灌注桩施工

灌注桩是在施工现场的桩位上先成孔,然后在孔内灌注混凝土,或者加入钢筋后再灌注混凝土而形成的,广泛应用于高层建筑物的基础工程中。

1.灌注桩施工准备

(1)灌注桩施工应具备下列资料。

1)建筑场地岩土工程勘察报告。

2)桩基工程施工图及图样会审纪要。

3)建筑场地和邻近区域内的地下管线、地下构筑物、危房、精密仪器车间等的调查资料。

4)主要施工机械及其配套设备的技术性能资料。

5)桩基工程的施工组织设计。

6)水泥、砂、石、钢筋等原材料及其制品的质检报告。

7)有关荷载、施工工艺的试验参考资料。

(2)钻孔机具及其他准备工作。

1)施工前应组织图纸会审,会审纪要连同施工图等应作为施工依据,并应列入工程档案。

2)桩基施工用的供水、供电、道路、排水、临时房屋等临时设施,必须在开工前准备就绪。

3)施工场地应进行平整处理,保证施工机械正常作业。

4)桩基轴线的控制点和水准点应设在不受施工影响的地方,开工前,经复核后妥善保护,施工中应经常复测。

2.灌注桩施工工艺

(1)泥浆护壁成孔灌注桩施工.工艺过程:测定桩位(桩基轴线定位和水准定位)→埋设护筒和制备泥浆→桩机就位→成孔→清孔→吊放钢筋笼→浇筑水下混凝土。

1)测定桩位.平整好施工场地后,设置桩基轴线定位点和水准点,根据桩位平面布置施工图,定出每根桩的位置,并做好标志.施工前,桩位要检查复核,以防被外界因素影响而造成偏移。

2)埋设护筒和制备泥浆。

①泥浆护壁成孔时,宜采用孔口护筒.护筒埋设应准确、稳定,护筒中心与桩位中心的偏差不应大于50mm;护筒可用4~8mm厚的钢板制作.护筒的埋设深度:在黏性土中不宜小于1.0m;在砂土中不宜小于1.5m。

②施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上,在受水位涨落影响时,泥浆面应高出最高水位1.5m以上;在清孔过程中,应不断置换泥浆,直至浇筑水下混凝土;废弃的浆、渣应进行处理,不得污染环境。

3)成孔.对孔深较大的端承桩和粗粒土层中的摩擦桩,宜采用反循环工艺成孔或清孔,也可根据土层情况采用正循环钻进,反循环清孔.如在钻进过程中发生斜孔、塌孔和护筒周围冒浆、失稳等现象时,应停钻,待采取相应措施后再进行钻进.钻孔达到设计深度,柱灌注混凝土之前,孔底沉渣厚度:对端承桩,不应大于50mm;对摩擦桩,不应大于100mm。

4)清孔.当钻孔达到设计要求深度并经检查合格后,应立即进行清孔,目的是清除孔底沉渣以减少桩基的沉降量,提高承载能力,确保桩基质量.清孔方法有真空吸泥渣法、射水抽渣法、换浆法和掏渣法。

对以原土造浆的钻孔,可使钻机空转不进尺,同时注入清水,等孔底残余的泥块已磨浆,排出泥浆的比重降至1.1左右(以手触泥浆无颗粒感觉)时,即可认为清孔已合格.对注入制备泥浆的钻孔,可采用换浆法清孔,至换出泥浆比重小于1.15~1.25为合格。

5)吊放钢筋笼.清孔后应立即安放钢筋笼、浇混凝土.钢筋笼一般都在工地制作,制作时要求主筋环向均匀布置,箍筋直径及间距、主筋保护层、加劲箍的间距等均应符合设计要求.分段制作的钢筋笼,其接头采用焊接且应符合施工及验收规范的规定.吊放钢筋笼时应保持垂直缓慢放入,防止碰撞孔壁.若造成塌孔或安放钢筋笼时间太长,应进行二次清孔后再浇筑混凝土。

