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泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁成孔是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。它通过循环泥浆将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出孔外,适用于有地下水和无地下水的土层。

成孔机械有潜水钻机、冲击钻机、冲抓锥等。

泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程:测定桩位、埋设护筒、桩机就位、制备泥浆、机械(潜水钻机、冲击钻机等)成孔、泥浆循环出渣、清孔、安放钢筋骨架、浇筑水下混凝土。

一、埋设护筒和制备泥浆

①钻孔前,在现场放线定位,按桩位挖去桩孔表层土,并埋设护筒。钻孔灌注桩-护筒埋设见图2-18。护筒高2m左右,上部设1~2个溢浆孔,是用厚4~8mm钢板制成的圆筒,其内径应大于钻头直径200mm。护筒的作用是固定桩孔位置,保护孔口,防止地面水流入,增加孔内水压力,防止塌孔,成孔时引导钻头的方向。

②在钻孔过程中,向孔中注入相对密度为1.1~1.5的泥浆,使桩孔内孔壁土层中的孔隙渗填密实,避免孔内漏水,保持护筒内水压稳定;泥浆相对密度大,加大了孔内的水压力,可以稳固孔壁,防止塌孔;通过循环泥浆可将切削的泥石渣悬浮后排出,起到携砂、排土的作用。

钻孔灌注桩-护筒埋设

二、成孔

1、潜水钻机成孔

①潜水钻机成孔示意图

潜水钻机成孔示意图如下图所示。

潜水钻机钻孔示意图

1-钻头;2-潜水钻机;3-电缆;4-护筒;5-水管;6-滚轮(支点);7-钻杆;8-电缆盘;9-5KN卷扬机;10-10KN卷扬机;11-电流电压表;12-启动开关

②工作方式

潜水钻机是一种旋转式钻孔机,其防水电机变速机构和钻头密封在一起,由桩架及钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔。注入泥浆后通过正循环或反循环排渣法将孔内切削土粒、石渣排至孔外。

③排渣方式

潜水钻机成孔排渣有正循环排渣和反循环排渣两种方式,如下图所示。

a.正循环排渣法:在钻孔过程中,旋转的钻头将碎泥渣切削成浆状后,利用泥浆泵压送高压泥浆,经钻机中心管、分叉管送入到钻头底部强力喷出,与切削成浆状的碎泥渣混合,携带泥土沿孔壁向上运动,从护筒的溢流孔排出。

b.反循环排渣法:砂石泵随主机一起潜入孔内,直接将切削碎泥渣随泥浆抽排出孔外。

循环排渣方法

(a)正循环排渣;(b)反循环排渣

1-钻杆;2-送水管;3-主机;4-钻头;5-沉淀池;6-潜水泥浆泵;7-泥浆泵;8-砂石泵;9-抽渣管;10-排渣胶管

2、冲击钻成孔

①冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头(冲击锤)提高到一定高度,靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔。

②冲击钻头形式有十字形、工字形、人字形等,一般常用十字形冲击钻头(图2-23)。

③冲孔前应埋设钢护筒,并准备好护壁材料。

简易冲击钻孔机示意图

1-副滑轮;2-主滑轮;3-主杆;4-前拉索;5-后拉索;6-斜撑;7-双滚筒卷扬机;8-导向轮;9-垫木;10-钢管;11-供浆管;12-溢流口;13-泥浆渡槽;14-护筒回填土;15-钻头

十字形冲头示意图

④冲击钻机就位后,校正冲锤中心对准护筒中心,在冲程0.4~0.8m范围内应低提密冲,并及时加入石块与泥浆护壁,直至护筒下沉3~4m以后,冲程可以提高到1.5~2.0m,转入正常冲击,随时测定并控制泥浆相对密度。

⑤施工中,应经常检查钢丝绳损坏情况,卡机松紧程度和转向装置是否灵活,以免掉钻。

钻孔灌注桩-钻进施工见下图。

钻孔灌注桩-钻进施工

钻孔灌注桩介绍:干作业钻孔灌注桩,钻机在桩位处钻孔,后放钢筋骨架, 再灌混凝土而成的桩。

3、清孔

(1)验孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况;清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土,以减少桩基的沉降量,提高承载能力。

(2)泥浆护壁成孔清孔时,对于土质较好不易坍塌的桩孔,可用空气吸泥机清孔,气压为0.5MPa,使管内形成强大高压气流向上涌,同时不断地补足清水,被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出,直至喷出清水为止。

(3)对于稳定性较差的孔壁应采用泥浆循环法清孔或抽筒排渣,清孔后的泥浆相对密度应控制在1.15~1.25。

4、浇筑水下混凝土

(1)泥浆护壁成孔灌注混凝土的浇筑是在水中或泥浆中进行的,故称为浇筑水下混凝土。

(2)水下混凝土宜比设计强度提高一个强度等级,必须具备良好的和易性,配合比应通过试验确定。

(3)水下混凝土浇筑常用导管法。(下图)

水下浇筑混凝土

1-上料斗;2-贮料斗;3-滑道;4-卷扬机;5-漏斗;6-导管;7-护筒;8-隔水栓

(4)浇筑时,先将导管内及漏斗灌满混凝土,其量保证导管下端一次埋入混凝土面以下0.8m以上,然后剪断悬吊隔水栓的钢丝,混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中。钻孔灌注桩-混凝土浇筑见下图。

钻孔灌注桩-混凝土浇筑

沉管成孔灌注桩

一、打桩方法

沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备,将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致),造成桩孔,然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土,随之拔出套管,利用拔管时的振动将混凝土捣实,便形成所需要的灌注桩。沉管灌注桩桩靴见图2-27。

