混凝土灌注桩施工(土木工程施工讲义第6讲)

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第6讲砼灌注桩施工第2章地基处理与桩基工程邵阳学院***(教授级高工)1干作业成孔灌注桩2泥浆护壁成孔灌注桩3沉管灌注桩4人工挖孔灌注桩5钢筋笼吊放6桩基检测* 砼灌注桩的施工特点灌注桩直接在桩位上成孔，然后在孔内灌注砼而成。该工艺能适应地层的变化、无需接桩、施工时无振动、无挤压、噪音小，适用于建筑物密集区。第6讲砼灌注桩施工施工后需要一定的养护期，不能立即承受荷载共41页第1页 1干作业成孔灌注桩适用于成孔深度内无地下水的一般粘性、砂土及人工填土，勿需护壁，成孔深度8～20m、成孔直径300～600mm，不宜用于地下水位以下的各类土及淤泥质土。常用螺旋钻机成孔，亦可用洛阳铲成孔。成孔原理：电动机带动钻杆转动，使螺旋叶片旋转削土，土随螺旋叶片上升排出孔外。第6讲砼灌注桩施工共41页第2页 1.1孔底清理钻至设计深度后进行孔底清理，方法是只钻不进、空转清土、提钻卸土。可在钻杆上换装扩孔刀片，扩底直径为桩身直径的2.5～3.5倍，在设计要求位置形成葫芦桩或扩底桩。孔底虚土厚度：磨擦力为主的桩不大于300mm，端承力为主的桩不大于100mm；1.2桩身或桩底扩孔钢筋笼宜一次绑好，吊入孔内时注意勿碰孔壁，钢筋骨架过长时，可分段吊放，逐段焊接。砼应分层连续浇筑，分层厚度不大于1.5m。1.3施工要点1干作业成孔灌注桩共41页第3页 长螺旋钻机成孔施工长螺旋钻机钻头长螺旋钻机成孔近景1干作业成孔灌注桩共41页第4页 2泥浆护壁成孔灌注桩泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁、防止塌孔和排出土渣而成孔，不同土质和地下水位高低都适用。多用于含水量高的软土地区。成孔机械有回转钻机、潜水钻机、冲击钻等，其中以回转钻机应用最多。回转钻机是由动力装置带动有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。切削形成的土渣，通过泥浆循环排出桩孔。根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机和反循环回转钻机。2.1成孔机械及工艺2.1.1回转钻机成孔第6讲砼灌注桩施工共41页第5页 正循环回转钻机成孔时泥浆由钻杆内部注入,从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上经孔口带出并流入沉淀池，沉淀后的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。步履式正反循环冲击钻机2.1成孔机械及工艺点击动画正循环成孔共41页第6页 反循环回转钻机成孔时泥浆由钻杆与孔壁间的间隙流入钻孔，由砂石泵在钻杆内形成真空，使钻下的土渣由钻杆内腔吸出至地面而流向沉淀池，沉淀后再流入泥浆池。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，排放土渣的能力强。GW-40型全液压钻机GW-35B型钻机FGZ反循环回转钻机点击动画反循环成孔共41页第7页2.1成孔机械及工艺 2.1.2潜水钻机成孔潜水钻机是一种旋转式钻孔机械，其动力、变速机构和钻头连在一起，加以密封，因而可以下放至孔中地下水位以下进行切削土壤成孔。用正循环工艺输入泥浆，进行护壁和将钻下的土渣排出孔外。