6)灌注水下混凝土.钢筋笼吊装完毕后,应安置导管或气泵管进行二次清孔,并应进行孔位、孔径、垂直度、孔深、沉渣厚度等检验,合格后应立即灌注混凝土.水下灌注混凝土应符合下列规定:水下灌注混凝土必须具备良好的和易性,配合比应通过试验确定;坍落度宜为180~220mm;水泥用量不应少于360kg/m(当掺入粉煤灰时水泥用量可不受此限制);水下灌注混凝土宜掺外加剂。

7)施工中常见的问题和处理方法。

①护筒冒水.护筒外壁冒水如不及时处理,严重者会造成护筒倾斜和位移、桩孔偏斜,甚至无法施工.冒水原因为埋设护筒时周围填土不密实,或者由于起落钻头时碰动了护筒.处理办法:如初发现护筒冒水,可用黏土在护筒四周填实加固;如护筒发生严重下沉或位移,则应返工重埋。

②孔壁坍塌.在钻孔过程中,若在排出的泥浆中不断有气泡产生,或是护筒内的水位突然下降时,则是塌孔的迹象.其原因是土质松散、泥浆护壁不好、护筒水位不高等.处理办法:如在钻孔过程中出现缩颈、塌孔,应保持孔内水位,并加大泥浆的相对密度,以稳定孔壁;如缩颈、塌孔严重或泥浆突然漏失,应立即回填黏土,待孔壁稳定后,再进行钻孔。

③钻孔偏斜.造成钻孔偏斜的原因是钻杆不垂直、钻头导向部分太短、导向性差,土质软硬不一,或遇上孤石等.处理办法:减慢钻速,并提起钻头,上下反复扫钻几次,以便削去硬层,转入正常钻孔状态.如在孔口不深处遇孤石,可用炸药炸除。

(2)干作业成孔灌注桩.干作业成孔灌注桩是先用钻机在桩位处进行钻孔,然后将钢筋骨架放入桩孔内,再浇筑混凝土而成的桩,其施工过程如图2G8所示.干作业成孔灌注桩适用于地下水位以上的填土层、黏性土层、粉土层、砂土层和粒径不大的砂砾层。

图2-8 干作业成孔灌注桩施工工艺流程

(a)钻孔;(b)空钻清土后掏土;(c)放入钢筋骨架;(d)浇筑混凝土

步履式螺旋成孔机,如图2-9所示,其利用动力旋转钻杆,钻杆带动钻头上的螺旋叶片旋转切削土层,土渣沿螺旋叶片上升排出孔外.螺旋成孔机成孔直径一般为300~600mm,钻孔深度8~12m。

钻杆按叶片螺距的不同,可分为密螺纹叶片和疏螺纹叶片.密螺纹叶片适用于可塑或硬塑黏土或含水量较小的砂土,钻进时速度缓慢而均匀;疏螺纹叶片适用于含水量大的软塑土层,因为钻杆在相同转速时,疏螺纹叶片较密螺纹叶片土渣向上推进快,所以,可取得较快的钻进速度。

螺旋成孔机成孔灌注桩施工工艺流程为:钻孔→检查成孔质量→孔底清理→盖好孔口盖板→移桩机至下一桩位→移走盖口板→复测桩孔深度及垂直度→安放钢筋笼→放混凝土串筒→浇筑混凝土→插桩顶钢筋。

钻进时要求钻杆垂直,钻孔过程中发现钻杆摇晃或进钻困难时,可能是遇到石块等硬物,应立即停车检查,及时处理,以免损坏钻具或桩孔发生偏斜。

施工中,如发现钻孔偏斜,应提起钻头上下反复扫钻数次,以便削去硬土.如纠正无效,应在孔中回填黏土至偏孔处以上0.5m,再重新钻进;如成孔时发生塌孔,宜钻至塌孔处以下1~2m处,用低强度等级的混凝土填至塌孔处以上1m左右,待混凝土初凝后再继续下钻至设计深度,也可用3∶7的灰土代替混凝土。

