浅谈旋挖钻孔灌注桩在施工中的应用2

浅谈旋挖钻孔灌注桩在施工中的应用旋挖钻孔灌注桩是一项隐蔽性的地下连续作业且一次性完成的施工技术，特别是旋挖钻孔期间，在复杂的地层地段施工中，为了确保施工质量，要向孔内来断地添加在钻孔前期制作的泥浆来确保使孔壁不发生坍塌，在好的地层段施工(如在黄粘土层地段)进行旋挖施工可采用清水成孔作业或干孔作业即成本低，而且施工效率高，在特殊地段施工如(砂层、粗砂层和细砂层)、粉砂层、砂岩层、粉质土层、流砂层等等时，工地开工之前都要进行大量的膨润土采购进行先期泥浆调制。若是遇到含砂量大、砂砾石及流砂地层施工时，还要不断地进行泥浆制作，这就要求现场管理人员必须具有良好的业务素质及丰富的施工经验，本文仅以哈尔滨香坊区跨危库专用线桥钻孔桩的施工工艺、质量要求等方面作简要论述。一、工程概况：本工程为公滨路跨越危库铁路专用线工程，包括部分道路和桥梁。其中桥长304m，宽32m。桥梁起点桩号K6+724.75，终点桩号K7+028.75。跨径布置为：6×30m简支转连续小箱梁+4×30m简支转连续小箱梁。全桥共两联，PM0～PM6为第一联，PM6～PM10为第二联。PM0～PM6及PM10桥台由大连市市政设计研究院有限责任公司设计，PM6～PM10（含PM6桥墩，不含PM10桥台）由中铁第五勘察设计院集团有限公司东北分院设计。中国市政工程东北设计研究总院设计的《公滨路排水工程》图纸。1、桥梁结构上部结构：采用标准径为30m先简支后连续的小箱梁结构。每块中板吊装重量为88.4吨，每块边板吊装重量95.7吨。下部结构：桥台采用薄壁式轻型桥台，基础为双排钻孔灌注桩，横桥向共7根，中心距4.6m，桩径1.2m，桩长30m。在桥台背墙上设牛腿，放置桥头搭板。桥墩为盖梁加双柱式桥墩，下设承台、桩基础，桩径1.5m，每个墩位处共4个承台，8根桩，除了6#、7#墩桩长为43m外，其余桥墩桩长为38m。地形地貌及地层岩性：拟建桥位于哈市香坊区前张家村砖厂院内，其中PM4、PM5原为砖厂的取土坑，后用生活垃圾及建筑垃圾回填，本工程穿越的土层自上而下依次为：层杂填土、层粉质黏土、中砂、粗砂、层粉质黏土地、中砂。二、主要施工方法根据现场的实际地质情况采用旋挖钻机成孔。2.1.旋挖钻孔灌注桩的施工工艺流程1、工艺原理旋挖钻机将整体自重置于可自动行走的履带式底盘上，以自带柴油发动机输出动力来提供施工现场所需要的大功率电源，利用筒式钻斗底部的斗齿，在液压油缸的加压下钻进，切削土体，并压入容器内，然后由钻杆提出筒式钻头，至孔口后快速回转倒土。护壁泥浆采用优质膨润土、烧碱、纤维素等根据地质情况按一定比例配置而成，并随着旋挖钻进用泥浆泵持续注入孔内，起到静压护壁作用，以保证水头压力，如此反复循环完成成孔作业。成孔达到设计深度和质量要求后，安装钢筋笼和导管，灌注水下混凝土。工艺框图如图所示：由流程图可知，旋挖钻孔灌注桩的特别之处在于制作浆和补充泥浆，在钻孔过程中，要制作符合性能指标的泥浆，同时要及时补充泥浆，以确保孔内水头压力，防止塌孔。2、钻机就位旋挖钻机底盘为履带式整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确。调制化学泥浆:化学泥浆调制的好坏是钻孔桩施工是否顺利的一个关键性指标，经过反复实验，本大桥用泥浆采用优质膨润土、烧碱、纤维素制成，其各组成成分性能和用量如下：膨润土：主要成分为蒙脱石，分钙土和钠土，使用时加入纯碱改造成钠土用于配浆。它具有相对密度低、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、造浆能力大等优点。烧碱（na2co3）：调整泥浆的ph值，使其保证在8—10的偏碱性范围内，以保证水化膜的厚度，提高泥浆的胶体率（稳定率）和稳定性，降低失水量，同时避免了因ph值过小而引起钻头锈蚀和粘土颗粒难于分解而降低粘度，也避免了ph值过大而引起粘土颗粒凝聚力减弱而造成裂解使孔壁坍塌。纤维素（cmc）：增加泥浆粘性，使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。