《钻孔灌注桩施工》PPT课件

钻 孔 灌 注 桩 施 工 2021/4/11 1 2021/4/11 2 目 录 1.钻孔灌注桩国内发展简史 2.钻孔灌注桩种类及特点 3.钻孔灌注桩施工工艺流程 4.质量通病及处理措施 一 . 国内发展简史 桥梁基础按施工方法可分为明挖基础、桩基础、管柱基础和沉 井基础四类。 其中桩基础按制作工艺分为两种 预制桩 钢筋混凝土预制桩是在工厂或施工现场预制，用锤击打入、振动 沉入等方法，使桩沉入地下。 灌筑桩 又叫现浇桩，直接在设计桩位的地基上成孔，在孔内放置钢筋笼 或不放钢筋，后在孔内灌筑混凝土而成桩。 与预制桩相比，可 节省钢材，在持力层起伏不平时，桩长可根据实际情况设计。 灌注桩按成孔方式不同又可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人 工挖孔桩、爆扩灌注桩等。 我国钻孔灌注桩 (简称钻孔桩 )，是从 1960 年开始试验、研究， 通过在使用中不断改进，逐步发展起来的一种桥梁基础施工的 新形式。钻孔桩的问世，可以说是桥梁基础施工技术上进行的 一次革命。多年来实践证明，钻孔桩具有许多优点：主要是施 工设备简单，操作方便，可变水下作业为水上作业；大大简化 了施工工艺，缩短了工期，降低了造价。因此桥梁工程中广泛 地采用这一基础形式。 钻孔灌注桩施工工艺目前虽然已经比较成熟，但是在施工中还 存在大量的施工风险，比如塌孔、卡钻、掉钻、浮笼、断桩等 一系列事故，给我们施工带来大量的风险。 二 . 灌注桩的种类及特点 2021/4/11 7 钻孔灌注桩 ： 指采用不同的钻孔方法，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 形成的桩基础。 钻孔灌注桩的施工设备主要有三种：冲击钻、 循环钻和旋挖钻。 1.冲击钻 利用冲击钻头进行冲击破碎形成桩孔，主要用于地质 较硬、有岩石等较硬地层的钻孔施工。 目前国内主要有手动拉杆式和自动式 2种。 在地基承载力较大的地质情况下，无法采用循环钻和 旋挖钻。此刻采用冲击钻。 优点：适应于各种地质，尤其可用于地基承载力较大的地质 情况。 缺点：动力功率大耗电率高，移动不便，冲击振动有噪音影 响周围环境。需设泥浆池、沉淀池。 手动式拉杆式冲击钻：应用较为广泛的一种冲击钻。 依靠锤头的自身重量向下冲击岩层，然后由卷扬机通过钢丝 绳提升锤头。 优点：对于坚硬地层，可以 人工控制锤头的冲程，加大 对地层的冲击力度，缩短成 孔时间。 缺点：工作需要人工拉杆进 行操作，增大了人力支出。 手动拉杆 式冲击钻 自动式冲击钻：近几年的手动式演化版，俗称磕头钻。 主要优点：移动方便，钻 头可自动上下移动打钻节 省人力。 主要缺点：钻头冲程可调 控范围过小，碰到坚硬地 层不能用大冲程冲击岩层。 另一个缺点与其移动方便 相辅相成：轮胎易下陷。 自动 式冲 击钻 2.循环钻：在泥浆护壁的条件下利用钻头旋转的力对地 层进行旋转冲击从而形成桩孔。 循环钻根据泥浆的循环方式分为正循环和反循环 2种。 循环钻在粘土、亚粘土、淤泥类土质和粉砂层地质施 工中优势明显，施工速度仅次于旋挖钻，且施工成本 比旋挖钻低。 现在又出现车载循环钻，移动方便快捷。但也需要配 置泥浆池和沉淀池，容易造成施工场地脏、乱、差。 正循环钻机：泥浆由泥浆泵从泥浆池里抽到钻杆里 ,通过 钻杆不断的输送到钻井里 ,然后从钻井井口自然的排出 来 ,同时把钻渣带出到地面上来 . 优点：护壁效果好，施工 无振动无噪音无挤压。 