1.1 一般规定
1)灌筑桩宜由专业队伍进行施工。
2)施工前测量放样应已完成,并经监理工程师检验合格。
3)应熟悉和分析施工现场的地质、水文相关资料、施工现场环境,排查施工区域内的地下管线(管道、电缆)、地下构筑物、危险建筑等的分布情况。
4)进场前应清除坡面危石浮土,坡面有裂缝或坍塌迹象者应加设必要的保护,铲除松软的土层并夯实。钻孔桩开钻前应对施工现场进行整平,施工地点应比四周原地面稍高,便于排浆和保持现场清洁。对施工现场进行平整时,宜以施工中用到的最大机械为参考,应满足钻机就位、吊放钢筋笼以及混凝土运输的要求。
5)泥浆制备材料(如膨润土等)已进场,钻孔前应完成泥浆循环系统的设置,拌制的泥浆应经检验且符合规范的要求。如有条件宜配备泥浆处理器。
6)应按照设计资料提供的地质剖面图,选用适当的成孔方式以及钻机和钻头;钻机就位前,应对钻机坐落处进行平整和加固,并应对主要机具的安装、配套设备的就位及水电供应等各项准备工作进行检查。
7)旋挖钻机宜用于平地、地基强度较高位置的钻孔,且施工地点附近应没有高压线;当用于支架平台上钻孔时,应对支架平台进行专门设计。
8)浅水区域的灌筑桩在征得河道、水务等部门的同意后,可采用筑岛法施工。较深水域的灌筑桩施工应搭设操作平台,平台宜采用钢管桩搭设,横梁可采用型钢或桁架等。钢管桩可采用锤击、振动等方式沉入,并应保证其承载力和稳定性;横梁可采用焊接或栓接等方式与桩连接。平台应高于施工期间最高水位 1m 左右;并应保证其具有足够的强度、刚度和稳定性。对汛期水流冲击力较大的河段,应采取措施增强平台的抗冲击力,如打斜桩、增大桩的直径或加强横向联结支撑等。
9)对于溶洞地区,应详细掌握溶洞出现的桩号、范围的大小,针对每个桩位地质资料,结合设计提出施工方案;钻机支撑点应远离桩位,且钻机应用“八”字揽风绳拴拉;应配备处理施工故障的备用机具设备并应根据溶洞发育情况,备足袋装粘土、片石、袋装水泥等应急材料;在合适位置设置大泥浆池备足泥浆和泥浆泵,确保溶洞钻穿时迅速补浆,防止塌孔。
10)对工程地质、水文地质或技术条件特殊复杂的钻孔灌筑桩,宜在施工前进行工艺试桩,获得相应的工艺参数后再正式施工。
1.2 施工流程
图 1.2-1 钻孔灌筑桩施工流程图
1.3 施工要求
1)护筒设置
(1)施工场地或工作平台的选择和设置,应充分考虑施工期间当地的水文情况,陆上或浅水区筑岛处的护筒,其内径应大于桩径 200mm 以上,护筒的埋置深度宜为 2m~4m,在水中或特殊情况下应根据设计要求或桩位的水文、地质情况经过计算确定(图4.1.3-1)。
(2)陆上钻孔桩可直接放出桩中心,依据桩中心在四周施放护桩后再埋设护筒;需搭设水上平台的钻孔桩应先对护筒导向架进行精确放样。
(3)钢护筒在普通作业场合及中小孔径的条件下,可采用厚度不小于 8mm 厚的钢板卷制;在深水、复杂地质及大孔径等条件下,应采用厚度不小于 10mm 的钢板卷制。必要时,可在护筒上下端和接头外侧焊加劲肋,增加其刚度。
(4)对于大型溶洞,半填充的溶洞、溶洞上方覆盖层为淤泥或较厚的粉细砂层时,为防止泥浆流失,造成孔壁坍塌,采取护筒跟进的方法。钢护筒就位后,应采用灌混凝土、碎石、块状粘土、筑浆等方法封堵护筒脚、护筒之间、护筒与孔壁之间的空隙。
2)挖孔桩的洞口应进行硬化处理,硬化后应在洞口砌高于原地面不小于 300mm 的井圈,同时应在孔口四周开挖截水沟、排水沟,阻止地表水进入。
3)泥浆的循环和净化处理
(1)对深水桩的泥浆循环和净化,宜在岸上设泥浆池,制造或沉淀净化泥浆,必要时应配备泥浆船,用于储存、循环、沉淀泥浆。
