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岩土研究院

岩土施工工艺之冲击钻钻孔灌注桩详解

371 2021-02-01 16:29:30



↑ 冲击钻钻孔灌注桩施工



冲击钻钻孔灌注桩施工工艺流程图



施工准备


· 场地整平


(1)开挖前场地完成三通一平。地上、地下的电缆管线、设备基础等障碍物均已排除处理完毕。各项临时设施如临时电、临时水、安全设施准备就绪。
(2)熟悉施工图纸及场地的地下土质、水文地质资料。
(3)操作前应对吊车等进行安全可靠的检查和试验,确保施工安全。

(4)场地应先按设计图纸要求的标高进行平整,清除桩位处地上、地下一切障碍物(包括大块石、树根和垃圾等),场地低洼处须回填夯实。


· 泥浆池



测量定位


· 测量定位


先根据规划部门测设的建筑物定位坐标点和高程点,在场区内用全站仪引测现场控制网点,经甲方代表及监理核验后,作为现场施工放样的依据。然后根据该点进行轴线、桩位放样和标高控制。现场控制点用混凝土浇筑,并安设防护标志,防止施工中碰撞而发生位移。

桩位测定分初测、复测,分别为挖埋护筒前和埋设护筒后,复测合格后,打入Ф12定位钢筋一根,作为钻孔机定位标点,然后用水准仪测定其护筒和地坪标高,经甲方、监理工程师验收合格后方可就位施工。


埋设护管


· 埋设护管


1 、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20mm,护筒的倾斜度不大于1%。
2、护筒一般用4~8mm钢板制作,其内径应大于设计桩径200mm,其上部开设1~2个溢浆孔。
3 、护筒的埋设深度:在粘性土中不宜小于1.5m;砂土中不2.0m宜小于;护筒顶端高出地面30cm。

4、护筒作用:保护孔口、定位导向,隔离地表水、保持孔内水头高度,防止塌方,固定钢筋笼等。


· 埋设十字护桩


为了校正护筒及桩孔中心,在挖护筒之前采用“+”字交叉法在护筒以外较稳定的部位设4个定位桩,定位桩采用φ20钢筋,在位于护筒边1~2m位置进行埋设,定位桩顶高于护筒顶20cm,且埋入地面不小于30cm,并浇筑20cm厚半径20cm圆型混凝土,进行固定,并用红油漆标识,施工中做好定位桩的保护工作。




钻机就位


· 钻机就位


钻机安放在枕木上,必须平整、稳固,确保施工中不移位、不倾斜;钻头中心与护筒中心误差不得大于20mm,钻孔时,孔内泥浆面高出地下水位1m以上,当受地下水位涨落影响时应高出地下水位1.5m以上,或不低于自然地面。



· 冲击钻机


冲击式钻机能适应各种不同地质情况,特别是卵石层中钻孔,冲击式钻机较之其它型式钻机适应性强。同时,用冲击式钻机成孔,孔壁四周形成一层密实的土层,对稳定孔壁,提高桩基承载能力,均有一定作用。冲锤(如图所示)有各种形状,但它们的冲刃大多是十字形的。



· 3pnl-12型泵结构图



· 泥浆泵



冲击成孔


· 冲击成孔


1、开锤前,护筒内必须加入足够的粘土和水,然后边冲击边加粘土造浆,以保证粘土造浆护壁的可行性。
2、采用钻孔的粘土造浆,成孔过程中要及时加水调整好泥浆比重:≤1.25;粘度:18-20S;含砂率:≤6%。
3、定界面、终孔验收。在钻进过程中对照岩土工程勘察报告,进入中风化凝灰岩时施工单位技术员要查看岩样,自查符合要求后再上报监理、甲方定界面,验终孔。验收时从捞取的钻渣中取出样品,查明岩样并填写岩层深度、取样时间等标签,标签填写好后装袋保留。
4、冲击钻对准护筒中心,要求偏差≤±20mm,开始低锤密击,锤高0.4~0.6m,并及时加粘土泥浆护壁,使孔壁挤压密实,直至孔深达护筒下3~4m后,才加快速度,加大冲程,将锤提高至1.5~2.0m以上,转入正常连续冲击。

