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岩土研究院

钻孔灌注桩施工工艺及方法介绍

404 2021-04-13 10:48:20

钻孔灌注桩的优点有;振动小。噪声低;钻进速度快;无泥浆污染;造价低;设备简单,施工方便;混凝土灌注质量较好。但是也存在桩端留有虚土、适用范围限制较多等缺点。


干作业钻孔适用于地下水位以上的填土层、黏性土层、粉土层、砂土层和粒径不大的砾砂层,不宜用于碎石土层、淤泥层、淤泥质土层及地下水位以下的土层。对于非均质含碎砖、混凝土块、条块石的杂填土层及大卵(砾)石层,成孔难度较大。


(1)施工机械及设备

干作业成孔机械主要有螺旋钻孔机、机动洛阳铲挖孔机和旋挖钻机等。


螺旋钻孔机按成孔方法可分为长螺旋钻孔机和短螺旋钻孔机。长螺旋钻孔机切削的土块钻屑沿着带长螺旋叶片的钻杆上升,输送到出土器后能够自动排出孔外。短螺旋钻孔机切削的土块钻屑积聚在数量不多的短螺旋叶片上,需通过提钻、反转甩土将钻屑散落在孔周,一般每钻进 0.5~1.0m 就要提钻甩土一次。


长螺旋钻孔机的成孔速度主要取决于输土是否通畅。当转速较低时,钻头切削下来的土块钻屑不能自动上升,在钻屑与螺旋叶片间产生较大的摩阻力,消耗功率较大。当钻孔深度较大时,往往由于钻屑推挤阻塞形成"土塞"而不能继续钻进。而当转速较高时,土块钻屑在离心力作用下将会自动上升。因此保持适当高速能保证输土通畅。此外,还需根据土质等情况,选择相应的给进量,正常工作时给进量一般为每转 10~30mm,在砂土中取高值,在黏土中取低值。


短螺旋钻孔机因需多次提钻、用土,升降钻具等辅助作业时间长。其钻进效率不如长螺旋钻孔机高。为缩短辅助作业时间,多采用多层伸缩式钻杆。但是短螺旋钻孔机省去了长螺旋钻孔中输送土块钻屑引起的功率消耗,其回转阻力矩小,因此在大直径或深桩孔的情况下采用短螺旋钻孔机更合适。采用短螺旋钻孔时,应根据土质条件合理掌握每次钻进深度,一般应控制在钻头长度的2/3 左右,对于砂层、粉土层可控制在 0.8~1.2m。


对于不同类型的土层,应选用不同形式的钻头,如图 4-4 所示。尖底钻头适用于黏性土层。如在刃口镶焊硬质合金刀头,可用于钻硬土层及冻土层。平底钻头适用于松散土层。耙式钻头适用于含有大量砖头、瓦块的杂填土层。筒式钻头适用于钻混凝土块、条石等障碍物。


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机动洛阳铲挖孔机宜用于地下水位以上的一般黏性土、黄土和人工填土地基,设备简单,操作容易,北方地区应用较多。


旋挖钻机是近年引进的先进成孔机械,在土质较好的条件下可实现干作业成孔,不必采用泥浆护壁。其施工步骤为∶


旋挖钻机就位→埋设护筒→钻头轻着地后旋转开钻→当钻头内装满土砂料时提升出孔外一→旋挖钻机旋回。将其内的十砂料倾倒在十方车或地上—关上钻头活门,旋挖钻机旋回到原位,锁上钻机旋转体→放下钻头一→钻孔完成,清孔并测定深度→放入钢筋笼和导管→进行混凝土灌注→拔出护筒并清理桩头沉淤回填,成桩。


(2)施工工艺

干作业钻孔灌注桩的施工流程如图 4-5 所示。


钻机在开始钻进或穿越软硬土层交界面时,宜缓慢进尺,保证钻杆垂直。钻进时应尽量减少钻杆晃动,以免扩大孔径。钻进过程中如发现钻杆摇晃或难以钻进时,可能是因遇到硬土、石块或硬物等,应立即提钻,待查明原因并妥善处理后再钻,否则易导致桩孔严重倾斜、偏移,甚至造成钻杆、钻具损坏。钻进过程中应随时清除孔口积土和地面散落土,遇到孔内渗水、塌孔、缩颈等异常情况,应立即提钻并采取相应处理措施。


