桥梁基础钻孔灌注桩施工技术培训ppt课件

桥梁钻孔灌注桩基础施工 2020 4 13 1 本任务重点 难点 教学重点 钻孔灌注桩施工工艺 教学难点 灌注过程中常见的事故 引起的原因及处理办法 灌注桩最早出现在100多年前的1893年的美国 因为工业的发展以及人口的增长 高层建筑不断增加 但是因为很多城市的地基条件比较差 不能直接承受由高层建筑所传来的压力 地表以下存在着厚度很大的软土或中等强度的黏土层 建造高层建筑如仍沿用当时通用的摩擦桩 必然产生很大的沉降 于是工程师们借鉴了掘井技术 发明了在人工挖孔中浇筑钢筋混凝土而成桩 于是在随后的50年之后 即20世纪40年代初随着大功率钻孔机具的研制成功首先在美国问世 二战后 世界各地特别是欧美发达国家经济复苏与发展 时至今日 随着科学技术的日新月异发展 钻孔灌注桩在高层 超高层的建筑物和桥梁等构筑物中被广泛应用 当然 在我国 钻孔灌注桩设计及施工水平也得到了长足的发展 钻孔灌注桩施工工艺的发展及概念 钻孔灌注桩 是指采用不同的钻孔方法 在土中形成一定直径的井孔 达到设计标高后 将钢筋骨架 笼 吊入井孔中 灌注混凝土形成的桩基础 2020 4 13 4 6 钻孔 7 终孔并第一次清孔 8 安放钢筋笼并下导管 9第二次清孔 10 混凝土浇筑 成桩 2 桩位放样 3 埋设护筒 4 制备泥浆 1 场地准备 5 钻架与钻机就位 施工流程图 1 场地准备 旱地 浅水 深水 平整 夯实场地 围堰法 筑岛法 钻孔准备工作 吹沙筑岛施工 吹沙筑岛完成 钢便桥和吹沙筑岛便道顺利连接 吹沙筑岛施工结束 水上施工便道工作面全面铺开 双壁钢围堰 钢板桩围堰 沉井筑岛 双壁钢围堰 二 桩位放样 桩位放样采用全站仪坐标法对钻孔桩桩位放样 埋好护筒后在护筒四周标记 1 护筒的作用 固定桩孔位置 稳定孔壁 保护孔口 防止地面水流入 增加孔内水压力 防止塌孔 成孔时引导钻头的方向 2 护筒的制作要求 护筒通常采用钢筋混凝土和钢制两种 视具体情况而定 钢护筒厚4 8mm 钢筋混凝土护筒厚8 10cm 护筒上部设1 2个溢浆孔 护筒的内径比钻孔桩设计直径稍大 用回转钻机钻孔的宜加大20 30厘米 用冲击钻和冲抓钻钻孔的宜加大30 40厘米 2020 4 13 9 三 埋设护筒 3 护筒的埋设要求 钻孔前 在现场放线定位 按桩位挖去桩孔表层土 并埋设护筒 埋设护筒可采用挖埋或锤击 振动 加压等方法 但注意避免引起孔口开裂 倾斜 埋设完毕及时用粘土沿四周对称分层填压夯实 使护筒底口不致漏失泥浆 埋置深度一般情况为1 2米 在粘性土中不宜小于1 0m 砂土中不宜小于1 5m 对有冲刷影响的河床 护筒宜沉入施工期局部冲刷线以下1 0 1 5m 且宜采取防止河床在施工期过度冲刷的防护措施 为防止护筒下沉特殊情况应加深 同时保证满足孔内泥浆面高度的要求 护筒顶面应高于 地 岛面0 2 0 5m 避免孔口四周浸泡 导致塌孔 护筒顶端高程应满足孔内水位设置高度的要求 2020 4 13 10 护筒入土深度 2020 4 13 11 溢浆孔 2020 4 13 12 避免孔口四周浸泡 导致塌孔 锤击加压钢护筒时保证钢护筒垂直 避免倾斜 2020 4 13 13 埋设护筒 护筒埋设要求 1 除设计另有规定外 护筒中心与桩中心的平面位置偏差应不大于50mm 2 护筒在竖直方向的倾斜度应不大于1 桩位放样 测量放样中心点与设计允许偏差2cm 四 泥浆制备 泥浆作用 在孔壁形成泥皮稳定孔壁 隔断孔内外渗流 防止坍孔 悬浮钻渣 润滑钻具 增大静水压力 组成及要求 水 水的PH值7 8之间 不含杂质 粘土 或膨润土 塑性指数大于25 粒径小于0 005mm颗粒含量多于总量的50 相对密度为1 1 1 5 添加剂 无机 纯碱等促使颗粒分散 防止凝聚下沉有机 丹宁液 拷胶液等降低粘度 2020 4 13 