基于行程点位标识法测孔的钻孔扩底灌注桩施工工法文本

基于行程点位标识法测孔的钻孔扩底灌注桩施工工法1.前言随着我国基础设施建设的大力推进，一大批基础设施、民生工程投入建设，桩基工程作为工程领域的分部工程，是整个工程的关键，无论从质量控制还是管理要求方面，都是重点，同时也对桩基作业提出了更高要求。钻孔灌注桩是目前桩基设计主流，从经济型及实用性考量，桩端扩底是设计有效解决桩端承载力不足的主流方向，因桩端扩底普遍使用钻头为扇形伸缩式上承压/下承压钻头，桩机进入持力层后更换扩底钻头，然后利用端部承压板及钻杆压力使钻头在底部张开，对侧壁土体进行旋转切削，进而实现桩端扩底要求；桩端扩底是否达到设计要求的宽度是质量控制环节的关键，目前桩端扩底成孔后普遍采用的测控仪器为“井径仪（测伞）”，仪器为伞状结构深入到底部后张开测孔，测控截面为三角形，但扩底钻头扩底截面为扇形，井径仪（测伞）测控存在盲区，这就会带来实际已扩底至设计要求，但检测无法测量出实际的孔径的情况；因此，研究一种能够替检测扩底实际宽度的方法，避免生产资源浪费、提升施工效率，显得尤为重要；本工程为西宁曹家堡机场三期扩建工程新建T3航站楼工程，位于青海省海东市土族互助自治县，总建筑面积约为15.8万㎡，基础形式为桩基础+承台，主体结构底部为大跨度钢筋混凝土框架结构，上部为钢管混凝土柱支撑的空间曲面网架结构；本工程地质结构复杂，整个场区为高填方区，填土厚度最厚36m，填土下层为粉土、粉质粘土、卵石层、强风化岩层、中风化岩层，设计要求桩端入中风化岩层≥2m，桩端为宽度2m的扩底桩头；卵石层分部厚度不一、地层位置不一，岩层所处位置高低起伏，地下水分部及水量变化不一，地质构造复杂，桩基施工难度大；本工程地质构造复杂，桩基施工难度大，传统“井径仪（测伞）”测孔方式受地质结构及成桩方式等影响不能有效反应桩端扩底实际情况，且测伞张开截面为三角形，桩端扩底截面为菱形，测伞在扇形截面的两侧存在盲区，无法准确测量，导致实际已经扩底至设计要求，但测伞无法准确测量，反复清掏，造成资源浪费；针对上述情况，项目部工法小组潜心研究，通过对比分析，改进测孔方式，制定一种能够在钻头滑动杆部位原位标识的施工工法，该工法采用小直径钢筋头在扩底钻头滑动杆上点焊钢筋头，根据滑动杆进尺距离与两侧撑杆的三角函数关系，通过焊接钢筋头被钻杆滑套剪断数量及位置，来推算扩底尺寸的工法；该工法的应用可真实、有效测量桩端扩底的实际尺寸，克服了传统井径仪（测伞）测孔不能真实测量扩底宽度的弊端；施工效率高、成本低，具有显著经济效益及社会效益。2.工法特点2.1本工法为钻孔灌注桩扩底钻头行程钢筋点位标识法测孔施工工法，与传统井径仪（测伞）测孔方式相比，本技术采用扩底钻头原位标识测量法，测量数据真实、有效；2.2通过钻头伸缩杆滑套的行程位置以及滑动套对所焊接钢筋头的剪断来判定扩底钻头两侧撑杆张开后的宽度；2.3扩底钻头滑动杆部位焊接钢筋头原位标识，真实反馈底部扩底宽度；2.4利用扩底钻头滑头杆伸缩、撑杆与张角数学三角函数关系推定扩底宽度值；3.适用范围本工法适用于干作业钻孔扩底灌注桩桩端扩底施工。4.工艺原理4.1与传统井径仪（测伞）测孔方式相比，本技术采用扩底钻头原位标识测量法，测量数据真实、有效；4.2通过钻头伸缩杆滑套的行程位置以及滑动套对所焊接钢筋头的剪断来判定扩底钻头两侧撑杆张开后的宽度；4.3扩底钻头滑动杆部位原位标识，真实反馈底部扩底宽度；4.4扩底钻头中间伸缩杆下压/提升，带动滑动套向上移动，两侧撑杆宽度增加，滑动套向上移动过程中触碰焊接在伸缩杆上的焊接钢筋头，继续上移剪断钢筋头，根据三角数学关系，通过被剪断的钢筋位置判定两侧撑杆的张开宽度，原理模型及数学三角关系如下图所示：4.5扩底钻头伸缩杆焊接钢筋头行程点位标识法原理图简化数学计算模型d1、d2---为扩底宽度，为变量；h-----为钻头伸缩杆，为变量；a-----为扩底钻头两侧撑杆长度，为定值；通过伸缩杆h的变化可采用上述公式推定d1、d2的数值，即扩底宽度5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工准备→桩位测量定位→场地平整→护筒埋设→钻机就位→垂直度测量、校正→旋挖钻孔→提钻进行桩长量测→更换扩底钻头→钻杆清理→行程点位标识→焊接行程标识钢筋→下钻扩底、清渣→提钻测量扩底宽度→吊放钢筋笼→安放导管、浇筑→工完场清、钻机移位。