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钻进至桩底标高后,必须在该位置进行空转清土,然后停止转动并提起钻杆。注意在空转清土时不得加深钻进,提钻时钻杆不得回转。当孔底虚土厚度超过质量标准时应采取处理措施。钻孔完毕后应用盖板盖好孔口,并防止在盖板上行车。


钢筋笼制作时, 如钢筋笼较长则需分段制作,从加工组装精度、变形控制要求及起吊等因素综合考虑,分段长度一般宜定在 8m 左右。为防止钢筋笼在运输和吊装过程中产生过大的变形,除以适当的间隔布置加强箍筋外,还可在钢筋笼内侧设置临时支撑梁,或在钢筋笼外侧或内侧沿轴线方向设置支柱,以增大钢筋笼刚度。为保证钢筋保护层混凝土的厚度,一般需在主筋外侧设置钢筋定位器,其沿桩长的间距为 2 ~10m,每一断面设4~ 6处。


吊放钢筋笼时要避免碰撞孔壁。若钢筋笼分段制作,则需在吊放时逐段接长,即先将第一段钢筋笼放入孔中,利用其上部加强箍筋将其临时固定在孔口位置,并保证主筋位置正确、竖直,然后吊起第二段钢筋笼,用绑扎或焊接等方法与第一段钢筋笼顺直连接后向下放入孔中。如此逐段接长直至钢筋笼吊放至预定位置后,确认钢筋笼顶端标高并及时固定。


灌注混凝土应随钻随灌,成孔后不要过夜。遇雨天应特别注意防止成孔后孔内灌水。灌注混凝土至桩顶时应适当超过桩顶设计标高,以保证在凿除浮浆层后桩顶标高以下的混凝土质量满足设计要求。


2.湿作业钻孔灌注桩施工

湿作业钻孔灌注桩振动小、噪声低,若采用特殊钻头可钻挖岩石。适用于填土层、淤泥层、黏土层、粉土层、砂土层、砂砾层等地质,采用特殊钻头时,可进入软质或硬质基岩,但不适用于自重湿陷性黄土和无地下水的地层。湿作业钻孔灌注桩施工流程如图 4-6所示。


根据成孔工艺的不同,湿作业钻孔灌注桩施工有反循环施工法和正循环施工法两种。

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人工挖孔桩施工


人工挖孔桩成孔机具简单,无振动、无噪声、无污染。由于是人工挖孔,便于清底和检查成孔质量,可以核实地层土质情况,施工质量可靠。桩径可随使用要求变化而不受成孔设备限制,桩端可以人工扩大以提高承载力。灌注桩身混凝土时可人工入孔振捣,桩身质量较好。因国内劳动力成本低,故造价较低。但因人员在孔内作业,必须采取措施保障施工安全,否则易发生伤亡事故。且由于桩径较大,如用作支护结构时一般为 1000~ 1200mm,因此混凝土用量大。


人工挖孔桩适用于地下水位以上的人工填土层、黏土层、粉土层、砂土层、碎石土层和风化岩层,也可在黄土、膨胀土和冻十中应用,适应性较强。当施工场地狭窄。邻近建筑物密集或桩数较少时尤为适用。但对于地下水丰富且难以抽水的地层,有松砂层尤其是地下水位以下有松砂层,有连续的极软弱土层,孔内缺氧或含有毒气体等情况,不宜或不能采用人工挖孔桩。


人工挖孔桩施工所需的机具设备比较简单,主要包括;电动葫芦或手摇辘转及提土桶(用于人员上下及材料和弃土的垂直运输);扶壁钢模板或波纹模板;潜水泵(用于排除孔内积水);鼓风机和送风管(用于向孔内强制输送新鲜空气); 镐、锹等挖十工具(若有硬土或岩石层还需准备风镐);混凝土振捣工具以及应急软爬梯等。


