灌注桩成孔.doc

灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。灌注桩能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩和爆扩成孔的灌注桩等。灌注桩施工工艺近年来发展很快，还出现夯扩沉管灌注桩、钻孔压浆成桩等一些新工艺。 灌注桩灌注桩成孔主要方法分为干作业法、泥浆护壁法、套护壁管法及沉管灌注桩法等。干作业法又分螺旋钻孔、洛阳铲成孔灌注桩、人工挖孔灌注桩等；泥浆护壁成孔可采用潜水钻成孔、回旋钻成孔等；套护壁管法有贝诺托成孔法、螺旋钻孔等；沉管灌注桩法锤击沉管成孔、振动沉管成孔以及振动 - 冲击沉管成孔、爆扩成孔等。干作业成孔干作业成孔灌注桩适用于地下水位以上的粘性土、粉土，填土，中等密实以上的砂土、风化岩层。人工挖孔灌注桩在地下水位较高，特别是有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的高压缩性淤泥层和流塑淤泥质土层中施工时，必须有可靠的技术措施和安全措施成孔作业及施工机械螺旋钻孔是干作业成孔常用的方法之一，它利用螺旋钻机成孔。通过动力旋转钻杆，使钻头的螺旋叶片旋转削土，土块沿螺旋叶片提升排出孔外（图 2-9 ）。在软塑土层，含水量大时，可用疏纹叶片钻杆，以便较快地钻进。在可塑或硬塑粘土中，或含水量较小的砂土中应用密纹叶片钻杆，缓慢、均匀地钻进。操作时要求钻杆垂直，钻孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时，可能是遇到石块等异物，应立即停机检查。全叶片螺旋钻机成孔直径一般为 300600 mm ，钻孔深度为 820 m 。钻进速度应根据电流值变化及时调整。在钻进过程中，应随时清理孔口积土，遇到塌孔、缩孔等异常情况，应及时研究解决。 图 2-9 步履式螺旋钻机1 一上底盘； 2 一下底盘； 3 一回转滚轮； 4 一行车滚轮；5 一钢丝滑轮； 6 一回转轴； 7 一行车油缸； 8 一支架泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎 ( 砾 ) 石土及风化岩层；以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层，冲孔灌注桩除适应上述地质情况外，还能穿透旧基础、大孤石等障碍物，但在岩溶发育地区应慎重使用。泥浆作用在钻孔过程中，为防止孔壁坍塌，在孔内注入高塑性粘土或膨润土和水拌合的泥浆，也可利用钻削下来的粘性土与水混合自造泥浆。这种护壁泥浆与钻孔的土屑混合，边钻边排出泥浆，同时进行孔内补浆，进行泥浆循环。泥浆具保护孔壁、防止坍孔的作用，同时在泥浆循环过程中还可携带土渣排出钻孔，并对钻头具有冷却与润滑作用。泥浆组成及性质在粘土中钻孔，可采用自造泥浆护壁；在砂土中钻孔，则应注入制备泥浆。护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，还可在其中掺入其他掺合剂，如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等。 护壁泥浆一般可在现场制备，制备泥浆应达到一定的性能指标，膨润土泥浆的性能指标如表 2-4 所示。 制备泥浆的性能指标 表 2-4 项 次项 目性能指标检验方法1相对密度1.11.15泥浆密度计2粘 度1025s500/700 mL漏斗法3含砂率6%含砂量计4胶体率95%量杯法5失水量30 mL/30 min失水量仪6泥皮厚度13 mm/30 min失水量仪7静切力1 min 23 Pa10 min 510 Pa静切力计8稳定性0.03 g/cm29pH值79pH试纸泥浆循环根据泥浆循环方式的不同，分为正循环和反循环。根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放条件、允许沉渣厚度等进行选择，但对孔深大于 30 m 的端承型桩，宜采用反循环成孔及清孔。 正循环回旋钻机成孔的工艺如图 2-15a 所示。泥浆由钻杆内部注入，并从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入沉淀池，经沉淀的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。沉淀的土渣用泥浆车运出排放。 反循环回旋钻机成孔的工艺如图 2-15b 所示。泥浆由钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，然后，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，排放渣土的能力强大。 