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1、第二节 混凝土灌注桩的施工,灌注桩：就是直接在桩位上钻孔或冲孔，然后灌注混凝土或钢筋混凝土而成。优点：施工方便，节约材料，可降低成本1/3，无振动，无挤土，噪音小，能用于地质土层变化较复杂的情况。缺点：操作要求较严，易发生颈缩、断裂现象，技术间歇时间较长，不能立即承受荷载，冬季施工困难较多。,灌注桩施工方法：干作业成孔灌注桩；泥浆护壁成孔灌注桩；沉管灌注桩；人工挖孔桩爆扩成孔灌注桩；端夯扩沉管灌注桩；钻孔压浆成桩等,一、干作业成孔灌注桩 1、工艺流程,桩点定位,钻机就位,钻孔,钻至设计标高,清除孔底虚土,成孔质量检查验收,吊放钢筋笼,灌注混凝土,2、钻孔设备：全叶螺旋钻孔机、机动洛阳铲成孔 成
2、孔直径400-600mm，深度812m。适应于地下水位以上的一般粘性土、砂土、人工填土地基。不宜用于地下水位以下的土层成孔作业及淤泥质土。,螺旋钻孔机现场录像,二、泥浆护壁成孔灌注桩 1、施工设备 回转钻机、潜水钻机等 回转钻机（正反循环钻进）最大成孔直径1.2-2.5M,钻进深度50-100m。,正循环成孔和反循环成孔的特点与应用,正循环成孔：设备简单，操作方便，工艺成熟，当孔深不太深，孔径小于 800mm时钻进效率高。当桩径较大时，钻杆与孔壁间的环形断面较大，泥浆循环时返流速度低，排碴能力弱。如使泥浆返流速度增大到0.20m/s0.35m/s，则泥浆泵的排量需很大，有时难以达到，此时不得不
3、提高泥浆的相对密度和粘度。但如果泥浆相对密度过大，稠度大，难以排出钻碴，孔壁泥皮厚度大，影响成桩和清孔。,正循环排渣动画1,正循环排渣动画2,反循环成孔：泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，来冷却钻头并携带沉碴由钻杆内腔返回地面的一种钻进工艺。由于钻杆内腔断面积比钻杆与孔壁间的环状断面积小得多，因此，泥浆的上返速度大，一般可达2 m/s 3m/s多，是正循环工艺泥浆上返速度的数十倍，因而可以提高排碴能力，保持孔内清洁，减少钻碴在孔底重复破碎的机会，能大大提高成孔效率。这种成孔工艺是目前大直径成孔施工的一种有效的先进的成孔工艺，因而应用较多。,反循环钻孔灌注桩施工动画1,反循环钻孔灌注桩施工动
4、画2,反循环钻孔灌注桩施工动画3,潜水钻机是将电机、变速机构与底部钻头结合成一密封的专用钻孔机械，如下页图。这种机械体积小、质量轻、携带方便，桩架轻便、移动灵活，钻进速度快(0.32.0m/min)，钻机噪音小，钻孔效率高。最大成孔直径0.8-2m,钻进深度50m。,图2-10 潜水钻机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-卷扬机；10-控制箱,冲击钻主要用于在岩层中成孔，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，然后用掏碴筒来掏取孔内的碴浆（图2-11）。,图2-11 冲击钻机1滑轮；2主杆；3拉索；4斜撑；5卷扬机
5、；6垫木；7钻头,冲击钻机,冲锥式钻头,掏碴筒,冲击钻,2.施工方法 用流程图表示泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺为：,测定桩位,埋设护筒,桩机就位,成孔,清孔,安放钢筋骨架,浇筑水下混凝土,泥浆池，制备泥浆,泥浆循环清渣,钢筋骨架制作,吊运、安放,灌注混凝土,钻孔灌注桩施工工艺动画,（1）测定桩位 根据设计图纸对桩位进行放线，严格控制桩位精度，是保证桩基础施工质量的前提条件。所有桩点一次性全部测放、复核，每天对预钻进桩点进行二次复核检查，确保桩位准确，桩点放线偏差应10mm,采用4根木桩加钉小钉（即定位桩）十字法定位，如下页图所示，并防止车辆、机械、人员等碾压、踩踏移位、破坏。,桩点定位图,（2）
