冲击成孔混凝土灌注桩施工技术

1、2012 年 12 月 第 41 卷增刊 施工技术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 冲击成孔混凝土灌注桩施工技术 薛梅生 ( 河南省工程咨询中心， 河南 郑州450003) 摘要 结合登封市民生医院项目冲孔灌注桩施工， 对主要施工工艺进行改进和优化， 介绍了冲孔灌注桩中制浆、 冲 击成孔、 钢筋笼制作、 水下混凝土浇筑的施工技术。 关键词 灌注桩; 冲击成孔; 水下混凝土 中图分类号 TU753 3 文献标识码A 文章编号1002- 8498( 2012) S1- 0005- 05 Construction Technology of Impact Holing Bored C

2、oncrete Pile Xue Meisheng (He nan Province Engineering Consulting Center，Zhengzhou，He nan450003， China ) Abstract:Combined with the impact holing cast in- situ pile construction in Dengfeng Minsheng Hospital project， the au- thor improved and optimized the main construction technology ，introduced th

3、e construction technique about the pulping， impact holing，reinforcing cage fabrication，and underwater concrete pouring Key words:bored piles; impact holing;underwater concrete 收稿日期2012- 04- 29 作者简介薛梅生， 高级工程师， E- mail: xuemeisheng126 com 冲孔灌注桩是采用冲击式钻机或卷扬机悬吊冲击 钻头， 依靠钻头自重上下反复冲击， 将硬质土或岩层破 碎成孔， 破碎后的碎渣和泥浆

4、挤入孔壁中， 大部分成为 泥渣， 用掏渣筒掏出成孔， 然后进行混凝土浇筑， 形成 混凝土灌注桩。冲击成孔灌注桩只是成孔方式不同， 仍属于钢筋混凝土灌注桩。 1工程概况 11设计要求 登封市民生医院搬迁扩建工程病房楼项目主楼设 计采用冲孔灌注桩， 总桩数 1 017 根， 桩径 800mm， 桩 身混凝土强度等级 C30， 单桩承载力为 3 300kN， 基底 压力为 350kPa， 有效桩长受地质条件影响有14 5， 15 0， 15 5， 16 0m 四种， 自场地地面到设计桩顶即空 桩部分高度 2 5 3 0m， 受布置电梯、 积水坑的影响桩 顶标高有 7 3， 7 7， 8 0， 10

5、0m 不等， 测量控 制较为复杂。 12地质概况 本项目场地地貌属于低山丘陵， 在钻样深度内地 质上部为第四纪全新世残坡积物， 下部为二叠系上统 石盒子组砂质泥岩， 自上而下分 6 个单元层: 粉质黏 土、 卵石、 含碎石粉质黏土、 卵石、 强风化砂质泥岩、 中 风化砂质泥岩， 设计桩底均在中风化砂质泥岩层。 2设备选型及施工机具制备 21钻机类型 结合地质勘探资料， 造孔钻机首先选用旋挖式钻 机， 但由于第 4 层土质中局部漂石较大， 旋挖式钻机的 钻斗带不出大漂石， 被否决。 CZ- 22 型冲击钻孔桩机， 即机械式冲孔钻机， 尽管 施工工效较高， 但由于体积庞大， 桩机定位转移耗时较 长

6、且需大吨位起重机配合， 占用作业时间太长， 加上地 质条件复杂， 试桩施工期间， 从桩基定位到最终成孔耗 时 50 75h， 远远不能满足合同施工工期要求。 经比选， 本项目最终选定简易的冲击钻机也称为 手动式冲击钻机进行施工， 采用集中设备大面积作业 的方式组织生产， 该工程最多有 56 台钻机施工， 以独 立基础承台为单位一字排开平行作业， 场面非常壮观， 从最终的效果来看， 该设备适应施工场地和地质类型 需要， 能够满足合同工期的要求。 2 2制作吊筋架 因本项目存在空桩施工， 为保证钢筋笼在桩内位 置满足设计要求， 特制作固定钢筋笼的吊筋架: A48 钢管焊接架， 高 2 000mm。