16 泥浆制备 泥浆池 2020 4 13 19 泥浆护壁成孔灌注桩 泥浆池 2020 4 13 20 泥浆三大指标检测 泥浆杯 秤杆 游码 支架 漏斗稠度计 量杯 含沙量仪及测量工具 这货正在干嘛 泥浆三件套 比重计 粘度计 含沙量测定仪 泥浆比重 将泥浆杯装满泥浆 加盖并擦净溢出的泥浆 让后置于支架上 移动游码 使杠杆呈水平状态 读出游码左侧所示刻度 即为泥浆的比重 泥浆稠度 计测量时用手指堵住漏斗下面的出口 用量杯分别将500ml和200ml泥浆通过滤网倒入漏斗 然后打开出口 让泥浆从漏斗管中流出 用秒表测定流出500ml泥浆所需时间 s 即为泥浆稠度 含砂率 量测时 将调制好的泥浆50ml倒进含砂率计 然后再倒入450ml清水 将仪器口塞紧 摇动1min 使泥浆与水混合均匀 再将仪器竖直静放3min 仪器下端沉淀物的体积 由仪器上刻度读出乘2即为含砂率 500ml规格的 1000ml的直接读出就是含砂率 失水率 ml 30min 和泥皮厚 mm 的测定方法是用一张12cm 12cm的滤纸 置于水平玻璃板上 中央画一直径30mm的圆圈 将2ml的泥浆滴于圆圈中心 30min后 测量湿圆圈的平均半径减去泥浆坍平成为泥饼的半径 mm 即为失水率 在滤纸上量出的泥浆皮的厚度即为泥皮厚度 胶体率 是将100ml泥浆倒入100ml的量杯中 用玻璃片盖上 静置24h后 量杯上部泥浆可能澄清为透明的水 量杯底部可能有沉淀物 以100 水 沉淀物 体积即等于胶体率 泥皮的厚薄与失水量大小有很大关系 泥浆失水量小者 泥皮薄而致密 有利于巩固孔壁 失水量大者易形成厚泥皮 在泥 页 岩地层易造成地层软化膨胀 产生缩径或坍孔 地下水位高或其流速大时下表取高限 反之取低限 地质状态较好时 孔径或孔深较小的取低限 反之取高限 五 钻架与钻机就位 钻架要求 能够承受钻具和其他辅助设备的重量 具有一定的刚度 具有足够的高度 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 钻架安装就位时 应详细测量 底座应用枕木垫实 塞紧 顶端用缆风绳固定平稳 并在钻进过程中经常检查 2020 4 13 25 钻机就位之前准备工作 2 反循环钻头直径至少大于桩设计直径3 冲击钻钻头直径可小于设计桩径2 3cm 1 进场钻机要进行进场合格报验 钻机就位 冲击法 冲抓法 旋转法 钻孔 六 钻孔 冲击钻钻架与钻机 冲击钻机钻孔 钻头 十字形 管形 十字钻头 冲击钻孔的施工要点 邻孔混凝土达2 5MPa后开钻 开孔小冲程 孔深为钻头高加冲程后正常冲击 中 低冲程 1 2m 中等冲程 2 3m 高冲程 3 5m 分级扩钻 粘性土 风化层 砾砂石等 砂卵石等 基岩 漂石和密实卵石层 十字形钻头钻1 5m以上孔径分2级管形钻头0 7m以上孔分2 4级 1 控制合适的泥浆相对密度 施工时 要先在孔口埋设护筒 然后冲孔就位 使冲击锤中心对准护筒中心 开始应低锤密击 锤高0 4 0 6M 并及时加片石 砂砾石和粘土泥浆护壁 使孔壁挤压密实 直至孔深达护筒底以下3 4M后 才可加快速度 将锤提高至1 5 2M以上转入正常冲击 并随时测定和控制泥浆相对密度 在冲击钻进阶段应注意始终保持孔内水位高过护筒底口0 5M以上 以免水位升跌波动造成对护筒底口处的冲刷 2 在粘土层中钻进应注意 可利用粘土自然造浆的特点 向孔内送入清水 通过钻头冲捣形成泥浆 可选用十字小刃角形的中小钻头钻进 控制每次进尺不大于0 6 1 0M 在粘性很大的粘土层中钻进时 可边冲边向孔内投入适量的碎石或粗砂 当孔内泥浆粘度过大 相对密度过高时 向孔内泵入清水 3 在砂砾石层钻进应注意 使用粘度较高 相对密度适中的泥浆 保持孔内有足够的水头高度 视孔壁稳定情况边冲击边向孔内投入粘土 使粘土挤入孔壁 增加孔壁的胶结性用掏渣筒掏渣时 