摘要: 本文对Ф400泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩施工技术的特点、技术要求、应用效果与效益进行了分析、总结。该技术具有利用自有粘土造泥浆,施工工序较多,难度较大,技术先进、效果及经济效益显著等特点。
关键词: 泥浆护壁 钻孔灌注桩 抗拔桩 技术分析
1.前言
Ф400泥浆护壁钻孔灌注桩抗拔桩施工技术是当前国内的先进技术,它具有利用自有粘土造泥浆,施工工序较多,难度较大,技术先进、效果及经济效益显著等特点。在有地下水时,以钻机成孔,采用泥浆护壁,防止孔壁坍塌,并凭借泥浆的循环将孔内碎渣带出孔外来控制沉渣厚度,水下浇注混凝土的成桩工艺。该工艺适用于陆地和水域施工。在我国的桥梁、闸坝及工业与民用建筑等基础施工中得到了广泛的应用,已形成较为完善的体系。
2.技术要求
Ф400泥浆护壁钻孔灌注桩抗拔桩施工技术钻孔桩成孔质量标准和成桩质量标准如表1和表2所示。在施工中要参照此标准执行。
2.1其他一般项目质量标准
由于孔径过小,在钢筋笼及混凝土的制作上要求比较高。
2.2钢筋笼质量标准
①钢筋笼材质必须达到设计要求,同时箍筋间距严格按设计布置,偏差控制在20mm范围内,以防钢筋笼下孔后变形,造成导管挂钢筋笼。
②直径要求控制在10mm范围内,同时布置时严格按设计要求布置,确保工程的质量。
③钢筋笼的安装深度偏差控制在10mm范围内。
2.3灌注用混凝土的质量要求
由于该项目桩径为Ф400,同时又配有钢筋笼,灌注时采用Ф180的导管,而设计时钢筋笼的保护层厚度为50mm,经计算导管与钢筋笼的净距离为50mm,因此对混凝土的拌料要求非常高。
①混凝土的粗骨料严格控制用10～20mm的碎石,配料时骨料必须过筛,严格控制混凝土的骨料粒径,确保灌注顺畅。
②混凝土的塌落度严格控制在160～220mm之间,并保证混凝土的流动性、和易性良好。
3.技术方案
在接到工程后,我们对摩擦桩和抗拔桩的技术方案进行了研究分析,与抗拔桩比较,摩擦桩的不足如下:
①桩深较深。②桩径较大。③砼量多。④钢筋用量大。⑤钻孔深。⑥消耗的费用较高。
最后选定了泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩工艺。
4.工艺流程
泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩工艺流程图如图1所示。
5.实施
5.1 桩位放样操作
a、严格审核图纸,复核桩位尺寸及所用材料;
b、导线点联测复测准确后,方可进行桩位放样;
c、放样时严格按规范规定要求进行放样,并采用另一种测量方式复核;
d、钻机就位后必须进行钻机就位复核,确保工程质量。
5.2 造孔质量
钻孔灌注抗拔桩施工中造孔质量主要包括:孔位施工,桩孔垂直度控制,孔径偏差控制,孔深及扩孔,沉渣厚度控制,成孔质量检验。
5.2.1 孔位施工
钻机就位前,对施工孔位标志点进行复核,同时注意护筒埋设时,保证护筒的中心对准标志点,在护筒埋设前,应根据现场土质、地下水位情况设计制作好护筒的具体尺寸,保证其有足够的深度,周围的回填土分层回填夯实,防止其护筒外围周边在使用中漏浆,致使护筒的移位和倾斜,影响造孔质量。
5.2.2 成孔垂直度控制
a、首先钻机开钻前保证钻塔导向杆的垂直度,使钻进中吊塔中心点、钻盘中心点、钻头中心点及桩位在同一垂直方向上。
b、保证钻机在整个钻机中的稳定性,避免其产生前倾或侧斜,对软弱土质应对现场进行适当的加固处理,加大承重枕木的面积,施工中随时检测钻杆或吊绳在孔口的居中情况,及时纠正偏差。
5.2.3 孔径偏差控制
a、注意保证钻杆牢固顺直无曲折,保证钻杆的垂直导向严密顺滑无摆动,以免钻头钻进中摆动而扩孔。
b、施工前做好施工准备工作,调查好现场地质情况,针对容易产生缩径和扩径的土层土质,在开钻前作好防粘方案及相应的物质准备(比如碎砖、块石和粘土等),以保证成孔的质量及进度。
