机械成孔桩预应力锚索护壁技术.docx
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机械成孔桩预应力锚索护壁技术
机械成孔桩预应力锚索护壁技术
一研究的背景和意义
基础护壁桩常规采用人工挖孔桩普通网喷砼护壁，但对于本工程12.5m的埋深采用人工成孔在安全、质量、成本上有较大不利影响。
因此研究采用一种新的护壁技术，对安全、质量、成本等控制有着非常重要的意义。
二、研究内容
研究对象：
基坑护壁支护桩间护壁网喷。
需要解决的关健技术无问题：
1、桩机械成孔、钢筋制安、砼浇筑。
2、预应力锚索护壁
三、解决关键问题的方法
1、机械成孔：
测定桩----护筒设置-----钻机就位-----泥浆制备-----钻进-----清孔、检孔、成孔验收
2、钢筋制安：
安设计选择钢材----钢筋加工制作----钢筋运输吊装
3、混凝土灌注：
安设计选择砼----混凝土浇筑（应按参数控制）
4、预应力锚索护壁：
测量放孔→成孔→下锚索→拔管→做封浆塞→压力注浆→预张拉→锁定。
四、适用范围：
较大较深基坑或周围有重要的建筑物或构筑物
五、关键技术
1、利用旋挖钻机跳挖方式成孔
2、采用锚索预张拉给护壁桩施加预应力
六、施工工艺方法
（一）、旋挖钻机成孔施工
1、施工工艺介绍
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：
2、施工技术要求
①护壁桩桩身结构按设计要求。
②护壁桩施工时，应按测放桩点开挖，平面误差不得超过5cm，桩径误差：
±5cm。
③护壁桩桩身应保持垂直，垂直度误差≤0.3％。
④钢筋笼在绑扎，吊装和埋设时，应确保钢筋笼的安放方向与设计方向、位置一致。
⑤浇筑商品砼时，应严格控制进场商品砼的材质。
⑥桩身主筋与主筋连接必须采用焊接，焊接试验必须合格。
钢筋笼主筋的接头必须符合施工规程的要求。
3、旋挖施工简述
测定桩位
根据设计的支护桩平面位置及控制坐标，由测量人员测放出支护桩桩位，并打入木桩以作标记。
桩位测放偏差应控制在5cm以内。
桩位用ø10mm、长度35~40cm钢筋打入地面30cm（四周填以水泥砂浆或混凝土来保护）作为桩的中心点，然后在桩位周围做上标记，既便于寻找又可防止机械移位时破坏桩点。
护筒设置
护筒具有导正钻具、控制桩位、隔离地面水渗漏、防止孔口坍塌、抬高孔内静压水头和固定钢筋笼等作用，应认真埋设。
埋设时，先放出桩位中心点，在护筒外80~l00cm的过中心点的正交十字线上埋设控制桩，然后在桩位外挖出比护筒大60cm的圆坑，深度2.0m，在坑底填筑20cm厚的粘土，夯实，然后将护筒用钢丝绳对称吊放进孔内，在护筒上找出护筒的圆心（可拉正交十字线），然后通过控制桩放样，找出桩位中心，移动护筒，使护筒的中心与桩位中心重合，同时用水平尺（或吊线坠）校验护筒竖直后，在护筒周围回填含水量适合的粘土，分层夯实，夯填时要防止护筒的偏斜，护筒埋设后，质量员和监理工程师验收护筒中心偏差和孔口标高。
当中心偏差符合要求后，可钻机就位开钻。
钻机就位
旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，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，误差控制在2cm内。
泥浆制备
钻孔前先开挖泥浆池，泥浆池的深度为地面-2m左右。
然后进行泥浆配制，泥浆所要用的水、粘土和添加剂按适当的比例调制，在钻孔过程中使其性能指标达到技术规范要求。
泥浆原料宜选用优质膨润土，为了提高泥浆的黏度和胶体率，可在泥浆中投入适量的烧碱或碳酸钠。
其掺量由试验决定。
泥浆性能指标见下表：
泥浆性能指标
项目
指标
膨润土的最低浓度
8%