6、埋设护筒 护筒是用48mm厚钢板制作，内径应大于钻头直径100 mm，上部宜开设12个溢浆孔，埋置深度11.5m。护筒的作用：定位、保护孔口和控制泥浆液面。护筒埋设：护筒中心与桩中心点的偏差不得大于50mm，顶部高出地面300-400mm,护筒与坑壁之间用粘土填实，必要时在面层铺设20mm厚水泥砂浆，以防漏水。,（3）桩机就位 桩机就位时，精心调平，保证钻头中心与桩位中心相重合，偏差20mm；垂直度偏差1%，并确保成孔机械在整个钻孔过程中的稳定性，避免其产生前倾和侧倾，以至影响桩孔的垂直度。为此，对于土质软弱的施工现场需要对地面进行适当的加固处理，并适当加大承重枕木的面积。,（4）成孔 钻孔机
7、具及工艺的选择，应根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放及处理等条件综合确定。如果是端承为主的结构桩，地基土中含有碎石土、砂卵石、土层较坚硬及风化岩比较多，则适宜选用冲击机成孔方式，即冲孔桩；如果是利用桩身与土层的摩擦力进行承载，例如某些临时性的基坑支护桩等，在砂土、淤泥质土、粘性土等土层比较厚时，可选用潜水钻机成孔方式施工，即钻孔桩。,正式施钻前应对桩中心、护筒位置、桩机等进行复核检查，确保无误。钻进应连续进行，密切注意地层变化，根据土层类别确定相应的转速、钻压及钻进速度、泥浆比重等施工参数。钻孔达到设计孔深后，用试孔器对孔深、孔径、垂直度进行实测检查，验收合格后方可进行下道工序。,泥浆的作
8、用：泥浆密度比水大，加大了护筒内水压，平衡了地下水压，并对孔壁有一定的侧压，对孔壁起到支撑作用。泥浆中胶质颗粒将土中空隙渗填密实，在孔壁形成一层泥皮，避免孔内漏水，从而防止塌孔。泥浆还能起到携碴、冷却机具、减少钻进阻力和切土润滑等作用。,（5）清孔 当钻孔达到设计深度要求后，即应进行验孔和清除孔底沉渣、淤泥，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。,清孔方法：对稳定性差的孔壁宜采用泥浆循环方法排渣清孔；对孔壁土质较好不易塌孔的，可用空气吸泥机清孔。一般分两次清孔：第一次采用正循环换浆法，第二次采用泵吸反循环法。,在灌注混凝土之前，孔底沉渣应符合下列规定：端承桩50mm；摩擦端承、端承摩擦桩100mm
9、；摩擦桩300mm。为此，在清孔过程中要不断置换泥浆，直至浇筑水下混凝土，并保持孔底500mm以内的泥浆比重应1.25。孔底沉渣可用重锤法或X-2型沉渣仪检测。重锤法是依据手感来判断沉渣表面位置，然后凭测锤重量夯入沉渣的厚度作为测量值。重锤法要求经验丰富，否则测量误差较大。X-2型沉渣仪是利用测试探头和仪表量测。如下页图所示,沉渣厚度测定示意图,沉渣厚度测仪器,（6）安放钢筋骨架 一般分段制作，分段吊装就位，钢筋接头一般采用焊接连接。就位后要固定牢靠，防止坠落或上浮。,（7）浇筑水下混凝土 混凝土拌制：水下灌注混凝土的性质及拌制质量有如下一些特定要求：混凝土的强度应比设计强度提高5Mpa；混凝
10、土的坍落度宜为1822cm,并有一定的流动保持率；坍落度降至15cm的时间不宜小于1h；混凝土的初凝时间应满足整个灌注过程（从搅拌第1斗混凝土开始至灌注完最后1斗混凝土并拔出导管为止），一般为34h，如运输距离较远，一般宜在混凝土中掺加缓凝剂。,水下浇筑混凝土动画,导管安装：水下灌注混凝土常用导管法，导管壁厚不宜小于3mm，直径宜为200250mm，直径偏差不超过2mm，导管分节长度视工艺要求确定，底管长度不宜小于4m，接头宜用法兰或双螺纹方扣快速连接，要求接头严密，不漏浆，不进水。使用前应试拼装、试压，试压水压力为0.61.0Mpa。导管安装好后，顶部高出泥浆面34m，底部距桩孔底0.30.