要控制每次掏渣时间和掏渣量 4 在卵石 漂石层钻进应注意 宜选用带侧刃的大刃脚一字形冲击钻头 钻头重量要大 冲程要高 冲击钻进时可适时向孔内投入粘土 增加孔壁的胶结性 减少漏失量 保持孔内水头高度 不断向孔内补充泥浆 防止因漏水过量而坍孔 在大漂石层钻进时 要注意控制冲程和钢丝绳的松紧 防止孔斜 遇孤石时可抛填硬度相近的片石或卵石 用高冲程冲击 或高低冲程交替冲击 将大孤石击碎挤入孔壁 冲击钻施工技术要点 常遇见的问题原因和处理方法 正循环钻孔 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 再循环使用 特点 排渣能力比较弱 钻进速度较慢 钻具的磨损也比较大 但工艺比较简单 容易操作 正循环钻机的价格也比较便宜 适用 粘土 亚粘土 淤泥质土层 粉砂 卵砾石层 基岩 2020 4 13 41 正反循环成孔 现在是在护筒上拉十字线 是使钻机的钻头对准桩的中心线 等钻机对准后往护筒里放水 采用泥浆护壁进行钻孔 正循环钻结构示意图 反循环钻孔 反循环钻机的泥浆的循环方式则正好相反 泥浆由孔外流入孔内 由真空泵或其他方法 如空气吸泥机等 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 适用 同正循环 2020 4 13 44 反循环钻结构示意图 旋挖钻机钻孔 主要适于砂土 粘性土 粉质土等土层施工 最大成孔直径可达1 5 4m 最大成孔深度为60 90m 可以满足各类大型基础施工的要求 2020 4 13 46 2020 4 13 47 旋挖钻机 旋挖钻斗 2020 4 13 48 七 终孔并第一次清孔 目的 钻孔过程中会有一部分泥浆和钻渣沉于孔底 必须将这些沉积物清除干净 才能使灌注的混凝土与地层或岩层紧密结合 保证桩的承载能力 方法 抽浆清孔换浆清孔掏渣清孔 2020 4 13 49 成孔检查验收 1 在钻孔至设计桩底标高时 要提高钻头35cm左右进行第一次洗孔 目的是将沉渣排除 2 孔深严格控制 严谨已超钻代替清孔3 由监理到现场进行验收包括孔深 孔径 倾斜度等 4 泥浆性能检测 包括粘度 比重 砂率 泥浆粘度 泥浆比重 比重 1 03 1 1 冲击成孔不宜超过1 15 粘度 17 20砂率 2 500 长 100 宽 100 高 mm 成孔验收后检孔器检测成孔制量 检孔器直径 不小于桩的设计直径长度 不小于4 6倍的检孔器直径 2020 4 13 53 循环排渣 八 钢筋笼的制作和安装 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 钢筋骨架可分段制作 要确保保护层厚度 钢筋骨架运输无论采用何种方法 均不得使骨架变形 钢筋骨架可采用钻机塔架 扒杆或起吊机吊起 对准护筒中心缓慢下放至设计标高 下放钢筋骨架应防止碰撞孔壁当最后灌注的混凝土开始初凝时 应立即割断钢筋骨架的吊环 2020 4 13 54 2020 4 13 55 钢筋笼制作 2020 4 13 56 制作钢筋笼 钢筋笼制作 2020 4 13 57 钢筋笼验收 2020 4 13 59 起吊 2020 4 13 60 对准孔位 垂直 居中 钢筋笼搭接 钢筋笼搭接注意事项 1 采用单面搭接焊时 焊缝长度要达到10d2 采用帮条电弧焊时 焊缝长度要达到5d3 焊缝要饱满 钢筋笼焊接 2020 4 13 64 钢筋笼焊接 2020 4 13 66 灌注桩钢筋冷挤压连接 钢筋笼固定 允许偏差 单位 mm 1 顶面高程 202 底面高程 503 钢筋笼与桩心 20 2020 4 13 68 钢筋笼安放就位 焊吊筋 防止浇筑砼时钢筋笼上浮 2020 4 13 69 九 二次清孔 在成孔检验通过后 进行提钻 一直到钢筋的焊接安装完毕 约4小时左右 