冲钻孔灌注桩（精选4篇）
冲钻孔灌注桩 篇1
随着我国经济的快速发展, 高层建筑如雨后春笋般出现, 对我们建筑设计行业提出了更高的要求。高层建筑物, 因其对地基和基础的承载能力和变形 (竖向下沉及水平位移) 的要求较高, 大直径、深长或嵌岩灌注桩往往成为高层建筑地基处理的主选方案, 因此冲 (钻) 孔灌注桩得到了越来越普遍的应用。针对福建地区地质情况, 本文结合工程实例对冲 (钻) 孔灌注桩的持力层选择, 承载力的确定, 桩底注浆技术等问题进行探讨、分析, 得到一些有意义的结论可供类似工程设计参考。
1 工程概况
本工程位于福州市西北向, 总用地面积56379.8平方米, 总计容建筑面积131655.4m2 (不包括地下室面积) 。其中1#楼一层为设备及配套用房, 2～37层为住宅楼, 建筑高度为110.7m;2#楼一层为架空层, 2～40层为住宅楼, 建筑高度为119.60m;1#、2#楼与外扩的地下室联成整体。
2 地质概况
根据岩土工程勘查报告, 该场地地质情况自上而下为:1.杂填土 2.粉质粘土 3.淤泥 4.粉 (砂) 质粘土Ⅰ4-1.淤泥 (质土) 4-2.中砂 5.淤泥 (质土) 6.粉 (砂) 质粘土Ⅱ 6-1.中砂 7.残积砂质粘性土 8.全风化花岗岩 9-1.碎土状强风化花岗岩 9-2.碎块状强风化花岗岩 10.中风化花岗岩。
该场地内的岩性以花岗岩为主, 局部揭示有花岗斑岩, 呈条脉状分布, 岩体基本质量等级Ⅲ～Ⅳ级。地质剖面详下图:
3 基础设计:
3.1 持力层的选择:
⑨-2碎块状强风化花岗岩多呈碎块状、短柱状, 工程性能好, 埋深大, 桩端阻力大, 压缩变形小, 可作为持力层。层序⑩中风化花岗岩工程性能好, 埋深大, 强度高, 桩端阻力大, 压缩变形极小, 也可作为持力层, 但埋深太大, 桩长较长, 施工难度大, 造价高。综合比较, 冲 (钻) 孔灌注桩桩端持力层选为⑨-2层碎块状花岗岩, 桩直径为1000mm, 要求桩端全断面进入持力层深度≥3.0m。
3.2 单桩承载力计算:
(1) 根据地质报告提供的参数计算单桩承载力地基基础设计计算参数详表 (1) :
单桩竖向极限承载力标准值按JGJ 94-2008规范中5.3.6条进行计算, 计算公式如下:
Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsikli+ψpqpkAp
将表 (一) 参数代入公式算得的Quk为13480kN, 其特征值为6700kN。
(2) 桩身承载力按JGJ 94-2008规范中5.8.2条进行计算, 计算公式如下:
N≤ψcfcAps
ψc值取0.75, 由此公式算得的N为9837kN, 该值为承载能力设计值, 对应的是荷载基本组合。因特征值对应的是荷载标准组合, 而本工程的荷载基本组合值大约为对应的标准组合值的1.25倍, 并根据JGJ 94-2008规范第5.2.1条规定, 在偏心竖向力作用下基桩竖向承载力特征值可放大1.2, 故本工程桩身承载力所对应的特征值为9837/1.25/1.2=6558kN。该值小于根据地质报告提供的参数计算的单桩承载力。
(3) 本工程D+L标准组合下基桩最大竖向力约为6200kN, 标准组合下基桩最大竖向力为7697kN, 基本组合下基桩最大竖向力为9748kN (与桩身承载力接近) , 故单桩竖向承载力特征值取6500kN, 单桩竖向极限承载力标准值为13000kN。
4 问题的提出及解决
本工程先试了两根桩, 桩长约50m, 施工时采用正循环工艺清渣, 由于甲方坚持不采用桩端注浆工艺, 故这两根桩都在没有注浆的情况下进行了静载, 结果1#桩单桩竖向抗压极限承载力为7995kN, 2#桩8450kN, 与设计的单桩竖向抗压极限承载力13000kN相差甚远, 其静载曲线详图1。
根据曲线分析可知, 两根桩基本上是桩周摩擦力发挥了作用, 超过桩周摩擦力后桩的下降曲线变陡, 说明其桩端阻力没有发挥作用。造成这种结果的原因可能是下列几种情况:
(1) 桩端未进入持力层。
(2) 碎块状强风化花岗岩在没有注浆的情况下桩端土极限端阻力很难达到7.5MPa。
(3) 桩端清渣没达到设计要求。
针对这种情况, 要求勘察单位在试桩位置进行补钻, 补钻的结果表明桩端已进入持力层, 因此进一步要求施工单位对其中一根变形较小的桩进行注浆, 注浆后再补充静载试验。补充的静载试验曲线详图2。
由曲线可知, 单桩承载力静载结果能够达到设计要求, 但沉降略显偏大 (未超过规范要求) , 初步判断是桩底沉渣过厚, 所以要求更换施工单位。新的施工单位采用气举反循环清渣工艺, 保证孔底沉渣厚度小于50mm, 同时要求桩端注浆并预埋超声波检测管 (可以利用注浆管) 。
在各方的监督下又进行了3根试桩, 静载取得理想结果, 其单桩竖向抗压极限承载力均达到了设计要求的13000kN, 其曲线详图3。
5 结论
(1) 通过采用后压浆技术, 冲 (钻) 孔灌注桩的持力层选择碎块状强风化花岗岩可以使桩身强度得到充分利用。
(2) 桩底注浆提高单桩承载力效果是明显的, 本工程承载力提高50%, 但沉渣过厚会影响注浆效果。
(3) 冲 (钻) 孔灌注桩桩身质量不易控制, 易发生桩身混凝土离析、缩颈、断桩、夹泥等质量事故, 尤其是碎块状强风化花岗岩中的承压水对孔底清渣难度加大, 容易造成沉渣厚度过大, 使单桩承载力不满足设计要求。采用桩端注浆工艺, 对保证桩端质量尤为重要。
(4) 应选择施工经验丰富、管理先进的施工队伍, 采用先进的清渣工艺。实践证明, 气举反循环清渣工艺能保证孔底沉渣厚度小于50mm, 是较为有效的施工工艺。
参考文献
[1]《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008.