a ）正循环； b ）反循环图 2-15 泥浆循环成孔工艺1 一钻头； 2 一泥浆循环方向； 3 一沉淀池； 4 一泥浆池；5 一泥浆泵； 6 一砂石泵； 7 一水阀； 8 一钻杆； 9 一钻机回旋装置 成孔机械有回旋钻机、潜水钻机、冲击钻等，其中以回旋钻机应用最多。成孔机械 （ 1 ）回旋钻机成孔 回旋钻机是由动力装置带动钻机的回旋装置转动，并带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤（图 2-10 ）。切削形成的土渣，通过泥浆循环排出桩孔。 图 2-10 回旋钻机1 座盘；斜撑；塔架；电机；卷扬机；塔架；转盘； 8 钻杆； 9 泥浆输送管； 10 钻头 在陆地上杂填土或松软土层中钻孔时，应在桩位孔口处设护筒，以起定位、保护孔口、维持水头等作用。护筒用 48mm 钢板制作，内径应比钻头直径大 100mm ，埋入土中深度通常不宜小于 1.01.5 m ，特殊情况下埋深需要更大。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 50mm 。在护筒顶部应开设 12 个溢浆口。 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 。 在水中施工，在水深小于 3 m 的浅水处，亦可适当提高护筒顶面标高，以减少筑岛填土量（图 2-11 ）。如岛底河床为淤泥或软土，宜挖除换以砂土；若排淤换土工作量大，则可用长护筒，使其沉入河底土层中。在水深超过 3 m 的深水区，宜搭设工作平台（可为支架平台、浮船、钢板桩围堰、木排、浮运薄壳沉井等），下沉护筒的定位导向架与下沉护筒见图 2-12 。 图 2-11 围堰筑岛埋设护筒1 一夯填粘土； 2 一护筒 图 2-12 搭设平台固定护筒1 一护筒； 2 一工作平台； 3 一施工水位； 4 一导向架； 5 一支架 （ 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（图 2-13 ）。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。 图 2-13 潜水钻机 1 一钻头； 2 一潜水钻机； 3 一电缆； 4 一护筒； 5 一水管； 6 一滚轮支点； 7 一钻杆； 8 一电缆盘； 9 一卷扬机； 10 一控制箱 潜水钻机成孔，亦需先埋设护筒，其他施工过程皆与回旋钻机成孔相似。 （ 2 ）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（图 2-14 ）。 图 2-14 冲击钻机 1 一滑轮； 2 一主杆； 3 一拉索； 4 一斜撑； 5 一卷扬机； 6 一垫木； 7 一钻头套管成孔套管沉管灌注桩适用于粘性土、粉土、淤泥质土、砂土及填土；在厚度较大、灵敏度较高的淤泥和流塑状态的粘性土等软弱土层中采用时，应制定质量保证措施，并经工艺试验成功后方可实施。沉管夯扩桩适用于桩端持力层为中、低压缩性粘性土、粉土、砂土、碎石类土，且其埋深不超过 20m 的情况。工艺流程套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有活瓣式桩尖或带有钢筋混凝土桩靴的钢套管沉入土中（图 2-16 ），然后边拔管边灌注混凝土而成。若配有钢筋时，则在浇筑混凝土前先吊放钢筋骨架。利用锤击沉桩设备沉管、拔管，称为锤击沉管灌注桩；利用激振器的振动沉管、拔管时，称为振动沉管灌注桩。也可采用振动 - 冲击双作用的方法沉管。图 2-17 为沉管灌注桩施工过程示意图。 a ）活瓣桩尖； b ）桩靴图 2-16 活瓣桩尖及桩靴1 一桩管； 2 一锁轴； 3 一活瓣； 4 桩靴 a ）就位； b ）沉套管； c ）初灌混凝土； d ）放置钢筋笼、灌注混凝土； e ）拔管成桩图 2-17 沉管灌注桩施工过程1 一钢管； 2 一混凝土桩靴； 3 一桩 沉管方法锤击沉管灌注桩施工时，用桩架吊起钢套管，关闭活瓣或套入桩靴。套管与桩靴连接处要垫以麻、草绳，以防止地下水渗入管内。然后缓缓放下套管，压进土中。套管上端扣上桩帽，检查套管与桩锤是否在一垂直线上，套管偏斜不大于 0.5% 时，即可起锤沉套管。先用低锤轻击，观察后如无偏移，才正常施打，直至符合设计要求的贯入度或沉入标高，检查管内有无泥浆或水进入，即可灌注混凝土。套管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。拔管要均匀，不宜拔管过高。拔管时应保持连续密锤低击不停。 沉管至没计标高后，应立即灌注混凝土，尽量减少间隔时间。