c、护壁泥浆品质及孔内外压差的原因:泥浆质量主要性能指标:密度、粘度、含砂率和胶体率等,在施工中必须严格控制好这些指标,在确保工程质量下,制备泥浆时应选用塑性粘土和膨润土,同时根据井孔穿越土层的要求进行相应配合比设计,在成孔中,护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0米以上,当地下水位有涨落变化时,泥浆面应高出最高水位1.5米以上。
d、施工操作分析:现场施工操作可能会造成孔壁坍塌:
①护筒埋设太浅或周围未用粘土封紧而漏浆、冲刷。
②未及时向孔内注浆,使泥浆水头过底,孔内泥浆面底于孔外地下水位,或泥浆密度偏底,反压不够。
③容易产生泥浆渗漏的土层未及时采取维持孔壁稳定的措施(如做粘土套等)。
④遇泥砂、淤泥、松散砂层而钻进太快。
⑤下放钢筋笼碰撞孔壁。
6.4孔底扩孔不够,达不到抗拔的效果。
6.4.1产生的原因:主要由于扩孔钻头在扩孔时不能打开,或打开的角度不够,造成扩孔不到位,抗拔效果差。
6.4.2处理的办法:根据设计要求设计相应的扩孔钻头(原理是利用离心力将钻头张开一定角度进行孔底扫孔,达到孔底扩大的效果),在钻头安设时,慢速试空运转,看效果是否明显,若空转时都不张开角度或张开不明显,必须重新设计钻头,直至达到预期的效果。
5.2.4沉渣厚度控制
在实际施工中,不管采用何种施工方式,孔底沉渣不可能完全清理干净,致使孔深成未知数,沉渣厚度直接影响到桩端承载力,比较合理有效的处理方法是采用后压浆技术对孔底沉渣进行固化。在施工中,根据工程项目的工程地质及水文地质条件制订严密的施工组织设计,严格把关,为下一道工序的顺利进展创造良好的条件。
5.2.5成孔质量检验
成孔质量应按标准进行检验。
5.3清孔施工
当钻孔达到设计标高后,在砼灌注前,孔底沉渣厚度必须符合设计要求及规范规定要求。清孔分二次:一次为钻机钻杆清孔,在钻孔完毕将钻头提离孔底10cm慢速旋转进行清孔;二次为导管清孔,清孔完毕泥浆指标应达到规范规定要求:相对密度:1.03-1.10;粘度:17-20Pa.s;含砂率:98% 。
5.4 钢筋笼制作安装
5.4.1钢筋笼制作
严格按图纸及《建筑桩基技术规范》下料施工,施工中由于桩径较小桩径为400mm,考虑灌注及钢筋笼挂导管问题将钢筋笼骨架置于最外侧,主筋置于最内侧,制作过程中可采用纵向钢筋定位模扳进行钢筋笼的制作。如下图:
5.4.2钢筋笼的吊运
为防止吊运时钢筋笼变形应注意:a、吊运时下端不允许拖地。b、加密骨架筋,增加钢筋笼的刚度。
5.4.3钢筋笼的安装
安装时保证钢筋笼竖直对准井口中心后缓缓下放,力求不使钢筋笼下放时擦伤孔壁。在安装中很难保证,因此在施工中建议采用圆柱形的砂浆垫块作保护层,如图3保护层块图所示,尽量减轻对孔壁的擦伤。
5.5 砼施工
5.5.1砼拌制
由于水下灌注砼工艺的特殊性,尤其Ф400灌注桩的特殊性,砼拌制质量应注意以下要求:
a、砼的实验配制强度比设计强度应提高5MPa。
b、砼拌制骨料必须严格控制其粒径,以防灌注中堵管,同时由于灌注时导管外部与孔壁间孔隙较小,经过计算严格控制好骨料粒径以防砼上翻被卡。
c、砼的坍落度设计中应控制在18―22cm,同时保证有一定的流动保证率。
d、砼的初凝时间应满足整个灌注过程(即搅拌第一斗砼开始至灌注完最后一斗砼并拔出导管为止),即根据灌注时间参加外加剂,达到预期效果。
5.5.2 砼灌注
灌注水下砼时,操作如下:
a、选用16―18cm内径的丝扣导管,严禁使用法兰接头导管,以免灌注中导管将钢筋笼挂住,导致钢筋笼上浮。
b、在灌注砼时,应一次灌注成,每次灌注间歇时间一般控制在15min,特殊情况不应超过30min。