[2]《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002.
冲钻孔灌注桩 篇2
孔底沉渣厚度的控制是冲(钻)孔灌注桩成孔质量的重要指标之一,其质量的优劣将直接影响灌注桩的承载力,尤其对以桩端阻力为主的端承桩或摩擦端承桩的影响更甚。因此有效清除孔底沉渣是控制成桩质量的重要环节之一。
一般冲(钻)孔灌注桩施工需要进行两次清孔作业。第一次清孔是在桩孔施工达到设计深度之后,利用原成孔机具进行,其目的是以替换泥浆为主,清除沉渣为辅,以泥浆性能基本达到要求为标准;第二次清孔是在浇灌桩身混凝土之前,利用灌浆导管进行,其目的是以清除沉渣为主,替换泥浆为辅,以孔底沉渣厚度达到设计要求为标准。
在以正循环工艺施工冲(钻)孔灌注桩时,第二次清孔(以下简称二次清孔)一般均利用导管正循环工艺,效果也很好。但是在施工较大桩径或超长桩的条件下,除非另配大泵、增加泵量,否则清孔效果下降;而在施工以卵砾石层为持力层的条件下,正循环二次清孔更难以将粒径较大的卵石或碎石清除干净。当然也有改用泵吸反循环进行二次清孔,在上述施工条件下,其效果显著优于正循环,但是砂石泵设备较笨重,机具密封性能要求高,设备在桩孔之间搬动安装不便,故障率相对较高,若连接部件一出现密封性能较差,就可能影响反循环清孔效果和时间,清孔工作效率不稳定。
鉴于上述两种清孔方法存在的问题,我们开发应用新的清孔工艺——气举反循环清孔技术,并在福建省广播电视中心桩基工程中实际应用并取得了成功经验,从而为冲(钻)孔灌注桩二次清孔,尤其在以卵砾石层为持力层的桩孔中清孔增添了新的清孔手段,对提高冲(钻)孔灌注桩工程质量和施工效益具有现实意义。
2 气举反循环清孔工艺原理
气举反循环工艺在地质钻探、供水井施工中应用广泛,但在冲(钻)孔灌注桩施工中罕见应用实例。其工艺原理:在冲(钻)孔灌注桩成孔后、桩身混凝土浇灌前,先将气液混合器放入灌浆导管内一定深度位置,再将压缩空气通过送风管送至气液混合器,使压缩空气与导管内的泥浆混合,形成密度比导管外泥浆密度小的泥浆空气混合浆液。混合浆液在管内外压差的作用下,沿导管内腔上升,经排渣管排至沉淀池。经沉淀后的泥浆又以自流方式连续不断地流回桩孔内,形成反循环。在泥浆循环过程中,孔底的沉渣随混合浆液上返排出桩孔,如图1所示。
3 气举反循环清孔机具
气举反循环清孔工艺的机具,除施工桩孔的钻机、泥浆泵和灌浆导管等机具外,应另配如下机具:
⑴VF—6/7型空压机1台:提供压缩气体。
⑵风管:输送压缩空气。风管有2种,连接气液混合器下入灌浆导管内的风管采用φ1″镀锌铁管,所需长度视混合器沉没深度而定;为移动方便,在空压机储气罐和孔口镀锌铁管之间采用φ1″橡胶高压软管连接,其长度以<60m为宜,以减少风压损失。
⑶气液混合器:使压缩空气与导管内泥浆混合,产生气液混合浆液。混合器采用φ2″1000mm长的镀锌铁管制成,其上端用螺纹与风管连接,管周钻φ8mm排气孔、孔距30mm的梅花孔150个左右,下端用薄钢板封堵,同样钻φ8mm排气孔3个,使排浆量比较稳定,避免出现“暴气”现象,即大气泡上涌,影响泥浆循环。
⑷异径三通接头:用φ258mm灌浆导管改制。下端连接导管;上端焊接钢板,其中心有直径>φ2″的孔,以便下入混合器并支承风管;中上部焊接φ6″镀锌铁管,以便连接排渣管。
⑸排渣管:用φ6″橡胶高压管,一端与异径三通接头连接,另一端固定在沉淀池旁边,其长度以<15mm为宜,以避免渣石堵塞,影响排浆。
4 气举反循环清孔工艺流程及操作方法
4.1 气举反循环清孔工艺流程(见图2)
4.2 气举反循环清孔工艺操作方法
⑴桩孔达到设计深度后,利用成孔机具、泥浆泵进行一次清孔。一次清孔结束后,即提起钻具快速进行安放钢筋笼和下入灌浆导管。
⑵在导管口安装异径三通接头(见图3)。将气液混合器与风管连接好,检查风管与混合器的畅通情况,通过异径三通接头将气液混合器下入导管内。风管之间采用接箍连接,在连接过程中丝扣应拧紧,在下入风管时要注意防止风管脱落掉入导管内。
⑶将排渣管一端与异径三通接头连接,另一端固定在泥浆沉淀池边。形成气举反循环后,由于泥浆快速排出来,使排渣管摆动,通过固定后就可使泥浆直接排入沉淀池。
⑷清理孔口泥浆循环系统,使泥浆池与孔口形成倒流补给通畅,泥浆循环系统长度应大于10m。
⑸将灌浆导管提离孔底1m,在检查空压机、储气罐和风管系统安全可靠后,方可启动空压机送风。压缩空气通过风管被送至气液混合器中,在导管内产生空气泥浆混合液。携带沉渣的泥浆从导管内腔快速上返,经排渣管排入泥浆净化池。
⑹在操作过程中要通过调节空压机风量,达到调控排浆量的目的。在施工操作中风压一般控制在0.6—0.7MPa。
