成孔机械

成孔机械（精选7篇）

成孔机械 篇1

从机械成孔灌注桩的常见施工过程来看, 主要的步骤有:护筒埋设、泥浆制备、机械钻孔、清底、钢筋笼制作吊装以及水下混凝土灌注等。这一施工技术主要是利用专门的机械在地层中钻挖出设计孔径和深度的钻孔后, 将事先制作好的钢筋骨架放置在钻孔内, 最后在钻孔内灌注混凝土而形成桩基。对于桩基的质量而言, 钻孔的质量对其有直接的影响作用, 在整个施工过程中发挥着重要的作用。一般在钻孔过程中常常会遇到的质量问题有塌孔、钻孔偏斜、弯曲、扩孔、锁孔、钻孔漏浆等, 因此在施工过程中必须注意和预防这些问题的发生, 保证钻孔的质量。在整个灌注桩的施工过程中, 每一个桩基的质量都对整个基础的质量有着严重的影响, 所以需要对每一个桩孔的施工引起注意。

一、钻孔过程中的质量问题及防治措施

(一) 孔壁坍陷

在进行钻孔施工时, 当发现溢出的泥浆中气泡的数量明显增加或者泥浆突然漏失, 那么就说明钻孔的孔壁可能出现坍陷现象。这一现象出现的主要原因为:钻孔位置的土质过于松散, 护筒的四周没有用粘土进行紧密填封, 在钻孔过程中速度太快, 而且钻孔完成后长时间等待灌注或者水泥灌注时花费的时间太长等, 都有可能导致孔壁坍陷的现象出现。

孔壁坍陷问题的防治方法:当在一些松散的土层中进行施工时, 应该对护筒进行适当的深埋处理, 并利用粘土对护筒的四周进行封填, 选用那些质量可靠的泥浆, 并保证护筒中泥浆的水位高于地下水位。另外在进行钢筋骨架的制作吊装过程中应该避免各种碰撞, 防止出现变形。需要对钢筋骨架进行焊接时, 应该尽量短时间内完成。钻孔完成后, 混凝土的灌注时间应该在3小时以内, 灌注过程花费的时间应该进行严格控制, 在保证工程质量的前提下, 尽可能的减少时间。

(二) 钻孔偏斜

造成这一现象出现的主要原因是:钻孔机械在安装时, 相应的稳定性不够, 也有可能是因为钻孔机械的钻杆出现弯曲, 钻孔机械所处位置硬度不够或不均匀, 土层是一种斜状分布或中间存在明显的岩石等硬物。

钻孔偏斜质量问题的防治措施:施工前应该将施工场地进行必要的夯实, 相关的枕木应该着地均匀平整, 钻孔机械安装时, 转盘的中心与架子上的滑轮处于同一中线上, 控制其偏差在20厘米以内。地层中含有岩石的钻孔施工, 应该选择那些重量大、钻杆强度高的机械, 钻孔过程中遇到岩石时, 尽量减慢钻孔速度, 并利用相关的导正装置进行预防。如果出现钻孔偏斜, 应该将钻头提起, 并上下进行多次的扫钻, 从而去除硬土, 如果没法修正偏斜, 应该回填粘土0.5米以上, 并重新进行钻孔。

(三) 桩底沉渣过多

造成钻孔桩底沉渣过多现象的主要原因是:清孔过程中没有完全清理干净, 或没有进行必要的二次清孔, 施工过程中使用的泥浆比重小或者使用的泥浆不够, 从而无法达到浮起沉渣的目的。钢筋骨架吊装过程中, 孔位没有对准, 从而撞击孔壁造成泥土的掉落, 清孔后, 等待灌注的时间过长, 泥浆出现沉淀现象。

桩底沉渣过多质量问题的防治措施为:当钻孔完成后, 钻头应该提升10~20厘米, 并采用慢速旋转对钻孔进行30分钟以上的清孔;泥浆的比重和粘度应该控制好;钢筋骨架在吊装过程中应该保证其中心与桩中心一致, 防止撞击孔壁;在完成钢筋骨架吊装后, 应该对桩底的沉渣量进行检查, 如果过多, 应该利用导管对桩孔进行必要的二次清孔。

二、混凝土灌注过程中的质量问题及防治措施

(一) 卡管

所谓卡管现象就是指在水中进行混凝土灌注过程中, 不能继续进行的现象。这种现象出现的主要原因是:在初次灌注时, 隔水栓出现堵管现象;灌注使用混凝土的和易性和流动性较差, 发生离析现象;混凝土中使用的粗骨料直径太大;相关的灌注设备在灌注时无法连续工作, 混凝土在管中停留时间太长;导管中有水, 使混凝土出现离析现象。

卡管现象的防治措施是:隔水栓的直径应该与相应导管的内径相符合, 而且具备优良的隔水性;混凝土灌注过程中, 注意对其搅拌时间和坍落度进行必要的控制;水下施工使用的混凝土应该具有良好的和易性, 相应的配合比应该由专门的实验室进行分析确定, 坍落度一般控制在18~20厘米;混凝土中的粗骨料直径应该小于导管直径, 一般保持在40毫米以内;混凝土中可以适当掺加外加剂来增强混凝土的和易性和缓凝性;导管在使用前应该进行必要的试压操作, 压力控制在0.6~1.0Mpa, 这样做主要是为了防止导管在压力下出现进水现象。

(二) 钢筋骨架上浮

钢筋骨架的实际位置高于设计要求的位置时也会影响施工质量, 这一现象出现的主要原因是:钢筋骨架在吊装过程中安放的位置过高, 而混凝土的流动性又太小, 导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升;当混凝土灌至钢筋笼下, 若此时提升导管, 导管底端距离钢筋笼仅有1m左右时, 由于浇筑的混凝土自导管流出后冲击力较大, 推动了钢筋笼的上浮。

防治措施:钢筋笼初始位置应定位准确, 并与孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度, 缩短灌注时间, 或掺外加剂, 防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小, 混凝土接近笼时, 控制导管埋深在1.5~2.0m, 灌注混凝土过程中, 应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深, 当混凝土埋过钢筋笼底端2~3m时, 应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2~4m, 不宜大于5m和小于1m, 严禁把导管提出混凝土面。当发生钢筋笼上浮时, 应立即停止灌注混凝土, 并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高, 提升导管后再进行浇注, 上浮现象即可消失。

(三) 断桩

所谓断桩就是指混凝土浇注过程中连续性不够, 造浇注过程中被冲洗液等疏松体和泥土填充, 形成间断桩。这种现象出现的主要原因是:灌注时, 导管的底端与钻孔的底端距离过大, 使得混凝土被冲洗液稀释, 无法进行正常的凝固, 导致桩体与岩基中间出现了无法凝固混凝土的填充;灌注使用的导管密封性能不佳, 关注过程中冲洗液进入混凝土, 造成混凝土无法凝固;浇筑过程中, 导管频繁进行提升和起拔操作, 使混凝土面露出;关注过程中由于停电或等待物料等原因, 使得混凝土中出现夹渣现象, 浇注时桩体中容易出现岩渣沉积层;在混凝土浇注时, 并没有利用导管进行灌注, 而是直接从钻孔处进行灌注, 这样很容易产生混凝土的离析现象, 使混凝土凝固后达不到相关的要求, 甚至出现疏松、空洞的现象。

断桩质量问题的防治措施:钻孔完成后必须对其进行严格的清孔操作, 清孔的时间应该根据钻空中沉渣的量来决定, 清孔完成后应该及时进行混凝土灌注。灌注混凝土前, 应该对钻孔孔径进行检查, 并计算出首次灌注和全部灌注需要的混凝土量。灌注过程中应该注意混凝土面的高度和导管的深度, 导管的提升过程应该实现尽量准确。混凝土的配制应该严格按照相关的要求进行, 保证混凝土的和易性和流动性以及坍落度的要求。

总之, 机械成孔灌注桩施工中, 必须严把质量关, 制定好相应的防范措施, 避免出现断桩、缩颈、孔壁坍落等缺陷桩问题, 影响工程质量及加大工程造价, 造成不必要的损失。

参考文献

[1]吴东.试谈钻孔灌注桩施工如何保证成孔质量.城市道桥与防洪, 2012.

