捣 控制后插钢筋笼的成型质量主要有 以下几个方面 1 钢筋笼的加工制作应符合规范要求 并有足够的刚度 钢筋 笼应提前加工制作好 就近堆放并进行半成品保护 2 钢筋笼的保护层应通过焊接保护层控制定位钢筋 或绑扎成 品钢筋保护层垫块 来控制 3 钢筋笼起吊吊点要合理布置 吊起钢筋笼头部同时 通过人 工抬起钢筋笼的底部 配合钢筋笼起吊过程中直立扶正 同时安排测 量人员双方向垂直控制指挥 4 钢筋笼下放时 应采用钢筋笼可周转导入管 可有效避免钢 筋笼下放过程发生倾斜 钢筋笼插入速度宜控制在 1 2 1 5m min 钢筋下沉直至露出地面小于 1m 时 需要时 应在顶端头以带配重的振 动器振动压入 并用水平仪监控桩顶标高 5 钢筋插入到位后 应作出桩头及钢筋笼顶的成品保护 防止 碾压变形或破坏 3 3 常见质量问题的分析与控制 3 3 1 砼堵管 1 产生的主要原因 砼配合比或坍落度小不符合要求 成桩时间过长导致砼初凝 吸 进空气 导管过于弯折或者砼供应配合不够紧密等 2 控制措施 1 保证粗骨料的粒径 砼的配比和塌落度符合要求 加强对砼质 量现场抽查 2 泵送管路避免过大变径和尽量减少弯道尽可能保持水平 控制 泵管泵送距离不超过 60m 同时长距离泵送时 泵管下面应用垫木垫实 每次拆卸导管都必须清洗干净 3 当气温高于 30 时 应在砼输送泵管上采取降温措施 冬季 施工时应注意采取保温措施 4 砼的泵送连续进行 保持料斗内砼的高度不低于 400mm 防 止吸进空气造成堵管 5 成桩后 应及时消除钻杆及软管内残留砼 长时间停止时 应 采用清水将钻杆 泵管 砼泵清洗干净 6 加强施工管理 保证砼供应及时 及时发现和解决问题 3 3 2 偏桩 1 产生的主要原因 桩机钻头对位不准确或钻杆跑偏等 2 控制措施 1 定位测量正确 放桩位标识精确 全数复核桩位放线质量 严 格控制放线桩位偏差 2 桩机的水平度和垂直度在开钻前和钻进过程中设专人从两个 垂直方向 采用经纬仪或吊线时刻进行监测检查 随时纠偏 3 钻孔作业人员应持证上岗 操作熟练 遇到地下异常情况及时 停钻处理 4 施工前应平整 压实作业场地 控制桩机水平度 3 3 3 断桩 空心 夹层 1 产生的主要原因 因提钻太快 泵送砼不能与提钻速度同步 或是相邻桩太近造成 串孔等造成 2 控制措施 1 严格按超流态砼配比进行配置砼 高效减少剂掺量要符合要 求 商品砼要严格复查出厂质保资料 并定时抽查塌落度 2 保持砼灌注的连续性 可以采取加大砼泵量 配备储料罐等措 施 3 严格控制提速 保证钻尖埋入砼面以下不小于 1000mm 4 如灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于砼的初凝时 间时 应重新成孔灌桩 5 超流态砼施工区域范围内严禁进行降水施工作业 以免造成 桩机超流态砼浆料流失 3 3 4 桩身砼收缩 1 产生的主要原因 砼凝固收缩 造成砼桩身回缩 2 控制措施 1 可通过外加剂和超灌予以解决 施工中保证充盈系数 1 0 正 常情况下充盈系数为 1 02 1 30 2 桩顶至少超灌 30 50cm 并防止桩孔口土及泥沙混入 3 选择减水效果好的减水剂 4 钻孔成孔后 在提钻之前 应确保泵入砼 10 20s 后开始提钻 同时提钻速度和砼泵入同步 并监控是否出现异常 一旦出现异常 立即进行处理 5 钻孔后 相邻已灌完桩的桩顶砼面迅速下沉 发生串孔 应改 为跳打法 3 