⑺在清孔操作过程中,应经常调整导管底端与孔底距离,同时不停地移动导管位置,使孔底沉渣冲排干净。
⑻在确认孔口排出的泥浆性能指标满足要求后,关闭空压机,测量孔底沉渣。沉渣厚度合格后即卸除气举反循环清孔器具,并连接灌浆漏斗,转入水下混凝土灌注工序。如沉渣厚度达不到设计要求,应继续进行清孔,直至沉渣厚度检测合格为止。
5 气举反循环清孔工艺技术参数的选择
5.1 风压(P)、风量(Q)、混合器安放深度(H)
风压(P)、风量(Q)、混合器安放深度(H)是气举反循环清孔工艺的三个主要技术参数。
气举反循环配备的空压机应根据清孔时所需的风压(P)和风量(Q)来选择。根据有关技术资料,空压机的压力(P)可按式(1)计算:
P=Hrh×10-2+△P (1)
式中:P—空压机压力,MPa;
H—气液混合器最佳安装深度/m,一般取孔深的0.6倍;
rh —泥浆密度/g/cm3,取1.15~1.18;
P—地面送风管道中的压力损失,一般取△P=0.04~0.10MPa。
在施工中,可按工地配备的空压机,根据式(1)来校核气液混合器的最佳安装深度。
空压机风量(Q)是根据导管内混合浆液上返速度及导管内径来计算的,其经验公式(2)是:
Q=0.5~06)d2ν (2)
式中:Q——所需风量/m3 /min;
d——导管内直径/m;
ν——导管内混合浆液上返流速/m/s;一般取1.5~2.0,此时泥浆排渣效果最好;
根据计算的风压和风量,可选择相应参数的空压机。
5.2 气举反循环清孔时间
气举反循环清孔时间应根据清孔的效果来确定。一般在施工中,当泥浆密度小于1.2g/cm3,泥浆粘度22—28s,含砂量小于5%时,清孔时间约45min,即可达到清孔要求。
6 应用实例
6.1 工程概况
福建省广播电视中心是省重点建设项目,是迄今为止福建省规模最大的桩基工程。工程设计总桩数1789根,桩径φ800mm,桩长约46m,混凝土方量达3.8万m3,预算造价7800万元。工程位于福州市西二环路与江滨北路交汇处。该场地下部有近20m砂层,持力层为卵石层,设计要求桩端进入持力层2m,孔底沉渣厚度不得大于75mm。
6.2 工程地质概况
场地岩土体自上而下为:
①杂填土:
厚度0.5—2.0m;
②淤泥质粘土:
厚度0.8—2.6m;
③淤泥质粉质粘土:
厚度0.7—2.2m;
④中砂:
厚度6.0—10.0m;
⑤淤泥:
厚度0.5—2.3m;
⑥中砂:
厚度4.05—8.80m;
⑦淤泥:
厚度1.5—4.0m;
⑧粉质粘土:
厚度0.5—3.2m;
⑨淤泥质粉质粘土:
厚度14.20—20.0m;
(10)粉质粘土:厚度1.0—4.0m;
(11)粉砂层:厚度1.1—4.4m;
(12)卵石层:厚度12.0—20.35m。本层为工程桩持力层。
6.3 气举反循环清孔工艺技术参数
在福建省广播电视中心桩基施工中,我们采用气举反循环清孔工艺,通过施工中实际调整、总结,最后采用表1中的技术参数。
6.4 气举反循环清孔工艺应用效果
6.4.1 根据施工资料统计,本工程实际采用气举反循环进行清孔的桩孔有1660个,经质检员和监理工程师现场检测,清孔后孔底沉渣厚度100%符合设计要求。确定孔底沉渣为零的有566个孔,占34.1%;其余桩孔孔底沉渣厚度都在50mm以下,平均沉渣厚度仅10.1mm。说明本工程采用气举反循环清孔工艺效果良好,能够满足设计要求。
6.4.2 本工程完工后由建设方、监理方及设计院随机确定14根桩进行静荷载检测,检测结果见表2。
检测结果表明:桩的承载力均≥7400kN,残余沉降量平均为19mm,都在允许范围以内,工程质量完全满足设计要求。
6.4.3 气举反循环清孔工艺的特点及操作要点
气举反循环清孔工艺在福建广电中心钻孔灌注桩施工中应用效果表明,该工艺能满足钻孔灌注桩二次清孔要求。它具有以下特点:
①清孔能力强。在本工程采用的技术参数下,经100%桩孔检测,沉渣厚度符合设计要求。排出的卵石最大粒径达140mm。
②比其他清孔工艺缩短了清孔时间,平均每孔二次清孔时间为61min。
③管道循环系统密封性能要求不高,系统安装方便。
④空压机与储气罐位置相对固定,不必频繁移动,施工中一般只要移动送风软管,降低了劳动强度。
⑤施工中空压机等机具故障少。
⑥设备费用投入低,材料消耗少,节约施工成本。
7 工艺操作要点
应用气举反循环清孔工艺中应掌握如下操作要点:
(1)当桩孔内泥浆粘度、密度较大时,常出现排浆不畅、不连续和渣石不易沉淀等情况。因此在保证孔壁稳定的前提下,应在第一次清孔时,尽量将孔内泥浆粘度调整到28s以下。