5.2操作要点5.2.1桩位测量定位根据桩位布置图及控制点坐标，对桩位点进行放测；桩位中心撒白灰十字线；桩周撒白灰线并采用短钢筋定位；5.2.2场地平整桩位范围及钻机站位区区场地平整，钻机站位部位基础坚实；5.2.3护筒埋设1、四角控制桩的设置桩位复核合格后，在桩位周围对称设置四个控制桩，控制桩距离埋设钢护筒外缘不宜小于500㎜，并以安放钢护筒过程中不被移动为原则，使相对两控制桩连线交点与桩位中心重合。控制桩用φ20钢筋制作，打入土中至少30cm，定位后严禁移动。四角控制桩必须经过现场工序工程师复核无误后，方可投入使用。2、埋设钢护筒（1）埋设护筒采用人工配合旋挖钻机完成，护筒埋设深度以穿透表层不稳定地层，座落在稳定土层为准。护筒用10mm厚钢板卷制而成，内径比设计桩径大20cm，防止孔口周围杂物掉落到孔中。护筒顶部开设1个溢浆孔，供泥浆缓冲使用。（2）护筒埋设具体步骤：首先由旋挖钻机钻至护筒底标高以上0.5m左右，再用人工配合旋挖钻机将护筒对位，位置放正后，用旋挖钻机将护筒缓慢压入土中，护筒周围利用粘土填实。（3）埋设护筒可以固定桩孔位置，保护孔口，防止地面水流入，增加孔内静水压力以维护孔壁稳定，并兼做钻进导向。护筒埋设偏差不大于50mm，并保证护筒垂直、护筒上口水平。5.2.4钻机就位根据地质条件及地层信息、桩径、桩长选择合适的机机械进行钻孔，钻机调整站位、确保钻杆中心对准桩中心点。5.2.5钻机垂直度测量、校正钻机就位后，调整钻杆垂直度，与桩心垂直。5.2.6旋挖钻孔1、旋挖钻机钻进过程中，在下放和提升钻头时速度要平稳，以免强烈的撞击造成孔壁坍塌，而且在钻进过程中要经常检查钻头通气孔，必须保证钻头通气孔的畅通无阻。2、钻孔过程中，应防止桩身倾斜，桩孔垂直度、孔深等指标由钻机自身配置的自动监测系统控制。3、钻进过程中应认真填写《钻孔施工原始记录》，详细记录地层变化、钻进过程中出现的有关问题、处理措施及效果等，钻机操作手或班长必须在钻孔记录上签字。4、成孔挖出的渣土应及时清运出现场，运至指定地点，保持现场清洁。5、入持力层判断：持力层的判定工作实际施工时，当钻机钻进到持力层时，通过机械进尺变化、岩土工程勘察入持力层等高线初判，并通过对取出来的钻渣，按照颜色、粒径、组成成分来判定，并写明桩号、入持力层深度和验收相关人员，留样拍照。5.2.7提钻进行桩长测量提钻后，采用测绳对成孔桩进行测量，测验是否达到设计桩长并进入设计持力层。5.2.8更换扩底钻头采用直筒钻头钻进至设计持力层后，采用测绳对桩长进行测量，达到设计要求后，将钻头提出，更换扩底钻头；5.2.9钻杆清理清理钻头中部钻杆上的浮土及污物，露出钻杆金属面；5.2.10行程点位标识根据钻杆撑杆长度、钻杆伸缩杆长度、闭合状态下钻头宽度计算行程标识位置，采用记号笔做好点位标识，点位标识于伸缩杆中轴线位置；5.2.11焊接行程定位钢筋将提前准备好的统一规格长度的钢筋头焊接于已标定于滑动杆上的形成点位上，焊接采用直径16mm螺纹钢点焊固定，每个钢筋头点焊四点固定，同时焊接钢筋头垂直于钻杆平面、突出滑动套30mm；5.2.12下钻扩底、清渣下钻过程中，机操手需控制下钻速度，并确保钻头处于闭合状态，钻头、钻杆垂直度满足要求；防止下钻过程中因操作不当导致行程点位钢筋头破环；5.2.13提钻测量扩底宽度当机操手根据扩底时间及机械性能情况判定扩底完成后，提钻进行行程点位钢筋头剪断数量及位置测量，用以判定底部扩大头扩底宽度；5.2.14吊放钢筋笼钢筋笼吊放时采用三点起吊，以防止钢筋笼产生永久变形。在钢筋笼外部每隔4m设置一道砼垫块，桩顶处呈90°分布4个，其余位置呈120°每道3个，垫块采用砼滚轴式定位轮，定位轮中间用箍筋贯通，焊接在主筋上，充分保证保护层厚度满足设计要求。在下设钢筋笼过程中，钢筋笼要保持竖直，钢筋笼中心线与桩中心尽量重合，向下安放时速度要慢，减少钢筋笼对孔壁的刮蹭，遇阻时不得强行下放，就位后要立即固定。