施工工艺

人工挖孔桩的施工流程如图 4-10 所示。


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挖土时一般应分段开挖,分段高度取决于孔壁的自稳能力,一般 0.8~1.0m 为一个施工段。挖土顺序为先中间后周边,弃土装入提土桶内垂直运输至孔口,垂直运输机具可根据挖孔深度等实际条件选用电动或手动工具。如遇大量渗水,则在孔底一侧挖集水坑,用潜水泵排水。


采用现浇混凝土护壁时,护壁模板一般由 4 ~8 块活动钢模板或木模板组合而成,模板高度由施工段高度确定。在模板上方设置钢制操作平台,操作平台一般由两个半圆组成,用于浇注护壁混凝土。第一节护壁宜高出地面约 200mm,以便于挡水和定位,并防止杂物滚落孔内。开挖后应尽快灌注护壁混凝土,且必须在 24 小时内一次性灌注完毕。


护壁混凝十应振捣密实,上下两节护壁间搭接 50~75mm。护壁厚度应按地下水十压力计算确定。—般取 100~150mm。护壁可采用素混凝十。但当桩径、桩长较大或十质较差、有渗水时后配筋,配筋时上下护壁的主筋搭接应符合要求。护壁分为外齿式和内齿式两种,如图 4-11 所示,其中外齿式抗塌孔的效果更好,便于人工用钢钎等捣实混凝土,还能增大桩侧摩阻力。


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待护壁混凝土达到一定强度,一般为 12 ~24h 后,可拆除模板进行下一施工段的开挖,然后继续支模浇注护壁混凝土,如此循环。挖至设计要求的深度后,可吊放钢筋笼,并再次检查成孔质量,测量孔底虚土厚度。孔底虚土沉渣必须清理干净,如有扰动或超挖,应在清理干净后用低标号混凝土垫平补齐,不允许垫土、垫砂。


灌注混凝土时应使用串桶或导管,并垂直灌入孔内,尤其是对于无护壁的情况,避免混凝土冲击孔壁造成塌孔。混凝土应分层灌注,每层高度不得超过1.5m,灌注时应分层振捣密实,直至桩顶。


3.安全注意事项

在施工图会审和桩孔挖掘前,应认真研究钻探资料,分析地质情况,对可能出现的流砂、管涌、涌水及有害气体等情况应制定有针对性的安全防护措施。


为防止孔壁坍塌,应根据桩径大小和地质条件采取可靠的护壁措施,如现浇混凝土护壁、喷射混凝土护壁或波纹钢模板工具式护壁等。土质较好时,也可不用护壁,一次性挖至设计标高后灌注桩身混凝土成桩。


当孔内有人时,孔上必须有人监督防护,不得擅离岗位。孔口四周应设置安全防护栏杆。孔口操作平台应自成稳定体系,防止在护壁下沉时被拉垮。在孔口设水平移动式活动安全盖板,提土桶卸土时应关闭活动盖板,以防土块、操作人员等掉入孔内伤人。


孔内必须设置应急软爬梯。供人员上下孔使用的电葫芦、吊笼等应安全可靠并配有自动卡紧保险装置,不得使用麻绳、尼龙绳吊扶或脚踏井壁凸缘上下。

施工场地内所有电源、电路的安装和拆除必须由持证电工规范操作。有多个桩孔时,各孔用电必须分闸,严禁一闸多用。孔上电缆必须架空 2.0m 以上,严禁拖地和埋压在土中。孔内电缆电线必须有防湿、防潮、防断等保护措施,照明应采用安全矿灯或 12V 以下的安全灯。


当孔深超过5m 时,每天开工前应进行有毒气体检测,挖孔时也应时刻注意是否有有毒气体。当孔深超过10m 时应采取通风措施,风量不宜少于25L/s。挖孔时加强对孔壁土层涌水情况的观察,发现异常应及时采取处理措施。


多个桩孔同时开挖时应间隔挖孔,以避免相互影响,防止土体滑移。灌注桩身混凝土时,相邻10m 范围内的挖孔作业应停止,且人员不得留在孔内。挖出的土方应及时运走,不得堆放在孔口附近。机动车不得在桩孔附近通行。