(2)施工中应控制好空压机风力和风量,避免排浆量过大时,孔口泥浆自流补给跟不上,造成孔内泥浆液面下降,影响孔壁稳定。虽然可采用3PNL泵进行孔口补充泥浆,但不仅增加了工作量,而且有时会出现从孔内排出泥浆中渣石来不及完全沉淀,就返回孔内。所以现场在满足清渣要求的前提下,应适当控制孔内排浆量,尽量提高孔口净化泥浆的补给能力与排浆量保持动态平衡。
(3)在操作过程中由于送风软管质量不好,易发生折弯堵管的情况。因此宜购买质量好、强度较高的高压风管。另外在设置空压机位置时应考虑桩孔的分布情况,确保地表送风软管最大长度控制在60m以内,以减少风压损失。
冲钻孔灌注桩 篇3
某工程拟建图书馆为5层框架结构, 高度为23.40m, 建筑面积24056平方米, 可藏书100万册, 同时供162人电子阅览、供82人进行文献检索, 并且可同时供2000人阅览, 设有298座的报告厅。该项目为重点建设项目, 时间要求紧, 质量要求高, 对施工要求能按质按期完成, 同时在学校施工文明施工要求高, 工程造价控制严格。
根据地质勘察资料, 场地地层分布情况如下:
(1) 素填土:灰褐色, 松散状态, 厚度1.10～3.60 m。
(2) 粉质粘土:浅黄、灰褐色, 厚度1.00～3.90 m。
(3) 中砂:浅灰、褐黄色, 稍密状态, 厚度1.50～9.70 m。
(4) 淤泥质土:灰黑色, 饱和, 流塑状态, 厚度0.90～12.50 m。
(5) 粉质粘土:浅灰白色, 可塑～硬塑状态, 厚度1.40～11.70 m。
(6) 粗砂:浅灰、灰白色, 中密状态, 饱和, 厚度1.60～12.20 m。
(7) 残积砂质粘性土:褐黄色, 可塑～硬塑状态, 厚度1.30～3.60 m。
(8) 强风化花岗岩:褐黄色, 岩芯极破碎, 呈砂砾状, 岩体基本质量等级为Ⅴ类, 厚度1.10～3.10 m。
(9) 中风化花岗岩:浅灰色, 肉红色, 岩芯呈短柱状～柱状, 岩体基本质量等级为Ⅳ～Ⅲ类, 揭露厚度为5.00～8.20 m。
各土层物理力学指标和设计计算参数如表1所示。
通过上述地层情况可知, 场地内无较好天然地基条件, 故建筑宜采用桩基础。同时场地局部淤泥质土④直接覆于中风化花岗岩⑨之上, 且粗砂⑥、残积砂质粘性土⑦以及强风化花岗岩⑧大部分地段缺失, 中风化花岗岩⑦上部无较好的桩端持力层, 故不宜采用挤土桩;淤泥质土④分布厚度大, 且场地地下水水量大, 也不宜采用人工挖孔桩;结合场地条件、地质条件, 建筑物的基础可采用冲 (钻) 孔灌注桩, 以中风化花岗岩⑨作为桩端持力层。
结合建筑物的结构特征和受力情况, 分区分别设计冲 (钻) 孔灌注桩的不同直径和桩长, 整个工程设计直径600mm的冲 (钻) 孔灌注桩56根, 直径800mm的冲 (钻) 孔灌注桩62根, 直径1000mm的冲 (钻) 孔灌注桩48根, 桩长分三个区域, 区域A 10～15m, 区域B 15～20m, 区域C 20～28m。
2 施工技术措施
2.1 防止缩孔和坍孔的措施
在冲击进程中, 发现护筒水位骤然下降、泥浆比重增大、不进尺等现象, 这是坍孔的预兆。发生坍孔现象时, 立即停止冲击, 查明坍孔部位后及时处理, 增大泥浆比重、粘度以及孔内水位高度, 同时向孔内投粘土球等回填, 填至坍孔段1.5m以上, 分段捣实后再重新冲击成孔。
预防措施:除跳隔施工或确保相邻桩间距>4 d外, 根据土层土性调整好与之相适应的泥浆, 护筒要埋深、埋牢, 底部与周围要用黏土捣实, 防止底部水渗入及冲击时保证钻具不撞击护筒。钻进时应控制好进尺速度, 给泥浆护壁留有相当时间。清孔后, 在准备混凝土灌注工作时, 仍应保持足够的补水量, 保持孔内有一定的水位, 并尽量缩短浇注混凝土的准备工作时间。
2.2 防止偏孔的措施
偏孔原因:钻机基础不坚实、不水平, 钻机安装不水平、钻机运转中振动过大、换层或遇有较大块石、操作不稳等。
预防措施:施工前做好场地平整工作, 钻机基础要夯实或铺路基板。安装钻机时要使转盘、底座水平, 起重滑轮轮轴、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上, 并经常检查校正。由于主动钻杆较长, 转动时上部摆动过大, 必须在钻架上增设导向架, 控制钻杆上的提引水龙头, 使其沿导向架向中钻进。钻杆、接头应逐个检查, 及时调正, 主动钻杆弯曲时, 要用千斤顶及时调直。进尺时有意识地做到钻具冲击频繁交换, 使孔形剖面形成波浪形。在进尺较快和易缩孔段适当上下活动钻具, 以修正孔壁。在软硬地层交界处钻进时, 应低速钻进, 慢提慢冲, 或回填片石、卵石, 冲平后再钻。一旦发现钻孔偏斜, 采取扫、铲、填的办法进行处理。