钢筋笼需要孔口连接时，前一节钢筋笼应用横担槽钢穿入钢筋笼，在孔口放稳后，再进行直螺纹套筒连接作业，严禁钢筋笼在吊悬情况下进行对接作业。钢筋笼安放时采用双吊筋装置，将钢筋笼固定至设计标高，防止钢筋笼上浮或掉落孔底。钢筋笼安放偏差应满足：横向偏差≤20mm；竖向偏差≤50mm。钢筋笼吊装完成后，应汇报给总包并由其通知监理工程师进行隐蔽工程验收，验收合格后下放钢筋笼。5.2.15安放导管、浇筑桩身混凝土1、导管采用双密封圈丝扣连接方式的导管，导管单节长度为3.0m，底节长度不宜小于4.0m，另配备若干0.5～1.0m短节，以便配置导管。导管使用前要进行试拼接和试压，检验其垂直度和密封性，试水压力可取0.6～1.0MPa，检验合格的导管方能使用。导管下设总长度根据砼灌注前实际孔深确定，保证导管下端距孔底300～500㎜，导管埋入混凝土深度宜为2～6m，配管原则：导管总长=孔内管长＋孔外管长，孔外管长为施工留置长度，一般为50cm左右。导管下设的节数和总长度记录在《钻孔灌注桩施工记录》上。2、开始灌注前，提请监理工程师检查验收，下达开灌指令后开始灌注。灌注过程中要及时用测绳测量砼面上升高度，计算导管埋置深度，确定导管拆卸长度，并记录在施工记录上。灌注时每次灌混凝土应有足够的数量，保证导管埋深不小于2m，严禁导管提出混凝土面，同时也不能埋管太深，不宜大于6m，以免提管困难。灌注时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。正常浇灌时，严格控制进料速度，以保持混凝土面均匀连续上升；混凝土必须连续施工，每根桩的浇注时间按初盘混凝土的初凝时间控制，对浇注过程中的一切故障均应记录备案。在灌注混凝土时要匀速浇注，减小混凝土对孔壁的冲击力。在灌注过程中，应将孔内溢出的泥浆及时泵送至泥浆处理池进行处理，不得随意排放，污染环境。在灌注将近结束时，由质检员负责核对混凝土的灌注数量和桩顶灌注高度。为保证桩顶混凝土质量，应严格控制最后一次灌注量，桩顶超灌高度需满足设计要求，应凿除的泛浆高度必须保证暴露的桩顶混凝土达到强度设计值。混凝土冲去翻出的浮浆体，当确认砼面高度满足要求后才可提拔最后一节导管。灌注完毕砼面达到要求之后要立即将孔内导管缓慢匀速拔出，避免速度太快在桩顶形成“软芯”。5.2.16工完场清、钻机移位置成孔完毕对钻机移动到下一个桩位，对成桩位置作业范围内砼渣及杂物进行清理，桩头部位进行覆盖标识。5.2.17钻杆定位钢筋焊渣清理行程定位钢筋每焊接一次，需对焊接位置及焊接质量进行检查，确保钻杆滑动套能够顺利剪断钢筋；行程定位钢筋每施工3~4次，需对前期焊接于钻杆上的焊渣进行清理，采用角磨机对焊渣清理干净，防止后续焊接存留于钻杆上的残渣过多，影响钻杆伸缩。5.3劳动力组织（见表5.3）。表5.3劳动力组织情况表序号单桩工程所需人数备注1管理人员4施工员、质量员、安全员、物资员2技术人员2测量员3焊接作业2焊接行程定位钢筋及钢筋笼4钻孔灌注桩施工8钻机司机、混凝土工、钢筋工5钢筋加工8钢筋笼及行程点位钢筋后台加工6杂工6辅助作业合计30人6.材料与设备本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见表6。表6机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1旋挖钻机285型台1灌注桩施工2旋挖钻机360型台1灌注桩施工3汽车吊50t台1钢筋笼吊放4正铲装载机ZL50台1运土5钢筋弯曲机GW40台1钢筋加工6电焊机BX-300台2钢筋焊接7钢筋切割机GJ40台1钢筋加工8混凝土输送泵HB-30D台2灌注混凝土9漏斗及导管Ф200套1灌注混凝土7.