5、在钻进过程中每1~2m要检查一次成孔的垂直度。如发现偏斜应立即停止钻进,采取措施进行纠正。对于变层处和易于发生偏斜的部位,应采用低锤轻击、间断冲击的办法穿过,以保持孔形良好。


· 界面岩样



· 终孔岩样



第一次清孔


· 第一次清孔


第一次清孔也是至关重要的,其操作方法是:正循环冲进终孔后,将泥浆管捆在锤头的钢丝绳上,并缓慢放入孔底,进行泥浆正常循环清孔,采用大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆;返出泥浆的含砂量≤6%;泥浆比重≤1.25;孔底沉渣厚度≤50㎜。经第一次测量孔深,达到相应钻孔深度后,第一次清孔完毕。



· 泥浆粘度计



· 泥浆比重计



· 沉渣仪


专门用于检测孔底沉渣的仪器,采用特制的微电极系探管和电路设计,可以准确地测出孔底沉渣的厚度。



· 泥浆指标检测



· 终孔验收


桩孔终孔,由施工单位自检合格后,会同甲方及现场监理共同对孔径、孔深、桩孔垂直度及孔底沉渣等各项指标,依据技术规范及设计要求进行检查、验收,达到要求即可转入下一道工序。
根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)及设计要求,执行如下质量标准:

1、桩位中心允许偏差不大于50mm;

2、孔径不小于设计桩径;

3、孔深不小于设计孔深;

4、桩孔垂直度偏差应小于1%。


· 测量孔径



· 测量孔深



钢筋工程


1)钢筋原材


1、检查钢筋生产厂家营业执照、生产许可证、出厂合格证、厂家检测报告。
2、钢筋进场时应检查钢筋的品种、规格、型号、批量、炉号、每个炉号的生产数量、供应数量等,并按规定抽取试件作力学性能试验,其质量必须符合有关标准的规定。
3、有抗震要求的框架结构,纵向受力钢筋的强度应满足设计要求;对一、二级抗震等级,检验所得的强度实测值应符合下列规定:

①、钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25;

②、钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。
4、当发现钢筋脆断、焊接性能不良或力学性能显著不正常等现象时,应对该批钢筋进行化学成分检验或其他专项检验。

5、钢筋的表观质量:钢筋应平直、无损伤,表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状老锈。



2)钢筋笼制作


1、钢筋笼的分节长度应按照下料单要求下料,钢筋笼的加劲箍筋设置间距2m一道设置,主筋与加劲箍筋采用点焊连接。每根桩的钢筋笼分节编号,同一截面内接头数量不超过钢筋总数量的50%;主筋的接头采用单面焊接,焊接长度为10d(d为主筋直径),箍筋与主筋采用交错点焊和绑扎方式进行固定,下料时主筋接头位置的错位搭接长度要符合设计要求。
2、钢筋笼设置滚动式砂浆保护垫块,每节钢筋笼的垫块纵向不少于两组,环向不少于3个,呈梅花形布置。
3、钢筋笼入孔时,由吊车吊装。在安装钢筋笼时,采用两点起吊。第一吊点设在骨架的下部,第二吊点设在骨架长度的中点到上三分之一点之间,并采取措施对起吊点予以加强,以保证钢筋笼在起吊时不致变形。吊放钢筋笼入孔时对准桩孔中心,保持垂直,轻放、慢放入孔,入孔后应缓缓下放,不宜左右旋转,严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放,查明原因,进行处理。严禁高提猛落和强制下放。
4、骨架最上端的定位,必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度,为防止钢筋笼掉笼或在灌注过程中上浮,钢筋笼中心与设计桩中心位置对正,反复核对无误后再焊接固定于钢护筒上,完成钢筋笼的安装。

5、钢筋笼在入孔后,与上部钢筋连接采用单面焊接,焊接好以后,禁止马上放入孔中,要等钢筋冷却1分钟后在放入孔中。



3)钢筋笼检查


1、钢筋骨架在承台底以下长度±100mm,尺量检查。
2、钢筋骨架直径±10mm,尺量检查。
3、主筋间距±10mm,尺量检查不少于5处。
4、加强筋间距±20mm,尺量检查不少于5处。
5、箍筋或螺旋筋间距±20mm,尺量检查不少于5处。

