钻孔灌注桩基础与施工方法

2020-05-22 10:01:14

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一、钻孔灌注桩基础的施工方法: 1、准备阶段: 1.1 施工人员对本工程桩基础的施工地点的地质情况、 桩位、桩径、桩长、标高等了解清楚。 1.2 桩位放样,测量人员将钢管打入强风化层作为定位 桩。 1.3 插打钢护筒,钢护筒壁厚 12mm,根据各墩不同地质 情况决定护筒长度,护筒下沉深度穿过覆盖层。 2、钻孔阶段: 2.1 安设钻机,使钻杆中心重合,其水平位移及倾斜度 误差按规范要求调整。 2.2 用冲击钻钻孔时,应待相邻孔位上已灌注好的砼凝 固并已达到一定强度时,才能开钻。 2.3 钻孔过程采用正循环回转钻进施工技术,在黏土层, 适当少投泥土,靠钻进自行造浆,在砂土层则加大泥浆浓度 固壁。钻进速度始终和泥浆排出量相适应。 2.4 孔内始终保持 0.2kg/cm2 的静水压力,护筒内水位始 终高于地下水位,遇松散地层时,适当增大泥浆相对密度和 稠度,尽量减轻冲液对孔壁的影响,同时降低转速和钻压以 满足施工质量控制要求。

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2.5 钻进过程严禁孔内掉进钻头、钻杆及其它异物,经 常检查钻头的磨损情况。

2.6 钻进过程随时留取渣样,每米不少于 1 组,在离设 计标高 1.0~1.5m 范围内,每 30cm 留 1 组,每根桩渣样不 少于 3 组。

3、清孔阶段: 3.1 清孔是钻孔桩施工中保证成桩质量的重要一环。通 过清孔尽可能使沉渣全部清除,使砼与基岩接合完好,以提 高桩底承载力。 3.2 终孔后,将钻头提至距孔底的 0.2~O.3m 处,使之 空转,然后将残存在孔底的钻渣吸出;必要时投入适量纯碱 以提高泥浆比重和胶结能力,使沉渣排出孔外。 3.3 当钢筋笼下沉固定后,再次复检孔深和沉渣厚度等。 若沉渣超标,可用导管中附属的风管再次清孔,直至全部符 合设计要求和工艺标准。 3.4 清孔结束前,将泥浆比重调整到规定范围,以保证 水下砼的顺利灌注,同时保证成桩质量。 4、钢筋笼的制作及安装阶段: 4.1 进场的钢筋必须出具合格证或产品质量检验报告, 同时还按现行钢筋检验标准取样试验,不符合质量要求的钢 材严禁使用。

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4.2 在成孔过程中及时组织钢筋笼的加工制作。钢筋笼 采用分节制作后搭接焊的方式,接头错开,在同一截面内, 接头数不超过钢筋总数的 50%,同时声测管固定在笼的内部, 均匀分布在圆周的四个点上。

4.3 起吊钢筋笼时,吊点准确,保证垂直度,然后对准 孔位徐徐下放,吊装过程中,节与节之间进行焊接,必须保 证焊接长度和质量,且要控制焊接时间不宜过长。

5、砼灌注阶段: 5.1 砼用粒径小于 50mm 石子,水泥用 425 号普通水泥或 矿渣水泥,坍落度 4~8cm,采取在施工现场内用机械拌制。 砼料用小型机动翻斗车或双轮手推车运至桩孔旁,向桩孔内 浇筑。砼料下料采用串桶,深桩孔用砼溜管,如地下水大(孔 中水位上升速度大于 6mm/min),应采用砼导管水中浇筑砼 工艺(详见后述)。 5.2 砼要垂直灌入桩孔内,并应连续分层浇筑,每层厚 度不超过 1.5mm;小直径桩孔,6m 以下利用砼的大坍落度和 下冲力使其密实;6m 以内分层捣实;大直径桩应分层捣实, 或用卷扬机吊导管上下插捣;对直径小、深度大的桩,人工 下井振捣有困难时,可在砼中掺水泥用量 0.25%木钙减水剂, 使砼坍落度增至 13~18cm,利用砼大坍落度下沉力使之密 实,但桩上钢筋部位仍应用振捣器振捣密实。