7、C20 钢筋焊接可调节尺 寸的标准节高 1 000mm。 C20 钢筋固定拉杆高 3 000mm。限位拉杆的定位环 A80mm。固定钢筋 笼定位环 A50mm。 在放置钢筋笼时， 利用吊筋架末端焊接的固定钢 筋笼的定位环钩住钢筋笼中上部加劲箍， 然后用固定 拉杆插入定位环， 起重机通过吊筋架上部固定的钢丝 绳， 缓缓送入孔内， 通过吊筋架上半部可调节尺寸的标 准节来控制钢筋笼的正确位置， 钢筋笼到位后， 在标准 节孔内插入短钢管搁置在护筒上缘。 5 吊筋架的使用既能控制钢筋笼在桩内正确位置， 又能防止后期水下混凝土浇筑时钢筋笼上浮质量问题 的发生。 23制作导管托架 导管托架是在成孔验收后固定

8、孔内导管的装置， 既能控制导管的正确位置， 确保插入钢筋笼内空隙处， 又是安装和拆除导管的依托， 导管及导管托架制作如 图 1 所示。 图 1导管托架及导管 24制作隔水栓 隔水栓是在水下混凝土浇筑时， 为保证混凝土下 落过程中能集中排出导管内泥浆而采取的措施， 可以 防止水下混凝土浇筑时通过整体下落柱状混凝土料置 换出导管内泥浆和废渣。 大多放入导管内作为隔水栓是利用成品排球， 在 导管内混凝土下落时挤压排球至导管底， 随混凝土一 块从孔底向上翻， 此类隔水栓可重复使用， 通常用于直 径较大的桩。但本项目因桩径为 800mm， 导管距钢筋 笼距离较小， 成品排球不易排出， 因此不能采用排球作

9、 为隔水栓。 加工的隔水栓是采用编织袋在混凝土送至现场时 装入混凝土用铁丝扎成球形， 直径比导管内径小20mm 左右， 送入导管内距管上口 1 0m 范围处， 把铁丝固定 至送料漏斗口， 待漏斗内灌满混凝土后， 铰断铁丝， 隔 水栓随混凝土一同沉入孔底。 25制作探笼 为检查造孔过程中孔体是否竖直， 及时修正倾斜 桩孔， 制作探笼可以随时对桩孔检查， 探笼外形如图 2 所示。 3施工准备 31泥浆制备 本项目造孔过程结合地质情况需采用泥浆护壁工 艺， 因此钻机开钻前需进行制浆， 因不同施工阶段泥浆 的作用不同， 制备的泥浆有不同的密度。 钻机造孔阶段， 为防止孔壁坍塌， 泥浆主要起护壁 作用，

10、 此时泥浆密度控制在 1 3 1 5t/m3。成孔后孔 内废渣清理完毕， 需采用泥浆泵置换孔内泥浆， 此时需 要的泥浆密度应控制在 109 11t/m3， 确保后期水下 混凝土浇筑时密度较小的泥浆能被置换出桩外。 本项目的钻机周边均设有两个泥浆坑， 分别制造 不同密度的泥浆。改变泥浆密度的措施可以通过增减 图 2探笼 高塑性黏土、 膨润土或短纤维来调整， 泥浆密度检查的 量化值可以通过比重仪来实现。 3 2制作钢筋笼 钢筋笼所用钢筋材料选用当地较认可的品牌， 进 场后收集保证资料并进行见证送样复检合格， 在钢筋 制作阶段应按设计要求检查纵向钢筋的长度、 肢数、 箍 筋加密区长度及加密、 非加密

11、箍筋间距， 纵向钢筋的搭 接采用搭接焊时控制搭接长度、 预弯同心及焊接质量， 及时清理焊渣， 控制同一截面的接头率。 钢筋笼保护层垫块安装采用 100mm 强度等级 C30 的混凝土圆块， 中间设 10mm 圆孔， 在绑扎钢筋 笼螺旋箍筋时在同一截面不同方位穿入中间带孔的混 凝土圆块。作为保护层垫块的混凝土圆块， 按同一截 面不同方位3 个沿纵向长度以每20m 布置， 能够满足 设计规定的 50mm 钢筋保护层厚的要求。 3 3测量控制 本项目因桩数较多、 桩顶标高不同以及存在空桩 施工， 对桩的定位、 标高控制提出了更高要求。 测量控制时， 首先对桩位图中所有桩统一编号， 且 在桩基施工阶段