钻孔达到要求深度后,进行孔底土清理,即钻到设计钻深后,必须在深处进行空转清土,然后停止转动,提钻杆,不得回转钻杆。

图2-9 步履式螺旋成孔机

1—上盘;2—下盘;3—回转滚轮;4—行走滚轮;5—钢丝滑轮;6—旋转中心轴;7—行走油缸;8—中盘;9—支腿

提钻后应检查成孔质量:用测绳(锤)或手提灯测量孔深垂直度及虚土厚度.虚土厚度等于测量深度与钻孔深的差值,虚土厚度一般不应超过100mm.清孔时,若有少量浮土泥浆不易清除,可投入25~60mm厚的卵石或碎石插捣,以挤密土体;也可用夯锤夯击孔底虚土或用压力在孔底灌入水泥浆,以减少桩的沉降和提高其承载力。

钻孔完成后,应尽快吊放钢筋笼并浇筑混凝土.混凝土应分层浇筑,每层高度不得大于1.5m,混凝土的坍落度在一般黏性土中为50~70mm,砂类土中为70~90mm。

(3)锤击沉管灌注桩施工.锤击沉管灌注桩施工是使用锤击式桩锤或振动式桩锤将带有混凝土预制桩尖或钢桩尖的桩管沉入土中,造成桩孔;然后放入钢筋笼,浇筑混凝土;最后拔出钢管,形成所需的灌注桩,如图2-10所示。

1)施工程序.定位→埋设混凝土预制桩尖→桩机就位→锤击沉管→灌注混凝土→边拔管、边锤击、边继续灌注混凝土(中间插入吊放钢筋笼)→成桩,如图2-11所示。

①桩机就位.将桩管对预先埋设在桩位上的预制桩对准桩尖或将桩管对准桩位中心,使它们三点合一线,然后把桩尖活瓣合拢,放松卷扬机钢丝绳,利用桩机和桩管自重,把桩尖打入土中。

②锤击沉管.在检查桩管与桩锤、桩架等是否在一条垂直线上之后,看桩管垂直度的偏差是否小于或等于5％,可用桩锤先低锤轻击桩管,观察偏差是否在容许范围内,再正式施打,直至将桩管打入至设计标高或要求的贯入度。

③首次灌注混凝土.沉管至设计标高后,应立即灌注混凝土,尽量减少间隔时间;在灌注混凝土前,必须用吊砣检查桩管内无泥浆或无渗水后,再用吊斗将混凝土通过灌注漏斗灌入桩管内。

图2-10 锤击沉管灌注桩桩机

1—钢丝绳;2—滑轮组;3—吊斗钢丝绳;4—桩锤;5—桩帽;6—混凝土漏斗;7—套管;8—桩架;9—混凝土吊斗;10—回绳;11—钢管;12—桩尖;13—卷扬机;14—枕木

图2-11 锤击沉管灌注桩施工程序示意图

(a)桩机就位;(b)锤击沉管;(c)首次灌注混凝土;(d)边拔管、边锤击、边继续灌注混凝土;(e)放钢筋笼,继续灌注混凝土;(f)成桩

④边拔管、边锤击、边继续灌注混凝土.当混凝土灌满桩管后,便可开始拔管,一边拔管,一边锤击.拔管的速度要均匀,对一般土层以1m/min为宜,在软弱土层和软硬土层交界处,宜控制在0.3~0.8m/min;采用倒打拔管的打击次数,单动汽锤不得少于50次/min,自由落锤轻击(小落距锤击)不得少于40次/min;在管底未拔至桩顶设计标高前,倒打和轻击不得中断.在拔管过程中应向桩管内继续灌入混凝土,以满足灌注量的要求。