[2]王茜.钻孔灌注桩施工质量控制及预防.山西建筑, 2007.

[3]张军.灌注桩基工程机械冲击成孔施工工艺.石家庄铁路职业技术学院学报, 2009.

成孔机械 篇2

所谓的机械成孔灌注桩就是在施工现场的桩位上，采用机械的方式进行钻孔，并在孔内安装钢筋笼，最后灌注混凝土形成的桩基础。这种施工技术具有非常多的优点，如可使原地基土体的承载力得以充分发挥，施工工艺简单、速度快、基础强度高，并且对周边的环境影响相对较小，工程总体造价较低，适用于各种复杂的地质条件。在土建工程中，应用机械成孔灌注桩进行施工时，钻孔与混凝土灌注是关键环节，下面就这两个环节的施工技术要点进行详细论述。

1.机械成孔的施工技术要点

在机械成孔灌注桩施工中，钻孔是最为重要的环节之一，它对后续工序有着直接影响。为此，在施工中，必须对该环节予以足够的重视，确保施工能够顺利进行。大体上可将机械成孔的施工技术要点归纳为以下几个方面：

（1）在机械钻孔前，需要对钻头的直径进行全面检查，必须保证钻头的直径小于设计桩径。由于钻头在钻进时难免会出现晃动的情况，由此可能会引起孔径扩宽的现象，如果钻头直径超出设计桩径，便会形成空隙，这会对成孔质量造成严重影响。所以，在钻孔施工中，合理选择钻头直径尤为重要，这也是施工中必须了解并掌握的技术要点之一。

（2）在机械钻孔的初始阶段，应当遵循低压慢速的钻进原则，当钻孔深度超过5m时，可适当加快钻进速度，需要特别注意的是在没有特殊原因的情况下，要确保钻进过程连续，并保存不同钻孔深度的土体样品。

（3）在正式钻进前，应当认真做好机具长度的测量工作，并由专人负责对相关数据进行记录，同时，在即将成孔时，必须对钻杆剩余的尺寸进行测量，并与实际长度进行比较，以确保钻孔的深度符合设计要求。

（4）大量的工程实践表明，在机械成孔的过程中，应至少进行两次清孔，当孔深达到设计深度之后，可利用钻具进行换浆清孔，借此来将孔底较大的沉渣清除。此外，还可使用截面较大的导管进行清孔，以此来将孔底较为细小的沉渣清除。施工过程中，不得采用深钻的方式替代清孔，以免影响成孔质量。

2.灌注混凝土的施工技术要点

当机械钻孔完成之后，便需要进行混凝土灌注，由于该环节直接关系到成桩质量，故此在施工过程中，必须对相关的技术要点加以了解和掌握。

（1）在灌注混凝土之前，应当确保导管通畅，若是导管堵塞，则容易引起断桩问题，这样会使导管埋于孔内，从而对后续的施工造成影响。为此，应当在混凝土灌注前，对设备进行全方面检查，确保设备的性能良好、运转正常，避免堵管的情况发生。同时，要对导管的连接位置进行检查，看密封圈是否完好，上述工作完毕后，便可将导管下入孔内。在下管时，应当匀速、稳定、缓慢，防止其与钢筋笼刮碰。

（2）在灌注混凝土时，要保证灌注过程的连续性，在没有特殊原因的前提下，不得中断灌注。

（3）混凝土灌注完毕后，应当按照相关规范标准的要求，对其进行养护，防止混凝土裂缝的出现。

机械成孔灌注桩施工质量控制措施

为了进一步提高机械成孔灌注桩的施工质量，应当采取相应的措施对其施工质量进行有效控制。由于机械成孔灌注桩施工是一项技术性较强的工作，所以质量控制应当贯穿于施工全过程，下面就此展开详细论述。

1.施工准备阶段的质量控制

（1）桩位放线。根据工程设计图纸中给出控制点放桩位，布设十字控制桩线，并在正式施工前，由技术人员对桩位进行复测，确认符合设计要求后，方可施工。

（2）钻机就位。可由现场技术人员对桩点进行十字定位，同时设置定位桩，这样可以对孔位偏差进行随时检查，当钻机就位之后，钻头对准桩中心的误差应当控制在20mm以内。

（3）钢筋孔加工。为确保钢筋笼的质量，应当选用质量合格的钢材，钢筋进场前，应当进行质量验收，确认合格后方可进入施工现场。钢筋应当堆放在指定的位置处，型号不同的钢筋要分开堆放，并用苫布进行覆盖，以免雨水腐蚀造成钢筋生锈。加工钢筋笼时应当严格按照施工图纸和设计要求进行下料，主筋应当采用搭接焊的方式进行可靠连接，焊接的过程中，要控制好质量。加工好的钢筋笼要放置在制定地点，并采取相应的防护措施。

2.施工过程中的质量控制

（1）下钢筋笼。当钻孔完毕之后，应当及时将钻机移走，借此来缩短终孔与混凝土灌注时间。在确认成孔质量合格后，便可下放钢筋笼，下放的过程中，应采用整体起吊一次到底的施工工艺，起吊时，钢筋笼底端不得拖地；当钢筋笼下放至孔底之后，应当用水准仪对笼顶标高进行测量，若是超差则应当在孔口架设方木，调整高度。

（2）下导管。该工序施工前，应当对导管进行压水试验，确认导管质量合格后方可使用；导管的安装应当严密，并按照实际孔深确定导管的下放长度，导管下端与孔底应当保持0.5-0.7m左右的距离。

（3）二次清孔。混凝土灌注前，应当对孔底的沉渣厚度进行测量，若是厚度超过100mm，则必须进行二次清孔，当沉渣的实际厚度符合设计要求后，应立即进行混凝土灌注。

（4）混凝土灌注。在整个灌注过程中，应当确保导管始终埋于混凝土内，不得将导管提出混凝土面；导管埋入混凝土中的深度应当控制在2-6m左右，最小埋入深度不得低于2m，一次性提管的高度不得超过6m。需要注意的是，单孔灌注混凝土的实际高度应当高于设计桩顶标高1.2m，并经测量合格后方可停止灌注。

结论

总而言之，在土建工程中，机械成孔灌注桩施工是一项技术性较强的工作，为了确保成桩质量，除了要了解并掌握相关的施工技术要点之外，还应当在施工过程中，采取有效的措施控制好施工质量，这样不但能够提高桩基础的承载能力，而且还能避免因质量不合格导致返工的情况发生。

成孔机械 篇3

1.1 工程背景

兰州市七里河区某工程(见图1),建筑面积27 766 m2,框架剪力墙结构,地上28层、地下1层。其中基础采用群桩筏板基础,共计150根直径900 mm的混凝土灌注桩,平均桩深达27 m,混凝土强度等级为C30。

1.2 工程地质概况

杂填土:层厚0.6 m～3.5 m,黄褐色,土质不均匀,以粉土为主,含有少量的建筑垃圾及卵石颗粒等,稍湿稍密。黄土状粉土:层厚18.4 m～25.9 m,黄褐色,土质较均匀,孔隙虫孔发育,含白色钙质条纹,见垂直裂隙。无光泽,干强度低。韧性低,稍湿稍密,承载力特征值200 kPa。卵石层:埋深22.2 m～27.10 m,厚度5.2 m～22.80 m。成分以石英岩,花岗岩,变质岩为主,磨圆度较好,呈亚圆形。表层0.8 m～1.3 m,粒径以3 cm～10 cm为主,含漂石,其下粒径以2 cm～6 cm为主(此层为本工程多层建筑物持力层),承载力特征值500 kPa。黄土状粉土层:埋深33.1 m～34.5 m。该层土质较均匀,偶含小颗粒卵石,承载力特征值300 kPa。卵石层:埋深37.7 m～49.1 m,厚度4.2 m～5.9 m,承载力特征值600 kPa(高层桩端持力层,桩端进入卵石层不小于1 m)。