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5.3 灌注水下砼的施工工艺: 5.3.1 灌注前对桩孔质量、回淤沉碴厚度、泥浆指标、 桩底标高进行一次全面检查,防止意外事故发生。 5.3.2 灌注水下砼的导管逐节拼接,导管直径为 25cm, 每节长度为 2m~4m,以便调节高度。拼接后进行压水试验, 合格后方可使用。 5.3.3 砼的初存量应保证首次填充的砼入孔后,使导管 埋入砼的深度大于 1m,在灌注过程中,导管埋深不大于 4m。 5.3.4 每灌注一车砼后,用测锤测量砼面的上升高度, 并作好记录,绘制单桩柱状图,根据此数据,换算该桩的桩 径各段的扩孔率。 5.4 为保证桩身的质量,钻孔桩灌注砼过程应连续灌注 一次完成。 二、钻孔灌注桩基础的质量控制: 1、成孔质量的控制: 成孔是砼灌注桩施工中的一个重要部分,其质量如控 制得不好,则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达 不到设计持力层要求等,还将直接影响桩身质量和造成桩 承载力下降。因此,在成孔的施工技术和施工质量控制方 面应着重做好以下几项工作。 1.1 采取隔孔施工程序:

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砼钻孔灌注桩和打入桩不同,打入桩是将周围土体挤 开,桩身具有很高的强度,土体对桩产生被动土压力。砼 钻孔灌注桩则是先成孔,然后在孔内成桩,周围土移向桩 身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始,桩身砼的强 度很低,且砼灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的,故采取 较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。

1.2 确保桩身成孔垂直精度: 这是灌注桩顺利施工的一个重要条件,否则钢筋笼和 导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求, 应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固,经常校核钻架及钻 杆的垂直度等措施,并于成孔后下放钢筋前作井径、井斜 超声波测试。 1.3 确保桩位、桩顶标高和成孔深度: 在护筒定位后及时复核护筒的位置,严格控制护筒中 心与桩位中心线偏差不大于 50mm,并认真检查回填土是否 密实,以防钻孔过程中发生漏浆的现象。在施工过程中自 然地坪的标高会发生一些变化,为准确地控制钻孔深度, 在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好 记录,以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验 成孔达到深度。

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虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度,但是如在第 一次清孔时泥浆比重控制不当,或在提钻具时碰撞了孔壁, 就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象,这将给第二次清孔 带来很大的困难,有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍 落的沉渣。因此,在提出钻具后用测绳复核成孔深度,如 测绳的测深比钻杆的钻探小,就要重新下钻杆复钻并清孔。 同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题,因 其最大收缩率达 1.2%,为提高测绳的测量精度,在使用前 要预湿后重新标定,并在使用中经常复核。

为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象,除了在 复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外,还根据不同土 层情况对比地质资料,随时调整钻进速度,并描绘出钻进 成孔时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降,在软粘土钻 进最快 0.2m/min 左右,在细粉砂层钻进都是 O.015m/min 左右,两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小将直接影 响孔径的大小,在施工过程中要经常复核钻头直径,如发 现其磨损超过 10mm 就要及时调换钻头。

1.4 钢筋笼制作质量和吊放: 钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料,检查合格 后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、 数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度 能否使钢筋准确地吊放在设计标高上,这是由于钢筋吊笼

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放后是暂时固定在钻架底梁上的,因此,吊环长度是根据 底梁标高的变化而改变,所以应根据底梁标高逐根复核吊 环长度,以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。在钢筋笼 吊放过程中,应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量,对质量 不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时,要注 意钢筋笼能否顺利下放,沉放时不能碰撞孔壁;当吊放受 阻时,不能加压强行下放,因为这将会造成坍孔、钢筋笼 变形等现象,应停止吊放并寻找原因,如因钢筋笼没有垂 直吊放而造成的,应提出后重新垂直吊放;如果是成孔偏 斜而造成的,则要求进行复钻纠偏,并在重新验收成孔质 量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可 能缩短沉放时间。