质量控制7.1工程质量控制标准7.1.1本工法质量标准按《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008、《建筑地基基础工程施工质量验收标准》GB50202-2018、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015、《建筑地基基础工程施工规范》GB51004-2015、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013、《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-2012、《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013）、《工程建设标准强制性条文房屋建筑部分(2013年版)》等规范标准的相关要求执行；7.1.2原材料进场需进行取样送检并取得复试报告；7.2质量保证措施7.2.1旋挖成孔灌注桩施工重点控制的环节及措施应满足表7要求。表7质量控制措施一览表施工环节技术质量控制要点主要措施原材料①原材料规格型号与设计要求相符；②原材料质量符合国家、行业规范标准及设计要求。①材料员和质量检查员对进场材料加强检查，核对规格型号；②会同监理工程师按照规范要求按批次进行取样并送往有相应资质试验室进行试验。测量放线①控制点布置；②桩位测量偏差；③标高偏差。①使用检定合格的测量仪器；②实行三级检查一级审定一级验收制。成孔①护筒下设深度、垂直度及偏差；②桩位偏差；③桩径、成孔深度、孔垂直度；④泥浆性能指标（地下水位以下部分）；⑤入持力层深度；⑥孔底沉渣/厚度。①现场工序工程师检查；②严格控制钻头直径；③根据地层变化情况及时更换钻具；④先行自检，现场工序工程师预检，然后由质量管理员复检，合格后报监理或业主工程师验收。钢筋笼制作①钢筋质量；②钢筋焊接质量；③笼长偏差；④笼径偏差；⑤主筋间距；⑥箍筋间距；⑦主筋保护层厚度。①严格控制进场钢筋，按要求采样试验；②用钢尺丈量方法检查；③逐级验收制度，最终报监理工程师验收。商品砼①桩身砼强度等级；②商品砼具有良好的和易性、密实性等，其各项指标满足设计要求。①灌注过程中，每根桩留取1组标养试块及同条件试块，每组3件，标准条件下养护28d，进行抗压强度试验；②每根桩砼坍落度试验不少于1次。砼灌注①灌前沉渣/虚土厚度；②钢筋笼安放；③导管密封性及埋置深度；④桩顶超灌量；⑤护筒的起拔。①逐级检查；②严格控制导管埋深；③砼面测量用2点测量；④桩顶超灌高度满足设计要求；⑤护筒起拔要缓慢匀速；⑥砼充盈系数满足设计要求。7.2.2钢筋头端点焊接于钻头滑动杆上，为四点对称位置点焊固定；7.2.3焊点无脱落、漏焊、裂纹、多孔性缺陷及明显的烧伤现象；7.2.4行程定位钢筋每焊接一次，需对焊接位置及焊接质量进行检查，确保钻杆滑动套能够顺利剪断钢筋；行程定位钢筋每施工3~4次，需对前期焊接于钻杆上的焊渣进行清理，采用角磨机对焊渣清理干净，防止后续焊接存留于钻杆上的残渣过多，影响钻杆伸缩。8.安全措施8.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。8.2施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。8.3施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规范规定执行。8.4电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。8.5施工现场使用的手持照明灯使用36V的安全电压。8.6钢筋笼起吊过程及安放过程必须由专人指挥，在起吊时吊运路线上不得站人，在安放过程中操作及指挥人员不得直接触碰钢筋笼。8.7钢筋笼吊起后应细心调整桅杆，使钢筋笼竖直，并对准钻孔中心，再缓慢下放，下放过程中，所有施工人员不得用手扶钢筋笼，并应离开孔口不少于1m。确实需要调整时应暂停下放，插入横担槽钢，查明原因，在现场人员的统一指挥下进行。8.8施工用的各种钢丝绳绳索，都需要使用专用的接头形式，严禁自编绳索使用，在使用前，充分计算绳索的受力，采用合适的型号的钢丝绳。每班作业前，应对钢丝绳所有可见部分进行检查。