c、灌注中保持孔内砼面均匀上升,且保持上升速度≮2m/h,在Ф400灌注桩灌注时,导管埋深(指导管下口至导管外砼面距离的平均值)宜控制在4―6m,最多≯6m,最少保证≮1.5m,严禁导管下口提拔出砼顶面,由于小孔径桩砼量小,在灌注中,如万一不甚把导管下口提出砼面,则可采取如下抢救措施:①在灌注的初始阶段,拔出导管并立即进行清孔,然后重新进行灌注。②灌注的后期,立即进行钢筋笼上拔,提出孔外,然后下钻头进行扫孔,清孔后重新灌注。
d、灌注中注意导管不停轻微上下抖动,确保不堵管同时保证灌注砼密实。
e、拌制好的砼应在1.5h内灌注完毕,夏季应在1 h灌注完毕,根据需要掺入一定量缓凝剂。
f、砼灌注时应灌注至设计桩顶高以上设计或规范规定的高度,以确保设计桩顶标高以下砼的质量。
5.6 成桩质量
水下灌注砼桩的成桩质量按标准进行检验。
6.应用效果与经济效益
6.1 应用效果
泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩施工技术在应用中效果非常明显。在华北某工程中实现了建设速度快,工程质量好,技术先进,满足用户需求的效果。
6.2 经济效益
摩擦桩和抗拔桩经济效益对比表如表3所示。
消耗的费用合计说明,砼量1000元/ m3,ф8钢筋量8000元/吨,单桩计算过程结果如下:
4200+2160+15000=21360。
1300+1440+10000=12740。
从计算中可以看出,该工程采用抗拔桩工艺,单桩节约费用8620元,某工程约80个桩,8620×80=689600元,经济效益显著。
7.结论
①Ф400泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩施工技术是当前国内的先进技术,具有广泛的应用前景。
②该技术方案可行,与摩擦桩相比具有明显的优势,施工效果理想。
③与摩擦桩相比,具有较好的经济效益,该工程创效68.96万元。
参考文献:
1.王进,钻孔灌注桩护壁技术浅析,《中国矿业》,2006年第12期。
2.郑松光,议钻孔(泥浆护壁)灌注桩的施工技术,《广东科技》,2007年增刊。
摘要: 本文对Ф400泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩施工技术的特点、技术要求、应用效果与效益进行了分析、总结。该技术具有利用自有粘土造泥浆,施工工序较多,难度较大,技术先进、效果及经济效益显著等特点。
关键词: 泥浆护壁 钻孔灌注桩 抗拔桩 技术分析
1.前言
Ф400泥浆护壁钻孔灌注桩抗拔桩施工技术是当前国内的先进技术,它具有利用自有粘土造泥浆,施工工序较多,难度较大,技术先进、效果及经济效益显著等特点。在有地下水时,以钻机成孔,采用泥浆护壁,防止孔壁坍塌,并凭借泥浆的循环将孔内碎渣带出孔外来控制沉渣厚度,水下浇注混凝土的成桩工艺。该工艺适用于陆地和水域施工。在我国的桥梁、闸坝及工业与民用建筑等基础施工中得到了广泛的应用,已形成较为完善的体系。
2.技术要求
Ф400泥浆护壁钻孔灌注桩抗拔桩施工技术钻孔桩成孔质量标准和成桩质量标准如表1和表2所示。在施工中要参照此标准执行。
2.1其他一般项目质量标准
由于孔径过小,在钢筋笼及混凝土的制作上要求比较高。
2.2钢筋笼质量标准
①钢筋笼材质必须达到设计要求,同时箍筋间距严格按设计布置,偏差控制在20mm范围内,以防钢筋笼下孔后变形,造成导管挂钢筋笼。
②直径要求控制在10mm范围内,同时布置时严格按设计要求布置,确保工程的质量。
③钢筋笼的安装深度偏差控制在10mm范围内。
2.3灌注用混凝土的质量要求
由于该项目桩径为Ф400,同时又配有钢筋笼,灌注时采用Ф180的导管,而设计时钢筋笼的保护层厚度为50mm,经计算导管与钢筋笼的净距离为50mm,因此对混凝土的拌料要求非常高。
①混凝土的粗骨料严格控制用10～20mm的碎石,配料时骨料必须过筛,严格控制混凝土的骨料粒径,确保灌注顺畅。
②混凝土的塌落度严格控制在160～220mm之间,并保证混凝土的流动性、和易性良好。
3.技术方案