缺点： 靠钻井液 (泥浆 )的 自然循环方式排渣 ,所以循 环能力和排渣能力都比较 弱 ,只能排出一部分钻渣 ,而 且颗粒比较大的钻渣也不 能排出来 ,钻井里残留的钻 渣比较多 ,影响了钻进速度 , 钻具的磨损也比较大 . 反循环钻机：泥浆是用泥浆泵从钻井的井口 (钻杆外面 ) 向钻井里输送 ,再用压缩空气或泥浆泵 ,从钻杆的中间抽 出来。 优点：循环能力和排渣能力 都比较强 ,不但排渣干净 ,而 且颗粒比较大的钻渣也能排 出来，使清孔时间大大短。 且无噪音污染。 缺点：很难在比钻头吸渣孔 大的卵石和漂石中钻进，水 压和泥浆比重管理不当容易 坍孔。 3.旋挖钻 :是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械 旋挖钻机是在第二次世界大战后发展起来的新型钻孔设备。我 国从上世纪 80年代开始引进吸收，但一直没有取得太大的进展 。直到 2001年中铁集团开始在青藏铁路上大面积推广应用旋挖 钻进行桩基成孔。至此，旋挖钻成孔施工工艺在国内较大范围 内迅速推广 . 主要钻进工艺有三种：干式钻进、清水孔钻进和泥浆护壁钻进。 其主要特点为自带履带移动方便和成孔速度快，孔底干净。 主要 适于 砂土、粘性土、粉质土 等土层施工，最大成孔直径可达 1.5 4m，最大成孔深度为 60 90m，可以满足各类大型基础施工 的要求。 三 .钻孔灌注桩施工工艺流程 泥浆备料 泥浆池 终孔质量检查 清孔 下钢筋笼 安装导管 检查沉砟厚度及泥浆指标 水下混凝土浇筑 拔除护筒 成桩质量检验 泥浆沉淀池 混凝土制备输送 拼装导管检查 钢筋笼制作 检查标高 施工准备 平整场地 桩位放样 埋设护筒 钻机就位 开孔 钻进 制作试件 循环造浆 抽砟 成孔 下导管和钢筋笼 灌注水下混凝土 成桩 简要图示： 陆地 : 清除杂物、换除软土、平整压实，场地位于陡坡 时，也可用枕木、型钢等搭设工作平台。 深水：水中围堰 浅水： 在浅水中，宜用筑岛围堰法施工，筑岛面积按钻 孔方法、设备大小等决定。 一 .平整场地 为钻机提供稳定的作业平台，防止钻机偏 移引起偏孔和钻机倾覆及罐车沉陷等问题。 1.护筒的作用： （ 1）定位。 （ 2）避免孔口周围杂物掉入孔内。 （ 3）保持泥浆水位，防止坍孔。 2.护筒的制作要求： 使用旋转钻机钻孔应比钻头大约 20cm，使用 冲击钻机钻孔应比钻头大约 40cm。 2021/4/11 20 二 .护筒埋置 护筒是埋置于钻孔桩孔口的一个圆筒，在进行埋置护 筒前必须进行测量放样，因护筒一经埋置，桩位就已 确定。 3.护筒的 埋置 要求 （ 1） 钻孔前，在现场放线定位，护筒中心竖直线与桩中心 线重合，平面允许误差为 50mm，倾斜不大于 1 。 （ 2） 埋设护筒 要采用人工挖孔埋设，外围用粘土夯填。 埋置深度一般情况为 2 4米。 （ 3）护筒顶面宜高出施工水位或地下水位 2m，还应满足孔内泥浆 面的高度要求，在旱地或筑岛时还应高出施工地面 0.5m。 2021/4/11 21 2021/4/11 22 三 .泥浆制备 泥浆作用： 在孔壁形成泥皮稳定孔壁、悬浮钻渣、润滑钻具 、正循 环排渣 。 组成 及要求： (1)泥浆比重：正循环旋转钻机、冲击钻机使用管形钻头 钻孔时，入孔泥浆比重为 1.1 1.3；冲击钻机使用实心钻 头钻孔时，孔底泥浆比重不宜大于：砂黏土为 1.3；大漂 石、卵石层为 1.4；岩石为 1.2。反循环旋转钻机入孔泥浆 比重可为 1.05 1.15。 (2)黏度：一般地层 16 22s，松散易坍地层 19 28s。 (3)含砂率：新制泥浆不大于 4%。 (4)胶体率：不小于 95%。 (5)PH值：应大于 6.5。 2021/4/11 23 2021/4/11 24 泥浆三大指标检验仪器 泥浆比重 粘度 含砂量 四 .钻孔施工 2021/4/11 26 （ 1）安装钻机前，底架应垫平，保持稳定，不得产生位移和沉陷。钻头或钻杆中心与 护筒中心偏差不得大于 5cm。 （ 2）无论采用哪种方法钻孔，开孔的孔位必须准确，应使初成孔壁竖直、圆顺、坚实。 （ 3）钻孔时，孔内水位宜高于护筒底脚 0.5m以上或地下水位以上 1.5 2.0m。在冲击钻 进中取渣和停钻后，应及时向孔内补水或泥浆，保持孔内水头高度和泥浆比重及粘度。 （ 4）钻孔时，起、落钻头速度宜均匀，不得过猛或骤然变速，孔内出土不得堆积在钻 孔周围。 （ 5）钻孔作业应连续进行，因故停钻时，有钻杆的钻机应将钻头提离孔底 5m以上，其 他钻机应将钻头提出孔外，孔口应加护盖。钻孔过程中应经常检查并记录土层变化情况， 并与地质剖面图核对。钻孔到达设计深度后，应对孔位、孔径、孔深和孔形进行检验， 并填写钻孔记录表。孔位偏差不得大于 10cm。 五 .成孔检查 对孔径、孔深、孔位、垂直度进行检查。 探孔器对孔径和垂直度进行检查。 用测绳对孔深进行检查，测绳必须用钢尺进行校核。 护桩交叉拉线对孔位进行检查。 六 .清孔 钻孔过程中会有一部分泥浆和钻渣沉于孔底，必须将 这些沉积物清除干净，才能使灌注的混凝土与地层或 岩层紧密结合，保证桩的承载能力。 清孔可选用以下方法： （ 1）抽渣法适用于冲击或冲抓法钻孔。 （ 2）吸泥法适用于土质密实不易坍塌的冲击钻孔。 （ 3）换浆法适用于正、反循环旋转钻孔。 2021/4/11 28 清孔应达到以下标准： 孔内排出或抽出的泥浆手摸无 2 3mm颗粒， 泥浆比重不大于 1.1。 含砂率小于 2%。 粘度 17 20s。 清孔后孔底沉渣厚度：柱桩不大于 5cm，摩擦桩不大于 20cm。 严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。 七 .钢筋笼的制作和安装 注意事项： 1. 钢筋骨架一般每隔 2 2.5米设置直径加强箍筋一道 ； 2.焊接定位钢筋或滚轮 确保保护层厚度 ； 3.运输过程中 不得使骨架变形。 4.钢筋骨架起吊机吊起，对准护筒中心缓慢下放至设计标 高 ,钢筋笼入孔后应准确、牢固定位，平面位置偏差不 大于 10cm，底面高程偏差不大于 10cm。 5.下放钢筋骨架应 徐徐下放严禁摆动碰撞孔壁 ; 6.在安装钢筋笼时，宜采用三点起吊。 2021/4/11 30 2021/4/11 31 成品钢筋笼 钢筋笼内撑 2021/4/11 33 混凝土块滚轮 钢筋笼起吊 2021/4/11 35 钢筋笼对孔安放 2021/4/11 36 钢筋笼焊接 2021/4/11 37 钢筋笼套管连接 38 1.导管使用前进行试拼和水密性实验 。 2.导管连接时 ， 接口严密 ， 不得漏水；导管管底距孔底距 离为 40cm. 3.浇筑时 ， 先将漏斗灌满混凝土 ， 首封量保证导管埋深 1m。 浇筑过程中 ， 控制混凝土灌注速率防止钢筋笼上浮 。 4.连续浇筑 ， 拔管时保证导管埋深 26m， 每根桩的浇筑时 间宜在 8小时内浇筑完成 。 混凝土浇筑完毕 ， 位于地面以 下及桩顶以下的孔口护筒应在混凝土初凝前拔出 。 八 .灌注混凝土 2021/4/11 39 导管试压实验 导管拼装好后 两端密封，注 入 70%的水， 一端输入计算 好的风压值， 滚动数次， 15min不漏水得 为合格。 