浅谈后压浆旋挖钻孔灌注桩施工

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangqianqian
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   摘要:后压浆旋挖钻孔灌注桩是近年来伴随钻孔机械的发展而产生的一种新桩型,他包括旋挖钻孔工艺和后压浆施工技术两个部分,旋挖钻孔施工工艺是通过钻杆带动特制的旋挖钻头,在孔底全断面切削土层,用旋挖钻头在孔底直接取土后由钢索提升钻杆至地面,如此循环成孔;后压浆施工技术,是通过预埋压浆管,在灌注混凝土之后的一定时间范围内,用适宜的压力对桩侧、桩底进行压力注浆,以提高桩的承载力,从而减少桩径、桩长、降低工程造价。它在郑州华润置地项目悦府一期桩基工程的成功应用便是例证。本文介绍了后压浆旋挖钻孔灌注桩的优越性和主要施工技术要点,对采用旋挖钻孔灌注桩工艺流程、后压浆施工技术进行说明。
  关键词:对比,优越性 , 流程
  Abstract: the post pressure grouting bored pile is spin dig in recent years with drilling machinery from the development of a new pile type, he dug drilling process including screw post pressure grouting and construction technology of two parts, the drilling is digging through the drill pipe drive special spin dig drill holes in the soil, whole section cutting, digging with spin in the hole bottom drill directly after the earth by ascending pipe steel wire to the ground, so cycle into holes; Post pressure grouting construction technology, is through the embedded pressure grouting pipe, in the certain time after pouring concrete, within the scope of the pressure with appropriate piles, pressure grouting pile bottom, in order to improve the bearing capacity of the pile, so as to reduce the pile diameter, the pile length and reduce the cost of projects. It in zhengzhou China resources project yue fu holdings of pile foundation engineering of successful application is example. This paper introduces the pressure mud spin dig the superiority of the cast-in-place pile and main construction techniques, the spin to dig cast-in-place pile after grouting process, the construction technique for the explanation.
  Keywords: contrast, advantage, process
  
  
  中圖分类号:U443.15+4 文献标识码:A文章编号:
  2.工程概况
  郑州华润置地项目悦府一期桩基工程地点位于郑州市民主二路与铭功路之间,五彩路以北,西太康路以南,地层主要由杂填土、第四系全新统粉土、粉质粘土、粉细砂及第四系上更新统统沉淀的粉土、粉质粘土和第四系中更新统上层组成。主楼地上50层,整个场地建筑地下3层,桩基础设计中、设计总桩数623根,其中1#楼191根,2#楼241根,3#楼99根,4#楼92根,设计桩径为1000mm;设计桩长为57m。工程主要采用三一重工旋挖机(型号为SR220II、SR220C)机械成孔,后压浆采用天津聚能高压注浆泵(设备型号为XPB-10)进行桩端、桩侧高压注浆;
  3.施工工艺
  后压浆旋挖钻孔灌注桩的施工工艺流程:桩基定位→埋设护筒→成孔施工→钢筋笼制作与安装→导管安放→清孔→水下混凝土灌注→起拔导管→桩头清理→后压浆施工(成桩后不少于2天)
  3.1 成孔施工