12、、 检测阶段及竣工图中编号保证一致， 同时过程中所有参建单位往来资料每根桩的编号均要 唯一。其次根据建设单位提供的定位图， 以拟建建筑 物的大角控制点为原点， 采集所有桩中距原点纵横向 尺寸为 x， y 轴数据， 建立坐标系， 每桩的桩顶标高、 桩 头高度、 有效桩长等量化指标， 均表现在坐标系中， 桩 基施工过程中通过坐标系对每个桩精确定位。 4主要施工工艺及施工技术 4 1冲孔灌注桩施工工艺 场地平整桩定位放线开挖泥浆池、 制备泥浆 固定护筒钻机就位、 校正桩中线冲击造孔泥 浆循环、 清理废渣泥浆置换终孔验收吊装钢筋 6施工技术2012 增刊 笼、 放置隔汽塞安装混凝土导管水下混凝土浇筑

13、拆卸导管成桩养护空桩头回填。 42各工序施工技术要领 42 1桩位定位、 放线 根据测量成果查找桩位， 位置正确后埋设护筒， 护 筒中心应为桩中线， 护筒由 6mm 厚钢板卷制而成， 内 径应比钻头直径大 100 200mm， 顶部应焊角铁或圆钢 加强， 在泥浆沟方向开设溢浆孔， 嵌入原土 0 3 05m， 护筒外壁与土之间空隙用黏土填充夯实， 在护 筒外围应架设十字线， 利用其挂的纵横交叉线可以随 时校核桩中心是否偏离。 42 2钻机就位、 钻头对中 起重机吊运钻机， 在钻机就位时， 钻机地盘应水 平， 钻机架下增设垫木， 钻机架体应采用地锚固定， 防 止钻机陷入泥浆中或发生倾覆。 控制钻头

14、直径为 750mm 左右， 因造孔过程中钻头 反复冲击， 钻头直径偏大， 成孔后桩径偏大， 混凝土浇 筑量增加， 钻头直径偏小， 桩径无法保证。钻头在吊起 后钻机滑轮、 锥头中心、 护筒中心、 放线后桩中心应在 同一垂直线上。 42 3冲击造孔 造孔阶段钻孔时应低锤密击， 锤高度 0 4 0 6m， 及时加块石与黏土泥浆护壁， 适当增加扫孔次数， 防止 颈缩。进入基岩后加大冲程， 加快速度， 将锤高提高至 15 2 0m 以上， 转入正常连续冲击， 如果发现偏孔， 应回填片石至偏孔上方 03 0 5m 处重新冲孔。 42 4清理废渣 冲击完成 1 2m 时应及时排渣一次， 排渣可采用 掏渣筒法

15、和泥浆循环法。 掏渣筒法是用钢丝绳送一个下部带内开活门的钢 筒入孔内， 在其下落过程中泥浆冲击活门打开， 利用掏 渣筒的自重插入废渣中， 在掏渣筒起吊时， 活门下落封 闭， 废渣被排出孔外。 泥浆循环法又称翻浆法， 是将输浆管送至孔底， 利 用排污泵抽泥浆对孔底废渣进行置换， 泥浆在孔内向 上流动， 将残渣带出孔外。 无论采用哪一种排渣方法， 此时清理后的孔内泥 浆密度应1 3t/m3， 以防亏浆造成孔壁坍塌。 42 5泥浆置换 成孔后在废渣清理完毕， 需采用泥浆循环法用密 度 1 15 1 25t/m3泥浆或清水对孔内密度大的泥浆 进行置换， 将孔内悬浮较多的废渣置换出孔外， 此阶段 应每隔

16、 10min 停泵一次， 将钻锤落入距孔底 0 5 10m来回串动， 搅拌废渣， 再开泵清孔， 确保水下混凝 土浇筑时， 混凝土能将泥浆排出。 42 6终孔验收 造孔完成后用测绳对孔深进行丈量， 按设计要求 考虑空桩、 桩头、 有效桩长等尺寸， 测绳丈量尺寸应扣 减锤头高度 03m。 验收废渣清理情况， 通过泥浆置换， 孔内废渣已基 本清完， 可以利用掏渣筒进行捞渣检验， 孔内泥渣层厚 度不应 50mm。 用探笼对孔壁检验， 起重机起吊探笼， 缓缓沉入孔 底， 如果顺利落入孔底证明孔径满足要求， 孔壁无突出 岩块， 孔垂直度满足要求。 4 2 7吊装钢筋笼 清孔完毕验收合格的桩孔应及时吊钢筋笼