⑤放钢筋笼,继续灌注混凝土成桩.当桩身配钢筋笼时,第一次灌注混凝土应先灌至笼底标高,然后放置钢筋笼,再灌混凝土至桩顶标高.第一次拔管高度应以能容纳第二次所需灌入的混凝土量为限,不宜拔得过高.在拔管过程中应有专用测锤或浮标,检查混凝土面的下降情况。

2)施工要点.锤击沉管施工法是利用桩锤将桩管和预制桩尖(桩靴)打入土中,边拔管、边振动、边灌注混凝土、边成桩,在拔管过程中,由于持续对桩管进行低锤密击,使钢管不断受到冲击振动,从而密实混凝土.锤击沉管灌注桩的施工应该根据土质情况和荷载要求,分别选用单打法、复打法和反插法。

当采用单打法工艺时,预制桩尖直径、桩管外径和成桩直径的配套选用见表2-7。

表2-7 单打法工艺预制桩尖直径、桩管外径和成桩直径关系表 mm

续表

3)施工注意事项。

①群桩基础和桩中心距小于4倍桩径的桩基,应有保证相邻桩桩身质量的技术措施。

②混凝土预制桩尖或钢桩尖的加工质量和埋设位置应与设计相符,桩管与桩尖的接触应有良好的密封性。

③沉管全过程必须有专职记录员做好施工记录;每根桩的施工记录均应包括每米的锤击数和最后1m的锤击数;必须准确测量最后3阵,每阵10锤的贯入度及落锤高度。

④混凝土的充盈系数不得小于1.0;对于混凝土充盈系数小于1.0的桩,宜全长复打;对可能有断桩和缩颈桩的,应采用局部复打.成桩后的桩身混凝土顶面标高应不低于设计标高500mm.全长复打桩的入土深度宜接近原桩长,局部复打应超过断桩或缩颈区1m以上。

⑤全长复打桩施工时应遵守下列规定:

a.第一次灌注混凝土应达到自然地面。

b.应随拔管随清除粘在管壁上和散落在地面上的泥土。

c.前后两次沉管的轴线应重合。

d.复打施工必须在第一次灌注的混凝土初凝前完成。

(4)振动沉管灌注桩.振动沉管灌注桩是采用激振器或振动冲击锤将钢套管沉入土中成孔而成的灌注桩,沉管原理与振动沉桩完全相同,其施工设备如图2-12所示。

1)施工工艺流程.振动沉管灌注桩的施工工艺流程,如图2-13所示。

图2G12 振动沉管灌注桩桩机

1—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—活瓣桩靴;11—缆风绳;12—卷扬机;13—行驶用铜管;14—枕木

图2-13 振动沉管灌注桩施工工艺流程

(a)桩机就位;(b)振动沉管;(c)浇筑混凝土;(d)边拔管、边振动、边浇筑混凝土;(e)成桩

①桩机就位.施工前,应根据土质情况选择适用的振动打桩机,桩尖采用活瓣式.施工时先安装好桩机,将桩管对准桩位中心,桩尖活瓣合拢,放松卷扬机钢丝绳,利用振动机及桩管自重,把桩尖压入土中,勿使其偏斜,这样即可启动振动箱沉管。

②振动沉管.沉管过程中,应经常探测管内有无地下水或泥浆.如发现水或泥浆较多,应拔出桩管,检查活瓣桩尖缝隙是否过疏而漏进泥水.如过疏应加以修理,并用砂回填桩孔后重新沉管,如仍发现有少量水,一般可在沉入前先灌入0.1m3左右的混凝土或砂浆,封堵活瓣桩尖缝隙,再继续沉入。

沉管时,为了适应不同土质条件,常用加压方法来调整土的自振频率.桩尖压力改变可利用卷扬机滑轮钢丝绳,把桩架的部分重量传到桩管上,并根据钢管的沉入速度随时调整离合器,防止桩架抬起而发生事故。