  本工程主要选用三一重工型号为SR220II、SR220C的旋挖机,桩基定位以及护筒埋设后,旋挖机成孔钻进过程中采用制备完好的孔壁稳定液进行泥浆护壁,施工前应进行稳定液循环系统的布置。稳定液采用优质膨润土加烧碱加纤维素制成化学泥浆,对灌注过程中回收的稳定液进行处理,处理后的稳定液能够继续循环使用,以节约工程造价。制备好的稳定液性能应满足泥浆比重在1.05~1.10之间,黏度在18~25s,含砂率小于6%的要求;钻进时要及时补充制备好的稳定液,保证在钻进过程中和提钻后液面高于护筒底面,成孔达到设计深度后进行清孔换浆,保证在浇灌混凝土时孔底500mm以内的泥浆相对密度小于1.2,含砂率不大于8%,黏度不得大于28s,使孔底沉渣厚度满足规范要求。
  3.2 钢筋笼的制作与安放
  在旋挖机成孔钻进的过程中,钢筋笼已经制作完毕,以保证施工的连续性,钢筋笼制作中主筋的连接方式、钢筋笼的成型、以及钢筋的搭接焊接都要严格按具体的施工质量要求进行。钢筋笼验收完毕后,便可用汽车吊将钢筋笼入孔安放。用吊环将钢筋笼固定到设计标高。
  3.3 导管安放
  该桩基工程采用导管法灌注混凝土。导管采用壁厚5mm的无缝钢管制作,直径Ф300,导管必须具有良好的密封性能,使用前应进行水密试验,检验导管的密封性。导管吊放时应居中且垂直,下口距孔底0.3~0.5m,最下一节导管长度应大于4m,导管接头用法兰连接。
  3.4 清孔
  本工程采用泥浆循环工艺清孔,一次清孔采用橡胶管,一次清孔降低泥浆浓度,防止二次清孔因沉淤过厚而难以清理,以及保证钢筋笼下放顺利;二次清孔在导管下放后,利用导管进行,二次清孔泥浆比重控制在1.15~1.2,黏度≤28s,含砂率≤8%,孔底沉渣厚度≤100mm。清孔过程中,必须及时补给足够的泥浆,并保持孔内浆液面的稳定和高度。清孔完毕后,立即进行水下混凝土的灌注。
  3.5 混凝土灌注
  水下混凝土灌注是成桩过程的关键工艺,应从思想上高度重视,在做好准备工作和技术措施后,才能开始灌注。本工程采用商品砼,混凝土强度等级为C40,用混凝土搅拌泵车运至现场,导管水下混凝土灌注。混凝土必须具备良好的和易性,坍落度控制在180~200mm。混凝土灌注过程应连续,中间不得停顿。灌注混凝土应在最短的时间内完成,根据以往施工经验本工程要求时间不超过2小时。当确认满足混凝土灌注至桩顶等要求后,将桩顶清理至设计桩顶标高,露出后压浆管。
  3.6.后压浆施工
  后压浆施工流程包括对后压浆管开塞、搅拌配置水泥浆、达到设计压浆量以及终止压浆压力要求。后压浆施工工艺如下:按设计水灰比0.55拌制水泥浆液水泥浆经过滤至储浆桶(不断搅拌) 高压注浆泵、优质钢丝塑料管与桩侧后压浆管采用三通连接先试压清水,待压浆管道通畅后再压注水泥浆液。
  本工程桩为桩端、桩侧复合后压浆钻孔灌注桩,共5根后压浆管;桩端后压浆管2根(④号、⑤号后压浆管),通长对称布置;桩侧后压浆管3根,3根后压浆管分别下设至距桩顶设计标高20米、32米、42米;分别用红色(①号后压浆管)、绿色(②号后压浆管)、蓝色(③号后压浆管)塑料胶布做好桩侧3根后压浆管路的位置标识。压浆管采用内径32mm、管壁厚度3mm的可焊钢管,桩端后压浆管底部设置单向压浆管阀。管径Φ33m,高度30cm,开孔孔径Φ6mm,沿轴向间距10~15cm,梅花型布置,共布置4列,不少于14个孔。将单向压浆管内铁屑清除干净后,外侧用两层橡胶皮密封,以防止桩身混凝土水泥浆液堵塞压浆管。单向压浆管阀下底口用螺纹丝扣堵头牢固封堵。单向压浆管阀上口与桩端后压浆管采用丝扣密封连接;桩侧后压浆管底部接三通,优质钢丝塑料管绕钢筋笼一周后与三通连接,优质钢丝塑料管上每隔50mm设置溢浆口,直径为5mm。下设前用塑料胶带封死,以防止泥浆进入优质钢丝塑料管内。后压浆管与钢筋笼绑在一起下放,后压浆管固定在钢筋笼上后,用丝冒将后压浆管上口封住。施工时依次按①号后压浆管、②号后压浆管、③号后压浆管、④号后压浆管、⑤号后压浆管的顺序进行后压浆,其后压浆管布置详见下图,后压浆时间确定为成桩后2天并不晚于30天进行。桩侧注浆与桩端注浆间隔时间为2~3小时。桩侧注浆量为注浆总量的五分之二,桩端注浆量为注浆总量的五分之三。桩端、桩侧复式注浆注浆水泥用量按设计要求为3.5吨,注浆浆液水灰比为0.55,水泥采用普通硅酸盐水泥P.O42.5,注浆流量不超过75L/min;注浆压力2~3MPa;以注浆量和注浆压力进行双控,当注浆总量和注浆压力均达到设计要求时可终止注浆。
  4.工程效果检测与分析
  4.1桩基单桩竖向抗压承载力检测(静载荷试验)分析
  工程共计进行五组静载荷试验,施工时对其中的四组进行了后压浆,一组未进行后压浆。对进行后压浆的六组试验桩。要求加载量是设计承载力的两倍,其静载荷试验结果及对应沉降量如下表
  后压浆的四组试验桩静载荷试验结果及对应沉降量
  桩号 单桩设计承载力及对应沉降量 要求加载量及对应沉降量
   设计承载力KN 对应沉降量mm 要求加载量KN 对应沉降量mm
  SZ-1 9200 2.52 18400 9.87
  SZ-2 9200 2.48 18400 9.72
  SZ-3 9200 4.06 18400 12.67