2.3 防止水下混凝土灌筑发生堵管的措施
水下混凝土灌筑是整个施工过程中最关键的环节, 往往掌握不好也极易发生堵管事故, 以下为堵管事故的预防及处理:
(1) 隔水板卡在导管口:先提离管口, 在附近将隔水板安放正确。
(2) 导管封闭性差:检查导管连接处胶皮圈是否过松、磨损。导管使用前先做气密性试验。
(3) 混凝土离析:保证混凝土配合比与搅拌时间, 另在级配中适当添加缓凝剂以延长混凝土初凝时间;添加减少剂以增大混凝土和易性和避免其运输及灌筑过程产生离析。
(4) 泥浆比重过大:在浇筑混凝土前, 先用泥浆比重计测量, 达到设计要求后方可浇筑。
(5) 操作不当:埋管太深, 或插管动作过大, 引起导管偏离中心将底管插入孔壁。
2.4 持力层判断
本工程持力层标高变化较大, 因此准确确定持力层的位置是本工程的一个重要环节, 主要采取以下措施来保证:在勘察阶段, 勘探点沿拟建建筑周边线、角点、中心点布置, 孔深进入中风化岩5m以上, 加密勘察孔的密度, 在ZK5与ZK6、ZK11与ZK12之间增补钻孔BK1和BK2;在设计阶段, 认真研究各地层的结构和特征, 分区分别设计冲 (钻) 孔灌注桩的桩长及施工中应注意的问题;在施工阶段, 又分3个区做了6个施工钻探, 进一步验证了持力层的岩性;同时在施工过程中达到持力层时, 请有经验的专业技术人员对持力层进行检验, 防止将孤石误判为基岩, 准确确定持力层以及进入持力层的深度, 保证桩基质量。
3 检测方案及结果
桩基检测方案恰当与否, 对桩基工程的施工质量的评判至关重要, 为此根据规范的规定和设计要求, 应对冲 (钻) 孔灌注桩的桩身完整性和承载力进行检测。
按照总桩数166根, 设计桩径600～1 000 mm, 桩身砼强度C30, 桩端持力层为中风化花岗岩。确定本工程的桩基检测方案和检测结果如下:
3.1 低应变动力检测
桩身完整性检测采用低应变法进行, 检测数量为166根全数检测。
检验结果:低应变法检测共完成166根, 检测结果表明受检桩桩身基本完整及完整, 其中Ⅰ类桩147根占88.6%, Ⅱ类桩19根占11.4%。
3.2 单桩竖向抗压承载力检测
试桩由业主、监理、质检站共同指定, 对施工编号为149#、105#共两根桩进行静载荷试验。试验加荷方式为慢速维持荷载法, 149#、105#桩每级荷载增量分别为380kN (149#) 、640kN (105#) , 最大试验荷载分别加至3800kN (149#) 、6400kN (105#) 。
149#桩桩径600mm, 桩长14.2m, 其荷载-沉降曲线如图1所示。
105#桩桩径800mm, 桩长17.4m, 其荷载-沉降曲线如图2所示。
从图中可以看出, 试桩在最大荷载作用下桩顶沉降小于40mm, 且没有明显沉降增大的现象;还可以看出, 试桩未达到极限承载状态, 其中149#桩的单桩竖向极限承载力为3800kN, 105#桩的单桩竖向极限承载力为6400kN, 满足设计要求。
3.3 高应变动力检测
为判定单桩竖向抗压承载力及桩身结构的完整性, 由委托单位指定, 对该工程的3根桩进行高应变动力检测, 3根桩的桩径均为1000mm。
高应变的动力检测结果如下表3所示, 图3为52#试桩测试及拟合曲线。
从表中可以看出, 所选取的3根桩的单桩竖向极限承载力分别达到了10970kN、11740kN和11350kN, 满足设计要求, 而且桩身结构完整性良好。
3.4 检测结果分析
完整性检测目的是发现某些可能影响单桩承载力的缺陷, 最终仍是减少安全隐患, 为可靠判定桩的承载力服务。所以, 基桩质量检测时, 承载力和完整性两项内容密不可分, 往往是通过低应变法完整性普查找出基础施工质量问题并得到对整体施工质量的大致估计, 而高应变法, 是一种利用高能量的动力荷载确定单桩承载力的方法, 评价桩身完整性是高应变法试验附带的一项重要功能。从本工程中的检测结果来看, 冲 (钻) 孔灌注桩的桩身结构完整性良好, 单桩竖向抗压承载力也满足设计要求。
4 结论
通过上述可知, 冲孔灌注桩具有施工周期长, 工艺较为复杂, 质量较难控制的特点, 必须认真的勘察和设计, 认真做好工程质量的事前控制, 合理安排施工, 强化各个工序的管理和过程跟踪, 切实把好工艺控制, 方能保证施工质量。桩基工程的检测方法也是直接关系到桩基工程和建筑物的实体质量的评判, 必须合理地综合考虑各责任主体的要求, 方能确保整个工程项目的实体质量。
参考文献
[1]广东省建筑科学研究院.JGJ106-2003《建筑基桩检测技术规范》[S].北京:中国建筑出版社, 2004.