1.5 灌注砼前泥浆的制备和第二次清孔: 清孔的主要目的是清除孔底沉渣,而孔底沉渣则是影 响灌注桩承载能力的主要因素之一。清孔则是利用泥浆在 流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣,使沉渣中的岩 粒、砂粒等处于悬浮状态,再利用泥浆胶体的粘结力使悬 浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔,最终将桩孔 内的沉渣清干净,这就是泥浆的排渣和清孔作用。从泥浆 在砼钻孔桩施工中的护壁和清孔作用,我们可以看出,泥 浆的制备和清孔是确保钻孔桩基础工程质量的关键环节。 因此,对于施工规范中泥浆的控制指标:粘度测定 17~

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20min;含砂率不大于 6%;胶体率不小于 90%等在钻孔灌注 桩施工过程中必须严格控制,不能就地取材,而要专门采 取泥浆制备,选用高塑性粘土或膨润土,拌制泥浆必须根 据施工机械、工艺及穿越土层进行.配合比设计。

灌注桩成孔至设计标高,应充分利用钻杆在原位进行 第一次清孔,直到孔口返浆比重持续小于 1.10~1.20,测 得孔底沉渣厚度小于 50mm,即抓紧吊放钢筋笼和沉放砼导 管。沉放导管时检查导管的连接是否牢固和密实,以防止 漏气漏浆而影响灌注。由于孔内原土泥浆在吊放钢筋笼和 沉放导管这段时间内使处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔 底部,最终不能被砼冲击反起而成为永久性沉渣,从而影 响桩基工程的质量。因此,必须在砼灌注前利用导管进行 第二次清孔。当孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求 后,应立即进行砼的灌注工作。

2、成桩质量的控制: 1.1 为确保成桩质量,要严格检查验收进场原材料的质 保书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告),如发 现实样与质保书不符,应立即取样进行复查,对不合格的 材料(如水泥、砂、石、水质),严禁用于砼灌注桩。 1.2 钻孔灌注桩一般采用串桶下料,深桩孔用砼溜管, 如钻孔灌注水下砼的施工主要是采用导管灌注,砼的离析

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现象还会存在,但良好的配合比可减少离析程度,因此, 现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变 化进行调整,为使每根桩的配合比都能正确无误,在砼搅 拌前都要复核配合比并校验计量的准确性,严格计量和测 试管理,并及时填入原始记录和制作试件。

1.3 为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象,在砼灌注 时应加强对砼搅拌时间和砼坍落度的控制。因为砼搅拌时 间不足会直接影响砼的强度,砼坍落采用 18cm~20cm,并 随时了解砼面的标高和导管的埋人深度。导管在砼面的埋 置深度一般宜保持在 2m~4m,不宜大于 5m 和小于 1m,严 禁把导管底端提出砼面。当灌注至距桩顶标高 8m~10m 时, 应及时将坍落度调小至 12cm~16cm,以提高桩身上部砼的 抗压强度。在施工过程中,要控制好灌注工艺和操作,抽 动导管使砼面上升的力度要适中,保证有程序的拔管和连 续灌注,升降的幅度不能过大,如大幅度抽拔导管则容易 造成砼体冲刷孔壁,导致孔壁下坠或坍落,桩身夹泥,这 种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中 必须每灌注 2m3 左右测一次砼面上升的高度,确定每段桩体 的充盈系数,《建筑施工操作规程》规定桩身砼的充盈系 数必须大于 l。同时要认真进行记录,这对日后发现有问题 的桩或评价桩的质量有很大作用。

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钻孔灌注桩的整个施工过程属隐蔽工程项目,质量检 查比较困难,如桩的各种动测方法基本上都是在一定的假 设计算模型的基础上进行参数测定和检验,并要依靠专业 人员的经验来分析和判读实测结果,同一个桩基工程,各 检测单位用同一种方法进行检测,由于技术人员的实践经 验的差异,其结论偏差很大的情况也时有发生。通过多项 工程的施工实践,得出这样一个结论,即加强桩基工程检 测是一个手段,要保证钻孔灌注桩的施工质量,其关键还 在于人。强调现场管理人员要有高度责任心,以防为主, 对桩基各个施工环节要充分重视并精心施工,只有这样桩 基的质量控制才能得到保证。