基础埋深范围内无地下水。

1.3 施工方案的选择

本工程基础埋深范围内大部分土为较厚的黄土状粉土竖向节理,其直立性较好,且无地下水。人工成孔灌注桩能适应复杂的地质结构,且机具设备简单,施工操作方便,占用场地小,无泥浆排出,对周围环境及建筑物影响小,施工质量可靠,可全面展开施工,而且工期短,造价低[1]。但由于本工程特殊地质情况,卵石层(持力层)埋置较深,桩基础要伸入卵石层,井桩开挖深度要达到近30 m,考虑到人工成孔施工效率低、施工人员劳动强度大,且施工环境及安全性差,安全生产难以保证,故采用机械洛阳铲成孔施工工艺。

2洛阳铲

2.1 传统洛阳铲

洛阳铲,又名探铲,为半圆柱形的铁铲,一端有柄,有可接长的白蜡杆。使用时垂直向下戳击地面,可深逾20 m,利用半圆柱形的铲可以将地下的泥土带出,直接获取相应深度土质样本,并逐渐挖出一个直径十几厘米的深井。广泛应用于考古发掘、地质勘探等方面。

2.2 机械洛阳铲

机械洛阳铲是手动洛阳铲的电动化、机械化设备。机械洛阳铲由电机、变速箱、卷扬机、铲具、护筒、三角架、机架、重锤、冲锤等构成[2](如图2所示)。其中,铲头的制作比较特殊,呈圆柱体,上半部为配重,下半部由左右两片合围成圆筒形铲刃组成,其间由弹簧装置相连(见图2a))。机械洛阳铲一般由2人操作,即1人操纵卷扬机,1人推小翻斗车运土。铲头直径一般分30 cm～40 cm,40 cm～50 cm,50 cm～60 cm,70 cm～80 cm,90 cm～100 cm,100 cm～120 cm共6种,也可根据需要特制。本工程选用90 cm的铲头。

机械洛阳铲根据不同的地下情况可分为土层型机械洛阳铲和岩石型机械洛阳铲,土层型洛阳铲使用方便、快捷,造价低,效率高。但是存在的缺点是只能应付地下大多是土层的情况,碎小的石头,砖瓦等能正常使用,但遭遇地下岩石层时是不能使用的。而岩石型洛阳铲则专门应用于地下有大量岩层的土层,可以打出口径30 cm～180 cm,深度约8 m～20 m的大口径深洞。根据本工程特点可采用土层型机械洛阳铲。

3 机械洛阳铲施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺操作流程[3]

机械洛阳铲成孔桩施工工艺流程为:准备工作→放线定位→设备就位→测量控制→洛阳铲成孔至设计标高→人工扩底→桩底验收→安放钢筋笼→浇筑井桩混凝土→养护→检验。其中机械洛阳铲的作业是通过卷扬机控制铲刃微微张开,利用铲头自重下落切土并取土(见图2b)),再由中间轴往上提起,铲口自动合紧将土体抱紧。当提升到距井口约1 m时开合卷扬机离合器,使铲刃随之开合即可将土卸落到手推车或翻斗车等机具上将土运走(如图2c)所示)。

3.2 施工工艺操作要点

1)施工准备:在场地平整后,根据井桩施工布点图测定桩位轴线控制网和地面高程,根据桩位进行孔口定位,并撒白灰标记。2)设备就位:设备移动,使自由悬吊的铲具中心对准桩孔中心,铲头垂直对准桩位,可开孔挖土施工。3)挖土成孔:孔口定位检查合格后开始操作机械洛阳铲,利用卷扬机提升洛阳铲,铲头自重下落切土,闭合抓土,至地面卸土,依次循环成孔。4)人工扩底:桩端扩大头部分及清孔工作必须由人工操作完成,先挖桩身圆柱体,再按扩底尺寸从上到下削土修成扩底形。扩底直径一般为1.5d～3.0d;锅底中心比四周低150 mm～500 mm。5)桩底验收:成孔到设计深度后,应经过联合验孔(主要检查孔径、桩孔垂直度和孔底高程),验收合格后方可进行钢筋及混凝土成桩施工。6)设备转移:成桩结束后可移动设备到下一根桩继续施工。

3.3 桩端头质量控制、验收与安全技术措施

3.3.1 质量控制[4]

1)桩位测量控制。

土中钉入长钢筋,并保证其不发生碰撞位移;另外,做好备用基准点、十字控制线等措施控制桩的中心线。

2)挖孔时垂直度偏差控制。

固定好三脚架、及时铲除铲头内的余土、采取防止钢丝绳和铲头晃动的措施。

3.3.2 桩端验收

桩端验收的主要内容包括:1)桩端进入持力层,且不小于设计深度;2)扩大头的尺寸检查是否满足设计要求;3)桩径垂直度等是否符合规范要求。

3.3.3 主要安全技术要求

1)施工人员须经过安全培训,合格后上岗。严格执行工地安全规定。建立安全保证体系,配备安全员,由安全员负责工地的安全检查和监督。2)机架的安装和拆除应按操作规程进行,在安拆过程中或移机时必须有专人指挥,在作业区6 m内,禁止闲人靠近。3)所有施工机械和电气设备,不得带病运转和超负荷作业,电机设备检修时,要先切断电源,严禁带电作业。4)采用机械洛阳铲成孔至设计深度后进行人工扩底施工,在作业人员进入桩孔时需要对桩孔井壁进行检查,看是否有土体裂缝等不安全隐患。5)在扩大头部分施工时,桩孔内作业人员必须戴安全帽,系挂安全绳,孔内设应急软爬梯,供人员上下使用的吊笼安全可靠,不得使用麻绳和尼龙绳掉挂,并应向井下通风,加强空气对流,必要时输送氧气,防止有毒气体的危害,还应在井下设100 W防水带罩灯泡照明。操作时上下人员轮换作业,桩孔上人员密切观察桩孔下人员的情况,互相呼应,切实预防安全事故的发生。6)孔口四周必须设置安全防护设施,以防止孔口杂物掉入砸伤人员。7)根据土质情况,人员在孔底扩孔时,孔壁隔一定距离加设钢护筒,以防孔壁塌方。

4 机械洛阳铲成孔技术特点

1)机械洛阳铲工作时间短,操作简便、易学,设备易维护,其工作效率可达到人工挖孔作业的约15倍。

2)采用机械洛阳铲成孔较人工直接挖孔取土及垂直运土作业避免了塌方等安全隐患风险,保证了施工作业人员的安全。

3)采用机械洛阳铲成孔较钻机成孔节约施工成本,且不受地形条件限制,方便了施工,同时也避免了环境污染。

4)井桩的扩大头部分挖土和清孔工作仍需要人工辅助完成。通过人工扩底施工,桩端扩大头提高了钢筋混凝土灌注桩的承载力,使建筑基础地基处理设计优化,降低工程成本,经济效益显著。

5)机械洛阳铲具有轻便灵活、搬运方便、拆装快捷的特点,而且由于它造价低,运输成本少,因此,即使是在工程量不大的小型工程中,亦可投入多台机械洛阳铲同时进行施工,从而大大缩短工期。

6)机械洛阳铲成孔工艺对场地工程地质条件要求较高,它不容易穿透硬土层,不能穿透厚砂层。另外,由于机械洛阳铲成孔不能采取压灌成桩工艺,因此它只适用于地下水位以上的成孔施工。如果场地存在软弱、易塌地层,则干成孔作业可能会引发缩径、坍孔事故,因此也不适宜用机械洛阳铲成孔工艺[5]。

7)机械洛阳铲不适于在有地下水影响或极易产生流砂的井桩工程中采用。

5结语

机械洛阳铲桩基础成孔工艺具有设备简单、成孔速度快、施工成本低、对现场条件要求低等特点,特别适用于无地下水粘性土、黄土、粉土及无砾石的人工回填地基[6]。从本工程机械洛阳铲施工的结果来看,均取得了良好效果,达到了预期目标,为在湿陷性黄土地区推广机械洛阳铲施工积累了成功经验。

参考文献

[1]左桂四,彭海明,陈安,等.洛阳铲灌注桩在住宅楼地基中的应用[J].岩土工程界,2001,7(10):27-29.

[2]王笑敏.机械洛阳铲成孔人工扩底钢筋混凝土灌注桩施工技术[J].科学之友,2008,7(4):43-46.