KQ系列潜水工程钻孔机共41页第8页2.1成孔机械及工艺 2.1.3冲击钻成孔冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔时将冲锥式钻头提升一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层，然后用掏渣筒来掏取孔内的渣浆。冲击钻成孔作业冲击锥掏碴筒共41页第9页2.1成孔机械及工艺 2.2.1泥浆的作用泥浆具有保护孔壁、防止塌孔、排出土渣及冷却与润滑钻头的作用。钻进中，护壁泥浆与钻孔的土屑混合，边钻边排出携带土屑的泥浆；当钻孔达到规定深度后，运用泥浆循环进行孔底清渣。2.2护壁泥浆2.2.2泥浆的组成是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，也可掺入加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等掺合剂。泥浆一般在现场制备，有些粘性土在钻进过程中可形成适合护壁的浆液，则可利用其作为护壁泥浆，即“自造泥浆”。2泥浆护壁成孔灌注桩泥浆池共41页第10页 2.3施工程序及方法2.3.1埋设钢护筒在杂填土或松软土层中钻孔时，应在桩位处埋设钢护筒，以起定位、保护孔口、维持水头等作用。其内径应比钻头大100mm，埋入土中不少于1m。2.3.2泥浆注入粘土中可采用清水钻进、自造泥浆护壁；砂土中钻进则应注入制备泥浆，注入泥浆密度控制在1.1左右，排出泥浆密度宜为1.2～1.4。钻进过程中，应保持护筒内泥浆水位高于地下水位。2泥浆护壁成孔灌注桩插打钢护筒共41页第11页 2.3.3第一次清孔：钻孔达到设计标高后应进行清孔。以原土造浆的钻孔可用“射水法”，即钻杆只转不进（空转），待泥浆密度降至1.1左右；注入制备泥浆的钻孔则应采用“换浆法”清孔，至换出的泥浆密度小于1.15时方为合格。2.3.5第二次清孔：在钢筋笼和导管安放后、水下砼浇灌前进行，在导管顶部安放泵及皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外置换沉渣。第二次清孔标准是：孔深达到设计要求，沉渣厚度在100mm以内。2.3施工程序及方法2.3.4吊放钢筋笼及导管共41页第12页 2.3.6水下浇灌砼：具体内容在第3章中介绍。1安放导管2导管就位3料斗贮料4连续浇注5提升导管共41页第13页2.3施工程序及方法 2.4钻孔灌注桩常见问题的处置钻进过程中如发现排出的泥浆中不断出现气泡或泥浆液面突然下降，这表示有孔壁坍陷迹象。预防及处理措施：护筒周围用粘土填封密实，钻进过程中及时添加新鲜泥浆，使其高于孔外水位；遇流砂、松散土层时适当加大泥浆比重，控制钻进速度和空转时间；孔壁坍陷时应保持孔内泥浆液位并加大泥浆比重以稳孔护壁。如孔坍陷严重，应提出钻具立即回填粘土，待孔壁稳定后再钻。2.4.1孔壁塌陷2泥浆护壁成孔灌注桩共41页第14页 2.4.1钻孔偏斜钻进过程中钻杆不垂直、土层软硬不均或碰到孤石都会引起钻孔偏斜；预防措施是钻机安装时对导架进行水平和垂直校正，发现钻杆弯曲时应及时更换，遇软硬土层应低速钻进；出现钻杆偏斜时可提起钻头，上下反复扫钻几次。如纠正无效，应于孔中局部回填粘土至偏孔处0.5m以上，稳定后再重新钻进。2泥浆护壁成孔灌注桩回转钻机的钻头共41页第15页扩底灌注桩设备 3沉管灌注桩沉管灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉管法将带有钢筋砼桩靴(或活辨式桩尖)的钢桩管沉入土中，然后边拔管边灌注砼而成。