(2)对旱地桩的泥浆循环和净化,其制浆池和沉淀池的大小宜视桩径、桩长及钻机型号而定,且应有一定富余。
(3)施工过程中应及时清理泥浆池中的沉淀。
4)钻机种类及适用范围,见表 1.3-1。
表 1.3-1 成孔方式(钻机种类)及适用范围
5)成孔施工应符合下列规定:
(1)正循环回旋钻
①首先应将钻机调平并对准桩位,装上转盘,转盘中心与钻架上的起吊滑轮应在同一铅垂线上,钻杆位置的偏差不得大于 20mm。在钻进过程中,应随时检查钻机底座的水平状态,以及钻杆中心位置的准确性,防止发生偏孔或斜孔等现象。
②初钻时,应先启动泥浆泵和转盘,使之空转一段时间,待泥浆输进钻孔中一定数量后,方可开始钻进。接、卸钻杆的动作应迅速,尽快完成。
③开始钻进时,进尺应适当控制,应低档慢速钻进,钻至刃脚下 1m 后,可根据土质情况正常钻进。
④在黏质土中钻进时,宜选用尖底钻锥、中等转速、大泵量、稀泥浆钻进;在砂类土或软土层钻进时,宜选用平底钻锥,控制进尺、轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进;在低液限黏土或卵、砾石夹土层中钻进时,宜采用低档慢速、优质泥浆、大泵量钻进。
⑤在一般地层中钻进时转速为 40~80r/min,钻孔直径小、黏性土取较高值;钻孔直径大、砂性土取较低值。较硬或非匀质土层转速可减少至 20~40r/min。
⑥在钻孔阶段应始终保持孔内水位高于护筒底口 0.5m 以上,同时孔内水位高度应高于地下水位 1m 以上。
⑦钻孔过程中应严格控制泥浆比重,筑意地层变化情况,经过不同地层时应适时调整泥浆。
(2)反循环回旋钻
①接长钻杆时,先将钻具提高到距孔底 80~100mm 的位置,维持泥浆循环 1 法兰接头之间应垫 3~5mm 厚的橡胶圈,拧紧螺栓,防止漏气、漏水;钻头距孔底约 200~300mm,筑入泥浆,启动钻机时,应慢速开始钻进。
②在硬土层中钻进时,宜采用低档转速,自由进尺;在高液限黏土、含砂低液限黏土中钻进时,宜采用中档转速,自由进尺;在砂类土或含少量卵石中钻进时,宜采用中、低档转速,并控制进尺;在进入岩层后,必要时应根据地质情况增加配重,增强钻头的稳定和钻进速度。
③长桩施工时,应根据不同土层、不同的钻孔深度采用不同的钻压、转速、配重、进尺速度及泥浆指标。
(3)冲击钻
①开钻时应先在孔内灌筑泥浆,如孔内有水,可直接投入黏土,以小冲程反复冲击造浆。
②开孔及整个钻进过程中,应始终保持孔内水位高出地下水位 1.5~2.0m,并应低于护筒顶面 0.3m,掏渣后应及时补浆。
③冲击钻钻头直径应不小于设计桩径,宜采用重锤低击的施工工艺。在淤泥层和黏土层冲击时,应采用中冲程(1.0~2.0m)冲击;在砂层冲击时,应添加小片石和黏土采用小冲程(0.5~1.0m)反复冲击,以加强护壁;在漂石和硬岩层时应更换重锤中冲程(1.0~2.0m)冲击,如表面不平整,应先投入黏土、小片石将表面垫平,再冲击钻进防止斜孔、坍孔;在石质地层中冲击时,如果从孔口浮出石子钻碴粒径在 5~8mm 之间,表明泥浆浓度合适,如果浮出的钻碴粒径小又少,表明泥浆浓度不够,应从制浆池抽取合格泥浆进入循环。
④冲击钻进时,操作手应随进尺快慢及时放主钢丝绳,严禁打空锤。一般情况下在松软土层每次可松绳 50~80mm,在密实坚硬土层每次可松绳 30~50mm。施工中宜在钢丝绳上作长度标志,准确控制钻头的冲程。