[3]王进军,陈燕,柳伟.机械洛阳铲成孔灌注碎石桩施工技术浅析[J].河南水利与南水北调,2011,20(6):76-77.

[4]张若征.浅谈混凝土灌注桩洛阳铲成孔质量控制[J].山西建筑,2011,37(17):204-205.

[5]吴裕年,陈武民.机械洛阳铲在CFG桩成孔施工中的应用[J].西部探矿工程,2011,12(15):7-11.

成孔机械 篇4

采用泥浆护壁机械成孔灌注桩做基础,钻孔灌注桩具有机械化程度高,可适应地下多种条件施工,成桩速度快,施工简单,节省工期,工程造价低,所需设备简单,操作方便等优点。因此,在各种特殊、复杂地质条件的基础施工中得到了广泛应用。在地下水位较高的软、硬土层,如淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、砂土、砂夹卵石及风化页岩层中,宜采用泥浆护壁机械成孔灌注桩基础。泥浆护壁机械成孔灌注桩可用于高层建筑、公用建筑、铁路桥梁、公路桥梁、城市各种桥梁中做桩基,作支承、抗滑、挡土之用,亦适用于软土、流砂,以及地下水位较高、涌水量大的土层。

泥浆护壁钻孔灌注桩按成孔工艺和成孔机械的不同,可分为如下几种类型。

(1)冲击成孔灌注桩:适用于黄土、黏性土或粉质黏土和人工杂填土层中应用,特别适用于有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层,在流砂层亦可使用,但对淤泥及淤泥质土,则应慎重使用。

(2)冲抓成孔灌注桩:适用于一般较松软黏土、粉质黏土、砂土、砂砾层及软质岩层,孔深在20 m内。

(3)回转钻成孔灌注桩:适用于地下水位较高的软、硬土层,如淤泥、黏性土、砂土、软质岩层。

(4)潜水钻成孔灌注桩:适用于地下水位较高的软、硬土层,如在淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、砂土、砂夹卵石及风化页岩层使用,不得用于漂石。

2 泥浆护壁机械成孔灌注桩施工及质量控制程序要点

现笔者对泥浆护壁机械成孔灌注桩施工及质量控制程序要点简述如下。在此提出的施工及质量验收要点,是确保整个工程质量与安全的关键。

2.1 收集资料

在正式施工前应具备下列必要的工程资料:

(1)建筑物场地工程地质和必要的水位地质资料;

(2)桩基施工图及图纸会审纪要;

(3)建筑场地和邻近区域的地下管线(管道、电缆)资料;

(4)主要施工机械及其配套设备的技术性能资料;

(5)桩基的施工组织设计或施工方案;

(6)桩基钢筋砼所用建材(水泥、砂、石、钢筋)的质检报告。

2.2 施工前质量管理措施

(1)施工平面图上应标明桩位、编号、施工顺序、水电线路和临时设施的位置;

(2)制订施工作业计划和劳动力组织计划;

(3)制订机械设备、工具、材料供应计划;

(4)制定季节性(冬季或雨季)施工的技术措施。

2.3 安全措施

泥浆护壁机械成孔灌注桩应采取下列安全措施:

(1)机械设备操作人员(或驶员)必须经过专门训练,熟悉机械操作性能,经专业管理部门考核取得操作证或驾驶证后方能上机(车)操作。

(2)机械设备操作人员和指挥人员严格遵守安全操作技术规程,工作时集中精力,谨慎工作,不擅离职守,严禁酒后驾驶。

(3)机械设备发生故障后及时检修,决不带故障运行,不违规操作,杜绝机械和车辆事故。

(4)专业电工持证上岗。电工有权拒绝执行违反电器安全规程的工作指令,安全员有权制止违反用电安全的行为,严禁违章指挥和违章作业。

(5)所有现场施工人员佩戴安全帽,特种作业人员佩戴专门的防护用具。

(6)所有现场作业人员和机械操作手严禁酒后上岗。

(7)对护筒埋设完毕及灌注混凝土完毕后的桩坑应加以保护,避免人或物品掉入。

(8)登高作业超过2 m必须穿防滑鞋,带安全带。

(9)钢筋骨架起吊时要平稳,严禁猛起猛落,并拉好尾绳。

(10)对灌注桩施工现场所有设备、设施、安全装置、工具配件以及个人劳保用品必须经常检查,确保完好和使用安全。

(11)施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须由持证电工操作;电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器。各孔用电必须分闸,严禁一闸多用。孔上电缆必须架空2.0 m以上,严禁拖地和埋压土中;孔内电缆、电线必须有防磨损、防潮、防断等保护措施。照明应采用安全矿灯或12 V以下的安全灯,并遵守《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46-2005)的规定。

2.4 灌注桩孔的施工与质量验收

2.4.1 施工平台

(1)场地内无水时,可稍作平整、碾压以满足机械行走移位的要求。

(2)场地为浅水且水流较平缓时,采用筑岛法施工。桩位处的筑岛材料优先使用黏土或砂性土,不宜回填卵石、砾石土,禁止采用大粒径石块回填。筑岛高度应高于最高水位1.5 m,筑岛面积应按采用的钻孔机械、混凝土运输浇筑等的要求决定。

(3)场地为深水时,可采用钢管桩施工平台、双壁钢围堰平台等固定式平台,也可采用浮式施工平台。平台须牢靠稳定,能承受工作时所有静、动荷载,并能满足机械施工、人员操作的空间要求。

2.4.2 护筒

(1)护筒一般由钢板卷制而成,视孔径大小采用4～8 mm厚度钢板。护筒内径宜比设计桩径大100 mm,其上部宜开设1～2个溢流孔。

(2)一般情况下,护筒埋置深度在黏性土中不宜小于1m;砂土中不宜小于1.5 m;其高度应满足孔内泥浆面高度的要求。在淤泥等软弱土层应增加护筒埋深;护筒顶面宜高出地面300 mm。

(3)旱地、筑岛处护筒可采用挖坑埋设法,护筒底部和四周回填黏性土并分层夯实;水域护筒设置应严格注意平面位置、竖向倾斜,护筒沉入可采用压重、振动、锤击并辅以护筒内取土的方法。

(4)护筒埋设完毕后,护筒中心竖直线应与桩中心重合,除设计另有规定外,平面允许误差为50 mm,竖直线倾斜不大于1%。

(5)护筒连接处要求筒内无突出物,应耐拉、耐压、不漏水。应根据地下水位涨落影响,适当调整护筒的高度和深度,必要时应打入不透水层。

2.4.3 护壁泥浆的调制和使用

(1)护壁泥浆一般由水、黏土(或膨润土)和添加剂按一定比例配制而成,可通过机械在泥浆池、钻孔中搅拌均匀。

(2)泥浆的配置应根据钻孔的工程地质情况、孔位、钻机性能、循环方式等确定。

(3)泥浆原料和外加剂的性能要求:泥浆原料黏性土根据性能要求一般可选用塑性指数大于25、粒径小于0.074 mm的黏粒含量大于50%的黏性土制浆。当缺少上述性能的黏性土时,可用性能略差的黏性土,并掺入30%的塑性指数大于25的黏性土。当采用性能较差的黏性土调制的泥浆其性能指标不符合要求时,可在泥浆中掺入Na2CO3 (俗称碱粉或纯碱)、氢氧化钠(NaOH)或膨润土粉末,以提高泥浆性能指标。掺入量与原泥浆性能有关,宜经过试验决定。一般碳酸钠的掺入量约为孔中泥浆土量的0.1%～0.4%。泥浆外加剂及其掺量见表1。

(4)泥浆池一般分为循环池、沉淀池、废浆池3种。从钻孔中排出的泥浆首先经过沉淀池沉淀,再通过循环池进入钻孔,沉淀池中的超标废泥浆通过泥浆泵排至废浆池后集中排放。

(5)泥浆池的容量不宜小于桩体积的3倍。

(6)混凝土灌注过程中,孔内泥浆应直接排入废浆池,防止沉淀池和循环池中的泥浆被污染破坏。

2.4.4 钻孔施工

(1)钻孔前,应根据工程地质资料和设计资料,使用适当的钻机种类、型号,并配备适用的钻头,调配合适的泥浆。

(2)钻机就位前,应调整好施工机械,对钻孔各项准备工作进行检查。

注:针对以上各种外加剂掺入量,宜先做试配,试验其掺入外加剂后的泥浆性能指标是否有所改善及符合要求。宜先将各种外加剂制成小剂量溶剂,按循环周期均匀加入,并及时测定泥浆性能指标,防止掺入外加剂过量。每循环周期相对密度差不宜超过0.01。