③浇筑混凝土.桩管沉到设计位置后停止振动,用上料斗将混凝土灌入桩管内,一般应灌满或略高于地面。

④边拔管、边振动、边浇筑混凝土.开始拔管时,先启动振动箱片刻再拔管,并用吊砣探测确定桩尖活瓣已张开,混凝土已从桩管中流出以后,方可继续抽拔桩管,边拔边振.拔管速度,活瓣桩尖不宜大于2.5m/min;预制钢筋混凝土桩尖不宜大于4m/min.拔管方法一般宜采用单打法,每拔起0.5~1.0m时停拔,振动5~10s,再拔管,如此反复进行,直至全部拔出.在拔管过程中,桩管内应至少保持2m以上高度或不低于地面的混凝土,可用吊砣探测,不足时要及时补灌,以防混凝土中断,形成缩颈。

振动灌注桩的中心距不宜小于桩管外径的4倍,相邻桩施工时,其间隔时间不得超过水泥的初凝时间.中间需停顿时,应将桩管在停歇前沉入土中。

⑤安放钢筋笼或插筋.第一次浇筑至笼底标高,然后安放钢筋笼,再灌注混凝土至设计标高。

2)施工要点.振动沉管施工法是在振动锤竖直方向往复振动作用下,桩管也以一定的频率和振幅产生竖向往复振动,减小桩管与周围土体间的摩阻力.当强迫振动频率与土体的自振频率相同时(砂土自振频率为900~1200Hz,黏性土自振频率为600~700Hz),土体结构因共振而被破坏.与此同时,桩管受加压作用而沉入土中.在达到设计要求的深度后,边拔管、边振动、边灌注混凝土、边成桩。

振动冲击施工法是利用振动冲击锤在冲击和振动的共同作用下,使桩尖对四周的土层进行挤压,改变土体结构排列,使周围土层挤密,桩管迅速沉入土中.在达到设计标高后,边拔管、边振动、边灌注混凝土、边成桩。

振动沉管施工法、振动冲击沉管施工法一般有单打法、反插法、复打法等,应根据土质情况和荷载要求分别选用.单打法适用于含水量较小的土层,且宜采用预制桩尖;反插法及复打法适用于软弱饱和土层。

①单打法.即一次拔管法,拔管时每提升0.5~1m,振动5~10s再拔管,如此反复进行,直至全部拔出为止.一般情况下,振动沉管灌注桩均采用此法。

②复打法.在同一桩孔内进行两次单打,即按单打法制成桩后再在混凝土桩内成孔并灌注混凝土.采用此法可扩大桩径,大大提高桩的承载力。

③反插法.将套管每提升0.5m后,再下沉0.3m,反插深度不宜大于活瓣桩尖长度的2/3,如此反复进行,直至拔离地面.此法通过在拔管过程中反复向下挤压,可有效地避免颈缩现象,且比复打法经济、快速。

3)施工注意事项。

①单打法施工注意事项。

a.必须严格控制最后30s的电流、电压值,其值按设计要求或根据试桩和当地经验确定。

b.桩管内灌满混凝土后,先振动5~10s,再开始拔管,应边振边拔,每拔0.5~1.0m,停拔振动5~10s,如此反复,直至桩管全部拔出。

c.在一般土层内,拔管速度宜为1.2~1.5m/min;用活瓣桩尖时宜慢;用预制桩尖时可适当加快;在软弱土层中,宜控制在0.6~0.8m/min。

②反插法施工注意事项。

a.桩管灌满混凝土之后,先振动再拔管,每次拔管高度为0.5~1.0m,反插深度为0.3~0.5m;在拔管过程中,应分段添加混凝土,保持管内混凝土面始终不低于地表面或高于地下水位1.0~1.5m,拔管速度应小于0.5m/min。