[2]中国建筑科学研究院.JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》[S].北京:中国建筑出版社, 2008.
冲钻孔灌注桩 篇4
关键词：冲 (钻) 孔灌注桩,沉渣,措施,控制
随着高层建筑的日益增多, 对桩基承载力的要求也越来越高。冲 (钻) 孔灌注桩施工工艺的特殊性, 其承载力受施工中的因素影响较大, 特别是孔底沉渣层厚度会严重影响桩桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥。因此, 减少灌注孔底沉渣的厚度, 是确保钻孔灌注桩施工质量和桩基承载力的有效措施之一[1]。下面就根据具体工程实例, 浅析冲 (钻) 孔灌注桩施工中孔底沉渣厚度的控制。
1 岩土工程概况
1.1 工程概况
本桩基工程位于龙岩市新罗区莲庄路与金鸡路交接处东山收储A1地块, 在东山人居板块内。项目规划用地面积100878.10m2, 总建筑面积约390771.26m2。层数为31~34层的高层住宅, 框架剪力墙结构, 建筑高度99.9米。本工程桩均采用冲 (钻) 孔灌注桩进行处理, 其中:本工程桩径为1600mm, 平均桩长为48米。有效桩长不小于5倍桩身直径且不小于6m。抗压桩桩端持力层为中风化石灰岩、中风化泥岩、中风化泥质粉砂岩, 桩端嵌入倾斜的完整和较完整的全断面深度不宜小于1.0d且不小于1米。桩身混凝土强度等级C35。
1.2 地质概况
勘探深度范围内地基土按其成因和岩性自上而下依次可分为:素填土 (1) 、耕植土 (2) 、卵石 (3) 、泥质卵石 (4) 、粉质粘土 (4) -1、含碎石角砾粉质粘土 (5) 、泥岩残积粘性土 (6) 、闪长岩残积粘性土 (6) -1、全风化泥岩 (7) 、强风化泥岩 (8) 、中风化石灰岩 (9) 、破碎石灰岩 (9) -1、含角砾粉质粘土 (9) -2 (溶洞充填物) 、空溶洞 (9) -3、含角砾粉质粘土 (9) -4 (溶洞充填物) 、角砾 (9) -5 (溶洞充填物) 、岩溶化石灰岩 (9) -6、中风化泥岩 (10) -1、中风化泥质粉砂岩 (10) -2。
根据地质和工程概况, 本工程场地内溶洞发育, 属浅覆盖型的岩溶区, 岩溶强度发育, 部分的中等发育, 尤其是10#、11#、13#、14#、18#、19#、20#楼岩溶埋深浅, 充填有性质差的含角砾粉质粘土 (9) -2或角砾 (9) -5, 极有可能被水冲蚀可能, 场地及地基稳定性差。
2 孔底沉渣对桩基承载力的影响
本工程为高层建筑, 对桩基承载力的要求较高。而桩的竖向荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力承受, 对于采用泥浆护壁的冲 (钻) 孔灌注桩, 在清孔后至混凝土灌注前, 孔底将产生一定厚度的沉渣, 该沉渣层压缩性高、强度低对对桩基承载力的影响很大。近年对于桩底不同沉渣厚度的试桩结果表明, 沉渣厚度大小不仅影响端阻力的发挥, 而且也影响侧阻力的发挥值。这是近年来灌注桩承载性状的重要发现之一[2]。
为此, 现行建筑桩基技术规范对冲 (钻) 孔灌注桩孔底沉渣厚度提出了更高的要求, 冲 (钻) 孔灌注桩钻孔达到设计深度, 灌注混凝土前, 孔底沉渣厚度指标应符合下列规定:端承桩不应大于50mm;摩擦桩不应大于100mm;抗拔、抗水平力桩不应大于200mm。而旧规范关于摩擦桩孔沉渣厚度小于300mm。
3 孔底沉渣厚度的控制
孔底沉渣过厚除清孔泥浆质量差, 清孔无法达到设计要求外, 还有测量方法不当造成误判。
3.1 减少孔底沉渣厚度的措施
3.1.1 选择适当清孔方式
冲 (钻) 孔灌注桩常用的清孔方法有空气吸泥清孔、泥浆循环清孔、抽渣筒排渣等, 应根据现场具体地质条件、施工工艺方法等合理选用。
空气吸泥机清孔方法, 适用于不易塌孔的桩孔;泥浆循环清孔、抽渣筒排渣清孔的方法, 适用于稳定性差的孔壁。选用不适宜的清孔方法, 孔底沉渣将不能有效清除、孔内泥浆也不易置换, 孔底沉渣层厚度无法有效控制。本工程属于岩溶地区、场地及地基稳定性差宜采用泥浆循环清孔。
3.1.2 彻底清孔
清孔的目的是清除孔底沉渣, 而影响冲 (钻) 孔灌注施工质量和桩承载能力的主要因素是孔底沉渣。因此, 必须彻底、充分地清孔。
3.1.2. 1 清孔清渣不彻底的原因