(3)钻机就位时,应采取措施保证钻具中心和护筒中心重合,其偏差不应大于20 mm。钻机就位后应平整稳固,并采取措施固定,保证在钻进过程中不产生位移和摇晃,否则应及时处理。

(4)钻孔作业应分班连续进行,认真填写钻孔施工记录,而交接班时应交代钻进情况及下一班注意事项。应经常对钻孔泥浆进行检测和试验,不合要求时应随时纠正。应经常注意土层变化,在土层变化处均应捞取渣样,判明情况后记入记录表中并与地质剖面图核对。

(5)开钻时,在护筒下一定范围内应慢速钻进,待导向部位或钻头全部进入土层后,方可加速钻进。

(6)在钻孔、排渣或因故障停钻时,应始终保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度和黏度。

(7)钻进过程中的注意事项:①钻进时应时刻注意钻具和钻头连接的牢固性、钢丝绳的磨损等,如有异常应及时处理。②大直径桩孔成孔可分级成孔,一般情况下第一级成孔直径为设计桩径的0.6～0.8倍。③在钻进过程中出现钻杆跳动、机架晃动、钻不进尺等异常情况,应立即停车检查,排除故障。如钻杆或钻头不符合要求,应及时更换,试钻达到正常后,方可施钻。④钻孔完毕,应及时将混凝土浇筑完毕,或及时盖好孔口,并防止在盖板上过车、行人。钻进过程中,应及时清理虚土,提钻时应事先把孔口积土清理干净。⑤钻进成孔过程中,应时刻注意土层变化,调整泥浆性能,采用合理的进尺方法,确保不塌孔、不缩颈。

2.4.5 清孔

(1)清孔分2次进行,钻孔深度要达到设计要求,对孔深、孔径、孔的垂直度等进行检查,符合要求后进行第一次清孔。钢筋骨架、导管安放完毕,混凝土浇筑之前,应进行第二次清孔。

(2)第一次清孔根据设计要求,使用施工机械采用换浆、抽浆、掏渣等方法进行。第二次清孔根据孔径、孔深、设计要求采用正循环、泵吸反循环、气举反循环等方法进行。

(3)第二次清孔后的沉渣厚度和泥浆性能指标应满足设计要求,一般应满足下列要求:沉渣厚度摩擦桩≤300 mm,端承桩≤50 mm,摩擦端承或端承摩擦桩≤100 mm;泥浆性能指标在浇筑混凝土前,孔底500 mm以内的相对密度≤1.25,黏度≤28 s,含砂率≤8%。

(4)不论采用何种清孔方法,在清孔排渣时,必须注意保持孔内水头,防止塌孔。

(5)不应采取加深钻孔深度的方法代替清孔。

(6)成孔的允许偏差应符合如下要求:桩径±50 mm,垂直度0.5%,桩位±50 mm,且底部扩大段要按设计挖成圆台状,保证尺寸。

2.5 钢筋笼的制作与质量验收

(1)钢筋骨架的制作应符合设计与规范要求。钢筋进场要验收,要有质保单,并要求做力学性能试验和焊接试验,合格后才能启用。焊条要有质保单,型号要与钢筋的性能相对应。钢筋笼制作严格按设计进行,主筋位置用钢筋定位支架控制等分距离。主筋间距允许偏差±10 mm;箍筋或螺旋筋螺距允许偏差±20 mm;钢筋笼直径允许偏差±10 mm;钢筋笼长度允许偏差±50mm。

(2)长桩骨架宜分段制作,分段长度应根据吊装条件和总长度计算确定。制作时应确保钢筋骨架在移动、起吊时不变形,相邻2段钢筋骨架的接头需按有关规范要求错开。

(3)应在钢筋骨架外侧设置控制保护层厚度的垫块,可采用与桩身混凝土同等强度的混凝土垫块或将钢筋焊在竖向主筋上,其间距竖向为2 m,横向圆周不得少于4 m,并均匀布置。骨架顶端应设置吊环。

(4)大直径钢筋骨架制作完成后,应在内部加强箍上设置十字撑或三角撑,确保钢筋骨在存放、移动、吊装过程中不变形。

(5)钢筋笼搬运和吊装时,应防止变形。安放前需再检查孔内的情况,以确定孔内无塌方和沉渣。安放要对准孔位,扶稳、缓慢、顺直,避免碰撞孔壁;严禁墩笼、扭笼。

(6)注意钢筋笼的标高,到达设计位置后应采用工艺筋(吊筋、抗浮筋)固定,避免钢筋笼下沉或受混凝土上浮力的影响而上浮。

(7)钢筋保护层的厚度为无护壁时70 mm,砼护壁时35 mm。保护层用水泥砂浆块制作,当无砼护壁时严禁用黏土砖或短钢筋头代替(砖吸水、短钢筋头锈蚀后会引起钢筋笼锈蚀的连锁反应)。垫块每1.5～2 m为一组,每组3个,圆周上相距120°,每组之间呈梅花形布置。保护层的允许偏差为±10 mm。

(8)当成孔深度与设计深度不同时,钢筋笼长度也宜随之变化,但摩擦桩的钢筋笼长度可不变。

2.6 砼灌注施工

(1)检查成孔质量合格后应尽快灌注砼。孔底沉渣厚度应符合端承桩50 mm、摩擦端承桩和端承摩擦桩100 mm、摩擦桩300 mm。

(2)砼的粗骨料可选用碎石或卵石,其最大粒径不宜大于50 mm,且不大于主筋净距的1/3。

(3)坚持按配合比投料;砼坍落度不宜过大,以5～8 cm为宜;每50 cm为一层及时振捣,砼灌注要保持连续。坍落度损失大于5 cm/h时,要调整配比。

(4)对砼拌和料质量进行控制,每盘砼的拌和时间不得少于90s。开始搅拌时必须做一次坍落度检测,调整好流动性,要求具有较好的黏聚性。灌注时作坍落度损失的观察,以指导砼配合比的调整。混凝土运至灌注地点时应立即使用,应检查其均匀性和坍落度,如不符合要求应进行第二次拌和,二次拌和后仍不符合要求时不得使用。

(5)注意桩头砼的标高,应适当超出设计标高,以保证在凿除浮浆层后,桩头进入承台内50～100 mm。

(6)桩身砼必须留有试件。对直径大于1m的桩,每根桩应有1组试块,且每100 m3砼及每个灌注台班不得少于1组,每组3件。试件的制作必须客观真实。

(7)气温高于30℃时注意缓凝,气温低于0℃时注意抗冻。

2.7 成桩质量检验

(1)做好砼试块强度的质量检验和桩身动检。桩身动检包括大应变和小应变动检,可测出桩长、缩径、扩径、断桩及可估算出砼强度。质量检验和桩身动检必须合格。

(2)建议有条件的按1%～2%抽样,按慢速维持荷载法做竖向静荷载试验,必须满足设计要求。

2.8 保证质量的其他要点

(1)砼灌注过程中必须实行旁站,全员、全过程控制,严格把关。

(2)要及时跟踪检验,及时评定质量结果。

(3)做好质量记录,记录内容如下:①混凝土配合比报告单;②水泥检验报告、出场合格证;③碎石和砂检验报告、出场合格证;④水质分析报告;⑤钢筋检验报告、出场合格证;⑥钢筋焊接检验报告;⑦灌注桩钻进记录;⑧泥浆测试记录;⑨灌注桩隐蔽工程验收记录;⑩水下混凝土灌注记录;11钢筋焊接验收记录;12钢筋加工安装验收记录;13测量放线记录。

参考文献

[1]JGJ 94—94,建筑桩基技术规范[S].

[2]GB 50204—2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[3]GB 50202—2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[4]GB 50007—2002,建筑地基基础设计规范[S].