在这期间孔内泥浆不会有任何扰动情况 因此会发生沉淀现象 导致孔深要比钻孔深小 因此要进行二次清孔 二次清空采用真空循环系统 由泥浆泵提供动力将泥浆压入孔底再从孔口排出 注意 在二次清孔结束后如有承压水出现 要泻压力水 规范规定 吊入钢筋骨架后 灌注水下混凝土之前应再次检查孔内泥浆的性能指标和孔底沉淀厚度 如果超标应进行二次清孔 符合要求后方可灌注水下混凝土 沉淀厚度的概念 规范要求 摩擦桩桩径 1 5m沉淀 200mm桩径 1 5m沉淀 300mm支承桩沉淀厚度除设计要求外 50mm沉渣厚度测量方法 可在清孔后用标准测锤或沉淀盒 标准测锤 测绳应采用标准水文测绳 使用前及使用过程中应经常校核 当出现磨损 数字不清或标数位移时应及时更换 取样盒 在清孔结束后将取样盒 开口铁盒 吊到孔底待混凝土灌注前取出 测量沉淀在盒内的渣土厚度 73 泥浆护壁成孔灌注混凝土的浇筑是在水中或泥浆中进行的 故称为浇筑水下混凝土 水下混凝土宜比设计强度提高一个强度等级 必须具备良好的和易性 配合比应通过试验确定 水下混凝土浇筑常用导管法 浇筑时 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 混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中 十 灌注水下混凝土 水下混凝土灌注过程浇注水下混凝土不能将混凝土直接倾倒于水中 因为当混凝土直接与水接触穿过水层时 骨料和水泥很快将产生分离 骨料很快沉入水底 而水泥在较长时间内呼吁悬浮状态 当其下沉时 已凝结硬化 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 2020 4 13 74 2020 4 13 75 导管法浇注桩身砼 灌注要求 导管宜分段制作 每节长2米左右 最下端一节宜为3 6米 采用法兰连接 导管应不漏水 不漏气 注意事项 1 导管在使用之前要做水密承压实验 合格后使用2 导管长度控制在比孔深小0 3m 0 4m范围内3 安装完导管以后 进行二次清孔为保证水下灌注混凝土的速度和质量要求 导管上应采用混凝土储料斗 水下灌注混凝土应连续进行 严禁中途停顿 导管在混凝土中埋入深度一般为2 6米 应随时测探桩孔内混凝土面的位置 在任何情况下不得小于2米或大于6米 导管提升过程中 应保持位置居中 轴线垂直 逐步提升 混凝土实际灌注高度应比设计桩顶高出一定高度 高出的高度应根据桩长 地质条件和成孔工艺等因素合理确定 其最小高度不宜小于0 5米 当存在地质较差 孔内泥浆密度过大 桩径较大时 应适当提高超灌的高度 在灌注接近结束时 由于导管混凝土柱高度减小 压力降低 而导管管外的泥浆稠度增加 如出现混凝土面上升困难时 可在孔内加水稀释泥浆 并掏出部分沉淀土 使灌注工作顺利进行 2020 4 13 76 浇筑注意事项 1 混凝土灌注时 做好灌注时间记录同时计算好首批混凝土入料斗要求达到埋置导管1m以上 2 浇筑过程中要控制拔管速度 控制导管在混凝土中的埋置深度在2 6m范围内 不能超拔亦不能少拔 3 浇筑到距钢筋底标高4米左右时 宜提高导管 减缓浇筑速度 直到混凝土面超过钢筋底面2m以上 再恢复正常的浇筑速度 为的是防止钢筋笼上浮 首批封底混凝土方量计算 根据规范按下式计算 水下混凝土浇筑专用下料斗 2020 4 13 80 砼坍落度现场监测 2020 4 13 81 混凝土拌和物应具有良好的和易性 灌注时应能保持足够的流动性 其坍落度当桩孔直径D 1 5m时 宜为180 220mm D 1 5m时 宜为160 200mm 且应充分考虑气温 运距 施工时间的影响 水下混凝土首灌开始 2020 4 13 82 水下混凝土灌注 2020 4 13 83 水下混凝土浇筑过程中的浇筑标高监测 