(二)钻孔灌注桩施工
1.钻孔灌注桩的特点
钻孔灌注桩桩长可以根据持力土层的起伏面变化,并按使用期间可能出现的最不利内力组合配置钢筋,钢筋用量较少,便利施工,故应用较为普遍。
2.钻孔灌注桩施工的主要工序
钻孔灌注桩施工的主要工序有:埋设护筒、制备泥浆、钻孔、清底、钢筋笼制作与吊装以及灌注水下混凝土等。
(1)埋设护筒:护筒能稳定孔壁、防止坍孔,还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和起到钻头导向作用等。
护简要求坚固耐用,不漏水,其内径应比钻孔直径大(旋转钻约大20cm,潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm),每节长度约2~3m.一般常用钢护筒,在陆上与深水中均能使用,钻孔完成,可取出重复使用。在深水中埋设护筒时,先打入导向架,再用锤击或振动加压沉人护筒。护筒人土深度视土质与流速而定。护筒平面位置的偏差不得大于5cm,倾斜度不得大于1%。
(2)泥浆制备钻孔泥浆由水、黏土(膨润土)和添加剂组成,具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具,增大静水压力,并在孔壁形成泥皮,隔断孔内外渗流,防止坍孔的作用。
通常采用塑性指数大于25,粒径小于0.005mm的黏土颗粒含量大于50%的黏土,通过泥浆搅拌机或人工调和,贮存在泥浆池内,再用泥浆泵输入钻孔内。
(3)钻孔一般采用螺旋钻头或冲击锥等成孔,或用旋转机具辅以高压水冲成孔,常用的方法是:正循环回转法、反循环回转法、潜水电钻法、冲抓锥法、冲击锥法。
·正循环回转法:系利用钻具旋转切削土体钻进,泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头,通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内,泥浆挟带钻渣沿钻孔上升,从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池,钻渣在此沉淀而泥浆流入泥浆池循环使用。其特点是钻进与排渣同时连续进行,在适用的土层中钻进速度较快,但需设置泥浆槽、沉淀池等,施工占地较多,且机具设备较复杂。
·反循环回转法:与正循环法不同的是泥浆输入钻孔内,然后从钻头的钻杆下口吸进,通过钻杆中心排出至沉淀池内。其钻进与排渣效率较高,但接长钻杆时装卸麻烦,钻渣容易堵塞管路。另外,因泥浆是从上向下流动,孔壁坍塌的可能性较正循环法的大,为此需用较高质量的泥浆。
(4)孔径检查与清孔:钻孔的直径、深度和孔形直接关系到成桩质量,是钻孔桩成败的关键。为此,除了钻孔过程中严谨操作、密切观测监督外,在钻孔达到设计要求深度后,应采用适当器具对孔深、孔径、孔形等认真检查,符合设计要求后,填写“终孔检查证”。
·清孔的方法有抽浆法、换浆法、掏渣法、喷射清孔法以及用砂浆置换钻渣清孔法等,应根据设计要求、钻孔方法、机具设备和土质条件决定。其中抽浆法清孔较为彻底,适用于各种钻孔方法的灌注桩。对孔壁易坍塌的钻孔,清孔时操作要细心,防止坍孔
·清孔的质量要求:对摩擦桩;孔底沉淀土的厚度,中、小桥不得大于(0.4~0.6)d