用锤击沉桩设备沉管时称为“锤击沉管灌注桩”利用激振器的振动沉管时，称为“振动沉管灌注桩”第6讲砼灌注桩施工共41页第16页 立管→对准桩位套入桩靴、压入土中→检查→低锤轻击→检查有无偏移→正常施打至设计标高→第一次浇灌砼→边拔管、边锤击、边继续浇灌砼→安放钢筋笼、继续浇灌砼至桩顶设计标高。3.1.1施工程序3.1锤击沉管灌注桩砼预制桩靴点击动画锤击沉管3沉管灌注桩共41页第17页 3.1.2就位用桩架吊起桩管，关闭桩尖活瓣或对准预设在桩位处的预制砼桩靴，套入桩靴。然后缓缓放下套管，压进土中。桩管上端扣上桩帽，检查桩管与桩锤是否在同一垂直线上，桩管偏斜不大于0.5%时，即可起锤沉管。先低锤轻击，观察如无偏移方可正常施打，直至符合设计要求的贯入度或标高。3.1.3沉管关闭桩管活瓣桩尖桩管套入砼桩靴3.1锤击沉管灌注桩共41页第18页 3.1.4砼浇灌检查桩管内有无泥浆或水进入，即可灌注砼。第一次浇灌砼时桩管内应尽量灌满，拔管过程中应向桩管内继续浇灌砼，并使桩管内砼保持略高于地面。3.1.5拔管在砼灌满桩管后，拔管即可进行。一边拔管、一边锤击，拔管的速度要均匀，一般土层以1m/min为宜，软弱土层以0.3～0.8m/min为宜。倒打拔管的速度，单动汽锤不得少于50次/min，自由落锤不少于40次/min。在管底未拔至桩顶设计标高时，倒打和轻击不得中断。共41页第19页3.1锤击沉管灌注桩 ⑴跳打法桩的中心距小于4倍桩管外径或小于2m时，均应跳打。中间空出的桩，须待邻桩砼达到设计强度的50%后方可施打。为提高桩的质量和承载能力，可采用复打来扩大灌注桩的桩径。方法是：在第一次浇筑砼完毕、拔出桩管，消除管外壁上的污泥和桩孔周围地面的浮土，立即在原桩位再设预制桩靴或合好S桩尖活瓣，第二次复打沉入桩管，使未凝固的砼向四周挤压扩大桩径，然后再浇筑第二次砼。⑵复打法点击动画复打法沉桩锤击沉管灌注桩的特殊施工方法有跳打法、复打法。共41页第20页3.1锤击沉管灌注桩3.1.6特殊施工方法 3.2振动沉管灌注桩振动沉管采用振动锤或振动冲击锤沉管，利用桩机强迫振动频率与土的自振频率相同时产生的共振而沉管。沉桩前，将桩管下端活瓣合拢或套入桩靴，对准桩位，徐徐放下桩管压入土中，勿使偏斜，即可开动激振器沉管。桩管受振后与土体之间摩阻力减小，同时利用振动锤自重在桩管上加压，桩管即能沉入土中。振动沉管灌注桩可采用单打法、反插法和复打法施工。点击动画振动沉管灌注桩3沉管灌注桩共41页第21页 在沉入土中的桩管内灌满砼，开动激振器振动5～10s后开始拔管，边振边拔；每拔0.5～1m，停拔振动5～10s，如此反复，直到桩管全部拔出。一般土层内拔管速度宜为1.2～1.5m/min，在软弱土层中宜为0.6～0.8m/min。3.2.1单打法在桩管内灌满砼后，先振动再开始拔管，每次拔管高度0.5～1.0m，向下反插深度0.3～0.5m。如此反复进行，直至桩管全部拔出地面。反插法能增大桩的截面，提高桩的承载能力，适宜在较差的软土地基上应用。3.2.2反插法要求与锤击灌注桩相同。3.2.3复打法3.2振动沉管灌注桩共41页第22页 振动灌注桩的适用范围除与锤击灌注桩相同外,并适用于稍密及中密的碎石土地基。沉管灌注桩的关键必须严格控制最后两个两分钟的贯入度，其值按设计要求、或试桩数据和当地施工经验确定。共41页第23页3.2振动沉管灌注桩 3.3沉管灌注桩常见问题的处置⑴断桩检查：露出地面的桩体可用目测观察，桩体在地下2～3m范围内断裂，用手或脚轻摇会有浮振的感觉，深处的断桩可采用动测法检测。