11、5m。导管内设隔水栓，用细钢丝悬吊在导管下口，待导管内有足量混凝土时剪断钢丝，其被冲出，混凝土随即冲出导管。,导管：,混凝土灌注：在施工中应该注意混凝土的浇灌速度。在初灌时，由于一部分混凝土与孔内的泥浆混合，所以灌注速度要快，防止堵管。在灌注过程中，应保证注浆顺利，当泥浆涌出孔口同时又要灌注混凝土，此时，导管在提升捣实混凝土时，不得猛提或超量提升，否则不但造成断桩、夹泥等事故，影响桩体质量，而且使孔壁泥皮质量不能得到保证。,在灌注水下混凝土时，应注意如下一些问题：首灌量应能满足将导管的下口埋入混凝土的深度0.8m，以保证完全排出导管内的泥浆并防止泥浆卷入混凝土中；混凝土应连续灌注，一气呵成，每
12、次灌注间歇时间一般控制在15min之内，最多不得超过30min，每根桩灌注过程应尽可能控制在46h以内完成；灌注时要保持孔内混凝土面均匀上升，且保持上升速度2m/h。导管的提升速度应与混凝土上升速度相适应。,钻孔灌注桩施工全过程,3.质量要求1）护筒中心要求与桩中心偏差不大于50mm，其埋深在黏土中不小于1.0m，在砂土中不小于1.5m。2）泥浆比重在黏土和亚黏土中应控制在1.11.2，在较厚夹砂层应控制在1.11.3，在穿过砂夹卵石层或易于坍孔的土层中，泥浆比重应控制在1.31.5。3）孔底沉渣必须设法清除，端承桩50mm；摩擦端承、端承摩擦桩100mm；摩擦桩300mm。4）水下浇注混凝土
13、应连续施工，孔内泥浆用潜水泵回收到贮浆槽里沉淀，保证导管埋入深度。,3.施工中常见问题及处理方法(1)护筒周围冒浆原因：护筒周围填土不密实，或护筒被碰撞。处理办法：用粘土填实护筒周围或重新埋设。(2)孔壁坍塌原因：土质松散，泥浆密度过小，泥浆液面高度不够，或孔壁被损坏等。处理办法：加大泥浆密度，提高并稳定泥浆液面，或回填砂和粘土混合物。(3)导管堵塞原因：中途中断，混凝土流动性差等。处理办法：换插备用导管等。,三、沉管灌注桩施工系采用与桩的设计尺寸相适应的钢管(即套管)，在端部套上桩尖(桩靴)，沉入土中后，在套管内吊放钢筋骨架，然后边浇筑混凝土边振动或锤击拔管，利用拔管时的振动捣实混凝土而形成
14、所需要的灌注桩。这种施工方法适于在有地下水、流砂、淤泥的情况。根据沉管方法和拔管时振动不同，沉管灌注桩可分为锤击沉管灌注桩、振动沉管灌注桩。,1振动沉管灌注桩 振动沉管灌注桩是利用振动打桩机的振动将桩沉入土中成孔。与锤击沉管相比，更适用于稍密及中密的碎石土地基施工。振动沉管灌注桩的施工工艺为：桩机就位振动沉管检查成孔质量浇灌混凝土边拔管、边振动、边继续灌注混凝土插入短钢筋骨架成桩，如下页图所示。图中(a)桩机就位，(b)振动沉管，(c)第一次灌注混凝土，(d)边拔管、边振动、边继续灌注混凝土，(e)成桩。,图23 振动沉管灌注桩 1振动锤；2加压减震弹簧；3加料口；4桩管；5活瓣桩尖；6上料斗