[5]张素梅,唐岱新.土木结构工程实用手册[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,2005.

成孔机械 篇5

涞水冀东水泥有限责任公司日产4 000t新型干法水泥生产线 (配套9mW纯低温余热电站) 工程桩基工程, 按照设计要求, 桩基采用人工挖孔施工工艺, 后来由于地层原因, 改用机械成孔施工工艺, 本文对该桩基工程成孔施工技术的应用进行相应的探讨。

1 导前钻施工

按照建设单位要求, 桩基施工前对窑尾、窑中、窑头等场地部分桩位进行导前钻施工试验, 以探明桩基下面溶洞情况。勘察结果显示, 场地总体溶洞发育率33%, 只有生料库和窑尾的一小部分处于花岗岩地区, 其它部位都处于灰岩地区, 且灰岩地区溶洞比较发育, 对人工挖孔桩施工增加了很大的施工难度和安全隐患。导前钻施工过程中, 漏浆和掉钻严重, 上层止水和裂隙水较大。

2 人工挖孔试验桩施工

2.1 溶洞处理

首先, 由设计、勘察、建设和施工单位共同商定在溶洞分布较多的窑中场地先挖3根试验桩, 在施工过程中发现, 桩孔在溶洞段范围, 溶洞内的填充物 (填充物均为粘土含碎石, 碎石含量30%, 粒径2cm~10cm) 由于受地下水的寝泡, 土质为流塑状态, 工人站在安全帽上, 用安全帽掏浆施工, 且孔周围的泥土流入孔内, 每次护壁最多30cm, 施工进度非常缓慢。由于孔壁的土质为流塑状态, 当挖下一节桩时, 流塑的土质会从上一节的桩周流入孔内, 造成护壁后形成空壳, 存在很大的安全隐患。为确保施工安全, 采用1.2m长Φ18的钢筋布满孔侧四周, 减少泥土流入孔内。

2.2 地下水处理

在窑尾和生料库地区, 孔深一般都在24m~29m, 地下静水位在11m处, 受水压影响, 孔内出水量较大, 个别孔用一台水泵不停抽水都无法抽干, 如果下两台水泵抽水, 孔内施工工作面不够。经过研究决定, 采取分段分区施工方法, 对于出水量大的孔先进行抽水的同时对四周孔进行施工;当大出水量孔内水量变小时, 再进行开挖施工, 这样施工速度较慢, 但能够满足正常施工要求。

2.3 爆破影响控制

由于现场地质情况较复杂, 大部分桩提前进入中风化岩层, 单桩中风化岩层爆破厚度在1m~14m, 部分桩为确保稳定持力层还须穿透灰岩、花岗岩互层面, 所以爆破量非常大。在爆破施工过程中, 制定并采取了有效的应急预案, 使人工挖孔桩施工安全快速地进行。

2.4 试验结果分析

通过人工挖孔试挖施工, 说明在本场区复杂的地质条件下, 人工挖孔施工的安全风险较大, 施工难度高, 速度缓慢。经各方商讨研究决定, 该工程不适合人工挖孔桩施工, 应先进行溶洞处理再改为机械成孔, 能有效解决地下水和溶洞对人身及机械安全造成的影响, 也消除了爆破对人工挖孔施工的不安全因素, 工期上也得到保证。

3 机械冲击成孔施工

3.1 埋设护筒

在桩基定位并经复查位置无偏差后, 可开始埋设护筒, 护筒中心的定位要足够准确, 且确保其倾斜度严格控制在允许范围内。护筒长度应根据具体的地质条件变化情况而定 (最小长度不短于3.0m) , 顶面需高于地面至少0.5m, 以便适当抬高桩孔内水头压力, 护筒周围应采用粘土填充密实。为最大程度地减轻机械成孔施工过程中钻机底座振动及其偏压力对孔壁稳定性的影响, 应采用钢轨或木料支架垫起钻机将底座冲击力分散均匀。

3.2 泥桨制备

钻孔泥桨主要由水、膨胀性粘土和添加剂组成, 具有冷却钻头、润滑钻具、清洗钻渣、提升孔内静水压力, 沾附在孔壁上形成泥皮隔断孔、内外地下水渗流, 保护孔壁、防止坍孔的作用。钻孔泥浆应选用水化速度快、造浆能力强的膨胀性粘土材料, 成品泥浆的稠度、含砂率、失水率均应按规范要求严格控制, 配合比比重取值应满足相关规范要求, 该工程实际取值为1.2~1.4。

3.3 覆盖层钻进

覆盖层钻进成孔时, 每钻进1.5m~2.0m应进行一次冲砸固壁, 填料选用片石与粘土即可。上、下层的填料搭接长度不应短于0.3m。钻进施工过程中采用1.5m~2.0m中小冲程进行, 并适当提高泥浆的比重和稠度, 多次反复冲击确保孔壁坚实牢固。钻进至离溶洞顶部附近覆盖层时, 在距离溶洞顶部约1m范围处应调整冲程逐渐将洞顶凿穿, 同时防止卡钻、掉钻。

3.4 击穿溶洞顶板

1) 击穿溶洞顶板后, 桩孔内水头压力会迅速下降, 此时应立刻提起钻头将其移置到距离桩孔位置较远的地面上;同时安排专职人员将大水管拖入孔内对桩孔补水, 待桩孔内水头高度相对稳定后, 快速向桩孔内填抛土石混合料, 土石比例应适当, 回填高度至少应高出溶洞顶部位置2m。若桩孔仍然存在漏水现象, 应继续回填土石, 直至水位相对稳定。回填一定时间后观察地面有无塌陷迹象, 若没有安全隐患则可开始后续施工;

2) 钻机重新开始冲孔施工, 当孔内漏水比较严重时开始第二轮回填、冲砸施工, 多次反复循环施工, 直到桩孔冲砸施工后水位稳定性能满足要求为止;

3) 桩孔内不漏水不能说明溶洞范围孔壁能承受混凝土灌注施工时的强大压力。实践经验表明, 当完成第 (2) 步堵漏施工工序后, 还需反复多次进行回填土石、冲砸施工3次以上, 以提高孔壁的抗压能力, 满足灌注混凝土施工要求。

钻进施工穿越溶洞范围后, 可按正常工艺继续钻进施工直到设计桩底。

3.5 终孔检查

终孔桩端全岩面现场应结合以下方面综合判断:1) 从桩孔实际见岩高程开始计算, 至进尺0.5m~1.0m后, 可申报终孔检验;2) 观察井口钢丝绳的摆动情况, 锤头触岩面时会出现轻微的反弹现象;3) 通过采用细网筛捞取挖孔杂物, 岩渣岩屑含量若达到50%~70%, 且砂、泥含量小于3%时, 判定已入岩。

3.6 清孔

采用换桨法进行清孔施工, 通过向孔底压注相应配合比的泥浆, 让孔底钻渣上浮并伴随泥浆流出。为加快清孔施工的速度, 可安排专职施工人员用滤网捞出钻渣。

4 溶洞处理及质量控制措施

1) 该地区地质情况上部为软弱土层 (具有一定的失陷性) , 下部为中风化硬质岩石 (溶洞较发育) 。根据设计要求及现场实际地质实际情况, 大部分桩基需进入中风化岩石10m以上, 而施工过程中因上、下土质软硬不均, 持续冲击下部较硬岩石时的强振动会导致上部土层坍塌, 易造成埋钻和塌孔, 平均每个孔的反复成孔次数为2~3次;

2) 岩溶发育导致漏浆、塌孔现象严重, 如不及时补充水头及多次抛填粘土及块石等填充物及时堵塞溶洞、裂隙带的漏浆空洞, 抬高水头以增加孔壁侧压力, 易造成护筒底部坍塌及埋钻现象, 护筒以下地面大面积坍塌的现象也较易发生。所以, 在溶洞区域钻孔施工时, 要充分准备好水、粘土、石料等材料, 并准备好足够的优质泥浆, 确保意外情况出现时能及时补救处理。在钻进成孔施工过程中, 钻进冲程及泥浆配合比应随着地层变化进行调整, 在上部土层钻进时应采用1m~1.5m小冲程及低稠度泥浆;当冲至溶洞顶板1m处时要加大泥浆比重和稠度, 采用小冲程逐渐凿透溶洞顶板, 同时准备好泥浆泵及水泵, 以及粘土、块石等填充物, 待水头急剧下降时快速填充以保持水头稳定。回填物必须高出溶洞顶一定距离, 采用钻头以小冲程反复冲砸堵漏, 确保水头位置稳定, 保证成孔质量;

3) 在部分现场地质条件不稳定的施工部位, 还要准备8m~10m的钢护筒进行施工, 对好桩位, 将护筒下正至岩面, 要严格控制对接质量及其垂直度, 避免钻头挂到护筒底面及漏浆现象的发生。

5 结论

采用机械成孔施工技术进行溶洞地区的桩基钻孔施工, 有效消除了溶洞对人工挖孔施工造成的施工难度, 也顺利解决了地下水和溶洞对人身安全造成的影响, 消除了爆破施工中的不安全因素, 工期上也进一步得到了保证, 取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]章鸿祥.岩溶地区钻孔桩成孔施工技术[J].科技传播, 2009, 7.