2020 4 13 84 水下砼浇筑过程中对排气孔的观测 2020 4 13 85 根据水下混凝土浇筑标高分节拆除导管 2020 4 13 86 拆除的导管及时冲洗和保养 2020 4 13 87 砼浆泵吸去多余砼浆 2020 4 13 88 2020 4 13 89 截桩头 2020 4 13 90 桩头混凝土取样 钻孔事故的预防及处理 1 钢筋笼上浮 原因 1 混凝土初凝和终凝时间太短 使孔内混凝土过早结块 当混凝土面上升至钢筋骨架底时 结块的混凝土托起钢筋骨架 2 清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多 混凝土灌注过程中砂粒回沉在混凝土面上 形成较密实的砂层 并随孔内混凝土逐渐升高 当砂层上升至钢筋骨架底部时托起钢筋骨架 3 混凝土灌注至钢筋骨架底部时 灌注速度太快 造成钢筋骨架上浮 防治措施 当混凝土上升到接近钢筋笼下端时 应放慢浇筑速度 减小混凝土面上升的动能作用 以免钢筋笼被顶托而上浮 当钢筋笼被埋入混凝土中有一定深度时 再提升导管 减少导管埋入深度 使导管下端高出钢筋笼下端有相当距离时再按正常速度浇筑 在通常情况下 可防止钢筋笼上浮 此外 浇筑混凝土前 当灌注的混凝土面距钢筋骨架底部im左右时 应降低灌注速度 当混凝土面上升到骨架底口4m以上时 提升导管 使导管底口髙于骨架底部2m以上 然后恢复正常灌注速度 应将钢筋笼固定在孔位护筒上 也可防止上浮 2 断桩断桩是成桩后经探测 桩身局部没有混凝土 存在泥夹层 或截面断裂的现象 是最严重的一种成桩缺陷 直接影响结构基础的承载力 原因分析1 混凝土坍落度太小 骨料太大 运输距离过长 混凝土和易性差 致使导管堵塞 疏通堵管再浇筑混凝土时 中间就会形成夹泥层 2 计算导管埋管深度时出错 或盲目提升导管 使导管脱离混凝土面 再浇筑混凝土时 中间就会形成夹泥层 3 钢筋笼将导管卡住 强力拔管时 使泥浆混入混凝土中 4 导管接头处渗漏 泥浆进入管内 混人混凝土中 5 混凝土供应中断 不能连续浇筑 中断时间过长 造成堵管事故 6 导管埋深过大 管口的混凝土已凝固 断桩的预防 1 关键设备 混凝土搅拌设备 发电机 运输车辆 要有备用 材料 砂 石 水泥等 要准备充足 以保证混凝土能连续灌注 2 混凝土要求和易性好 坍落度要控制在18 22cm 若灌注时间较长时 可以在混凝土中加入缓凝剂 需征得监理工程师的许可 以防止先期灌注的混凝土初凝 堵塞导管 3 在钢筋笼制作时 一般要采用对焊 以保证焊口平顺 当采用搭接焊时 要保证焊缝不要在钢筋笼内形成错台 以防钢筋笼卡住导管 4 导管的直径应根据桩径和石料的最大粒径确定 尽量采用大直径导管 对每节导管进行组装编号 导管安装完毕后要建立复核和检验制度 导管使用前 要对导管进行检漏和抗拉力试验 以防导管渗漏 5 下导管时 其底口距孔底的距离控制在30 40cm 注意导管口不能埋入沉淀的回淤泥渣中 之间 同时要能保证首批混凝土灌注后能埋住导管至少1 0m 在随后的灌注过程中 导管的埋置深度一般控制在2 0 6 0m的范围内 6 在提拔导管时要通过测量混凝土的灌注深度及已拆下导管的长度 认真计算提拔导管的长度 严禁不经测量和计算而盲目提拔导管 7 当混凝土堵塞导管时 可采用拔插抖动导管 注意不可将导管口拔出混凝土面 当所堵塞的导管长度较短时 也可以用型钢插入导管内来疏通 也可以在导管上固定附着式振捣器进行振动来疏通导管内的混凝土 8 当钢筋笼卡住导管时 可设法转动导管 使之脱离钢筋笼 2 桩身混凝土质量差 桩身混凝土质量差是指桩身出现蜂窝 空洞 夹泥层或级配不均的现象 原因分析 a 浇灌混凝土时未边灌边振捣 使桩身混凝土不密实 b 浇灌混凝土时或上部放钢筋笼时 孔壁土坍落在混凝土中 造成桩身夹泥 c 混凝土配合比坍落度掌握