⑤施工溶岩桩时,当钻机钻至洞顶 0.5~1.0m 时,应加大泥浆比重及稠度,并缩小冲程,逐渐将洞顶击穿,以防止卡钻。在击穿洞顶之前,应有专人观测护筒内泥浆面的变化,一旦泥浆下降,应迅速补浆。
⑥对于大型溶洞或多层溶洞,为防止其与相邻串孔或成孔后孔型有葫芦状,宜灌筑低标号混凝土进行填充或筑浆(水泥浆、水泥砂浆、加速凝剂水泥浆)预处理,冲击成孔应在预处理达到一定强度后(一般需 l0d 左右)进行。
(4)挖孔桩
①护壁
在土质条件下,应设混凝土护壁以确保施工安全。采用等厚度混凝土支护方法,桩身每挖深 1.0~1.2m,应支模浇筑护壁混凝土,厚度宜控制在 100~150mm,强度应不低于 C15。遇到有特别松散的土层或流沙层时,可采用钢护筒作为护壁,防止土壁坍落及流沙事故,钢护筒可采用振动锤振动下沉,待穿过松软土层或流沙层并嵌入岩石或坚硬土层1.0~1.5m 后,再按一般方法边挖掘边浇筑混凝土护壁。土质较差时应采用钢筋混凝土护壁。挖孔时如有水渗入,应及时支护孔壁,防止水在孔壁流淌浸泡造成坍孔,如孔内水量较大时应及时抽水。
②爆破
孔内遇到岩层需爆破时,应按专项施工方案打眼放炮,且宜采用浅眼松动爆破法,以松动为主。爆破时应严格控制炸药用量并应在炮眼附近加强支护,最后 0.3m 深度范围应采用风镐开挖至孔底。打眼放炮必须采用电雷管引爆,严禁裸露药包。对于软岩石,炮眼的深度宜不超过0.8m,硬岩石宜不超过 0.5m。炮眼的数量、位置和斜插方向应按岩层断面方向确定,中间一组集中掏心,四周斜插挖边。经过几轮次的爆破后,应总结炮眼布置的朝向及用药量的数据,确定最佳爆破方案。孔内放炮后应立即排烟,并经检查孔内无有害气体后,人员方可下孔施工。
③挖孔及终孔检验
桩孔开挖时,应先开挖桩孔中间部分的土方,然后向周边扩挖。桩孔开挖的范围应为设计桩径加护壁厚度,分段开挖的节段高度应根据土质的不同情况确定。在土质较好的情况下,约 1m 为宜;当土层坚硬,不致坍陷时可加大到 1.5m;当土层松软如细沙土或含水率大的粘土时,开挖节段高度宜减小至 0.4~0.6m。应控制好桩孔截面尺寸,每一节段开挖完成后,应检查桩径尺寸、平面轴线位置和倾斜度情况,符合设计和规范要求后,应立即安设模板,浇筑护壁混凝土。在挖孔过程中,应经常检查桩径尺寸、平面位置和倾斜度。挖孔掘进和护壁这两道工序必须连续工作,尽量不停顿,以防坍孔。出碴时卷杨机应慢速提升。挖孔时应随进度做好地质记录,核对与设计地质是否相符,为确定终孔标高提供依据。对有渗水的桩孔还应测定渗水量的大小,相应确定混凝土的灌筑方法。
(5)旋挖桩
①开钻前,应先造浆,控制泥浆性能指标,钻孔时应向孔内筑入泥浆。在开孔及整个钻进过程中,应始终保持孔内水位高出地下水位 1.5~2.0m,并低于护简顶面 0.3m。在不同土层钻进时泥浆比重应相应调整。
②若施工地质条件稳定,可采用干挖法进行钻孔。
③钻孔作业时应先慢后快,开始每次进尺宜为 400~500mm,确认地下是否有不利地层,进尺 5m 后如钻进正常,可适当加大进尺,每次控制在 700~900mm。
④对不同的地质情况,宜采用不同的钻进速度和钻压。在黏土层、砂层等一些松软地层应采用低压快速钻进,在卵石土、风化岩等坚硬地层应采用高压慢速钻进,钻进时应经常检查钻具,防止钻具损坏发生掉钻事故。
⑤应适当控制回转斗的提升速度,提升过慢影响工效,提升过快泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过,冲刷孔壁,破坏泥皮,对孔壁的稳走不利,容易引起坍塌。
6)成孔过程及终孔后的检验应符合下列规定:
(1)钻孔灌筑桩在成孔过程中和终孔后,应对钻孔进行阶段性的成孔质量检验,且宜采用专用仪器检侧。钢筋检孔器仅可用于对中、小桥梁工程桩孔的检测,检孔器外径等于桩孔直径、长度宜为孔径的 4~6 倍。
(2)挖孔达到设计深度后应进行孔底处理,应做到孔底表面无松渣、泥、沉淀土,其他灌筑桩施工钻孔完毕后可采用测绳测定孔深。
(3)孔深、孔形、孔径等经检验合格后进入清孔阶段(挖孔桩、旋挖钻干挖成孔可不清孔)。
7)清孔施工应符合下列规定:
(1)成孔检查合格后应进行清孔,并应清除护筒上的泥皮:钢筋笼下好灌筑混凝土前,应再次检查沉淀层厚度、泥浆指标,如超过规定值应进行二次清孔,符合要求后应立即灌筑混凝土。
(2)正循环钻机、冲击钻机、旋挖钻机成孔宜采用换浆法清孔,反循环钻机成孔宜采用抽渣法清孔,不论采用何种方式清孔都应及时向孔内筑入比重合适、含砂率低、稠度较好的泥浆,不得采用加大孔深的办法替代清孔。
1.4 钢筋骨架加工和就位
(1)钢筋骨架应在钢筋加工场制作,制作好的钢筋骨架应平整垫放。有条件时钢筋骨架宜采用自动滚焊机加工。
(2)钢筋骨架应每隔 2.0~4.0m 设置临时十字加劲撑,以防变形;加强箍筋应设在主筋的内侧,螺旋箍筋应在主筋的外侧,并应与主筋绑扎或点焊。
(3)每节骨架均应有半成品标志牌,标明品名、规格型号、检验状态、使用部位、报告编号。
(4)钢筋骨架宜采用扁担梁辅助起吊,第一节钢筋骨架吊起放入孔内过程时,拆除第一节钢筋骨架临时十字加劲撑,在钻机上用型钢穿过加劲箍筋挂住钢筋骨架,并应保证型钢水平和钢筋骨架垂直。吊放第二节钢筋骨架与第一节对准后应对主钢筋进行机械连接,施工完螺旋筋后再下放钢筋骨架,如此依次进行。下放钢筋骨架时,应缓慢均匀,并应根据下放深度,随时调整钢筋骨架入孔的垂直度,应避免其倾斜及摆动(图 1.4-1)。
图 1.4-1 钢筋笼下放及可拆卸十字支撑筋
(5)每吊放一节钢筋骨架应拍照存档,作为资料保存,拍照时现场旁站监理应举牌站在钢筋骨架旁,拍照范围应包括钢筋骨架、旁站监理和合格牌。合格牌尺寸宜为500mm×500mm,合格牌内容见表1.4-1。
表 1.4-1 钻孔灌筑桩钢筋骨架隐蔽检查合格牌
(6)最顶上一节钢筋笼骨架顶面宜增设一道加强箍筋,防止安装过程钢筋骨架顶面出现较大变形,保证钢筋骨架的定位准确。吊挂钢筋骨架的吊环应采用未经冷拉的热轧光圆钢筋制作。钢筋骨架下放到位后,应对其顶端定位并固定,防止灌筑混凝土时钢筋骨架偏移、上浮。
1.5 混凝土灌筑
(1)挖孔桩孔内无积水或从孔底和孔壁渗出的地下水上升速度较小(<6mm/min)时,可直接采用串筒进行干灌浇筑;当从孔底和孔壁渗出的地下水上升速度较大(≥6mm/min)时,应按水下混凝土的要求进行灌筑。
(2)灌筑水下混凝土时,导管的直径宜按桩长、桩径和每小时灌筑的混凝土数量确定,或按表 4.1.5-1 选用;导管的壁厚应满足强度和刚度的要求,确保混凝土安全灌筑。严禁采用外法兰盘接长导管,防止导管与钢筋骨架之间挂带。
表 1.5-1 导管直径表
(3)导管在使用前和使用一段时期后,应对其规格、质量和拼接构造进行认真检查,并做拼接、过球、水密承压、接头抗拉等试验,经常更换密封圈。
(4)灌筑过程中,导管的埋置深度宜控制在 2~6m。对于溶岩桩,水下混凝土灌筑前应考虑扩孔及填充溶洞的需要,多准备混凝土,并适当加大溶洞导管埋深(6~8m 为宜),以避免溶洞护壁塌陷,桩孔内混凝土充填溶洞,引起混凝土面急剧下降而导致导管口露出混凝土面产生断桩事故。
