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钻孔灌注桩施工 湿作业成孔 钻孔灌注桩 湿作业成孔 是指采用不同的钻孔方法 在土层中形成一定直径的井孔 达到设计标高后 将钢筋骨架吊入井孔中 并灌注水下混凝土而形成的桩基础 1 概念 场地准备 测定孔位 开挖泥浆池 钻机就位 泥浆制备 挖埋护筒 工艺流程 钻进 中间检查 终孔 清孔 安放钢筋笼 安放导管 二次清孔 灌注水下混凝土 凿桩头 桩基检测 2 一 场地准备 钻孔场地应清除杂物 换除软土 平整压实 场地位于陡坡 水或淤泥中时 搭设坚固稳定的工作平台 并能承受施工作业时所有的静 动荷载 场地准备过程中还需考虑施工设备能够安全进 出场 3 4 二 护筒埋设 1 护筒的作用 定位 保护孔口 防止地面石块掉入孔内 保持泥浆水位 防止坍孔 桩顶标高 桩长控制 防止钻孔过程中的沉渣回流 钻头导向 2 护筒的埋设要求 护筒可用4 8 厚钢板制作 也可采用钢筋混凝土制作 护筒埋设应准确 稳定 护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50 顶端高出地面0 3 0 5m 上设溢浆孔 护筒的内径比桩设计直径稍大 用回转钻机宜大于10cm 用冲击钻机宜大于20cm 护筒的埋设深度 在黏性土中不宜小于1 0m 砂土中不宜小于1 5m 护筒下端外侧应采用黏土填实 其高度尚应满足孔内泥浆面高度的要求 5 7 护筒 6 泥浆作用 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 泥浆组成及要求 钻孔泥浆由水 粘土 膨润土 和添加剂组成 根据不同的地质条件制备不同性能的泥浆 施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1 0m以上 在受水位涨落影响时 泥浆面应高出最高水位1 5m以上 在清孔过程中 应不断置换泥浆 直至浇注水下混凝土 浇注水下混凝土前 孔底500mm以内的泥浆比重应小于1 25 含砂率不得大于8 黏度不得大于28s 在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施 7 三 泥浆制备 8 泥浆池 9 泥浆指标检测仪器 四 钻架与钻机就位 要求钻架应能够承受钻具和其他辅助设备的重量 具有一定的刚度 并具有足够的高度 钻架安装就位时 应详细测量 钻孔过程中 成孔中心必须对准桩位中心 钻架必须保持平稳 不发生位移 倾斜和沉陷等 10 冲击钻孔法 正 反循环钻孔法 旋挖成孔法 成孔方式 五 钻孔 11 冲击钻机钻孔 钻头 十字形 管形 12 十字钻头 13 冲击钻孔的施工要点 邻孔混凝土达2 5MPa后开钻 开孔时采低锤密击 反复冲击造壁 保持泥浆面稳定 孔深超出钻头高后增加冲程 钻进过程中 每4 5m应验孔一次 中 低冲程 1 2m 中等冲程 2 3m 高冲程 3 5m 粘性土 风化层 砾砂石等 粉砂或中粗砂层等 基岩 漂石和密实卵石层 14 15 正循环钻孔 原理 正循环是用泥浆泵将泥浆以一定压力通过空心钻杆顶部 从钻杆底部喷出 底部的钻锥在旋转时将土壤搅松成为钻渣 被泥浆悬浮 随泥浆上升而溢出流至孔外的泥浆槽 经过沉淀池中沉淀净化 泥浆再循环使用 特点 排渣能力较弱 钻进速度较慢 钻具的磨损也较大 但工艺比较简单 容易操作 正循环钻机价格比较便宜 适用土质 粘土 淤泥质土层 粉砂 卵砾石层 基岩等 正循环钻结构示意图 16 反循环钻孔 原理 反循环钻机与正循环的泥浆循环方式正好相反 泥浆由孔外流入孔内 用真空泵或其他方法 如空气吸泥机 将钻渣通过钻杆中心从钻杆顶部吸出 或将吸浆泵随同钻锥一同钻进 从孔底将钻渣吸出孔外 特点 反循环钻机排渣能力比较强 但工艺比较复杂 操作不当容易引起塌孔埋钻 而且反循环钻机价格比较高 17 反循环钻结构示意图 18 旋挖钻机钻孔 适用范围 主要适于砂土 粘性土 粉质土等土层 成孔直径可达1 5 4m 成孔深度可达60 90m 能满足各类大型基础施工的要求 意义 旋挖钻机的施工优势 适用性强 自动化程度高 劳动强度低 钻进效率快 成桩质量好 环境污染小 能显著提高工程施工效率和工程质量 在合理选取施工方法与施工工艺时 还能最大限度地节省物力 财力 人力等资源 对企业效益和社会安全具有双赢意义 19 旋挖钻机 20 旋挖钻斗 21 清孔目的 降低泥浆的相对密度 