(d为桩的直径),大桥按设计文件规定。清孔后的泥浆性能指标,含砂率为4%~8%,相对密度为1.10~1.25,黏度为l8~20Pa·s。对支承桩(柱桩、嵌岩桩),宜用抽浆法清孔,并宜清理至吸泥管出清水为止。灌注混凝土前,孔底沉淀土厚度不得大于50mm。若孔壁易坍塌,必须在泥浆中灌注混凝土时,建议采用砂浆置换钻渣清孔法,清孔后的泥浆含砂率不大于4%。其他泥浆性能指标同摩擦桩要求。对于沉淀土厚度的测量,用冲击、冲抓锤时,沉淀土厚度从锥头或抓锥底部所到达的孔底平面算起。沉淀土厚度测量方法可在清孔后用取样盒(开口铁盒)吊N:fL底,待到灌注混凝土前取出,直接量测沉淀在盒内的沉渣厚度。
(5)灌注混凝土
在土中形成一定直径的井孔,达到设计标高后,将钢筋骨架(笼)吊入井孔中,灌注混凝土形成为桩基础。
3.灌注桩质量检验与质量标准
每根灌注桩应留取混凝土抗压强度试件不少于2组。同时应以钻取芯样法或超声波法、机械阻抗法、水电效应法等无破损检测法对桩的匀质性进行检测。检测应符合下列规定:其一、宜对各墩台有代表性的桩用无破损法进行检测,重要工程或重要部位的桩宜逐根检测;其二,对质量有怀疑的桩及因灌注故障处理过的桩,均应进行检测。
4.钻孔桩水下混凝土的质量应符合:
(1)强度应不低于设计强度。除检查灌注过程中预留试块的抗压强度外,还应凿平桩头,凿取桩头混凝土试块做抗压强度试验,一般可按基桩总数的5%~l0M抽查;大桥的钻孔桩,应以地质钻机钻取桩身混凝土芯样作抗压试验,同时检查桩尖沉淀土实际厚度和桩底土层情况,钻取的芯样直径应不小于70mm.
(2)桩身混凝土无断层或夹层,钻孔桩桩底不高于设计标高,桩底沉淀厚度不大于设计规定。应仔细检查分析所有各桩径的混凝土灌注记录,并用无破损方法检验桩身,认为其中某些桩的质量可疑,则应以地质钻机钻通全桩取芯样,检查该桩有无夹泥、断桩、混凝土质量松软,并做芯样的抗压强度试验。
(3)桩头凿除预留部分无残余松散层和薄弱混凝土层;需嵌入承台内的桩头及锚固钢筋长度符合规范要求。
在质量检查中,如发现断桩或其他重大质量事故,应会同有关部门共同研究提出处理方案。在处理过程中,应作详细记录。处理完毕后,再作一次检查,认为合格后方可进行下一道工序的施工。
5.施工中易出现的问题及预防和处理方法
(1)钢筋笼上浮
这里指的是灌注桩在浇筑混凝土时钢筋笼上浮的现象。
·原因分析
混凝土在进入钢筋笼底部时浇筑速度太快;钢筋笼未采取固定措施。
·防治措施
当混凝土上升到接近钢筋笼下端时,应放慢浇筑速度,减小混凝土面上升的动能作用,以免钢筋笼被顶托而上浮。当钢筋笼被埋入混凝土中有一定深度时,再提升导管,减少导管埋人深度,使导管下端高出钢筋笼下端有相当距离时再按正常速度浇筑,在通常情况下,可防止钢筋笼上浮。此外,浇筑混凝土前,应将钢筋笼固定在孔位护筒上,也可防止上浮。
(2)桩身混凝土质量差
桩身混凝土质量差是指桩身出现蜂窝、空洞、夹泥层或级配不均的现象。
原因分析:
·浇灌混凝土时未边灌边振捣,使桩身混凝土不密实。
·浇灌混凝土时或上部放钢筋笼时,孔壁土塌落在混凝土中,造成桩身夹泥。
·混凝土配合比坍落度掌握不严,下料高度过大,混凝土产生离析,造成桩身级配和强度不均匀。
防治措施:
·浇灌混凝土时应边灌边振捣。
·浇灌混凝土时或上部放钢筋笼时,注意不要碰撞土壁,造成土体坍落。
·认真控制混凝土的配合比和坍落度,浇灌混凝土时设置串筒下料,防止混凝土产生离析现象,使混凝土强度均匀。
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