17、， 防止 塌孔， 造成钢筋笼下不去。 钢筋笼起吊时应利用起重机两个吊钩在整个钢筋 笼上设置 4 个起吊点， 用钢丝绳分段固定好后开始起 吊， 平缓运至桩孔处， 调整吊钩钢丝绳长度， 使钢筋笼 缓缓直立， 末端送至孔口时， 开始拆除底部起吊点钢丝 绳， 缓缓向孔内送钢筋笼， 直至钢筋笼完全进入孔内， 用短钢管插入钢筋笼内搁置在钢制护筒上， 拆除起吊 钢丝绳， 安装吊筋架， 在吊筋架上按设计要求设置固定 点， 利用吊筋架送钢筋笼至设计标高处。 4 2 8安装混凝土导管 钢筋笼安装到位后， 起吊导管托架放至钢制护筒 上缘( 需设架立装置， 不能让护筒承重) ， 保证架体上 活门中心与钢筋笼中心一致。

18、 混凝土导管为 200 300mm 钢制导管， 标准节长 度为 2 75m， 底端导管长度应4m， 配有 1 0m 短节进 行导管长度调整， 每标准节均有双螺纹方扣快速接头， 通过密封橡胶圈对标准节导管上下连接， 距导管顶 0 3m处外部设有限位卡箍， 当钢丝绳送导管入钢筋笼 时， 关闭导管托架上钢制活门， 导管外设定的限位卡箍 固定在导管托架上， 作业人员利用标准节带的双螺纹 方扣快速接头逐个进行导管接长， 直至顺利落入钢筋 笼内。 进入钢筋笼内的导管末端距孔底应有 0 3 0 5m 高差， 如果导管落至孔底， 混凝土浇筑时不利于排出， 容易形成堵管， 如果导管底距孔底高差太大， 混凝土下

19、落时不会排出孔底泥浆及废渣， 影响桩身混凝土施工 质量。调整导管下口距孔底距离除利用标准短节调整 外， 可以加高或降低导管托架的固定位置， 也可以把导 管托架活门打开， 调整限位卡箍距管口 0 3m 的距离， 利用钢丝绳送导管入孔内。 导管下落过程中要不停移动和旋转， 防止挂住钢 筋笼造成笼体破坏或下不去导管， 形成施工质量问题。 4 2 9安装送料漏斗， 放入隔水栓 起重机起吊送料漏斗， 送料漏斗的出料口落至导 管内， 起重机钢丝绳连同送料漏斗和导管一直保持起 吊状态。 把制作完毕的隔水栓塞入送料漏斗以下导管内， 72012 增刊薛梅生: 冲击成孔混凝土灌注桩施工技术 在距导管上口 1 0m

20、 处， 用铁丝固定在送料漏斗上口。 42 10水下混凝土浇筑 1) 利用汽车泵或混凝土运输车把混凝土送入送料 漏斗内， 直至漏斗完全装满混凝土， 铰断铁丝漏斗内混 凝土连同隔水栓一并进入孔内。 2) 随着混凝土不断流入导管， 孔内泥浆开始从钢 制护筒已开的溢浆孔排入泥浆沟， 此时要注意观察钢 筋笼， 防止上浮。 3) 当送料漏斗内混凝土下落不顺畅时， 表明导管 内混凝土过多或导管底端埋入混凝土太深， 此时需提 升和拆除上部导管。 4) 在提升和拆除导管时， 需用测绳沉入孔内接触 混凝土面， 测量混凝土面距孔上口高度， 确保导管底端 一直埋在混凝土内， 导管埋置混凝土深度应为 3 6m， 最低不