成孔机械 篇6

土在一定土自重或自重压力和外压力作用下, 受水浸湿后结构迅速破坏而发生显著下沉现象, 称为湿陷。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。《湿陷性黄土地区建筑规范》GBJ25-90对湿陷性黄土从工程角度作了明确划分, 将湿陷系数δs≥0.015的黄土定义为湿陷性黄土, 同时将实测或计算自重湿陷量大于7cm的湿陷性黄土定义为自重湿陷性黄土, 将实测或计算自重湿陷量≤7cm的湿陷性黄土定义为非自重湿陷性黄土, 并将黄土湿陷等级划分为轻微 (Ⅰ级) 、中等 (Ⅱ级) 、严重 (Ⅲ级) 、很严重 (Ⅳ级) 4个级别。

2 工程实例

2.1 厂址地形地貌

某厂址位于千河II级阶地, 地形为狭长形带状地形, 地表开阔平坦, 长900m, 宽800m, 自然坡率14.3‰, 地质为Ⅲ-Ⅳ级自重湿陷性黄土。厂址有少量拆迁, 场地下无矿藏, 无文物。据勘察资料, 该工程出露的地层不能满足采用天然地基的设计要求, 需进行地基处理。地基处理采用Φ800和Φ900人工扩底钻孔灌注桩的地基处理方案。

2.2 工程地质及水文地质

(1) 地质概况。该工程地层上部土层为全新统黄土状粉质粘土;中部土层为上更新统黄土状粉质粘土及卵石层;下部为中更新统、卵石和粉质粘土混卵石层, 中更新统地层呈相互交错分布。

(2) 地下水埋藏条件。地下水位较深, 厂区卵石层中无地下水, 可不考虑地下水对桩基施工和基础的影响。

3 成孔

3.1 桩位测放

据业主提供的测量控制网采用全站仪测放。根据施工图和厂区坐标系计算出各控制点和桩位的坐标, 经复核无误后, 进行测放。桩位根据施工进展用极坐标法分批测放。

3.2 埋设护筒

根据测放的桩位, 引出四角控制桩, 保证十字线交点与桩位重合。埋设完护筒后, 校核十字线交点是否与护筒中心重合, 如偏差大于5cm重新埋设护筒, 并保证护筒垂直、水平。人工配合钻机埋设护筒, 护筒埋设高出地面30cm, 周围填土, 人工捣实, 防止人工挖孔时有石块或土块掉到孔内及雨水的流入。

3.3 钻进

(1) 钻机就位。钻机就位应以四角控制桩拉十字线控制, 钻头对准十字线交点, 符合偏差要求后方可开始钻进, 允许偏差要求≤1cm。

(2) 湿陷性黄土段施工。湿陷性黄土段采用旋挖钻机干作业成孔钻进。因地下水位埋藏较深, 桩底标高在地下水位以上, 干作业成孔钻进过程中不易塌孔, 孔壁较完好, 施工质量容易保证。

(3) 砂卵层扩底墩施工。利用旋挖钻机钻入持力层至设计桩底, 人工挖孔施工人员严格按照设计要求尺寸施工扩底墩。扩底完成后现场技术人员必须亲自下孔验收, 合格后填写《隐蔽工程验收记录 (成孔、扩孔工程) 》, 报请监理工程师验收。

4 钢筋笼制作与运输

4.1 钢筋笼除锈与调直

钢筋进场后按规范要求对钢筋原材复验和焊接接头进行检验, 对个别弯曲的钢筋进行调直和除锈处理。

4.2 钢筋焊接

主筋焊接采用闪光对焊, 施工时选用UN-150型150KVA对焊机。钢筋焊接前, 必须据施工条件进行试焊, 合格后方可正式施焊, 焊接时采用连续闪光焊或余热闪光焊工艺。加筋箍筋焊接在自制工装上进行, 焊接采用搭接焊。

4.3 钢筋笼成型

根据现场实际桩长进行制作, 主筋采用闪光对焊连接, 如钢筋笼过长在孔口采用单面或双面焊进行连接, 施工时严格遵守《混凝土结构工程施工及验收规范》 (GB50204) 。

4.4 钢筋笼运输

采用自制钢筋笼运输车运输钢筋笼至施工现场。在运输过程应采取措施, 以保证入孔前钢筋笼主筋的平直, 防止出现永久性变形。

4.5 钢筋笼吊放与定位

由于钢筋笼较长, 钢筋笼吊放采用三点起吊, 在钢筋笼外部设置设置砼垫块, 垫块采用砼滚轴式定位轮, 定位轮直径10cm, 中间使用箍筋贯通, 焊接在主筋上, 以保证钢筋笼在灌注过程中位置不变, 保证钢筋笼保护层厚度。

钢筋笼孔口连接前应在两个相互垂直方向观察钢筋笼是否垂直。焊接完毕下放到桩顶标高位置时, 尽量保证钢筋笼中心线与桩中心尽量重合, 避免桩位偏差过大。钢筋笼安放时采用吊筋固定, 将钢筋笼固定至设计标高。

5 灌注

5.1 导管下设

该工程使用的导管单节长度0.5m、1m、3m、4m。导管长度据孔深进行配置, 灌注混凝土前导管底至孔底为300mm, 导管埋深不宜小于2m且不大于6m, 配管原则:导管总长=孔内管长+孔外管长。孔外管长为施工留置长度, 一般为50cm左右。

5.2 砼灌注

(1) 混凝土运至孔口后, 应先检查混凝土的工作性能, 并留置试件满足设计要求的混凝土方可灌入孔内。砼灌注时应保证混凝土连续灌注, 每根桩确保初灌混凝土初凝前灌注完成。

(2) 混凝土灌注时, 为保证桩身混凝土质量采用大塌落度混凝土, 混凝土塌落度控制在16-18cm范围, 靠混凝土自重密实。因孔深较大, 振捣难度较大, 但为保证桩身混凝土密实度振捣部分分段进行, 每段灌注高度≤1.5m, 灌注时及时测量砼面高度, 据砼面高度及时拆卸导管。灌注过程中为确保桩体砼密实, 每一振点振捣延续时间应使砼面出现浮浆并不再下沉, 振点间距不超过0.3m。

(3) 桩顶5m以下进行振捣, 在桩顶设计标高的基础上超灌高度30cm左右, 保证桩顶混凝土质量。

6 施工遇到的问题

6.1 坍孔

(1) 原因:①夏秋季节雨水较多, 雨水浸泡土体, 孔口及护筒下方土体发生塌陷较多;②局部因地层含水量大, 有上层滞水造成成孔后局部塌孔;③个别地层土质疏松造成塌孔。

(2) 预防及处理措施:①雨季施工注意防雨, 下雨天成孔后采用孔口加盖方法, 防止雨水进入孔内;现场积水及时排出;②在塌孔处下放钢筋笼防护, 或下设长护筒。

6.2 虚土清理不净

(1) 原因:①扩大底清理不彻底;②地下渗水较多。

(2) 预防措施:①加大扩大底验收力度, 每孔技术员必须检验, 验收合格方能进行下一步工;②当地下渗水较多时, 扩底施工前先进行孔外排水, 排水完毕后扩底, 孔底泥浆清理彻底。

7 结论

工程完后检测桩基全部满足承载力要求。干作业 (人工扩底) 灌注桩, 采用机械成孔提高施工进度, 保证施工质量, 选择承载力较高的地层作为桩端持力层, 通过人工扩底提高了单桩承载力, 降低成本。

参考文献

[1]建筑桩基技术规范 (JGJ94-2008) , 北京, 中国建筑工业出版社.