b.在桩尖处的1.5m范围内宜多次反插,以扩大桩的端部断面。

c.穿过淤泥夹层时,应当放慢拔管速度,并减小拔管高度和反插深度,在流动性淤泥中不宜使用反插法。

③复打法施工注意事项。

a.第一次灌注混凝土应达到自然地面。

b.应边拔管边清除粘在管壁上和散落在地面上的泥土。

c.前后两次沉管的轴线要重合。

d.复打施工必须在第一次灌注的混凝土初凝前完成。

混凝土施工时应注意以下几点:混凝土的充盈系数不得小于1.0,对于混凝土充盈系数小于1.0的桩,宜全长复打,对可能有断桩和缩颈桩的应局部复打.成桩后的桩身混凝土顶面标高应不低于设计标高500mm.全长复打桩的入土深度宜接近原桩长,局部复打应超过断桩或缩颈区1m以上。

(5)人工挖孔灌注桩施工.人工挖孔灌注桩是指桩孔采用人工挖掘的方法进行成孔,然后安放钢筋笼,浇筑混凝土而成的桩。

1)孔径、孔深的构造要求.人工挖孔灌注桩的孔径(不含护壁)不得小于0.8m,且不宜大于2.5m;孔深不宜大于30m.当桩净距小于2.5m时,应采用间隔开挖.相邻排桩跳挖的最小施工净距不得小于4.5m。

2)护壁要求.人工挖孔灌注桩混凝土护壁的厚度不应小于100mm,混凝土的强度等级不应低于桩身混凝土的强度等级,并应振捣密实;护壁应配置直径不小于8mm的构造钢筋,竖向筋应上、下搭接或拉接。

3)人工挖孔灌注桩施工应采取下列安全措施。

①孔内必须设置应急软爬梯供人员上、下;使用的电葫芦、吊笼等应安全可靠,并配有自动卡紧保险装置,不得使用麻绳和尼龙绳吊挂或脚踏井壁凸缘上、下.电葫芦宜用按钮式开关,使用前必须检验其安全起吊能力。

②每日开工前必须检测井下的有毒、有害气体,并应有足够的安全防范措施.当桩孔开挖深度超过10m时,应有专门向井下送风的设备,风量不宜少于25L/s。

③孔口四周必须设置护栏,护栏高度宜为0.8m。

④挖出的土石方应及时运离孔口,不得堆放在孔口周边1m的范围内,机动车辆的通行不得对井壁的安全造成影响。

⑤施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须遵守《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46—2005)的规定。

4)施工工艺。

①开孔前,桩位应准确定位放样,在桩位外设置定位基准桩,安装护壁模板必须用桩中心点校正模板位置,并应由专人负责。

②开挖土方.挖土顺序是自上而下,先中间、后孔边。

③施工第一节井圈护壁.井圈顶面应比场地高出100~150mm,壁厚应比下面井壁厚度增加100~150mm.井圈中心线与设计轴线的偏差不得大于20mm。

④修筑井圈护壁应符合下列规定:

a.护壁的厚度、拉接钢筋、配筋、混凝土强度等级均应符合设计要求。

b.上、下节护壁的搭接长度不得小于50mm。

c.每节护壁均应在当日连续施工完毕;护壁混凝土必须保证振捣密实,应根据土层渗水情况使用速凝剂。

d.护壁模板的拆除应在灌注混凝土24h之后进行;发现护壁有蜂窝、漏水现象时,应及时补强。

⑤挖至设计标高,终孔后应清除护壁上的泥土和孔底残渣、积水,并应进行隐蔽工程验收.验收合格后,应立即封底和灌注桩身混凝土。

⑥灌注桩身混凝土时,混凝土必须通过溜槽;当落距超过3m时,应采用串筒,串筒末端距孔底的高度不宜大于2m;也可采用导管泵送.混凝土宜采用插入式振捣器振实。

⑦当渗水量过大时,应采取场地截水、降水或水下灌注混凝土等有效措施.严禁在桩孔中边抽水、边开挖、边灌注(包括相邻桩的灌注)。