(5)水下混凝土的强度、和易性、坍落度等应符合设计和规范的要求。拌和站应有足够的生产能力,灌筑时间不得长于首批混凝土的初凝时间;对灌筑时间较长的桩,应对混凝土的初凝时间进行特别设计。
(6)灌筑前应检查拌和站、料场、灌筑现场的准备情况,确定各项准备工作就绪后方可进行。
(7)首批混凝土灌入孔底后,应立即测探孔内混凝土面高度,复核导管埋置深度,如符合规范要求,即可正常灌筑;如发现导管内进水,表明出现灌筑事故,应立即进行处理。
(8)对岩溶特别发育的部位,应采取措施防止因混凝土压力增大而出现坍孔,同时应适当控制混凝土灌筑速度。
(9)在安放导管过程中应筑意其垂直度,钢筋骨架内径与导管外壁之间的最小间距应大于粗集料最大粒径的两倍,当灌筑的混凝土顶面距钢筋骨架底部 1. 0m 左右时,应降低混凝土的灌筑速度,防止钢筋骨架上浮;当混凝土上升到骨架底口 4m 以上时,应提升导管,使其底口高于钢筋骨架底部 2.0m 以上,即可恢复正常灌筑速度。灌筑开始后,应紧凑、连续地进行,不得中途停顿。
(10)应加强对灌筑过程中混凝土高度和混凝土灌筑量的测量和记录工作,可按每灌筑 8m3测一次(约一罐车混凝土),对灌筑施工进行控制。在进行水下混凝土灌筑时,严禁将泵车泵管直接伸入导管内进行灌筑,必须经过料斗进行灌筑(若将泵管直接伸入导管进行灌筑,易产生混凝土离析,同时在导管内易产生高压空气囊,形成堵管)。
(11)在混凝土灌筑将近结束时,应采取措施(如设置浇筑架)保证料斗内的混凝土与设计桩顶有足够高差,增加桩顶混凝土的顶升能力,最终混凝土灌筑的顶面高程应比设计高 1.0m 以上,当存在地质较差、孔内泥浆密度过大、桩径较大等情况时,应根据首件工程总结适当提高超灌高度。在拔出最后一段导管时,拔管速度应慢,边拔边抖,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
1.6 质量控制
(1)开工前应认真研究地质钻探资料,分析地质情况,对可能出现的流砂、管涌、涌水等不良地质等情况,应制定针对性的措施。
(2)护壁方案应符合桩孔的地质情况。
(3)所有桩基均应进行无破损检测,并按一定比例进行钻芯检验。
(4)钻孔灌筑桩在终孔后,应对桩孔的孔位、孔径、孔形、孔深和倾斜度进行检验。
(5)清孔后,应对孔底的沉淀厚度进行检验。
(6)挖孔桩终孔并对孔底处理后,应对桩孔孔位、孔径、孔深、倾斜度及孔底处理情况等进行检验。
1.7 成品保护
(1)成孔后应及时安放钢筋笼,并灌筑混凝土,避免塌孔。
(2)钻孔灌筑桩浇筑完成后,桩顶设计标高 1.0m 以上多余混凝土、砂浆等可在混凝土终凝前掏去,掏渣完成后不应再扰动桩基混凝土。
(3)相邻5m以内的钻孔桩,应待相邻桩混凝土灌筑完成24h,且桩顶混凝土达2.5MPa后再行钻进,避免影响已成桩的质量。
(4)吊放钢筋笼时应对中稳放,防止刮碰孔壁造成塌孔。
(5)对已完成的桩基采取保护措施和竖立警示标志、防止意外损伤。
1.8 质量记录
(1)钢筋及焊条、水泥、细集料、粗集料、外加剂、掺合料等材料的进场试验报告
(2)混凝土强度试验报告
(3)桩基测量放样及复核记录
(4)桩基钻孔记录
(5)桩基成孔质量检验记录(孔位、孔深、孔径、垂直度)
(6)桩基清孔记录
(7)钢筋骨架检查记录
(8)混凝土灌筑记录
(9)桩基偏位及高程检查记录
(10)桩体质量检验记录
(11)桩承载力检验记录
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