三、钻孔过程中出现的施工质量问题及防治措施: 1、护筒冒水: 护筒外壁冒水,严重的会引起地基下沉,护筒倾斜和移 位,造成钻孔偏斜,甚至无法施工。 造成原因:埋设护筒的周围土不密实,或护筒水位差太 大,或钻头起落时碰撞。 防治措施:在埋筒时,坑地与四周应选用最佳含水量的 粘土分层夯实。在护筒的适当高度开孔,使护筒内保持 1.0~ 1.5m 的水头高度。钻头起落时,应防止碰撞护筒。发现护筒 冒水时,应立即停止钻孔,用粘土在四周填实加固,若护筒 严重下沉或移位时,则应重新安装护筒。

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2、孔壁坍陷: 钻进过程中,如发现排出的泥浆中不断出现气泡,或泥 浆突然漏失,则表示有孔壁坍陷迹象。 造成原因:孔壁坍陷的主要原因是土质松散,泥浆护壁 不好,护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻 进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时 间过长也会引起孔壁坍陷。 防治措施:在松散易坍的土层中,适当埋深护筒,用粘 土密实填封护筒四周,使用优质的泥浆,提高泥浆的比重和 粘度,保持护筒内泥浆水位高于地下水位。搬运和吊装钢筋 笼时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁,钢筋 笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间。成孔后, 待灌时间一般不应大于 3 小时,并控制砼的灌注时间,在保 证施工质量的情况下,尽量缩短灌注时间。 3、缩颈: 缩颈即孔径小于设计孔径。 造成原因:塑性土膨胀。 防治措施:采用优质泥浆,降低失水量。成孔时,应加 大泵量,加快成孔速度,在成孔一段时间内,孔壁形成泥皮, 则孔壁不会渗水,亦不会引起膨胀。或在导正器外侧焊接一 定数量的合金刀片,在钻进或起钻时起到扫孔作用。如出现 缩颈,采用上下反复扫孔的办法,以扩大孔径。

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4、钻孔偏斜: 成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。 造成原因:钻机安装就位稳定性差,作业时钻机安装不 稳或钻杆弯曲所致;地面软弱或软硬不均匀;土层呈斜状分 布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形。 防治措施:先将场地夯实平整,轨道枕木宜均匀着地; 安装钻机时要求转盘中心与钻架上起吊滑轮在同一轴线,钻 杆位置偏差不大于 20cm。在不均匀地层中钻孔时,采用自重 大、钻杆刚度大的钻机。进入不均匀地层、斜状岩层或碰到 孤石时,钻速要打慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的 简单有效的方法。钻孔偏斜时,可提起钻头,上下反复扫钻 几次,以便削去硬土,如纠正无效,应于孔中局部回填粘土 至偏孔处 0.5m 以上,重新钻进。 5、桩底沉渣量过多: 造成原因:清孔不干净或未进行二次清孔;泥浆比重过 小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起;钢筋笼吊放过程 中,未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底;清孔后,待灌 时间过长,致使泥浆沉积。 防治措施:成孔后,钻头提高孔底 10~20cm,保持慢速 空转,维持循环清孔时间不少于 30min。采用性能较好的泥 浆,控制泥浆的比重和粘度,不要用清水进行置换。钢筋笼 吊放时,使钢筋笼的中心与桩中心保持一致,避免碰撞孔壁。

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可采用钢筋笼冷压接头工艺加快对接钢筋笼速度,减少空孔 时间,从而减少沉渣。下完钢筋笼后,检查沉渣量,如沉渣 量超过规范要求,则应利用导管进行二次清孔,直至孔口返 浆比重及沉渣厚度均符合规范要求。开始灌注砼时,导管底 部至孔底的距离宜为 30~40mm,应有足够的砼储备量,使导 管一次埋入砼面以下 1.0m 以上,以利用砼的巨大冲击力溅 除孔底沉渣,达到清除孔底沉渣的目的。