泥浆的最小粘度（500/500ml）
25s
失水率的限度（0.3N/mm2）每30min
20ml
PH值最高限度
11.0
根据现场实际情况，在中间场地设置2~3个造浆池和泥浆净化、循环系统，具体布置如下图所示：
钻进
当钻机就位准确，泥浆制备合格后即开始钻进，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，可以选用四种钻头：
挖土钻头、挖砂钻头、筒钻、螺旋钻头。
清孔、检孔、成孔验收
A、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。
清孔采用挖斗反复捞取沉渣，直到其厚度符合规范要求（≤50mm），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。
B、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。
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6m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。
当然，也可采用旋挖钻头上下提钻对孔位进行检查。
C、成孔验收
成孔达到如下质量标准后，即可进行下一到工序的施工。
旋挖钻进成孔质量标准
护筒埋设
偏差（mm）
孔径
（mm）
孔深
（mm）
桩位偏差
（mm）
沉渣厚度
（mm）
轴线和垂直轴线方向（㎜）
垂直度偏差
50
±50
300
±50
≤50
±50
≤0.5%
灌注前泥浆性能指标
相对密度
粘度pa.s
酸碱性PH
胶体率（%）
砂率（%）
1.10
19
8-10
≥95
≤4
（四）、钢筋笼制作、运输及安装
（1）、钢筋材质
桩身结构安设计方案。
所有钢筋必须有质保书。
钢筋进场后，现场见证取样送实验室复检，复检合格后方可用于工程中。
（2）、钢筋的加工
HPB235级钢筋采用钢筋调直机调直，HRB335级钢筋采用人工调直，钢筋下料采用切割机或断料机，钢筋弯曲采用钢筋弯曲机。
主筋焊接采用闪光对焊或搭接焊，且保证焊接后两主筋中心在同一直线上（同心焊）。
（3）、钢筋笼制作
A、为了保证吊装及运输过程中钢筋笼不变形，钢筋笼必须采取整体强度加强措施。
B、加强钢筋的制作：
为制作加强钢筋，先搭设一钢板工作平台，在平台上用钢筋头焊出一个与加强筋内径相等的圆，作为加强筋加工的模具。
加强筋焊接采用双面焊，焊接时为防止焊接变形，应先点焊，再焊单面，冷却后再焊另一面。
加工完毕后满载加强筋周围画出主筋位置，堆放整齐。
C、主筋的加工：
对主筋进行下料、配料、焊接，为保证接头错位及孔口搭接的准确性，在工作平台上将主筋摆放好，在主筋上画出与加强筋相交的位置。
焊接可采用闪光对焊或搭接焊。
同一截面（两钢筋接头相距在35d以内，或两焊接接头相距在50cm以内，或两绑扎接头的中距在绑扎长度以内，均视为处于同一截面）内钢筋接头不得超过50%，同一根钢筋上不得配置过多接头，并要避开受弯应力处。
D、主筋与加强筋的定位：
根据加工场地情况，采用胎具成型法定位，每个胎具由一个半圆型组成，用钢板或3~4cm厚的木板，挖去以钢筋笼外径加一主筋直径为直径的半圆，在凹半圆内按钢筋笼主筋间距设置与主筋半径相同的凹槽。
每隔2~3m设置胎具一个，用铁桩固定于地面，并使每个相对应的凹槽在同一直线上。
加工钢筋笼时，将画好线的主筋放入胎具凹槽，让主筋的画线与加强筋的画线一一对上，进行点焊定位，上半圆钢筋利用画线进行焊接定位。
（4）、钢筋笼的运输和吊装
成型的钢筋笼用专用平板车运至孔口。
钢筋笼的吊装用16t吊车来完成，采用二点起吊的方法。
第一吊点设在钢筋笼顶部的加劲箍处，第二吊点设在骨架长度的中部偏下。
