机械旋挖成孔灌注桩施工工艺.docx
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机械旋挖成孔灌注桩施工工艺
旋
挖
成
孔
灌
注
桩
一、 一般规定
1旋挖成孔施工具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、自带动力、无泥浆循环等特点,适用于对噪音、振动、泥浆污染要求严的场地施工。
2适用地层:
除基岩、漂石等地层外,一般地层均可用旋挖方法成孔。
3成孔直径一般为600~3000mm,一般最大孔深达76m。
4多用于大型建(构)筑物(如大型立交桥、工业与民用建筑)基础桩、抗浮桩及用于基坑支护的护坡桩等。
二、 材料要求
1预搅拌混凝土:
坍落度一般要求为180~200mm,和易性及标号符合设计要求,常用标号为C20~C40。
2钢筋:
品种和规格均符合设计要求,并有出厂合格证及复试合格报告。
3垫块:
用1:
3水泥砂浆埋22#火烧丝提前预制或用水泥砂浆做成轻式预制块或采用塑料卡。
4火烧丝:
规格18~22#。
5盖板:
盖孔使用。
6钻机耗材:
液压油、齿轮油、润滑油、柴油、钢丝绳、斗齿、齿座、销垫等符合要求。
7 泥浆制备材料;膨润土、纯碱、外加剂等符合要求。
三、 主要机具
一般采用进口或国产旋挖钻机及与之相配套的各类钻头、泥浆泵、泥浆管、导管、电焊机、测绳等。
1旋挖钻机:
目前国内常用旋挖钻机主要有意大利R-208、R-312、R-412、R-516、R-618、R-622、R-725、R-825、R-930,德国BG-15、BG-18、BG-22、BG-25及日本的旋挖钻机。
表1 旋挖钻机主要技术性能参数表
钻机型号
R-412
R-516
R-622
BG-15
BG-18
最大钻孔直径(mm)
1500
2000/1500
2500
1800
1800
最大孔深(m)
55
41/61
77
52
64
最大扭矩(kNm)
122
165
201
172
205
主卷扬最在起拔力(kN)
150
170
200
160
233
副卷扬最大起拔力(kN)
65
75
140
80
80
发动机最大功率(kW)
169
224
300
148
148
整机重量(T)
48
60
70
52
70
2钻杆:
旋挖钻机常用钻杆有传动键伸缩式圆钻杆和伸缩式方钻杆。
传动键伸缩式圆钻杆双分为机锁式、摩阻式和多锁式。
3 旋挖钻斗:
旋挖钻机常用钻斗有:
底开式钻斗、半合式钻斗、销定式钻斗,其中底开式最为常见,分为普通单盖和捞砂双层底式。
4斗齿:
常用的有楔形及弯角齿套两种,切削角为35º~55º,小切削角适用于软土层钻进,弯角齿套切削角为60º~70º,适用于硬土层钻进。
5 导管:
宜用厚壁丝扣连接的钢导管,规格有200、250、300、350等,且密封性良好。
6 测绳:
要求标准点牢固,绳体伸缩性低。
四、 作业条件
(一)熟悉工程图纸和工程地质资料,踏勘施工现场。
检查设计图纸是否符合国家有关规范,图纸表示是否明确无误,掌握地表、地质、水文等勘察资料,场地要平整,且地耐力不少于100kPa,施工桩点5m以内应无空中障碍。
(二) 根据用量选择合适的管道供水,并选择合适的配电。
(三)钻头、钻杆以及钢丝绳长度的选取,依据地层条件不同选择不同钻头与钻杆,一般机锁式钻杆适用坚硬地层,而摩阻式钻杆适于一般较软地层。
钢丝绳长度选择可按如下公式确定:
钢丝绳长度=孔深+机高+15~20m。
(四)消耗材料的物资准备,包括:
钻机配套的润滑油、液压油、柴油、钢丝绳、斗齿等各种零部件的购买或预订;工艺要求上需要准备的膨润土、纯碱及各种泥浆外加剂、护筒、电焊机、各种管线、电缆线等。
(五)现场布置与设备调试:
设计总平面图,并依据平面图进行布置,搭建临时设施,砌筑深层次池,泥浆池大小一般为钻孔体积的1.5~2倍,高约1.5m。
对钻机和各种配套设施进行安装调试,确保其安全可靠性及完好性。
(六)清除障碍物:
特别注意空中设施如高压输电线、电缆等。
施工前要收集场地作业面地下的各种设施,包括电缆、管线、枯井、防空洞、地下管道、古墓、暗沟等,事先标识或拆除处理完毕。
五、施工工艺
(一)旋挖成桩灌注桩施工工艺流程图。
如图13.5.1。
(二)钻机安装就位:
要求地耐力不小于100kPa,履盘座落的位置应平整,坡度不大于3°,避免因场地不平整,产生功率损失及倾斜位移,重心高还易引发安全事故。
(三)拴桩:
桩位置确定后,用两根互相垂直的直线相交于桩点,并定出十字控制点,做好标识并妥加保护。
(四)对准桩位:
首先调整旋挖钻机的桅杆,使之处于铅垂状态,让钻斗或螺旋钻头对正桩位。
(五)埋设护筒:
定出十字控制桩后,可采用钻机进行开孔钻进取土,钻至设计深度,进行护筒埋设,护筒宜采用10mm以上厚钢板制作,护筒直径应大于孔径200mm左右,护筒的长度应视地层情况合理选择。
护筒顶部应高出地面200mm左右,周围用粘土填埋并夯实,护筒底应座落在稳定的土层上,中心偏差不得大于50mm。
测量孔深的水准点,用水准仪将高程引至护筒顶部,并做好记录。
图13.5.1
(六)泥浆制作:
采用现场泥浆搅拌机制作,宜先加水并计算体积,在搅拌下加入规定的膨润土,纯碱以溶液的方式在搅拌下徐徐加入,搅拌时间一般不少于3min,必要时还可加入其他外加剂如增粘降失水剂、重晶石粉增大泥浆比重,锯末、棉子等防止漏浆。
制备泥浆的性能指标如下表。
制备泥浆性能指标
项 目
性能指标
检验方法
比 重
1.04~1.18
泥浆比重计
粘度
18~25s
500/700漏斗法
固相含量
6%~8%
胶体率
>95%
含 砂率
<2%
PH值
7~9
PH试纸
(七) 旋挖钻进成孔。
1 钻头着地,旋转,钻进。
以钻具钻头自重和加压油缸的压力作为钻进压力,每一回次的钻进量应以深度仪表为参考,以说明书钻速、钻压扭矩为指导,进尺量适当,不多钻,也不少钻。
钻多,辅助时间加长,钻少,回次进尺小,效率降低。
2当钻斗内装满土、砂后,将其提升上来,注意地下水位变化情况,并灌注泥浆。
3 旋转钻机,将钻斗内的上卸出,用铲车及时运走,运至不影响施工作业为止。
4 关闭钻斗活门,将钻机转回孔口,降落钻斗,继续钻进。
5为保证孔壁稳定,应视表土松散层厚度,孔口下入长度适当的护筒,并保持泥浆液面高度,随泥浆损耗及孔深增加,应及时向孔内补充泥浆,以维持孔内压力平衡。
6 钻遇软层,特别是粘性土层,应选用较长斗齿及齿间距较大的钻斗以免糊钻,提钻后应经常检查底部切削齿,及时清理齿间粘泥,更换已磨钝的斗齿。
钻遇硬土层,如发现每回次钻进深度太小、钻斗内碎渣量太少,可换一个较小直径钻斗,先钻一小孔,然后再用直径适宜钻斗扩孔。
7 钻砂卵砾石层,为加固孔壁和便于取出砂卵砾石,可事先向孔内投入适量粘土球,采用双层底板捞砂钻斗,以防提钻过程中砂卵砾石从底部漏掉。
8提升钻头过快,易产生负压,造成孔壁坍塌,一般钻斗提升速度可按下表推荐值使用。
钻斗升降速度推荐值
桩径
(mm)
装满渣土
钻斗提升
(m/s)
空钻斗
升降
(m/s)
桩径
(mm)
装满渣土
钻斗提升
(m/s)
空钻斗
升降
(m/s)
700
0.973
1.210
1300
0.628
0.830
1200
0.748
0.830
1500
0.575
0.830
9在桩端持力层钻进时,可能会由于钻斗的提升引起持力层的松驰,因此在接近孔底标高时应注意减小钻斗的提升速度。
(八)清孔:
因旋挖钻用泥浆不循环,在保障泥浆稳定的情况下,清除孔底沉渣,一般用双层底捞砂钻斗,在不进尺的情况下,回转钻斗使沉渣尽可能地进入斗内,反转,封闭斗门,即可达到清孔的目的。
(九)钢筋笼制作,按设计图纸及规范要求制作。
一般不超过29m长可在地表一次成型,超过29m,宜在孔口焊接。
(十)下钢筋笼:
钢筋笼场内移运可用人工抬运或用平车加托架移运,不可使钢筋笼产生永久性变形;钢筋笼起吊要采用双点起吊,钢筋笼大时要用两个吊车同时多点起吊,对正孔位,徐徐下入,不准强行压入。
(十一)下导管:
导管连接要密封、顺直,导管下口离孔底约3Ocm即可,导管平台应平整,夹板牢固可靠。
(十二)浇注混凝土:
1 钢筋笼、导管下放完毕,作隐蔽检查,必要时进行二次清孔,验收合格后,立即浇注混凝土。
2 使用预拌混凝土应具备设计的标号,良好的和易性,坍落度宜为180~220mm。
3初灌量应保证导管下端埋入混凝土面下不少于0.8m。
4隔水塞应具有良好的隔水性能,并能顺利排出。
5导管埋深保证2~6m,随着混凝土面上升,随时提升导管。
6混凝土灌至钢筋笼下端时,为防止钢筋笼上浮,应采取如下措施,在孔口固定钢筋笼上端;灌注时间尽量缩短,防止混凝土进入钢筋笼时流动性变差;当孔内混凝土面进入钢筋笼1~2m时,应适当提升导管,减小导管埋深,增大钢筋笼在下层混凝土中的埋置深度。
7 灌注结束时,控制桩顶标高,混凝土面应超过设计桩顶标高300~500mm,保障桩头质量。
(十三)冬雨季施工。
1雨季施工的要求:
露天使用的电气设备、闸箱的防雨措施可靠,放置较高位置,电焊机等导电设备应加护雨罩。
电气设备的接地保护牢靠,漏电保护装置灵敏,操作人员应使用绝缘工具。
旋挖钻机雨季施工应有防雷接地,并定期检查。
检查有无地基塌陷情况,在旋挖钻机行走时,务必避开塌陷地段。
2冬季施工的要求:
钻机上、下拖板时,应有防滑措施,避免侧滑引起安全事故。
设备保养过程中,衣着灵便,高空作业时系好安全带。
水管泥浆管不用时,应清理干净,整好存放,防止冻冰。
注意观察护筒周围土层情况,防止因泥浆浸泡而化冻,发生坍孔事故。
施工现场办公区、生活区所用取暖装置均应安全、可靠。
六、 质量标准
1施工前应对水泥、砂、石子(如现场搅拌)、钢材等原材料进行检查,对施工组织设计中制定的施工顺序、监测手段(包括仪器、方法)也应检查。
2施工中应对成孔、清渣、放置钢筋笼、灌注混凝土等进行全过程检查,嵌岩桩必须有桩端持力层的岩性报告。
3施工结束后,应检查混凝土强度,并应做桩体质量及承载力的检验。
4混凝土灌注桩的质量检验标准应符合表1、2的规定。
表1 混凝土灌注桩钢筋笼质量检验标准(mm)
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检验方法
主控
项目
1
主筋间距
±10
用钢尺量
2
长度
±100
用钢尺量
一般
项目
1
钢筋材质检验
设计要求
抽样送检
2
箍筋间距
±20
用钢尺量
3
直径
±10
用钢尺量
表2 混凝土灌注桩质量检验标准
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检验方法
单位
数量
主控
项目
1
桩位
见GB50202-2002表5.1.4
基坑开挖前量护筒,开挖后量桩中心
2
孔深
mm
+300
只深不浅,用重锤测,或测钻杆,套管长度,嵌岩桩应确保进入设计要求的嵌岩深度
3
桩体质量检验
按基桩检测技术规范。
如钻芯取样,大直径嵌岩桩应钻至桩尖下500mm
按基桩检测技术规范
4
混凝土强度
设计要求
试件报告或钻芯取样送检
5
承载力
按基桩检测技术规范
按基桩检测技术规范
一
般
项
目
1
垂直度
见GB50202-2002表5.1.4
测套管或钻杆,或用超声波探测,干施工时吊垂球
2
桩径
见GB50202-2002表5.1.4
井径仪或超声波检测,干施工时用钢尺量
3
泥浆比重(粘土或沙性土中)
1.15~1.210
用比重计测,清孔后在距孔底500mm处取样
4
泥浆面标高(高于地下水位)
m
0.5~1.0
目测
5
沉渣厚度:
端承桩
摩擦桩
mm
mm
≤50
≤150
用沉渣仪或重锤测量
7
钢筋笼安装深度
mm
±100
用钢尺量
8
混凝土充盈系数
>1
检查每根桩的实际灌注量
9
桩顶标高
mm
+30
-50
水准仪,需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体
七、 成品保护
1成孔的保护,若灌注不及时,应将孔内注满优质泥浆,孔口用盖板盖好,防止行人及杂物掉入孔内.