  SZ-4 9200 4.53 18400 12.96
  由上表可知,当加载至设计承载力时,其沉降量均不足5mm,即使加载至设计承载力的2倍时,其沉降量还不足13mm,桩基沉降量满足要求。为了检验后压浆技术对桩基承载力的影响,做了一组未进行后压浆的试验桩SZ-5,桩型同SZ-4,试验结果如下表
  进行后压浆与未进行后压浆的基桩沉降量对比(mm)
  荷载KN 0 3680 5520 7360 9200 11040 12880 14720 16560 18400
  SZ-4 0 1.34 2.00 3.11 4.53 5.77 7.30 9.36 11.09 12.96
  SZ-5 0 2.72 4.15 5.78 7.89 9.54 11.45 15.87 19.48 21.04
  从上表对比发现,未进行后压浆的基桩沉降量明显大于进行后压浆施工的基桩沉降量,相同加载量时,沉降量约大1倍。通过单桩静载荷试验得知,进行后压浆施工的基桩沉降量明显小于未进行后压浆的基桩沉降量。
  4.2桩身完整性检测(低应变、超声波)
  本工程对188根基桩进行的超声波检测,以及对435根基桩进行的低应变检测, 有620根基桩为I类桩,3根桩为II类桩,没有出现III类桩、Ⅳ类桩,合格率100%,优良品率为99.52%。
  4.3 后压浆效果检测与分析
  在后压浆施工中,各桩均能达到设计压浆量,注浆压力也满足要求,从暴露的桩头来看浆液扩散有两种形式:其一,沿桩周与土层的接触面均匀上升,形成水泥浆硬壳,减少了混凝土与土层的接触缝隙,从而增大侧摩阻力,提高桩的承载力;其二,在土层中顺土层裂隙向外延伸,形成伸入地层中的浆脉,使地基土的性能得以改良,使桩产生了许多细小的类型树根的结构,从而增大了桩侧阻力,提高了桩的承载力。
  5.后压浆旋挖钻孔灌注桩的技术经济分析与评价
  5.1技术经济分析
  三一重工旋挖钻机在操作室内配置了自动整平、垂直度校准、钻孔深度测量等控制仪,使影响桩基施工质量的技术参数得到了有效控制,可保证成孔质量;钻机本身自带动力,整体置于可自动行走的履带式底盘上,并配置了世界知名品牌的卡特发动机,低噪音、功率大,可为建设单位节约由于配电增容而花费的费用。旋挖钻机使用可循环利用的稳定液,可节约大量的泥浆排污费用;孔壁不形成泥皮,钻头多次上下往返可保证孔径符合要求,使孔壁粗糙,从而使之比常规灌注桩的桩土咬合效果更好;旋挖钻头可形成平底钻孔,提高了桩端阻力,从而使桩承载力较预估承载力提高很多,有实测试桩结果证实,实际基桩承载力可比预估基桩承载力提高20%左右,本工程基桩静载荷试验结果也证实了这一点。与人工挖孔桩相比,旋挖钻孔灌注桩更具安全性和施工效率高的优势。从造价角度分析,就该工程而言,当人工挖孔桩的单价考虑护壁费用时,尽管旋挖钻孔灌注桩与人工挖孔桩相比单价略高,但工程总造价是低的。即使考虑承台的造价,与人工挖孔桩相比也基本持平。因此,采用后压浆旋挖钻孔灌注桩的基础形式,从技术经济角度考虑是科学的,是一种最优方案。
  5.2施工工期的对比分析
  郑州华润置地项目悦府一期桩基工程1#楼桩基数为191根,施工的实际工期为50天,有效桩长为57米,平均每日完成混凝土体积为180立方,最多时完成300多立方,这样的施工效率是其他成孔工艺所无法比拟的;
  5.3安全性评价
  人工挖孔桩遇到砂性土等易坍塌地层时若不采取护壁措施,施工安全将得不到保证,对于设计桩长较长的桩,人工挖孔桩的施工安全存在更大的安全隐患,对于设计桩长范围内土层为砂性土时,孔內容易塌孔,特别当塌孔严重时,无法在原桩位成孔,如果不允许改变桩位补桩,就可能导致工程失败。而旋挖钻孔灌注桩采用了目前世界先进水平的成孔机械,没用任何安全隐患。
  5.4环境效益评价
  由于旋挖钻孔灌注桩成孔的原理是用特制的桶式钻头,直接切削提运土体,形成钻孔,而不是常规钻孔使用泥浆带出土颗粒形成钻孔,根据条件还可干作业成孔,即使遇到地下水或坍塌的土层,也只需用特制的稳定液稳定孔壁,同时稳定液可循环使用,因此不会产生大量的泥浆,减少了对环境的污染。
  6.结论
  无论从施工质量、节约工程造价、缩短工期方面考虑,还是从安全性、环境效益方面考虑,后压浆旋挖钻孔灌注桩比常规钻孔灌注桩更具先进性和优越性,特别是当地层为砂性土时,后压浆旋挖钻孔灌注桩更可成为首选桩型。
  本论文的完成得到了河南省黄河物探研究院岩土工程处王建庄高级工程师和其他工程师的大力支持和帮助,在此深表感谢!
  7.参考文献
  1、JGJ 94 -2008《建筑桩基技术规范》
  2、10SG813《钢筋混凝土灌注桩图集》
  3、郑州华润置地项目悦府一期桩基工程图纸设计说明
  8.作者简介
  作者:高建富;出生年月:1986年10月;2008年7月毕业于黑龙江工程学院;所在单位:中铁十九局集团第一工程有限公司第七项管部华润置地项目部;担任职务:项目总工
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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