在接到工程后,我们对摩擦桩和抗拔桩的技术方案进行了研究分析,与抗拔桩比较,摩擦桩的不足如下:
①桩深较深。②桩径较大。③砼量多。④钢筋用量大。⑤钻孔深。⑥消耗的费用较高。
最后选定了泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩工艺。
4.工艺流程
泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩工艺流程图如图1所示。
5.实施
5.1 桩位放样操作
a、严格审核图纸,复核桩位尺寸及所用材料;
b、导线点联测复测准确后,方可进行桩位放样;
c、放样时严格按规范规定要求进行放样,并采用另一种测量方式复核;
d、钻机就位后必须进行钻机就位复核,确保工程质量。
5.2 造孔质量
钻孔灌注抗拔桩施工中造孔质量主要包括:孔位施工,桩孔垂直度控制,孔径偏差控制,孔深及扩孔,沉渣厚度控制,成孔质量检验。
5.2.1 孔位施工
钻机就位前,对施工孔位标志点进行复核,同时注意护筒埋设时,保证护筒的中心对准标志点,在护筒埋设前,应根据现场土质、地下水位情况设计制作好护筒的具体尺寸,保证其有足够的深度,周围的回填土分层回填夯实,防止其护筒外围周边在使用中漏浆,致使护筒的移位和倾斜,影响造孔质量。
5.2.2 成孔垂直度控制
a、首先钻机开钻前保证钻塔导向杆的垂直度,使钻进中吊塔中心点、钻盘中心点、钻头中心点及桩位在同一垂直方向上。
b、保证钻机在整个钻机中的稳定性,避免其产生前倾或侧斜,对软弱土质应对现场进行适当的加固处理,加大承重枕木的面积,施工中随时检测钻杆或吊绳在孔口的居中情况,及时纠正偏差。
5.2.3 孔径偏差控制
a、注意保证钻杆牢固顺直无曲折,保证钻杆的垂直导向严密顺滑无摆动,以免钻头钻进中摆动而扩孔。
b、施工前做好施工准备工作,调查好现场地质情况,针对容易产生缩径和扩径的土层土质,在开钻前作好防粘方案及相应的物质准备(比如碎砖、块石和粘土等),以保证成孔的质量及进度。
c、护壁泥浆品质及孔内外压差的原因:泥浆质量主要性能指标:密度、粘度、含砂率和胶体率等,在施工中必须严格控制好这些指标,在确保工程质量下,制备泥浆时应选用塑性粘土和膨润土,同时根据井孔穿越土层的要求进行相应配合比设计,在成孔中,护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0米以上,当地下水位有涨落变化时,泥浆面应高出最高水位1.5米以上。
d、施工操作分析:现场施工操作可能会造成孔壁坍塌:
①护筒埋设太浅或周围未用粘土封紧而漏浆、冲刷。
②未及时向孔内注浆,使泥浆水头过底,孔内泥浆面底于孔外地下水位,或泥浆密度偏底,反压不够。
③容易产生泥浆渗漏的土层未及时采取维持孔壁稳定的措施(如做粘土套等)。
④遇泥砂、淤泥、松散砂层而钻进太快。
⑤下放钢筋笼碰撞孔壁。
6.4孔底扩孔不够,达不到抗拔的效果。
6.4.1产生的原因:主要由于扩孔钻头在扩孔时不能打开,或打开的角度不够,造成扩孔不到位,抗拔效果差。
6.4.2处理的办法:根据设计要求设计相应的扩孔钻头(原理是利用离心力将钻头张开一定角度进行孔底扫孔,达到孔底扩大的效果),在钻头安设时,慢速试空运转,看效果是否明显,若空转时都不张开角度或张开不明显,必须重新设计钻头,直至达到预期的效果。
5.2.4沉渣厚度控制
在实际施工中,不管采用何种施工方式,孔底沉渣不可能完全清理干净,致使孔深成未知数,沉渣厚度直接影响到桩端承载力,比较合理有效的处理方法是采用后压浆技术对孔底沉渣进行固化。在施工中,根据工程项目的工程地质及水文地质条件制订严密的施工组织设计,严格把关,为下一道工序的顺利进展创造良好的条件。
5.2.5成孔质量检验
成孔质量应按标准进行检验。
5.3清孔施工