[2]建筑地基基础工程施工质量验收规范 (GB50202-2002) , 中华人民共和国国家标准.

[3]林宗元, 岩土工程治理手册.中国建筑出版社.

成孔机械 篇7

关键词：正循环清孔,泵吸反循环清孔,成孔深度,沉渣厚度

1 概述

钻孔灌注桩作为一种基础形式, 目前在南京河西地区的高层建筑及大型公共建筑的基础都采用钻孔灌注桩, 在这些工程中, 有的采用泥浆护壁正循环钻孔正循环清孔;有的采用泥浆护壁正循环钻孔泵吸反循环清孔。在这个地区的地质中有一层粉细砂, 还有一层中粗砂混卵石, 桩端持力层一般为中风化粉砂质泥岩, 埋深51.60 m~63.70 m, 属于长钻孔灌注桩。一旦因为地质条件或者施工质量控制不当造成塌孔、桩底沉渣厚等事故, 处理起来比较麻烦, 从而影响到成桩的质量, 形成了质量安全隐患。本文通过以下2个具有代表性案例来表述笔者的见解。检测使用仪器均为上海昌吉地质仪器有限公司生产的JJC-1D型灌注桩孔径检测系统, 检测方法为接触式仪器组合法。

2 案例

2.1 案例一

本工程位于南京市建邺区河西大街附近, 为试桩, 桩型为钻孔灌注桩, 桩径为800 mm和1 000 mm。施工工艺采用泥浆护壁正循环钻孔正循环清孔, 施工机型为GPS20。检测试桩桩号:SH1, SH2, SH9。

2.1.1 工程地质条件

地质资料表明, 设计桩长范围内, 拟建场地岩土层可分为四大工程地质层, 8个亚层, 自上至下如下:

(1) 1杂填土; (1) 2淤泥质填土; (2) 1淤泥质粉质粘土夹粉土; (2) 2淤泥质粉质粘土夹粉土、粉砂; (3) 1粉砂夹粉土、粉质粘土; (3) 2粉细砂; (4) 1强风化粉砂质泥岩; (4) 2中风化粉砂质泥岩。

2.1.2 结果及说明

说明:根据设计要求, 试桩需进行成孔质量检测, 检测依据GB 50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范中相关规定。

2011年11月26日下午检测SH2号桩, 一次清孔时间2 h。检测时, 业主代表和现场监理均到场, 检测数据出来后, 判定为塌孔, 施工单位在现场监理和业主的见证下用测绳测量孔深, 测深43.8 m。施工单位对此桩进行重新成孔。

2011年11月27日晚上检测SH9号桩。受SH2号桩检测的影响, 施工单位在SH1号桩钻孔到设计深度后, 一次清孔时间4 h。检测时, 业主代表和现场监理均到场。检测数据出来后, 施工单位在现场监理和业主的见证下又用测绳测量孔深, 测深49.4 m, 判定清孔不达标。施工单位对此桩进行重新清孔。

2011年11月27日晚上检测SH1号桩。受SH2号、SH9号桩检测的影响, 施工单位在SH1号桩钻孔到设计深度后, 一次清孔时间5 h, 现场监理用测绳测量孔深, 达到设计深度。检测时, 业主代表和现场监理均到场。检测数据出来后, 判定清孔不达标。施工单位和业主代表、现场监理商定对此桩先进行下钢筋笼, 重点加强二次清孔。

2.2 案例二

本工程位于南京市建邺区江东南路马东广场附近, 桩型为钻孔灌注桩, 桩径为800 mm和1 000 mm。施工工艺分别采用泥浆护壁正循环钻孔正循环清孔和泥浆护壁正循环钻孔泵吸反循环清孔, 施工机型为GPS10 (正循环清孔) 和汽车钻反循环钻机。检测桩号:S2 (试桩) , 57, 129。

2.2.1 工程地质条件

地质资料表明, 设计桩长范围内, 拟建场地岩土层自上至下如下:

(1) 1杂填土; (1) 2素填土; (2) 1淤泥质粉质粘土夹粉土; (2) 2粉土夹粉质粘土; (3) 1粉细砂; (3) 2粉细砂; (3) 2A粉质粘土; (4) 砾砂; (5) 1强风化泥质粉砂岩; (5) 2中风化泥质粉砂岩 (软弱层) ; (5) 3中风化泥质粉砂岩。

2.2.2 结果及说明

说明:根据设计要求, 钻孔灌注桩需按总桩数的10%进行成孔质量抽样检测, 检测依据GB 50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范中相关规定。

2013年4月7日下午检测S2号桩, 该桩为施工单位测试泥浆护壁正循环钻孔泵吸反循环清孔施工工艺是否满足设计要求, 自行试成孔, 一次清孔时间0.5 h。提钻杆, 拆卸钻杆、钻头, 共用时3 h左右。检测前, 业主代表到场, 检测过程中停电1 h左右, 来电后重新检测。检测数据出来后, 施工单位和业主代表非常满意, 确定按此工艺进行工程桩的施工。

2013年4月17日下午检测57号桩。57号桩钻孔到设计深度后, 一次清孔时间1 h。检测数据出来后, 其满足规范和设计要求。

2013年4月24日中午检测129号桩。129号桩钻孔到设计深度后, 一次清孔时间5 h。检测数据出来后, 其满足规范和设计要求。

受检桩孔检测数据汇总见表1。

3 结语

泥浆护壁正循环钻孔正循环清孔, 是通过泥浆循环把孔底的沉渣带走, 这对泥浆的浓度都有一定的要求, 通常采用膨润土制浆来保证泥浆质量。现在市场上膨润土资源紧张, 价格高, 为降低成本, 采用外购泥浆, 而这些外购的泥浆又有部分是从其他工地转过来的, 很难保证泥浆质量。再有, 施工单位为了赶工期, 人为的缩短清孔时间, 这样长钻孔灌注桩一次清孔的质量就不能保证, 也容易造成塌孔。其中, 最难控制的是一次清孔后的沉渣厚度, 因为桩孔比较长, 在提钻前施工单位自检时孔深和沉渣厚度都能合格, 但在经过2 h~3 h的拆卸钻杆和钻头后, 在孔底会沉淀出2 m~4 m的沉渣, 那么二次清孔后很难满足规范和设计的要求。

泥浆护壁泵吸反循环是通过砂石泵的抽吸作用, 在钻杆内腔形成负压, 在孔内液柱和大气压的作用下, 钻孔中的泥浆流向孔底, 将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔, 再经过砂石泵排至地面沉淀池内;沉淀后, 泥浆流向孔内, 形成反循环。泵吸反循环本身所具有的特点, 对提高成孔效率和成孔质量带来如下一些好处:

1) 钻进成孔速度与成孔效率有大幅度提高。钻进过程就是清孔过程, 节省了时间同时又可靠地保证孔底沉渣符合要求。钻进成孔速度的提高和清孔时间的缩短促进施工效率的提高, 缩短成桩周期, 能有效地保证施工工期。

2) 孔壁稳定、成孔质量好。

3) 提高单桩承载力。

4) 废浆运量减少, 降低施工成本。

5) 适应性广。

当然反循环钻进也有自身的缺点, 如水泵故障多以及循环系统复杂等, 汽车钻反循环钻机对场地要求也较正循环钻机高。

受文字数量限制不能展开论述, 还有很多的工程案例数据未能罗列出来, 列出来的也只是个别工程中的具有代表普遍性的数据, 用以佐证在南京河西地区的长钻孔灌注桩, 应尽可能采用泥浆护壁反循环清孔的施工工艺。

参考文献

[1]GB 50202-2002, 建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[2]JGJ 94-2008, 建筑桩基技术规范[S].