钻孔中化学泥浆性能参考指标和用量如下（具体实施通过试验配比）：膨润土纯碱占用土量纤维素占用土量水m3相对密度粘度pa.s酸碱性ph胶体率(%)砂率(%)1t5kg0.5kg131.08-1．2019-238-10≥956-8根据现场实际情况，在现场设置一个造浆池和泥浆净化循环系统。三、钻孔施工当钻机就位准确，泥浆制作合格后即开始钻进，钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳,提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度,如有偏差及时进行纠正，而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度，以增加压力，保证护壁的质量。同时做好整个过程中的钻进记录，随时根据不同地质情况调整泥浆指标和旋挖速度。在钻孔过程中，根据不同的地质情况，主要有以下四种钻头：挖土钻头、挖砂钻头、筒钻、螺旋钻头。成孔性能如下：1）挖土钻头：是最常用的钻头，在钻头底部有两扇仅可向斗内方向打开的合叶门。当钻进时，斗齿切削孔底土，经合叶门将土压入斗中，当回次进尺完成提升钻头时，斗内的土在自重作用下将两扇门关紧，防止土掉入孔内。出孔口后，通过钻杆上压盘挤压钻头上弹簧螺杆，使合叶门打开到出斗中土。2）挖砂钻头：用于钻进砂性土地层，也可用于孔底清渣。整体结构与挖土钻头基本一样，只是在底部为双层，双层底可以相对旋转一个角度，实现进土口的打开与关闭。钻进时进土口为打开状态；进尺结束，钻头反向旋转一个角度，进土口关闭，钻头成完全密封状态，将土取出。这主要是基于砂性土无粘结力而设计。3）筒钻：整体结构与挖土钻头基本一样，只是底部没有封口。主要用于施工孔内的两层胶结岩层，该岩层整体性好，强度大，利用桶钻的剪压作用，破坏岩层的整体性，从而达到进尺的目的。与螺旋钻配合使用效果更佳。4）螺旋钻头：依靠螺旋叶片之间的空间收集从孔底切削的土体，主要用于钻进胶结层，由小及大，循序渐进，达到破坏胶结层的整体性，从而达到进尺的目的。与桶钻配合使用效果更佳。另外，对于粘性土，特别适宜干法钻进。弃渣外运与钻进同步进行，每从孔内出几桶钻渣，就用装载机及时的外运至弃渣场，以减少现场施工干扰，减少弃渣对桩孔的压力，确保施工现场的文明和质量安全。4、清孔、检孔、成孔验收清孔：根据钻孔桩桩底的设计标高和护筒顶标高，计算出钻孔深度，用测绳检测孔深，到位后进行清孔，直到其厚度符合规范和设计要求，然后注入纯度较高的化学泥浆，置换出孔内的钻孔泥浆，保证清孔后的各项指标符合现场实际地质情况的需要。5、检孔：主要检查孔径、孔的垂直度和孔深。用笼式检孔器检测。检孔器用ф22的钢筋加工制作，其外径等于设计桩径（120、150cm），长度为6m。检测时，将检孔器吊起，把测绳的零点系于检孔器的顶端，使检孔器的中心、孔的中心与起吊钢丝绳的中心处于同一铅垂线上，慢慢放入孔内，通过测绳的刻度加上检孔器6米的长度判断其下放位置。如上下畅通无阻直到孔底，表明钻孔桩成孔质量合格，如中途遇阻则表明在遇阻部位有缩径或孔倾斜现象，则需重新下钻头处理。四、钢筋笼制作、吊装及安装导管1、钢筋笼制作钢筋的下料、焊接及绑扎要严格按图纸及施工规范要求进行。要求主筋平直，箍筋圆顺，尺寸准确，主筋接头互相错开，保证同一截面内的接头不多于主筋总数的50%，两接头距离大于50厘米。钻孔桩钢筋骨架的允许偏差及检验方法应符合下表要求：序号项目允许偏差检验方法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±20mm3主筋间距离±0.5d4加筋间距离±20mm5箍筋间距或螺距±20mm6钢筋骨架垂直度骨架长度1%吊线或尺量检查2、钢筋笼运输及吊装钢筋笼运输采两部加托架的平车直接运输。总的要求是：无论采用什么办法运输，都不得使骨架变形。采用汽车吊安装，焊接接长，起吊时可用双吊点或单吊点，吊点位置恰当。如采用两点吊，第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架的中点到三分点之间。