15、；7混凝土桩；8短钢筋骨架,锤击套管沉桩动画,2.施工方法 单打法，复打法和反插法。,（1）单打法：按照上述工艺一次成桩即称为单打法。（2）复打法先用单打法将混凝土灌注到接近自然地面标高，拔出桩管，清除管外壁上的污泥和桩孔周围的浮土，立即在原桩位埋设,预制桩靴或合闭活瓣，再一次沉入套管，使未凝固的混凝土向四周挤压扩大桩径，然后第二次灌注混凝土，并采用与第一次相同的方法拔出桩管。采用复打法时，以复打一次为宜；桩管每次打入时，其中心线应重合。复打工作必须在第一次灌注的混凝土初凝前完成。如图24所示。,(a)全桩复打(b)下半段桩复打(c)上半段桩复打 图24 复打法示意,1单打桩；2沉管；3第二次
16、浇混凝土；4复打桩；5预加1m,（3）反插法：桩管灌满混凝土后，在拔管过程中，桩管每拔起0.5m(或1.0m)，再把桩管反插下0.3m(或0.5m)，如此反复进行，直至桩管全部拔出地面。在拔管过程中，应分段添加混凝土，保持管内混凝土面始终高于地下水位1.5m以上，拔管速度不得大于0.5m/min。在桩尖处的1.5m范围内，可多次反插以扩大桩的端部；当穿过淤泥夹层时，应放慢拔管速度，并减少拔管高度和反插深度；在流动性淤泥以及坚硬土层中，不宜采用反插法。采用反插法可使桩的截面增加，从而提高桩的承载力。,3.施工中常见问题及处理方法,(1)断桩原因：桩距过小。处理办法：局部复打或反插，桩距小于4倍桩
17、径时采用跳打法。(2)缩颈桩原因：在含水率很高的软土层中沉管时，土受挤压产生很高的孔隙水压，拔管后挤向新灌的混凝土，造成缩颈。处理办法：复打法。,(3)吊脚桩概念：是指桩底部混凝土隔空或混进泥砂而形成松软松散层的桩脚。原因：预制桩尖质量差，沉管时被破坏，或活瓣桩尖未及时打开，泥砂、水挤入桩管。处理办法：重新沉管。,吊脚桩,四、人工挖孔灌注桩施工,人工深挖桩孔，然后浇筑混凝土或钢筋混凝土形成灌注桩的施工工艺。在挖孔过程中，每挖一段，作一段护壁，然后循环往复进行，直至达到设计深度的持力层。,1.适用范围：地下水位低，土质条件好，桩径大，孔深较浅，施工场地较狭小时。,2.施工过程：,桩点定位,分节开
18、挖土方,支设护壁模板,在模版顶安置操作平台,浇筑护壁混凝土,拆模后继续下一节,灌注桩身混凝土,3.施工特点：1)施工机具操作简单，占用施工场地小。不需大型机具，一般用锹、镐、钎、锤、风镐等简单工具；2)对周围建筑物无影响，桩质量可靠；3)可全面开展，有利于缩短工期，造价较低；4)桩孔底部可以人工扩孔，清除碎岩杂物后及时验收，尽快浇筑混凝土；,4.施工过程注意事项：1)必须保证桩孔质量；2)防止土壁坍塌及流砂现象；3)必须保证桩身混凝土浇筑质量；4)必须注意施工安全；,人工挖孔桩施工应采取下列安全措施：1）孔内必须设置应急软爬梯；供人员上下井，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护措施，桩孔开挖深度超过100m 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，一般加0.8m 高围栏围护。4）挖出的土石方应及时运离孔口，不得堆放在孔口四周，机动车的通行不得对井壁的安全造成影响。,小结：,五个重点：泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺；泥浆护壁成孔灌注桩施工中常见问题及处理。沉管灌注桩的施工方法；沉管灌注桩施工中常见问题及处理。人工挖孔桩的特点及施工安全技术措施。,