3 5 钢筋笼沉入困难 1 产生的主要原因 由于砼配合比不好 桩周土对桩身产生挤密压实作用 钢筋笼因 刚度不足而变形 钢筋笼长度过长等 2 控制措施 1 严格控制碎石粒径 最大粒径不宜大于 25mm 改善砼配合比 宜采用河砂 掺入 级或 级粉煤灰 和坍落度 200 240mm 2 选择合适的外加剂 缓凝高性能减水剂 并保证砼灌注量达 到要求 3 增强钢筋笼的刚度 主筋直径不应小于 18mm 加密加劲箍筋 钢筋笼长度不应超过 22m 4 钢筋笼起吊时必须夹紧 保持垂直和对中 并保证将振动锤 的击振力通过钢筋笼导入管传到钢筋笼底部 4 4 技术经济分析技术经济分析 4 1 技术经济对比分析 长螺旋钻孔压灌超流态砼桩对比泥浆护壁砼灌注桩优越性明显 其两者施工工艺及技术性能对比情况如下表 表表 2 2 长螺旋钻孔压灌超流态砼桩与泥浆护壁砼桩施工技术性能对照长螺旋钻孔压灌超流态砼桩与泥浆护壁砼桩施工技术性能对照 表表 项目项目 长螺旋钻孔压灌超流态砼长螺旋钻孔压灌超流态砼 桩桩 泥浆护壁砼桩泥浆护壁砼桩 人员要求和 数量 钻机司机 1 人 钢筋工若 干 钻工 2 人 泵工 1 人 普工 1 人等 需用工种和人数均相对较 少 钻机司机 1 人 吊车司机 1 人 挖机司机 1 人 吊车指 挥 1 人 钢筋工若干 钻工 3 人 泵工 1 人 普工 2 人 等 需用工种和人数均相对较 多 需用机械种 类和数量 长螺旋钻孔桩机 1 台 砼 泵 1 台 需用机械种类和数量均相 对较少 钻机 1 台 挖机 1 台 汽车 吊 1 台 砼泵 1 台 泥浆运 输车 1 台 污水泵 1 台 振 捣器 1 台 等 需要机械种类和数量多 需用辅助材 料或工具种 无 泥浆池 泥浆 水 砼串筒 护筒 砼漏斗等 类和数量需要辅助材料种类和数量 相对多 技术适应性 较强 桩间距较小的情况 下 也可连续施工 不需 间隔跳打 适用于易塌孔 土体 强 桩间距较小情况下 不 可连续施工 需间隔跳打 不宜用于易塌孔土体 单桩承载力 较高 根据数据统计分析 单桩承载力可提高 30 50 高 工艺施工难 易 工序一次成型 工艺简单 简便易行 工艺相对较复杂 控制难度 大 质量控制易控制 成型质量好 难 容易发生断桩 缩径 孔底沉渣 塌孔 串孔的质 量通病 安全文明管 理 无泥浆 且单机作业 易 管理 有泥池泥浆 且多机多工种 多人员交错作业 难管理 施工工效 一次成型 设备移动灵活 操作简便 效率高 多道工序多工种多设备先 后参与作业 工效低 施工工期 施工速度较快 相对提前 20 工期 施工速度较慢 工程造价 施工成本低 工期短 管 理成本节约 综合费用可 相对节省 15 20 施工成本高 还需处理花费 泥浆费用 环保节能 噪音小 无泥浆污染和排 污 扰民小 噪音大 有泥浆污染 需排 污 扰民大 4 2 工程实例效益对比分析 齐齐哈尔市中心城区污水处理厂一期升级改造工程曝气池 筏板 桩基础 占地面积为 10438 1m2 采用长螺旋钻孔压灌超流态砼桩 桩径 400mm 砼强度为 c30 超流态砼 单桩竖向抗压极限荷载标准值 quk 1000kn 桩端锚入底板 50mm 桩的砼保护层为 35mm 桩端应锚 入圆砾土层大于 6m 桩长 7 5m 共有 2048 根桩 加氯 加药间工程 承台桩基础 建筑面积为 589 23m2 采用长螺旋钻孔压灌超流态砼桩 桩端锚入承台 100mm 桩的砼保护层为 35mm 桩端应锚入圆砾土层大