起吊时，先起第一吊点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊。
待骨架离开地面一定高度后，第二吊点停止起吊，继续提升第一吊点。
随着第一吊点不断上升，慢慢的放松第二吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。
人工配合把钢筋笼扶正后慢慢放入孔内，同时解除第二吊点。
钢笼下放时严禁摆动碰撞孔壁。
当骨架下到钢筋笼顶部的加劲箍处，用40钢轨穿过加劲箍的下方，将骨架稳定的支撑于孔口临时平台上，再按照上述方法起吊第二节钢筋笼。
轴线与第一节对准后，进行钢筋接头连接。
以此类推，直到全笼完成。
用4根ф20的钢筋与钢筋笼的主筋相焊接并与孔口型钢连接固定后，通过预埋在护筒四周的四个护桩打一道十字线，钢筋笼的4根定位钢筋再打一道十字线，通过二道十字线对钢筋笼进行定位。
二道十字线的交叉点如果在同一铅垂线上，则钢筋笼位置居于钻孔桩的中心。
二个交叉点在水平面上的投影的最大误差不大于20mm。
定位合格后，通过护筒顶标高，推算钢筋笼入护筒深度并准确安装定位。
（5）、防止钢筋笼上浮的措施
①将钢筋笼顶端焊固在护筒上；
②混凝土表面在钢筋笼底部上下1m之间时，应放慢混凝土灌注速度；混凝土表面上升到笼底口4m以上时，提升导管，使其底口高于笼底部2m以上，即可恢复正常灌注速度。
（五）、导管安装
（1）导管的选用和检查
导管采用直径ф300mm、壁厚6mm的无缝钢管，每节2.0m，配2节1m，用以调节导管的长度及漏斗的高度。
导管的连接采用法兰螺栓连接。
并在二法兰盘之间垫有4~5mm厚的橡胶止水垫圈。
在下导管前，首先检查其是否损坏，密封圈、卡口是否完好，内壁是否光滑圆顺，接头是否严密。
再进行水密承压和接头抗拉实验，以检查导管的密封性能、接头抗拉能力。
具体实验方法如下：
①平整好场地，每隔一米铺设方木一根并找平。
②在方木上安装放置导管，上好前、后封盖。
导管受压力计算公式如下：
p＝γ1×hc-γ2×hw
γ1—混凝土的重度
hc—导管内砼最大高度（桩长的2/3）
γ2—井孔内泥浆的重度
hw—井孔内泥浆的深度
p—导管可能受到的最大压力（kPa）
（2）导管长度的计算和吊放
以实际孔底标高和孔口架之间的距离来配置需要导管长度，并欲留30~50cm的悬空高度。
拼装时要严格检查导管内壁和法兰盘表面，确保干净无杂物，变形和磨损严重的导管严禁使用，导管的吊放用吊机，要确保其居于孔的中心位置，下放速度要慢，防止卡挂钢筋笼骨架。
（六）、混凝土灌注
护壁桩砼采用商品砼，浇筑工作应在隐蔽工程签证手续齐全之后方可进行。
浇筑应预留主筋，以便与桩顶冠梁相联。
（1）商品混凝土选择
采用适于水下浇注的商品混凝土。
所选商品砼搅拌站应为合格供方，并出具资格证书、砼配合比报告及相关的材质证明书。
（2）混凝土参数控制
配制水下混凝土所用水泥的初凝时间不宜早于2.5小时；混凝土拌和物应有良好的和易性，其坍落度宜为18~22cm；混凝土在运输过程中应持续拌和，到现场时应无显著离析、泌水现象。
灌注水下混凝土之前，要再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度，如符合规范要求后，再进行浇筑。
浇筑前检查混凝土的均匀性和坍落度等指标。
首批混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充底部的要求，其数量的计算式为：
V≥πD2（H1+H2）/4+πd2h1/4
式中：
V—灌注首批混凝土所需数量（m3）；
D—桩孔直径（m）；
H1—桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m；