清孔清渣不彻底:首先, 由于泥浆指标选择和控制不当;另外清孔时间不够, 也是造成孔底沉渣厚度过大的主要原因。
3.1.2. 2 严格控制泥浆指标
清孔过程中应严格控制泥浆指标:采用的泥浆指标 (主要是粘度、含砂率和相对密度等) 应与地层情况、清孔方式相符合;清孔后灌注混凝土之前的泥浆指标 (终止清孔标准) 应达到规定要求才能结束清孔。否则也会导致孔底沉渣厚度偏大。
(1) 清孔过程泥浆指标
清孔时采用的泥浆指标应与地层情况、清孔方式、成孔时泥浆指标相符合。稳定性较差, 容易坍塌的地层, 清孔时泥浆相对密度应大一些;稳定性较好的地层, 清孔时泥浆相对密度相应小一些。清孔时一般应比成孔时泥浆相对密度略小, 但泥浆相对密度及粘度过小, 影响孔壁稳定易引起塌孔。采用正循环清孔时, 泥浆粘度及相对密度过小, 还会影响泥浆悬浮沉渣的能力, 降低清孔效果。本工程的土层以粗砂、砾砂和卵石为主, 稳定性较差, 容易坍塌, 且采用正循环清孔, 所以在清孔的前阶段应采用相对密度大及粘度高的泥浆清孔, 并加大泥浆泵的流量, 使砂石粒等沉渣能顺利地浮出孔口;再逐步调整降低泥浆相对密度, 保持水头, 防止塌孔。清孔过程中输入泥浆指标应大一些, 宜控制为:粘度22~30s;含砂率<8%;相对密度1.20~1.40。
(2) 终止清孔泥浆指标
终止清孔前, 取孔底500mm以内的泥浆进行性能指标检测, 本工程终止清孔泥浆指标一般控制在以下范围:粘度小于25s;含砂率小于8%;相对密度小于1.2。
3.1.2. 3 清孔质量的控制
清孔分二次进行, 确保灌注前的泥浆指标及沉渣厚度符合规范要求。
第一次清孔:冲孔至设计孔深或满足设计要求后, 进行第一次清孔, 一次清孔的目的是为了将孔内的颗粒状物排出孔外, 减少孔底沉渣, 节省第二次清孔的时间。清孔时间以排出泥浆的含砂率与换入泥浆含水率接近为度, 且孔底沉渣厚度符合规范要求小于50mm后, 及时吊放钢筋笼、导管。
第二次清孔:二次清孔的目的是为了让孔内泥浆的比重、含砂率、孔底沉淀厚度符合灌孔要求。第一次清孔是在终孔后进行, 经过安放钢筋笼、焊接、下放导管等过程, 一般需要3.5h左右, 由于在这段时间内孔内泥浆处于静止状态, 原来悬浮在泥浆中的砂砾、石屑和泥会慢慢沉人孔底, 并且安放钢筋笼和导管时也会碰撞孔壁, 致使孔壁的泥砂落孔内, 因此孔内还是会有一定厚度沉渣。在钢筋笼及导管安放完毕后, 混凝土灌注前还应利用导管进行第二次清孔。二次清孔应专人负责边循环清孔边测孔底沉渣厚度, 当孔底沉渣厚度符合设计及规范要求小于50mm时, 再在循环中调整泥浆各项指标, 终止清孔泥浆指标一般控制在以下范围:相对密度小于1.2;粘度小于25s;含砂率小于8%。当测得泥浆各项指标均符合规范要求后, 应立即进行灌注水下混凝土的工作, 在等待混凝土过程中应继续循环清孔, 直到混凝土到场后装料斗灌注。
3.1.3 避免孔壁剥落, 坍塌
施工过程中采取有效固孔措施, 或固孔措施保持连续;施工机具要避免碰撞孔口或孔壁, 不至于使孔口坍塌或孔壁泥皮剥落, 使孔底沉淀物相对减少。
具体措施:钻头提升、降落时保持垂直上下;控制钢筋笼的吊放, 搬运、吊装钢筋笼时, 防止变形, 吊放时对准孔位, 使钢筋笼缓慢、顺直、匀速下落, 谨防碰触孔壁, 钢筋笼焊接应加快速度, 尽可能缩短沉放时间;重视护筒埋设环节, 在松散易坍塌的土层中, 护筒的埋置深度适当加大, 周围必须用粘土紧密填封, 确保护筒埋置稳固、严密;钻进中及时添加新鲜泥浆, 控制孔内水位, 始终保持孔内水位高于孔外水位, 即始终保持孔内水位高于地下水位 (或河水位) 不小于1.5-2.0m;在松散粉砂土或流砂中钻孔时, 应选用较大比重、粘度的泥浆, 不使钻进过快或回转速度过快, 或空钻时间过长。轻度坍孔可提高水位和加大泥浆比重;严重坍孔可用澎润土或粘土膏投入待孔壁稳定后采用低速钻进 (同时常备澎润土或粘土以防万一) 。
3.1.4 混凝土首灌量的控制
首批混凝土灌注时有一定的冲力, 使孔底沉渣可彻底被冲起来, 如果首灌量控制不好, 就会导致桩身混凝土中夹泥的情况, 以及沉渣厚度达不到要求, 使得桩质量不合格。