起吊时，先起吊第一吊点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊。待骨架离开地面后，第一吊点停止起吊。继续提升第二吊点。直到骨架与地面垂直后停止起吊。解除第一吊点后，检查钢筋笼是否顺直，如有弯曲应调直。吊入钢筋笼时应对准孔位，轻放慢放，若遇阻碍，可徐起直落和正反旋转使之下放防止碰撞孔壁，而引起坍塌。下放过程中要注意观察孔内水位情况，如发生异样马上停止，检验是否坍孔。钢筋笼入孔后用四根定位钢筋将钢筋笼焊在护筒上，防止钢筋笼下沉或上浮。五、导管安装导管用钢导管，桩径1.1m左右导管直径采用φ250mm，桩径1.3-2.2m左右导管直径采用φ300mm，导管使用前调直、试拼组装、试压、编号并自上而下标示尺度，其轴线误差一般不宜超过孔深的0.5%,亦不大于10Cm。导管内壁应圆滑、顺直、光洁和无局部凹凸。导管在使用前和使用一个时期后，应对其规格质量和拼装构造进行认真地检查外，还需做拼装、过球和水压实验。试压可用水压或风压进行,其压力大小宜等于孔底静水压力的1.5倍。导管吊放时，应使位置居中、轴线顺直、稳步沉放、防止卡挂钢筋骨架和碰撞孔壁。六、灌注水下砼采用垂直导管法灌注水下砼。为使灌注工作顺利进行，应尽量缩短灌注时间，坚持连续作业，使灌注工作在首批混凝土初凝以前的时间内完成。水下混凝土的配合比由试验室提供，施工前现场测定砂、石的含水量，换算施工配合比后，交付商混站严格按配合比施工，并不定时的检测坍落度，坍落度宜为180mm-220mm，以保证混凝土的和易性和灌注质量。灌注前，导管下端距孔底沉渣0.3-0.5M为宜。储料斗有足够的容量，即砼初存量，应保证首批砼灌注后，便导管埋入砼的深度不小于1.0M,其最小的初存量可按下式计算:V=1/2*L*A1+K*（1.0+t1+t2）A2式中V-砼的初存量（m3）;L-灌注砼前导管在水中的长度(M);A1-导管断面面积（m2）;k-超灌系数，一般取1.2-1.3；t1-导管下端至沉渣距离（m）；t2-沉渣厚度（m）；A2-设计钻孔断面面积（m2）;灌注水下混凝土的工作应迅速，防止塌孔和泥浆沉淀过厚。开始灌注前应再次核对钢筋笼标高、导管下端距孔底尺寸、孔深、泥浆沉淀厚度、孔壁有无坍塌现象等，如不符要求，应经处理后方可开始灌注。一经开始灌注，应连续进行直至完成，中途任何原因中断灌注的不得超过30分钟。否则采取补救措施，或重钻。待首批混凝土灌入孔底后，应立即检测孔内混凝土面的高度。计算出导管的埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。如发现导管内大量进水，表明出现灌注事故，应立即进行处理。测量水下砼面的位置用测绳吊着重锤进行，过重则陷入砼内，过轻则浮在泥浆中沉不下去。一般用重锤底直径13-15Cm、高约18-20Cm之钢板焊制的圆锥体。重6-9公斤，由经验丰富者（至少两人）操作，并以灌注混凝土的数量校对，以防出错。导管埋入混凝土深度取决于灌注速度和混凝土的性质，任何时候不得小于1米或大于6米。一般控制在2-4米内。拨导管前须仔细探测混凝土面的深度，用测深锤测深时，须由两人用两个测锤测深防止误测。为防止钢筋笼被混凝土顶托上升，在灌注下段混凝土时应尽量加快，当孔内混凝土面接近钢筋笼时，应保持较深的埋管，放慢灌注速度，当混凝土面升入钢筋笼1-2米后，应减少导管埋入深度。灌注标高应高出桩顶设计高程1.0米，以便灌注结束后，将此段桩头混凝土清除。在拔除最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防桩顶沉淀的泥浆挤入导管下，形成泥心。灌注中按规定制作试件，试件应在浇注地点随机抽样制作砼试件，一般每根桩不少于3组。七、钻孔的检验评定标准钻孔达到设计深度后，应核实地质情况。其孔径、孔深的允许偏差应符合下表要求：序号项目允许偏差（mm）1孔径不小于设计桩孔2孔深不小于设计桩深3孔位中心单排≤50mm孔位中心（群桩）≤100mm4倾斜度≤1％孔深5浇注砼前桩底沉渣厚度≤200mm八、桩基检测1、凿除桩顶预加高的砼，桩头钢筋不能乱弯。凿桩头用风镐或人工凿除。桩顶标高按设计要求，桩顶要大致平整。2、桩基检测的方法