6、钢筋骨架垂直度1%,吊线尺量检查。


箍筋间距检测


钢筋连接长度检查


4)吊装钢筋笼




5)钢筋笼连接


焊接连接


套丝连接


二次清孔


· 二次清孔


由于安放钢筋笼及导管时间较长,孔底产生新的沉渣,待安放钢筋笼及导管就位后,采用换浆法二次清孔,以达到置换沉渣的目的。施工中勤摆动导管,改变导管在孔底的位置,保证沉渣置换彻底。待孔底500㎜以内泥浆各项指标均达到如下标准,密度:≤1.25,含砂率:≤6%,粘度18-20S,复测孔底沉渣厚度≤50mm后,清孔完成,清孔完成后立即进行水下混凝土灌注。



· 测沉渣厚度



混凝土灌注


1、浇灌水下砼时,采用回顶灌注法,并严格按水下砼灌注工艺进行施工,砼拌合物通过导管底口进入到初期灌注的砼(作为隔水层),下面顶出初期灌注的砼及其上面的泥浆不断上升,从而使后面灌入的砼凝结成为完整的桩身。
2、灌注首批砼时,导管下口离孔底300~500mm,使隔水塞及砼能顺利排出,第一次砼灌入量应确定导管底口至少埋入浇注的砼中1.0~1.3m,严防泥浆水涌入导管。
3、孔底沉渣验收合格后,必须在半小时内初灌砼,砼浇灌时应连续进行,不得留有施工缝。完成整根桩砼灌注时间应控制在2~4小时之内。
4、在灌注过程中,必须经常测量砼面位置,保证导管埋深2~6米。经常上下窜插导管,以保证桩身砼密实,灌注完后缓慢、垂直起拔护筒,保护桩顶砼质量。
5、桩身砼灌注的充盈系数现场定。
6、水泥及粗、细骨料质量,必须符合施工规范要求,并严格按配合比配制砼。
7、砼的坍落度控制160~220mm之间。

8、做好每根桩水下砼灌注记录和砼施工记录。



混凝土灌注示意图



常见的缺陷及防治


1、桩位偏差的原因及防治

【原因】

桩位地面放样不准,桩机就位不准。

【防治】

桩位测放完毕后,应进行复测和检查,确保每根桩的位置准确无误。


2、桩身倾斜的原因及防治

【原因】

(1)场地不平或场地松软;

(2)桩机就位安装不平稳;

(3)钻进过程中遇到地下障碍物或孤石。

【防治】

(1)施工前场地平整压实;

(2)桩机安装就位时应确保平整;

(3)清除地下障碍物。


3、桩身缩颈的原因及防治

【原因】

(1)孔壁坍塌;

(2)导管提升过快、过高。

【防治】

(1)加大泥浆比重,选用优质黄泥配制的泥浆护壁;

(2)控制导管提升速度,并保持导管底端始终埋入桩孔混凝土内2~6m。


4、坍孔的原因及防治

原因

(1)泥浆相对密度不够,起不到可靠的护壁作用;

(2)孔内水头不够或孔内出现承压水,降低了静水压力;

(3)护筒埋置太浅,下端孔坍塌;

(4)在松散砂层中钻孔时,进尺速度太快或停在一处空转时间太长,转速太快;

(5)冲击锤撞击孔壁;

(6)用爆破处理孔内孤石、探头石时,炸药量过大,造成很大振动。

【防治】

(1)在松散砂土或流砂中钻进时,应控制进尺,选用较大相对密度、黏度、胶体率的优质泥浆;

(2)如地下水位变化过大,应采取升高护筒,增大水头,或用虹吸管连接等措施;

(3)严格控制冲程高度和炸药用量;

(4)孔口坍塌时,应先探明位置,将砂和黏土混合物回填到坍孔位置以上1~2m;如坍孔严重,应全部回填,等回填物沉积密实后再进行钻孔。


5、沉渣厚度超标的原因及防治

【原因】

(1)孔口土回落孔底;

(2)放钢筋笼时,碰撞孔壁,孔壁土掉落孔底;