H2—导管初次埋置深度（m）；
d—导管内径（m）；
h1—桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m）；
其中h1=Hwrw/rc
式中：
Hw—井孔内水或泥浆的深度（m）；
rw—井孔内水或泥浆的重度（kN/m3）；
rc—混凝土拌和物的重度（取24kN/m3）；
（3）水下混凝土灌注要求
水下混凝土的灌注应该在最短的时间内完成。
导管下好后，根据孔内泥浆指标和沉淀层厚度进行必要的二次清孔，确保混凝土浇注的顺利进行。
首批混凝土的灌注要满足如下几点要求：
①首次封底砼方量需1.76m3。
储料斗的容积为2.0m3。
②封底后导管有1.0m以上的埋深，导管内有一部分砼填充。
③储料斗的底部要设置一道隔水栓。
在灌注时，用汽车吊的主勾吊起储料斗，与导管相连接，把隔水栓堵放在其底部，向斗内注满混凝土后，用吊机副勾钢丝绳把隔水栓快速提出，使混凝土在很短的时间内降落到孔底，完成封底工作，之后，应连续、紧凑的进行灌注，严禁中途停工。
在灌注混凝土的过程中，每灌注一盘后，及时用测绳检测混凝土面的上升高度，计算出导管在混凝土中的埋深，一般情况下导管的埋深控制在2~6m，即拆导管前埋深不大于6m，拆导管后埋深不小于2m。
每次拔管一根，每根导管的长度为2.0m，要遵循“勤拔少拔”的原则，不能通过增加导管埋深来每次拔两根或两根以上的方法来减少拔管次数。
当混凝土灌注到距桩顶设计标高还有4.5m左右的距离时，现场技术人员及时的计算出还需要的混凝土数量，并通知拌和站按需要量拌制以减少浪费。
为保证桩顶砼质量，在施工中我们要求比桩顶设计标高超灌50cm，同时用“掏筒”探测砼质量，确认合格后方可提出导管，结束混凝土的灌注工作。
拆除导管时，动作要快，时间一般不超过15min。
要防止螺栓、密封圈和工具掉入孔内，注意安全。
（4）凿除桩头
本工程为泥浆护壁旋挖灌注桩，采用水下浇筑方式成桩，为保证桩身质量及达到设计桩径要求，在桩顶设计标高以上应加灌一定高度，以便灌注结束后将此段混凝土清除，增加的高度按0.5m左右计。
在混凝土初凝前应将桩顶抹平，避免出现收缩裂缝和环向干缩裂缝。
为减少以后凿除桩头的工作量，可在灌注结束后，混凝土终凝前，凿除多余的一段桩头，保留10~20cm，以待随后凿除，接冠梁。
混凝土初凝后洒水、覆盖麻袋、草帘养护，随时保持表面湿润，养护期要求在7昼夜以上，以防止产生收缩裂缝，保证混凝土在其规定期内达到设计强度。
（5）试验检测
1、每桩应抽检试块一组（每组3块，试块规格150×150×150mm），作为该桩砼强度评定指标。
2、桩身完整性检测：
支护桩施工结束后，按支护结构设计要求，应在护壁桩养护不小于15天后（桩身混凝土强度至少达到设计强度的70%，即大于21Mpa），对每根桩进行低应变检测，确保桩身完整后，方可进行下道工序施工。
（6）质量记录
本工艺标准应具备以下质量记录
水泥的出厂合格证及复验证明。
钢筋的出厂证明或合格证，以及钢筋试验报告单。
灌注桩的成桩记录。
试验室签发的混凝土配合比通知单。
混凝土试块28d标养抗压强度试验报告。
钢筋及桩孔隐蔽验收记录单。
⑦桩基低应变检测报告。
（七）、锚索施工
开挖至预定深度下0.5m左右→成孔→锚索置入→压浆→到期施加预应力并封锚。
（1）施工方法与特点
根据拟建场地的地质条件，杆体直径150mm；钻孔完成后，将制作好的锚索下入孔中，并经压浆锚固，最后形成直径约为150mm的锚固杆体。
本工程锚索采用在支护桩上面直接成孔。
（2）施工工艺流程
测量放孔→成孔→下锚索→拔管→做封浆塞→压力注浆→预张拉→锁定。
（3）操作过程及技术要求
测量放孔：
按锚索布置图实地测放，其中高程控制为重点。
重点为基坑北侧，锚索施工前进一步查明周边地下管线的埋深和走向。