当钻孔达到设计标高后,在砼灌注前,孔底沉渣厚度必须符合设计要求及规范规定要求。清孔分二次:一次为钻机钻杆清孔,在钻孔完毕将钻头提离孔底10cm慢速旋转进行清孔;二次为导管清孔,清孔完毕泥浆指标应达到规范规定要求:相对密度:1.03-1.10;粘度:17-20Pa.s;含砂率:98% 。
5.4 钢筋笼制作安装
5.4.1钢筋笼制作
严格按图纸及《建筑桩基技术规范》下料施工,施工中由于桩径较小桩径为400mm,考虑灌注及钢筋笼挂导管问题将钢筋笼骨架置于最外侧,主筋置于最内侧,制作过程中可采用纵向钢筋定位模扳进行钢筋笼的制作。如下图:
5.4.2钢筋笼的吊运
为防止吊运时钢筋笼变形应注意:a、吊运时下端不允许拖地。b、加密骨架筋,增加钢筋笼的刚度。
5.4.3钢筋笼的安装
安装时保证钢筋笼竖直对准井口中心后缓缓下放,力求不使钢筋笼下放时擦伤孔壁。在安装中很难保证,因此在施工中建议采用圆柱形的砂浆垫块作保护层,如图3保护层块图所示,尽量减轻对孔壁的擦伤。
5.5 砼施工
5.5.1砼拌制
由于水下灌注砼工艺的特殊性,尤其Ф400灌注桩的特殊性,砼拌制质量应注意以下要求:
a、砼的实验配制强度比设计强度应提高5MPa。
b、砼拌制骨料必须严格控制其粒径,以防灌注中堵管,同时由于灌注时导管外部与孔壁间孔隙较小,经过计算严格控制好骨料粒径以防砼上翻被卡。
c、砼的坍落度设计中应控制在18―22cm,同时保证有一定的流动保证率。
d、砼的初凝时间应满足整个灌注过程(即搅拌第一斗砼开始至灌注完最后一斗砼并拔出导管为止),即根据灌注时间参加外加剂,达到预期效果。
5.5.2 砼灌注
灌注水下砼时,操作如下:
a、选用16―18cm内径的丝扣导管,严禁使用法兰接头导管,以免灌注中导管将钢筋笼挂住,导致钢筋笼上浮。
b、在灌注砼时,应一次灌注成,每次灌注间歇时间一般控制在15min,特殊情况不应超过30min。
c、灌注中保持孔内砼面均匀上升,且保持上升速度≮2m/h,在Ф400灌注桩灌注时,导管埋深(指导管下口至导管外砼面距离的平均值)宜控制在4―6m,最多≯6m,最少保证≮1.5m,严禁导管下口提拔出砼顶面,由于小孔径桩砼量小,在灌注中,如万一不甚把导管下口提出砼面,则可采取如下抢救措施:①在灌注的初始阶段,拔出导管并立即进行清孔,然后重新进行灌注。②灌注的后期,立即进行钢筋笼上拔,提出孔外,然后下钻头进行扫孔,清孔后重新灌注。
d、灌注中注意导管不停轻微上下抖动,确保不堵管同时保证灌注砼密实。
e、拌制好的砼应在1.5h内灌注完毕,夏季应在1 h灌注完毕,根据需要掺入一定量缓凝剂。
f、砼灌注时应灌注至设计桩顶高以上设计或规范规定的高度,以确保设计桩顶标高以下砼的质量。
5.6 成桩质量
水下灌注砼桩的成桩质量按标准进行检验。
6.应用效果与经济效益
6.1 应用效果
泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩施工技术在应用中效果非常明显。在华北某工程中实现了建设速度快,工程质量好,技术先进,满足用户需求的效果。
6.2 经济效益
摩擦桩和抗拔桩经济效益对比表如表3所示。
消耗的费用合计说明,砼量1000元/ m3,ф8钢筋量8000元/吨,单桩计算过程结果如下:
4200+2160+15000=21360。
1300+1440+10000=12740。
从计算中可以看出,该工程采用抗拔桩工艺,单桩节约费用8620元,某工程约80个桩,8620×80=689600元,经济效益显著。
7.结论
①Ф400泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩施工技术是当前国内的先进技术,具有广泛的应用前景。
②该技术方案可行,与摩擦桩相比具有明显的优势,施工效果理想。
③与摩擦桩相比,具有较好的经济效益,该工程创效68.96万元。
参考文献:
1.王进,钻孔灌注桩护壁技术浅析,《中国矿业》,2006年第12期。
2.郑松光,议钻孔(泥浆护壁)灌注桩的施工技术,《广东科技》,2007年增刊。