21、低于 2m， 禁止提升太快导管露出混凝土面。导 管浇筑水下混凝土的工作原理主要是混凝土通过导管 从孔底端送料， 利用混凝土与泥浆密度的差异把泥浆 排出孔外， 混凝土从桩内部向外送料， 能保证混凝土内 部不受泥浆污染， 直至浇筑至设计标高。 5) 因无法采用振捣设备进行混凝土压实， 在导管 提升和拆除阶段打开导管托架活门， 利用起重机上下 缓慢吊送导管， 反复挤压， 这样一方面可以顺利排出导 管内混凝土， 另一方面通过导管的挤压可以使混凝土 挤压密实， 排出内部空气， 保证桩身混凝土浇筑质量。 6) 尽管采取了较多措施， 但水下混凝土浇筑时仍 避免不了会产生浮浆或掺入泥浆， 为保证桩身混凝土 质

22、量， 水下混凝土浇筑至有效桩长设计桩顶标高后仍 需再浇筑 0 8 1 0m 高桩头， 使浮浆集中至桩头部 位， 在后期基坑开挖破桩头时剔除浮浆， 确保桩身混凝 土密实。 7) 混凝土浇筑完毕， 待混凝土浇筑时间满足终凝 要求后， 由于空桩部分较高， 为防止作业人员坠入， 同 时利用地温加快对混凝土养护， 可以对空桩进行覆土 回填。 8) 冲击成孔灌注桩施工过程中， 冲击造孔、 安装导 管、 下钢筋笼及水下混凝土浇筑等均应有专人填写 冲 孔灌注桩检查记录表 ， 每道工序应留下详实的施工资 料， 混凝土浇筑时应按要求留置标准养护混凝土试块。 5施工过程中发生的问题及防治措施 51钻孔偏斜 由于冲击

23、造孔中遇漂石、 探头石， 钻头受力不均匀 或土层软硬不均， 冲击时钻头向一侧倾斜， 致使造孔时 孔身偏斜。 冲击造孔遇到漂石或探头石时， 应回填碎石或将 钻机稍偏向探头石一侧， 用高冲程猛击探头石; 在土层 软硬不均处采取低锤重击， 保持孔底平整， 穿过此层 后， 按正常要求钻进。 5 2孔壁坍塌 由于场地存在回填土， 密实度不够， 冲击造孔时遇 流沙、 破碎地层， 捞渣清孔时补浆不及时， 验孔后未及 时下钢筋笼， 造成已成孔发生坍塌。 上口发生坍塌较大时， 用编织袋装入黄土或砂与 黏土混合后回填至坍塌处， 待回填物沉积密实后重新 冲孔; 清孔后应及时补浆， 确保孔内压力均衡; 下钢筋 笼时应

24、保持垂直， 防止冲击孔壁， 钢筋笼到位后应立即 进行下道工序施工。 5 3钢筋笼落不到孔内 因手动式冲孔钻机的钻头为三翼钻头， 造孔时有 可能在孔壁上留下探头石， 造成验孔后孔深满足要求 但钢筋笼落不到孔内。 成孔后利用探笼进行验孔， 发现探头石后利用探 笼猛击探头石， 或稍移钻机底座， 利用钻头扫孔， 提高 冲程， 猛击探头石， 撞落孔底后再用钻头冲击破碎。 5 4钢筋笼上浮 水下混凝土浇筑时或钢筋笼初始位置不符合要 求， 或混凝土下料过快推动钢筋笼上浮， 或导管提升过 程中提升太快挂住钢筋笼致使上浮。 钢筋笼在送入孔内时要按设计标高进行测量， 保 证初始位置正确， 采取加固措施通过吊筋架固

25、定钢筋 笼; 水下混凝土浇筑时防止下料过快， 观察钢筋笼情 况， 如钢筋笼有上浮现象发生应暂缓混凝土浇筑， 采取 措施处理后再继续施工; 安装导管时尽量向钢筋笼中 布置， 远离钢筋笼， 向上提升导管时缓慢进行， 如发现 挂住钢筋笼应向下送导管或通过钢丝绳向另一侧轻 拉， 尽快脱离挂点。 5 5断桩 导管低端距孔底距离过大， 混凝土下落过程中泥 浆侵入混凝土内形成夹渣层; 或导管在提升过程中提 升过快， 露出混凝土面; 或混凝土浇筑施工时由于停电 或供料不足， 不能连续施工， 孔内泥渣沉积形成隔 离层。 成孔后对孔底标高测量准确， 在安装导管时保证 导管口距孔底尺寸满足要求; 控制导管提升速度， 及时 用测绳测量距混凝土面高度， 保证导管埋入混凝土内 2m; 混凝土浇