灌注混凝土之前，必须检查桩管内有无吞桩尖或进泥、进水。拔管速度要均匀，对一般土层以 1m min 为宜，在软弱土层和软硬土层交界处宜控制在 0.30.8m min 。 群桩基础和桩中心距小于 4 倍桩径的桩基，应采取保证相邻桩桩身质量的技术措施，防止因挤土而使前面的桩发生桩身断裂。如采用跳打方法，中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的 50% 以后方可施打。 锤击沉管灌注桩的施工应该根据土质情况和荷载要求，分别选用单打法、复打法、反插法。 为了提高桩的质量和承载能力，常采用复打灌注桩。其施工顺序如下：在第一次灌注桩施工完毕，拔出套管后，清除管外壁上的污泥和桩孔周围地面的浮土，立即在原桩位再埋预制桩靴或合好活瓣桩尖第二次复打沉套管，使未凝固的混凝土向四周挤压扩大桩径，然后第二次灌注混凝土。拔管方法与初打时相同。施工时要注意：前后两次沉管的轴线应复合；复打施工必须在第一次灌注的混凝土初凝之前进行，也有采用内夯管进行夯扩的施工方法。复打法第一次灌注混凝土前不能放置钢筋笼，如配有钢筋，应在第二次灌注混凝土前放置。 2 振动沉管 振动沉管灌注桩采用振动锤或振动 - 冲击锤沉管，其设备见图 2-18 。施工前，先安装桩机，将桩管下端活瓣合起来或套入桩靴，对准桩位，徐徐放下套管，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套管上加压，套管即能沉入土中。 灌注桩钢筋笼施工质量控制桩的长度较大时钢筋笼一般分段制作，分段制作的钢筋笼接头宜采用焊接。为防止钢筋笼的变形，应设置加劲箍，加劲箍应在主筋外侧，主筋一般不设弯钩，根据施工工艺要求所设弯钩不得向内伸露，以免妨碍导管提升。钢筋笼吊装时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，就位后应立即固定。灌注桩施工质量控制水下混凝土粗骨料可选用卵石或碎石，其最大粒径对于沉管灌注桩不宜大于 50mm 并不得大于钢筋间最小净距的 1/3 ；对于素混凝土桩，不得大于桩径的 1/4 ，并不宜大于 70mm 。检查成孔质量合格后应尽快浇注混凝土。桩身混凝土必须留有试件，直径大于 1m 的桩，每根桩应有 1 组试块，且每个浇注台班不得少于 1 组，每组 3 件。 水下混凝土必须具备良好的和易性，坍落度应控制在 180220mm ；水泥用量不少于 360kg m 3 ；水下混凝土的含砂率宜为 40%45% ；，并宜选用中粗砂；粗骨料的最大粒径应不大于 40mm ；为改善和易性并使之缓凝，水下混凝土宜掺外加剂。 混凝土浇注的导管的壁厚不宜小于 3mm ，直径宜为 200250mm ；直径制作偏差不应超过 2mm ，导管的分节长度视工艺要求确定，底管长度不宜小于 4m ，接头宜用法兰或双螺纹方扣快速接头。管提升时，不得挂住钢筋笼，为此可设置防护三角形加劲钣或设置锥形法兰护罩；导管使用前应试拼装、试压，试水压力为 0.61.0MPa ， 浇注水下混凝土开始灌注时，为使隔水栓能顺利排出，导管底部至孔底的距离宜为 300500mm ，桩直径小于 600mm 时可适当加大导管底部至孔底距离；混凝土料斗中应有足够的混凝土储备量，混凝土灌注后能使导管一次埋入混凝土面下 0.8m 以上；混凝土浇注中边灌注边提升导管，但应保证导管口始终埋置在混凝土内，导管埋深宜为 26m ，严禁导管提出混凝土面，应有专人测量导管埋深及管内外混凝土面的高差，填写水下混凝土浇注记录图 2-19 。 图 2-19 水下混凝土浇注记录图 水下混凝土必须连续施工，每根桩的浇注时间按混凝土的初凝时间控制。控制最后一次灌注量，桩顶不得偏低，桩顶泛浆部分应凿除，沉碴高度必须保证暴露的桩顶混凝上达到强度设计值。 沉管灌注桩混凝土的坍落度当桩身配有钢筋时，混凝土的坍落度宜采用 80100mm ；素混凝土桩宜采用 60 80mm 。其混凝土的充盈系数不得小于 1.0 ，对于混凝土充盈系数小于 1.0 的桩，宜全长复打，对可能有断桩和缩颈桩，应采用局部复打。成桩后的桩身混凝土顶面标高应不低于设计标高 500mm 。全长复打桩的入土深度宜接近原桩长，局部复打应超过断桩或缩颈区 1m 以上。 质量控制注入的泥浆比重控制在1.1左右，排出泥浆的比重宜为1.21.3。钻孔达到要求的深度后，应进行清孔。在清孔过程中，应不断置换泥浆，直至浇注水下混凝土。以原土造浆的钻孔，清孔可用射水法，此时钻具只转不进，待排出泥浆比重降到1.1左右即认为清孔合格；注入制备泥浆的钻孔，可采用换浆法清孔，至换出泥浆的比重小于1.15时方为合格，在特殊情况下泥浆比重可以适当放宽。浇注混凝土前，孔底500mm以内的泥浆比重应小于1.25，含砂率8；粘度28s。测量