(3)成孔后未及时灌注混凝土。

【防治】

(1)及时清理孔口堆土;

(2)保证二次清孔质量满足规范要求;

(3)及时清孔,及时灌注混凝土。


6、钢筋笼上浮的原因及防治

【原因】

(1)提升导管时将钢筋笼带起;

(2)浇灌混凝土时下行速度过快,产生上冲力,造成钢筋笼上浮。

【防治】

(1)将钢筋笼固定绑扎或点焊在护筒上;

(2)当灌注混凝土至钢筋笼底时,应放慢混凝土灌注速度,待笼底全部插入混凝土后,恢复正常灌注速度。


7、导管进水的原因及防治

【原因】

(1)首批混凝土储量不足,或虽然混凝土储量已够,但导管底口距孔底的间距过大,混凝土下落后不能埋设导管底口,以致泥水从底口进入;

(2)导管接头不严,接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开,或焊缝破裂,水从接头或焊缝中流入。

(3)导管提升过猛,或测深出错,导管底口超出原混凝土面,底口涌入泥水。

【防治】

(1)若是第一种原因引起的,应立即将导管提出,将散落在孔底的混凝土拌合物用空气吸泥机、水力吸泥机以及抓斗清除,不得已时将钢筋笼提出采取复钻清除。然后重新下放钢筋笼、导管并投入足够储量的首批混凝土,重新浇灌;

(2)若是第二、三种原因引起的,应视具体情况,若用原导管插入续灌,但灌入前均要将导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出;若重新下导管,必须用潜水泵将管内的水抽干,才可以继续灌注混凝土。


8、卡管的原因及防治

【原因】

(1)初灌时隔水栓卡管或由于混凝土本身的原因,如坍落度过小、流动性差、夹有大卵石、拌合不均匀,以及运输途中产生离析、导管内壁未清理干净或导管接缝处漏水等使混凝土中的水泥浆被冲走,粗集料集中而造成导管堵塞;

(2)机械发生故障卡管或其他原因使混凝土在导管内停留过久,或灌注时间过长,最初灌注的混凝土已初凝,增大了导管内混凝土下落的阻力,混凝土堵在管内。

【防治】

(1)可用用吊绳抖动导管,或在导管上安装附着式振动器等使隔水栓下落。如仍不能下落时,则须将导管连同其内的混凝土提出钻孔,进行清理修整,然后重新吊装导管,重新灌注。一旦有混凝土拌合物落入井孔,须将散落在孔底的拌合物粒料等予以清除。

(2)灌注前应仔细检修灌注机械,并准备备用机械,发生故障时立即调换备用机械;同时采取措施,加速混凝土灌注速度,必要时,可在首批混凝土中参入缓凝剂,以延缓混凝土的初凝时间。


9、埋管的原因及防治

【原因】

导管埋入混凝土过深,或导管内外混凝土已经初凝使导管与混凝土简摩阻力过大,或因提管过猛将导管拉断。

【防治】

严格控制埋管深度,一般不得超过2~6m;在导管上端安装附着式振动器,拔管前或停灌时间较长时,均应适当振捣,使导管周围的混凝土不致过早的初凝;首批混凝土惨入缓凝剂,加速灌注速度;导管接头螺栓事先应检查是否牢固;提升导管时不可猛拔。


10、断桩的原因及防治

【原因】

(1)混凝土灌注时导管提升量过大,泥浆侵入混凝土内形成夹泥混凝土;

(2)清孔时未将沉渣冲净即开始混凝土灌注,桩底形成松软土;

(3)混凝土灌注时因故中断,桩身产生断裂面;

(4)灌入混凝土质量低劣;

(5)出现堵管而未及时排除。

【防治】

(1)控制导管始终在混凝土内;

(2)严格按规程检查沉渣厚度,并清孔后及时灌注混凝土;

(3)灌注前认真检查各作业环节和岗位,制定有效的预防措施,保证灌注作业连续完成;

(4)加强混凝土质量管理;

(5)混凝土初凝前可采用冲刷法、沉管法等接桩法;混凝土初凝后可采用冲刷法和嵌入式接桩法。


感谢供稿作者:

《微信公众号:建筑工程鲁班联盟》

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