钢丝绳表面磨损或腐蚀使原钢丝绳的名义直径减少7%时或在规定长度范围内断丝根数达到规定时，应予更换。卸扣采用U型环，使用时考虑起吊受力形式及方向，保证U型环无损伤，且使用安全系数满足要求的吊具、索具。8.9机械作业时，操作人员不得擅自离开工作岗位或将机械交给非本机操作人员操作。8.10固定施工机械旁应挂有操作规程，并挂有操作人、维修人名牌和警示牌。8.11严格执行安全用电规范，凡一切属于电气维修、安装的工作，必须由电工来操作，严禁非电工进行电工作业。8.12电气操作人员严格执行电工安全操作规程，对电气设备工具要进行定期检查和试验，凡不合格的电气设备、工具要停止使用。电工人员严禁带电操作，线路上禁止带负荷接线，正确使用电工器具。8.13电气设备的金属外壳必须做接地或接零保护，在总箱、开关箱内必须安装漏电保护器实行两级漏电保护。8.14操作人员必须按焊接设备制造厂提供的操作说明书或有关规程，正确使用设备和实施焊接操作；8.15焊接人员进行仰焊或其他操作，应佩戴皮制或耐火材质的套袖、披肩罩或斗篷，以防头部灼伤。8.16焊接设备、焊机、钢瓶、电缆及其他器具应稳妥放置。焊接电弧的辐射及飞溅范围，应设不可燃或耐火屏板、罩、屏，防止人员受到伤害。8.17焊接作业区域应无火灾隐患。焊机周围及上下方半径5～10m以内，不得堆放油类、木材、氧气瓶、乙炔瓶、液化石油气瓶等易燃、易爆物品，防止火灾事故发生。8.18焊机不得受潮和雨淋。露天使用的焊接设备应予以保护，受潮的焊接设备在使用前必须彻底干燥并经适当试验。9.环保措施9.1本工法所采用的环境保护措严格遵循《建筑施工现场环境与卫生标准》（JGJ146-2013），执行项目所在地相关地方标准、规范及要求，并特制定了相关措施。9.2成立环境保护管理组织机构，严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。9.3作业人员必须进行岗前文明施工培训，遵守相关规定，减少施工现场大声喧哗现象。9.4将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.5对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。9.6设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。9.7定期清运沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。9.8施工现场做到工完场清，施工区域内余料必须及时清理，放至指定地点。9.9建立环保工作的规章制度，定期进行环保工作专项检查，评比工作。9.10避免夜间施工，防止造成施工噪音扰民现象。9.11采用湿法作业、防止扬尘污染。9.12施工现场做到工完场清。10.效益分析10.1经济效益分析采用本工法进行桩端扩底检测，能够减少因检测数据不准确造成的资源浪费及工期损失，据实际测算每根桩能够平均节约0.5~1小时旋挖钻机机械台班费用；具有一定的经济效益。10.2社会效益分析钻孔灌注桩桩端扩底钻头行程钢筋点位标识法测孔施工工法在本工程的成功应用得到了建设单位、监理单位及相关单位的一致认可，测孔效率及准确度得到了较大提高，克服了传统测孔方式的弊端，取得了一定的经济效益及社会效益，显著提高了公司知名度，为今后承接新的相关工程及与业主建立长期战略合作伙伴关系奠定了坚实基础。10.3节能环保效益分析本工法为钻孔灌注桩桩端扩底钻头行程钢筋点位标识法测孔施工工法，整个施工过程节能环保、方便快捷，大大降低了不必要的资源消耗，缩短了施工工期，有效的控制了项目施工质量，有效的节能减耗。11.应用实例11.1西宁曹家堡机场三期扩建工程新建T3航站楼工程11.1.1工程概况本工程为西宁曹家堡机场三期扩建工程新建T3航站楼工程，位于青海省海东市土族互助自治县，总建筑面积约为15.8万㎡，基础形式为桩基础+承台，主体结构底部为大跨度钢筋混凝土框架结构，上部为钢管混凝土柱支撑的空间曲面网架结构；桩基础设计为钻孔扩底灌注桩,桩径为1000mm，桩长≥57m、61m；扩