3.3.1断桩3沉管灌注桩共41页第24页⑵防止断桩的措施：主要是控制桩的中心距大于4倍桩径,合理安排打桩施工顺序和桩架行走路线，采用跳打法和控制时间法使桩身砼终凝前避免振动和扰动，认真控制拔管速度。⑶断桩的处理：断桩一经发现，应将断桩拔去，清理桩孔及接桩面，略增大桩身截面积再重新浇筑桩身砼。 3.3.2桩靴进水桩管沉至设计标高后，用浮标可测得桩底是否进水或进泥；预防措施是桩尖活瓣间隙或预制桩头与桩管接触处要严密，对缝隙较大的桩尖或桩头应及时修理或更换；出现桩靴进水或进泥情况时可先在桩管内灌入0.5m高水泥砂浆，再灌入1m高砼，然后反插打下。3.3.3缩颈在流塑状态的淤泥质土打桩时，拔管过程中要设置浮标观测每50～100cm高度内砼的灌入量，根据灌入量和桩径的换算作出桩形图，根据桩形图是否异常来监测缩颈现象的发生；预防措施是严格控制拔管速度在0.6～0.8m/min以内，桩管内尽量多装砼，使管内砼高于地面或地下水位1～1.5m以上。发现桩身出现缩颈现象及时采取复打法进行处理。点击动画缩颈桩3.3沉管灌注桩常见问题的处置共41页第25页 3.3.4吊脚桩第一次拔管时，观测管内浮标可监测桩尖活瓣或预制桩头是否打开或脱开；预防措施是采取“密振慢抽”方法，开始拔管50cm,将桩管反插几下，然后再正常拔管；同时保持砼有良好的和易性，防止卡管或堵管，严格控制预制桩尖的强度和规格，防止桩尖打碎或压入管内；发现吊脚桩应将桩管拔出后填砂重打。共41页第26页3.3沉管灌注桩常见问题的处置 4人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩单桩承载力大、受力性能好、质量可靠、沉降量小、无需大型机械设备，无振动无噪音、无环境污染。人工挖孔灌注桩直径一般为0.8-3m，最大可达4m，深度一般在20m左右，国内最深的为72m。第6讲砼灌注桩施工共41页第27页 人工挖孔桩护壁有砖护壁和砼护壁(直径1.2m以上桩)两种，施工方法是分段(每段0.8-1m左右)开挖,分段砌筑或浇筑砼拱圈护壁，直至设计标高。4人工挖孔灌注桩为确保人工挖孔桩施工安全，要有预防孔壁坍塌和产生流砂、管涌的措施，深孔要有可靠的排水、通风和照明设施。预防孔壁坍塌的措施：有采用现浇砼护圈、钢护圈和沉井三种。砼孔壁支护砖砌孔壁支护共41页第28页 钢筋笼吊装就位井下挖土井下凿岩井上吊土钢筋笼与声测管大直径群桩挖孔施工4人工挖孔灌注桩共41页第29页 值得指出的是：人工挖孔桩工艺有被滥用的趋势，桩越挖越深、直径越挖越大，安全措施不到位等。有些省市已开始限制人工挖孔桩的使用。4人工挖孔灌注桩有兴趣了解更多人工挖孔桩知识的同学请参阅老师编辑的基础工程专题讲座《人工挖孔灌注桩》号称“世界上直径最大”的挖孔桩共41页第30页 钢筋笼制作：直径在1.2m内的钢筋笼制作同一般灌注桩，大直径和长度大的钢筋笼，一般在主筋内侧每隔2.5m加设一道Φ25～30mm的加强箍，每隔一箍在箍内设一道井字加强支撑，与主筋焊接组成骨架，便于吊运。5钢筋笼吊放及桩头处理工人绑扎制作钢筋笼第6讲砼灌注桩施工共41页第31页 钢筋笼长度超过10m应分段拼接，每节主筋为通长钢筋，接头对焊连接，主筋与箍筋点焊固定，主筋保护层厚70mm，平整度误差不大于50mm，四侧主筋每隔5m设置耳环。钢筋笼就位应采用小型吊运机具或起重机进行，上下节主筋采用帮条双面焊连接。大直径灌注桩的钢筋笼加工5钢筋笼吊放及桩头处理共41页第32页 钢筋笼吊装5钢筋笼吊放及桩头处理共41页第33页 钢筋笼吊放送放钢筋笼防碰钢筋笼就位5钢筋笼吊放及桩头处理共41页第34页 灌注桩桩头处理桩间挖土承台高程控制桩头凿除剥出主筋浇筑砼垫层承台钢筋绑扎5钢筋笼吊放及桩头处理共41页第35页 6桩基检测*工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性的抽样检测。