2 钢筋笼的保护,雨天应覆盖防止雨淋,防止钢筋生锈,地面应平整,防止钢筋笼变形,不能直接放于潮湿的地面.
3 成桩的保护,旋挖成孔灌注施工完毕,桩头应进行保护,冬季时要有防冻措施.
八、注意事项
1 主机倾覆.旋挖钻机底盘一般采用挖掘机或履带吊车的底盘,加之二十米高立柱和十几米高的凯式钻杆,使整机重心升高,稳定性降低.如果地耐力不均匀,移机过程中两条履带产生不均匀沉降,例如一条履带经过废弃泥浆坑及填土而坠落,即产生侧向倾倒。
或由于用副卷扬起吊重物,在报警装置失灵情况下,起吊力矩大于抗倾覆力矩,导致主机倾倒。
预防措施是:
移机时摸清地形,严禁盲目起车行走;起吊重物时,一定要在起吊允许范围内,且重物位于钻机正前方。
2 主绳断裂。
由于主绳过度磨损,起下钻不均匀产生冲击和震动,导致主绳断裂.要经常检查主绳磨损情况,操作平稳可靠,万一发生断绳事故,应立即处理,以防发生埋钻事故.
3 坍孔.旋挖成孔灌注桩施工大多在第四纪松散地层,坍孔是灌注桩施工中最为常见的事故.主要原因有:
泥浆稳定液选择不当,护筒埋设不当,水头压力不够等.预防措施有:
钻进前即选择与地层相适应的泥浆稳定液护壁钻进.护筒应埋置在稳定地层,周围用粘土捣实,埋置位置应与孔位同心.松散的粉砂层钻进时,应适当控制进尺速度,轻压慢进.终孔后,做灌注混凝土准备工作时,仍应保证足够的补水量.
4埋钻.埋钻事故一般发生在坍孔、卡钻、主绳断裂等事故发生之后,原因主要有:
泥浆性能与地层要求不相适应,产生坍孔后发生埋钻;卡钻、主绳断裂等事故处理时间过长,产生大量沉淀引起埋钻。
发生埋钻事故后,可采用辅助提升法、气举松动法或近旁钻孔法进行处理。
5 孔斜。
产生孔斜的原因是钻进松散地层中遇有较大圆滑弧石或探头石,将钻具挤离钻孔轴线,钻具由软地进入硬地层或粒径差别太大的砂砾层时,钻头所受阻力不均,导致钻具偏斜,造成孔斜。
或者钻机位置发生串动,或底座产生局部下沉使钻孔倾斜。
预防措施是:
用好泥浆稳定液,保持孔壁稳地,放慢钻进速度,加固钻机底座,提高地耐力,采用导向性好,桅杆刚性强的旋挖钻机进行施工。
6 粘土层缩径、糊钻:
粘土层具有较强的早浆能力和遇水膨胀的特性,钻进中除应严格控制泥浆粘度增大外,还应适量向孔内投部分砂砾,防止糊钻,钻进时不宜用捞砂斗钻进,应选择扩大器稍大的单底钻头钻进。