成孔：
采用专业锚杆钻机跟管钻进。
成孔时孔位准确，竖向垂直，孔深符合设计要求。
下锚索：
在钻孔完成且吹清杂质后，将制作好的锚杆下入孔底，要求下入设计深度，误差不超过10cm。
拔管：
采用专业拔管设备，拔管时应保证锚杆笼不随管拔出，并随时复核锚杆上余长度。
封浆塞：
用C15混凝土浇注至孔口内30cm。
压力灌浆：
封浆塞施工24小时后，进行M30水泥砂浆压力添加剂为早强剂，压力2MPa。
配制浆体时，各种掺入材料的比例应按重量计量；其水灰比控制在0.5左右，材料配合比宜选用1:
1，搅拌必须使用机械进行强制拌合，搅拌时间取决于搅拌机的型，但最低不应少于2min；浆液要随拌随用，超过初凝时间的浆液要废弃。
注浆采用埋管式注浆，为节约工期，采用锚固段和自由段同时注浆，即由孔底向上有压一次性灌浆，压力不小于0.6~0.8MPa，砂浆至孔口溢满为止，注浆管不拔出。
此方法操作简便且灌浆质量好。
由于水泥浆有收缩性，为保证注浆及锚固端“球体”效果，一次注浆12h后，进行补充注浆。
补充注浆压力0.5~1.0MPa，使浆液填实各孔，以增加与孔壁间摩阻力。
预张拉：
预应力200kN。
在垫墩强度及砂浆强度达75~80%后，开始用轻型千斤顶对钢绞线逐一张拉，张拉力控制在10~20kPa，使钢绞线逐根顺直，然后进行整束整体张拉。
整体张拉按多次多级进行，一般采用一次多级（共30%、50%、75%、100%、110%），末级最终张拉吨位为设计荷载的110%，即最终超张拉10%，各次张拉吨位则按级等分，各级张拉时间间隔不小于三天，以一周最好，使后一次张拉能有效补偿前一次张拉因地层压缩徐变而产生的预应力损失，末次张拉的预应力损失则由超张拉补偿，一般岩层预应力损失比例在13~20%以内，土层不大于25%，各级张拉均需持荷稳定10分钟以上，使预应力在土体压缩变形稳定后能较好的均匀传递并得到调整。
安放千斤顶时，使锚具底座顶面与钻孔轴线垂直，以确保锚索张拉时千斤顶出力与锚索在同一轴线上。
张拉过程中，应认真测量和记录锚索的伸长量，伸长量作为油压表读数的校核参考值。
按《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22:
2005）第11章相关要求进行验收。
（4）施工中可能出现的问题及补救方法
由于锚索直接在支护桩上面成孔，考虑到可能在锚索成孔过程中出现的桩主筋被打断的情况，采取用相同类型的钢筋进行焊接连接的补救措施。
（八）、桩间网喷支护施工
（1）施工工序
网喷支护施工工序:
土方开挖至1.5m深度，修壁面（平整度不大于20mm）→挂网同时搭焊加强筋→喷射砼。
（2）钢筋网片
必须采用膨胀螺栓或将φ6.5U型筋楔入土中固定钢筋网，φ6.5@250×250m钢筋网固定在护壁桩上。
钢筋网现场绑扎，钢筋规格、绑扎间距符合设计要求。
（3）喷射混凝土施工
喷射混凝土施工前基坑壁应清理掉虚土，将桩间壁面开挖成凹弧形。
面层内的钢筋网应牢固固定在边壁上，钢筋网可用插入土中的钢筋固定，在砼喷射时应不出现振动。
混凝土的配合比为；水泥：
砂：
豆石=1:
2:
2，并加入水泥用量2~5％的速凝剂，喷射混凝土的粗骨料最大粒径不宜大于8mm，水灰比不宜大于0.45，拌料时应使水泥、砂、豆石和速凝剂分布均匀。
喷射混凝土厚度一般为80mm，喷完后应按规定进行养护。
泄水孔设置：
喷射混凝土完成后，考虑上部土体渗漏对护壁土的浸蚀，在基坑四周竖向护壁中设置排水孔，排水孔间距Φ35@2m×2.8m,在施工过程中，出现渗水应立即增加排水孔。
七、经济、社会、环境等效益
1、施工方法简单节约人力物力。
2、采用锚索预张拉给护壁桩施加预应力
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