6.1单桩承载力检测分为静载和动载二种：6.1.1符合下列条件之一的桩应采用静载试验⑴设计等级为甲级的桩基；⑵地质条件复杂、施工质量可靠性低；⑶在本地区采用的新桩型或新工艺；⑷挤土群桩施工产生挤土效应。抽检数量：不少于总桩数的1%，且不少于3根；当总桩数少于50根时，不少于2根。第6讲砼灌注桩施工共41页第36页 江苏广电城3840t桩基静载检测现场6.1单桩承载力检测共41页第37页 6.1.2对上条规定之外的预制桩和满足高应变法适用检测范围的灌注桩，可采用高应变法进行动载检测。检测数量：不宜少于总桩数的5%，且不得少于10根。安装感应装置吊起落锤设置桩垫测量落距落锤下落桩基大应变频谱分析仪6.1单桩承载力检测共41页第38页 6.1.3当受设备或现场条件限制无法进行单桩承载力检测的端承型大直径灌注桩，可采用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层。检测数量：不应少于总桩数的5%，且不应少于10根。钻芯法基桩检测桩身砼芯样质量检查6.1单桩承载力检测共41页第39页 6.2桩身完整性抽样检测6.2.1检测数量⑴柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1根；⑵设计等级为甲级，或地质条件复杂、施工质量可靠性较低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不得少于20根；⑶其它桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的20%，且不得少于10根；⑷地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工挖孔桩，及单节砼预制桩，抽检数量可适当减少，但不应少于总桩数的10%，且不应少于10根。6桩基检测共41页第40页 6.2.2检测方法对端承型大直径灌注桩，应选用钻芯法或声波透射法对总桩数的10%进行桩身完整性检测。声波透射法进行桩身完整性检测6.2桩身完整性抽样检测共41页第41页 思考题1、试述地基验槽的目的和方法。2、试述地基加固处理的原理和拟定加固方案的原则。3、你能列举几种加固地基的方法？试述这些方法的加固原理。4、试述钢筋砼预制桩的制作、起吊、运输、堆放等环节的主要工艺要求。5、试分析打桩顺序、土壤挤压与桩距的关系。6、端承桩和摩擦桩的质量控制以什么为主？7、什么是沉管灌注桩的复打法、反插法？起什么作用？8、套管成孔灌注桩施工中常遇到哪些质量问题？如何处理？9、人工挖孔灌注桩有哪些特点？如何预防孔壁坍塌？第2章地基处理与桩基工程 推荐书目1、毛鹤琴.土木工程施工(第3版).武汉理工大学出版社.20072、刘惠珊等.地基基础工程283问.中国计划出版社.20023、龚晓南.地基处理手册(第3版).中国建筑工业出版社.20084、编写组.建筑施工手册(第4版).中国建筑工业出版社.20035、江正荣.建筑施工工程师手册(第3版).中国建筑工业出版社.20096、编写组.实用建筑施工手册(第2版).中国建筑工业出版社.20057、刘金波.建筑桩基技术规范理解与应用.中国建筑工业出版社.20088、国家标准.建筑地基基础工程施工质量验收规范.GB50202-20029、行业标准.建筑桩基技术规范.JGJ94-2008第2章地基处理与桩基工程