要控制好首灌, 首先是要保证混凝土首灌的量要充足。规范规定, 灌注导管底端至孔底的距离应为0.3~0.5m, 初灌时导管首次埋深应不小于0.8m。根据首批灌注混凝土所需数量的公式V≥h1πd2/4+πD2 (H1+H2) /4[3]计算本工程混凝土的初灌量, 经计算桩径为Φ1600mm, 桩长48m的桩大约为3.6 m3, 才能保证混凝土灌注后导管埋深1.0 m以上。计算出了首灌量, 建筑工地的贮料斗的容积还得要满足首灌量的要求。其次要有控制首批混凝土的隔水措施, 在灌注混凝土时, 为了防止混凝土与导管内泥浆混合, 在导管内应设置隔水塞, 使混凝土与泥浆分开。在料斗的下口设一个盖子, 灌注时先将料斗装满混凝土确认初灌量备足后, 即可开始灌注混凝土, 在拔掉盖子的同时应连续向料斗装混凝土, 入管的混凝土在自重作用下, 推着隔水塞, 将泥浆从导管下口排出, 为了便于隔水塞排出, 导管下口距离孔底应以30~50cm为宜, 距离不宜过大, 过大易造成孔内泥浆与初出导管的混凝土混合, 形成混浆混凝土。首次灌注混凝土时, 要使首灌量的混凝土一下子冲到孔底, 利用其冲击力将泥浆和孔底沉渣冲挤上来, 而混凝土则整体性一下子占据孔底位置, 从而减少孔底沉渣。第一槽混凝土灌注后必须连续灌注, 不得中断, 以增大混凝土对孔底残余沉渣的的冲击力, 使孔底沉渣在不间断的冲击下顺利排出孔外;还有以免因导管下口末端未被埋入混凝土内造成管内反泥现象, 导致混凝土灌注的失败。
3.2 准确测量沉渣厚度的方法
要准确测量孔底沉渣厚度, 必须使用正确的测量方法, 测量方法不准确, 就会造成沉渣厚度误判, 就不能对沉渣厚度进行有效控制。冲 (钻) 孔灌注桩的沉渣厚度测量方法没有统一规定, 规范只给了合格标准。目前施工技术人员多是以经验控制, 只能估计, 同一个位置不同的人测出的数据就会不一样, 误差也很大。要准确测量孔底沉渣厚度, 首先需要准确确定桩的终孔深度L1, 然后测定孔顶到孔底沉渣顶面的距离L2。
本工程采用测绳测量的方法来测定桩的终孔深度L1, 测完应用标准的卷尺测绳长度进行复核[4]。其具体做法:在第一次清孔后放钢筋笼前实测孔深L1, 测量前先开动泥浆泵进行泥浆循环, 上下提拉导管 (轻触孔底) 数次, 使泥浆尽量冲动浮起沉渣, 保持管口离孔底10cm左右, 然后用测绳测量孔深L1 (此时锤着地、绳拉直) 。测定孔顶到孔底沉渣顶面的距离应在第二次清孔后灌注混凝土前实测孔深L2, 其具体做法:提起测绳, 关闭泥浆泵停止泥浆循环, 等待10~20min孔内沉渣沉淀, 测绳在测L1同一位置放下, 锤着地、绳拉直测量孔深L2;量出前后两次高差即L2与L1的差值, 该值为沉渣厚度。采用这种测量方法得到监理和业主的认可, 沉渣厚度测量准确。
4小结
前面所述的是冲 (钻) 孔灌注桩孔底沉渣厚度一些主要控制要点, 虽然影响冲 (钻) 灌注桩孔底沉渣厚度的因素较多, 但只要在施工中根据施工工艺、具体土层条件及机具设备, 认真研究、分析, 并采取有效的控制措施, 加强施工检测, 完全可以将孔底沉渣厚度控制在规范允许范围内, 确保冲 (钻) 孔灌注桩的承载能力及施工质量。本工程由建设单位委托厦门市工程检测中心有限公司对某栋楼冲孔灌注桩进行静载试验、低应变法检测和声波透射法检测, 按设计要求及现场施工情况:抽取2根做单桩竖向抗压静载检测, 桩号分别是SK19、SK23, 最大沉降分别是17.3mm、8.85mm, 两根桩单桩竖向抗压静载力分别为8400KN、8400KN, 均满足设计要求;抽取26根桩进行低应变法检测, 检测结果表明受检桩桩身完整, 无缺陷, 为Ⅰ类桩;满足设计要求;抽取10根桩进行声波透射法检测, 检测结果表明受检桩桩身完整, 无缺陷, 为Ⅰ类桩, 满足设计要求。这直观地说明, 该桩基工程在清渣时有达到要求, 采用该沉渣厚度控制措施能满足设计及规范的要求。
参考文献
[1]黄京川, 陈仁文.钻孔灌注桩孔底沉渣厚度的监测与控制[J].大科技·科技天地, 2011 (6) .
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 94-2008.建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008:308.
[3]全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会.市政公用工程管理与实务[M].北京:中国建筑工业出版社, 2011:315.