黏度 含砂率 清除钻渣 减少孔底沉淀厚度 为灌注水下混凝土创造良好条件 使测深正确 灌注顺利 确保桩身质量 避免出现断桩之类的质量事故 清孔方法 抽浆清孔换浆清孔掏渣清孔 22 六 清孔 清孔要求 终孔后停止进尺 将钻头提离孔底200 300mm 保持泥浆循环 泵入比重1 03 1 08的泥浆 把孔内泥浆换出 并捞取沉渣 直至达到设计要求 当泥浆比重在1 05 1 25 含砂率 2 泥浆粘度在20s以下时 方可提钻进行下道工序施工 二次清孔的必要性 从提钻到灌注混凝土 有时需数小时 导致泥浆静置时间过长 孔底就会产生沉淀 并且钢筋笼下放过程中也会从井壁上挂落部分泥块 构成的孔底沉渣厚度可能就会超过设计要求 如不采取措施就灌注混凝土 很容易引发各种质量事故 因此 需要在灌筑混凝土前二次清孔 23 孔底沉渣过厚的原因 护壁泥浆选用不当 清孔 清渣程度不足 施工历时过长 施工工序间不紧凑 混凝土初灌量不足 孔底沉渣过厚的危害 沉渣过厚会导致桩侧摩阻力与端阻力同时降低 并且对桩极限承载力影响非常显著 为了确保成桩质量 必须严格控制孔底沉渣厚度 孔底沉渣厚度要求 对端承型桩 不应大于50 对摩擦型桩 不应大于100 对抗拔 抗水平力桩 不应大于200 24 注意事项 钢筋骨架一般每隔2 2 5米设置直径14 18毫米的加强箍筋一道 螺旋箍筋与主筋按梅花形用电弧焊点焊固定 分段制作的钢筋笼 其接头宜采用焊接 机械等形式连接 且上下节主筋接头错开50 按设计及规范要求 严格设置保护层厚度 钢筋骨架运输过程中不得使骨架变形 钢筋骨架起吊设备吊起 并对准护筒中心缓慢下放至设计标高 就位后应立即固定 下放钢筋骨架应防止碰撞孔壁 声测管埋设位置要准确 25 七 钢筋笼的制作和安装 声测管在钢筋笼加工过程中安装 按设计要求用加强筋固定 钢筋笼分段吊装过程中 声测管必须对正连接 安装声测管时每个接头必须焊好用胶带封严密合 防止水下混凝土时进入声测管内 导致桩基无法检测 声测管连接完毕后灌水进行检查 以增强声测管抗压能力 方便桩基检测 26 27 钢筋笼制作 28 保护层安装 29 钢筋笼起吊 30 钢筋笼机械连接 31 钢筋笼焊接 七 导管 水下混凝土浇筑宜采用导管法 导管内径一般为200 300mm 导管连接宜采用螺丝扣 1 导管使用前需使用气泵进行水密承压试验 对导管两端安装封闭装置 在试压封闭两端安装进水孔 向导管内注水 注水至管道另一端出水时停止 应保证导管内充水达70 以上 将一端注水孔密封 另一端与空气压力机连接 检查导管连接处封闭端安装情况 检查合格后压风机充压0 6MPa时 保持压力15分钟 检查导管接头处溢水情况 对溢水处做好记录 将导管翻滚180 再次加压 保持压力15分钟 导管水密试验时的水压应不小于井孔内水深1 3倍的压力 32 2 根据护筒顶标高 孔底标高 并考虑垫木高度 计算导管所需长度 并对导管进行试拼 标准导管长度一般为4m 3m 2 5m 2m 1m 0 5m 符合长度要求后 对导管进行编号 试拼时最上端导管用单节长度较短的导管 最底节采用单节长度较长的导管 3 导管安装采用起吊设备配合人工操作 导管安放时 人工配合扶稳使位置居钢筋笼中心 然后稳步沉放 防止卡挂钢筋骨架和碰撞孔壁 安装时用起吊设备先将导管放至孔底 然后再将导管提起 使导管底距孔底约40cm 4 导管高度确定后 用枕木调整导管卡盘高度 用卡盘将导管卡住 5 每次灌注混凝土后应对导管内外进行清洗 33 导管 34 水下混凝土不能直接倾倒于水中 因为当混凝土直接与水接触时 骨料和水泥会很快产生分离 骨料沉入水底 水泥悬浮水中 因此水下混凝土的浇注 必须在与周围环境水隔离的条件下进行 水下混凝土浇筑最常用的是导管法 35 八 灌注水下混凝土 为确保水下混凝土灌注的顺利进行 混凝土灌注前首先要准确计算出首批混凝土方量 首批混凝土的方量按下式确定 V D2 H1 H2 4 d2 h1 4式中 V 灌注首批混凝土所需数 m3 D 桩孔直径 m 1 桩孔底至导管底端间距 一般0 4m 2 导管初次埋置深度 大于0 8m d1 导管内径 m h1 桩孔内砼达到埋置深度H2时 导管内砼柱平衡导管外泥浆压力所需的高度 m 即h1 Hw w c 其中 Hw 井孔内泥浆的深度 m w 孔内泥浆的重度 KN m3 c 砼的重度 KN m3 36 37 钢筋笼吊装完毕后 安置导管并对孔进行二次清孔 还应进行孔位 孔径 垂直度 孔深 沉渣厚度等进行检验 合格后应立即灌注混凝土 