2021/4/11 40 混凝土坍落度 检验 2021/4/11 41 （ 1） （ 2） （ 3） 水下混凝土灌注 2021/4/11 42 水下混 凝土浇 筑过程 中的浇 筑标高 监测 2021/4/11 43 根据水下混凝土浇筑标高分节拆除导管 2021/4/11 44 桩身完整性的检验方法： （ 1）开挖检查 （ 2）抽芯法 （ 3）超声波检验法 （ 4）动测法 四 .质量通病及处理措施 1.坍孔 主要原因： (1)冲击成孔中使用的泥浆不符合要求，粘土质量不符合 标准或泥浆比重不足，起不到护壁的作用。 (2)孔内的水头高度不够，低于地下水位，致使孔内水位 压强降低，造成坍孔。 (3)在混凝土理入前，吊入钢筋骨架时，骨架偏位摆动碰 坏孔壁造成坍孔。 (4)清孔后放置时间过长，没及时浇入混凝土，而且没有 采取预防措施，造成坍孔。 应对措施 发生坍孔后，应立即查明坍孔处位置，分析地质情况，然 后采取如下措施： (1) 坍孔发生在护筒底脚处，根据实际情况，可以立即拆除护 筒，回填钻孔，重新埋设护筒后，再钻进；采用加长护筒， 使护筒通过震动锤继续下沉，直至埋于坍孔位置以下，外围 用黏土或装有黏土的草袋回填夯实，重钻时，控制好泥浆稠 度和水头高度。 (2) 若坍孔位置较深，若不严重，则可以加大泥浆比重，继续 钻进；若坍孔较为严重时，则应立即用砂或小砾石加黏土回 填至坍孔以上位置，甚至将整个钻孔全部回填，暂停一段时 间，使回填土沉积密实，水位稳定后，重新钻进，时刻注意 不良现象的发生。 掉钻 主要原因： （ 1）钻杆使用过久，连接处有损伤或接头磨损过多；钻 进中选用的转速不当使钻杆扭转或弯曲折断； （ 2）地质坚硬，进尺太快，超负荷引起钻具断裂； （ 3）卡钻 (埋钻 )时强扭、操作不当使钢丝绳或钻杆疲劳 断裂； （ 4）钻具之间连接螺拴松动，被剪断，引起掉钻。 处理方法 掉钻后应及时澄清情况，制定切实可行的打捞方案。 如果钻具被沉淀物或塌孔土石埋住，应首先清孔，使 掉入孔中的钻具露出来，以便用打捞工具打捞，或者 潜水员下去打捞。 浮笼 主要原因： （ 1）混凝土坍落度太小，流动性不好。造成对钢筋笼摩 擦力大于钢筋笼自重。 （ 2）混凝土灌注速率过快。 （ 3）导管卡住钢筋笼，将钢筋笼提出。 预防措施： （ 1）严格控制混凝土坍落度控制在 180mm220mm. （ 2）当导管口在混凝土底部时，控制灌注速率并及时 拆管。 （ 3）校核导管中心位置。 断桩 主要原因： （ 1）灌注过程中发生埋管、卡管、阻管及其他一些情况都将造成断桩。 （ 2）导管拔过混凝土面造成的。 （ 3）首灌混凝土未成功封底。 （ 4）导管焊缝或接头漏水。造成导管内溢水。 应对措施： （ 1）在灌注混凝土开始不久出现的问题，应迅速拔出导管和钢筋骨架，将可吸出的混凝土尽量 吸出，如全部吸出，问题处理后重新灌注混凝土，如部分吸出，将剩余已硬化的混凝土凿除 ，在进行灌注混凝土； （ 2）如灌注中发现导管进水或其他故障，如有充足的时间，在灌注混凝土不初凝的情况下，可 将导管拔出，修理后采用管底堵塞的隔水方法，重新插入导管，去掉底塞恢复灌注或直接将 导管插入已灌注的混凝土中，并不小于 2m，将导管内的水和表层稀松的混凝土吸出后重新灌 注； 结束语 虽然钻孔桩事故处理方法很多，但是无论采取什 么先进的办法处理都将对工程的进度、质量及施工企 业的信誉带来不可忽视的影响。因此，在钻孔桩施工 中需要现场技术人员树立强烈的责任感，每个工序严 格按照规范操作，灌注统一指挥，对可能出现的问题 制定切实有效的防范措施和方案。 谢谢！