沉管灌注桩桩靴

二、桩的分类

利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩,称为锤击沉管灌注桩(图2-28);利用振动器振动沉管、拔管成桩,称为振动沉管灌注桩(图2-29)。

1、锤击沉管灌注桩

锤击沉管灌注桩机械设备示意图见下图。

锤击沉管灌注桩机械设备示意图

1-桩锤钢丝绳;2-桩管滑轮组;3-吊斗钢丝绳;4-桩锤;5-桩帽; 6-混凝土漏斗;7-桩管;8-桩架;9-混凝土吊斗;10-回绳;11-行驶用钢管;12-预制桩尖;13-卷扬机;14-枕木

单打锤击沉管灌注桩过程:用桩架吊起桩管,对准预先埋设在桩位处的预制钢筋砼桩尖,放下桩管套入桩尖压入土中。

2、振动沉管灌注桩

振动沉管灌注桩桩机示意图见下图。

振动沉管灌注桩桩机示意图

1-导向滑轮;2-滑轮组;3-激振器;4-混凝土漏斗;5-桩管;6-加压钢丝绳;7-桩架;8-混凝土吊斗;9-回绳;10-活瓣桩尖;11-缆风绳;12-卷扬机;13-行驶用钢管;14-枕木

三、成孔顺序

在沉管灌注桩施工过程中,对土体有挤密作用和振动影响, 施工中应结合现场施工条件,考虑成孔的顺序。

间隔一个或两个桩位成孔;

在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔;

一个承台下桩数在5根以上者,中间的桩先成孔,外围的桩后成孔。

四、施工工艺

为了提高桩的质量和承载能力,沉管灌注桩常采用单打法、复打法、翻插法等施工工艺。

单打法(又称一次拔管法):拔管时,每提升0.5~1.0m,振动5~10s,然后再拔管0.5~1.0m,这样反复进行,直至全部拔出。

复打法:在同一桩孔内连续进行两次单打,或根据需要进行局部复打。施工时,应保证前后两次沉管轴线重合,并在混凝土初凝之前进行。

翻插法:钢管每提升0.5m,再下插0.3m,这样反复进行,直至拔出。

1、锤击沉管灌注桩

(1)锤击沉管灌注桩施工过程

锤击沉管灌注桩适宜于一般粘性土、淤泥质土和人工填土地基,其施工过程见下图所示。

沉管灌注桩施工过程

(a)就位;(b)沉钢管;(c)开始灌注混凝土; (d)下钢筋骨架继续浇筑混凝土;(e)拔管成型

1-桩尖;2-钢管;3-钢筋

单打锤击沉管灌注桩过程:用桩架吊起桩管,对准预先埋设在桩位处的预制钢筋砼桩尖,放下桩管套入桩尖压入土中。

(2)锤击沉管灌注桩施工要点

①桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈,以防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击,观察无偏移后,才正常施打。

②拔管前,应先锤击或振动套管,在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。

③桩管内混凝土尽量填满,拔管时要均匀,保持连续密锤轻击,并控制拔管速度,一般土层以不大于1m/min为宜,软弱土层与软硬交界处,应控制在0.8m/min以内为宜。

④在管底未拔到桩顶设计标高前,倒打或轻击不得中断,注意使管内的混凝土保持略高于地面,并保持到全管拔出为止。

⑤桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时,均应跳打施工;中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后,方可施打。

2、振动沉管灌注桩

(1)振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。

(2)其施工过程为: ①桩机就位 ②沉管 ③上料 ④拔管

(3)沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法

1)颈缩

①颈缩:指桩身的局部直径小于设计要求的现象。

②当在淤泥和软土层沉管时,由于受挤压的土壁产生空隙水压,拔管后便挤向新灌注的混凝土,桩局部范围受挤压形成颈缩。

③当拔管过快或混凝土量少,或混凝土拌和物和易性差时,周围淤泥质土趁机填充过来,也会形成颈缩。

④处理方法:拔管时应保持管内混凝土面高于地面,使之具有足够的扩散压力,混凝土坍落度应控制在50~70mm。拔管时应采用复打法,并严格控制拔管的速度。

缩颈桩:桩身局部直径小于设计直径的桩。

2)断桩

①断桩:指桩身局部分离或断裂,更为严重的是一段桩没有混凝土。

②原因:桩距离太近,相邻桩施工时混凝土还未具备足够的强度,已形成的桩受挤压而断裂。

③处理方法:施工时,控制中心距离不小于4倍桩径;确定打桩顺序和行车路线,减少对新灌注混凝土桩的影响。采用跳打法或等已成型的桩混凝土达到60%设计强度后,再进行下根桩的施工。

3)吊脚桩

①吊脚桩是指桩底部混凝土隔空或松软,没有落实到孔底地基土层上的现象。

②原因:当地下水压力大时,或预制桩尖被打坏,或桩靴活瓣缝隙大时,水及泥浆进入套筒钢管内,或由于桩尖活瓣受土压力,拔管至一定高度才张开,使得混凝土下落,造成桩脚不密实,形成松软层。

③处理方法:为防止活瓣不张开,开始拔管时,可采用密张慢拔的方法,对桩脚底部进行局部翻插几次,然后再正常拔管。桩靴与套管接口处使用性能较好的垫衬材料,防止地下水及泥浆的渗入。

吊脚桩:桩底部的砼隔空或混入泥沙在桩底部形成松软层的桩。

4)混凝土灌注过量

如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上,这可能是由于孔底有洞穴,或者在饱和淤泥中施工时,土体受到扰动,强度大大降低,在混凝土侧压力作用下,桩身扩大而混凝土用量增大所造成的。因此,施工前应详细了解现场地质情况,对于在饱和淤泥软土中采用沉管灌注桩时,应先打试桩。若发现混凝土用量过大时,应与设计单位联系,改用其他桩型。

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