6、水下砼灌注过程中出现的施工质量问题及防治措施 6.1 卡管: 水中灌注砼过程中,无法继续进行的现象。 造成原因:初灌时,隔水栓堵管;砼和易性、流动性差 造成离析;砼中粗骨料粒径过大;各种机械故障引起砼浇筑 不连续,在导管中停留时间过长而卡管;导管进水造成砼离 析等。 防治措施:使用的隔水栓直径应与导管内径相配,同时 具有良好的隔水性能,保证顺利排出。在砼灌注时,应加强 对砼搅拌时间和砼坍落度的控制。水下砼必须具备良好的和 易性,配合比应通过实验室确定,坍落度宜为 18~22cm,粗 骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距 的 1/4,且应小于 40mm。为改善砼的和易性和缓凝,水下砼 宜掺外加剂。应确保导管连接部位的密封性,导管使用前应 试拼装、试压,试水压力为 0.6~1.0MPa,以避免导管进水。

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在砼浇筑过程中,砼应缓缓倒入漏斗的导管,避免在导管内 形成高压气塞。在施工过程中,应时刻监控机械设备,确保 机械运转正常,避免机械事故的发生。

6.2 钢筋笼上浮: 钢筋笼的位置高于设计位置的现象。 造成原因:钢筋笼放置初始位置过高,砼流动性过小, 导管在砼中埋置深度过大钢筋笼被砼拖顶上升;当砼灌至钢 筋笼下,若此时提升导管,导管底端距离钢筋笼仅有 1m 左 右时,由于浇筑的砼自导管流出后冲击力较大,推动了钢筋 笼的上浮;由于砼灌注过钢筋笼且导管埋深较大时,其上层 砼因浇注时间较长,已接近初凝,表面形成硬壳,砼与钢筋 笼有一定的握裹力,如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部 以上,砼在导管流出后将以一定的速度向上顶升,同时也带 动钢筋笼上升。 防治措施:钢筋笼初始位置应定位准确,并与孔口固定 牢固。加快砼灌注速度,缩短灌注时间,或掺外加剂,防止 砼顶层进入钢筋笼时流动性变小,砼接近笼时,控制导管埋 深在 1.5~2.0m。灌注砼过程中,应随时掌握砼浇注的标高 及导管埋深,当砼埋过钢筋笼底端 2~3m 时,应及时将导管 提至钢筋笼底端以上。导管在砼面的埋置深度一般宜保持在 2~4m,不宜大于 5m 和小于 1m,严禁把导管提出砼面。当发 生钢筋笼上浮时,应立即停止灌注砼,并准确计算导管埋深

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和已浇砼面的标高,提升导管后再进行浇注,上浮现象即可 消失。

6.3 断桩: 砼凝固后不连续,中间被冲洗液等疏松体及泥土填充形 成间断桩。 造成原因:由于导管底端距孔底过远,砼被冲洗液稀释, 使水灰比增大,造成砼不凝固,形成砼桩体与基岩之间被不 凝固的砼填充;受地下水活动的影响或导管密封不良,冲洗 液浸入砼水灰比增大,形成桩身中段出现砼不凝体;由于在 浇注砼时,导管提升和起拔过多,露出砼面,或因停电、待 料等原因造成夹渣,出现桩身中岩渣沉积成层,将砼桩上下 分开的现象;浇注砼时,没有从导管内灌入,而采用从孔口 直接倒入的办法灌注砼,产生砼离析造成凝固后不密实坚 硬,个别孔段出现疏松、空洞的现象。 防治措施:成孔后,必须认真清孔,一般是采用冲洗液 清孔,冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定,冲孔后要及时灌 注砼,避免孔底沉渣超过规范规定。灌注砼前认真进行孔径 测量,准确算出全孔及首次砼灌注量。砼浇注过程中,应随 时控制砼面的标高和导管的埋深,提升导管要准确可靠,并 严格遵守操作规程。严格确定砼的配合比,砼应有良好的和 易性和流动性,坍落度损失应满足灌注要求。在地下水活动 较大的地段,事先要用套管或水泥进行处理,止水成功后方

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可灌注砼。灌注砼应从导管内灌入,要求灌注过程连续、快 速,准备灌注的砼要足量,在灌注砼过程中应避免停电、停 水。帮扎水泥隔水塞的铁丝,应根据首次砼灌入量的多少而 定,严防断裂。确保导管的密封性,导管的拆卸长度应根据 导管内外砼的上升高度而定,切勿起拔过多。

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