水下混凝土灌注时还应注意如下事项 1 混凝土拌合前 由试验室提供水下混凝土配合比 2 测定拌合料场砂 石的含水量 换算施工配合比 交付拌和站严格按施工配合比拌制混凝土 3 混凝土拌合坍落度控制在180 220mm 4 开始灌注混凝土时 导管底部至孔底的距离宜为300 500mm 导管初次埋入混凝土灌注面以下不应少于0 8m 5 导管埋入混凝土深度宜为2 6m 严禁将导管提出混凝土灌注面 并应控制拔管速度 浇筑过程中需设专人测量导管埋深及管内外混凝土灌注面的高差 6 灌注水下混凝土必须连续施工 每根桩的灌注时间应按初盘混凝土的初凝时间控制 7 应控制最后一次灌注量 超灌高度宜为0 8 1 0m 凿除泛浆高度后必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计等级 38 砼坍落度现场监测 39 40 隔水栓 水下混凝土首灌浇筑 42 水下混凝土灌注 41 根据砼浇筑标高分节拆除导管 42 拆除的导管及时冲洗和保养 43 钻芯法 低应变法 声波透射法 桩身完整性检测 八 桩基检测 高应变法 44 单桩竖向抗压静载试验 单桩竖向抗拔静载试验 单桩水平静载试验 单桩承载力检测 45 46 凿桩头 低应变检测示意图 47 低应变现场检测 48 49 钻芯法检测 声测管布置示意图 将声测管绑扎在钢筋笼上 50 单桩竖向抗压静载试验 51 单桩竖向抗拔静载试验 52 单桩竖向抗拔静载试验 53 九 钻孔事故预防与处理 1 护筒周边冒水的预防与处理措施 在埋设护筒之前 桩位与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实 保证护筒高出地面30cm或水面1 0 2 0m 在护筒的适当高度开孔 使护筒内保持1 0 1 5m的水头高度 钻头起落时 应防止碰撞护筒 发现护筒周边冒水时 应立即停止钻孔 用粘土在四周填实加固 若护筒严重下沉或移位时 则应重新安装护筒 54 2 孔壁坍陷的预防与处理措施 在松散易坍的土层中 适当加深护筒 用粘土密实填封护筒四周 使用优质泥浆 保证泥浆的比重 粘度和胶体率 保持护筒内泥浆水位高于地下水位 搬运和吊装钢筋笼时 应防止变形 安放要对准孔位 避免碰撞孔壁 钢筋笼接长时要加快进度 尽可能缩短沉放时间 成孔后 待灌时间一般不应大于3h 并控制混凝土的灌注速度 在保证施工质量的情况下 尽量缩短灌注时间 发生孔口崩塌时 可立即拆除护筒并回填钻孔 重新埋设护筒再钻 如发生孔内坍塌 判明坍塌位置 回填砂和粘质土 或砂砾和黄土 混合物到坍孔处以上1m 2m 如坍孔严重时应全部回填 回填物沉积密实后再行钻进 55 3 缩孔的预防与处理措施 应采用优质泥浆 降低失水量 成孔时 应加大泵量 加快成孔速度 在成孔一段时间内 孔壁形成泥皮后 则孔壁不会渗水 也不会膨胀 或在导正器外侧焊接一定数量的合金刀片 在钻进或起钻时起到扫孔作用 如出现缩孔 采用上下反复扫孔的办法 以扩大孔径 56 4 钻孔倾斜的预防与处理措施 先将场地夯实平整 轨道枕木要均匀着地 在不均匀地层中钻孔时 采用自重大 钻杆刚度大的钻机 进入不均匀地层 斜状岩层或碰到孤石时 钻速要打慢档 另外 安装导正装置也是防止孔斜的简单有效方法 钻孔偏斜时 可提起钻头 上下反复扫钻几次 以便削去硬土 如纠正无效 应于孔中局部回填粘土或片石至偏孔处0 5m以上 重新钻进 57 5 导管堵塞的防治措施 使用的隔水栓直径应与导管内径相匹配 同时具有良好的隔水性能 在混凝土灌注时 应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制 坍落度宜为180 220mm 粗骨料的最大粒径不得大于导管内径的1 6 1 8和钢筋笼主筋最小净距的1 4 且不大于40mm 混凝土宜掺外加剂 应确保导管连接部位的密封性 导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验 进行水密试验的水压不应小于孔内水深压力的1 3倍 导管顶口应设置排气孔 避免在导管内形成高压气塞 58 6 钢筋笼上浮的预防及处理措施 原因分析 钢筋笼放置后 灌注砼时被砼流动推动力克服了钢筋笼自重而上浮 特别是初灌砼自导管流出后冲击力较大 钢筋笼被砼拖顶上升 防治措施 钢筋笼安装位置定位应准确 用吊筋固定 并用重物连接牢固 另外加快砼灌注速度 缩短灌注时间 防止砼顶层进入钢筋笼时初凝 流动性变小而