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灌注樁施工是指在工程現場通過機械鑽孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔,並在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁,依照成孔方法不同,灌注樁又可分為沉管灌注樁、鑽孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類。鑽孔灌注樁是按成樁方法分類而定義的一種樁型。

1 灌注樁施工 -簡介

灌注樁施工灌注樁施工
灌注樁,是直接在樁位上就地成孔,然後在孔內安放鋼筋籠灌注混凝土而成。灌注樁能適應各種地層,無需接樁,施工時無振動、無擠土、噪音小,宜在建築物密集地區使用。但其操作要求嚴格,施工后需較長的養護期方可承受荷載,成孔時有大量土渣或泥漿排出。根據成孔工藝不同,分為干作業成孔的灌注樁、泥漿護壁成孔的灌注樁、套管成孔的灌注樁和爆擴成孔的灌注樁等。灌注樁施工工藝近年來發展很快,還出現夯擴沉管灌注樁、鑽孔壓漿成樁等一些新工藝。

2 灌注樁施工 -干作業成孔

干作業成孔灌注樁適用於地下水位較低、在成孔深度內無地下水的土質,不需護壁可直接取土成孔。目前常用螺旋鑽機成孔。

施工工藝流程
場地清理→測量放線定樁位→樁機就位→鑽孔取土成孔→清除孔底沉渣→成孔質量檢查驗收→吊放鋼筋籠→澆築孔內混凝土。

施工注意事項
①開始鑽孔時,應保持鑽桿垂直、位置正確,防止因鑽桿晃動引起孔徑擴大及增多孔底虛土。
②發現鑽桿搖晃、移動、偏斜或難以鑽進時,應提鑽檢查,排除地下障礙物,避免樁孔偏斜和鑽具損壞。
③鑽進過程中,應隨時清理孔口粘土,遇到地下水、塌孔、縮孔等異常情況,應停止鑽孔,同有關單位研究處    理。
④鑽頭進入硬土層時,易造成鑽孔偏斜,可提起鑽頭上下反覆掃鑽幾次,以便削去硬土。若糾正無效,可在孔中局部回填粘土至偏孔處0.5m以上,再重新鑽進。
⑤成孔達到設計深度后,應保護好孔口,按規定驗收,並做好施工記錄。
⑥孔底虛土儘可能清除乾淨,可採用夯錘夯擊孔底虛土或進行壓力注水泥漿處理,然後快吊放鋼筋籠,並澆築混凝土。混凝土應分層澆築,每層高度不大於1.5m。

灌注樁施工螺旋鑽機
螺旋鑽機
螺旋鑽孔機是利用動力旋轉鑽桿,使鑽頭的螺旋葉片旋轉削土,土塊沿螺旋葉片上升排出孔外。
鑽孔機由主機、滑輪組、螺旋鑽桿、鑽頭、滑動支架、出土裝置等組成,用於地下水位以上的粘土、粉土、中密以上的砂土或人工填土土層的成孔,成孔孔徑為300mm~600mm,鑽孔深度8—12m。配有多種鑽頭,以適應不同的土層。
1一電動機;2一變速器;3一鑽桿;4一托架;5一鑽頭;6一立柱;
7一斜撐;8一鋼管;9一鑽頭接頭;10一刀板;11一定心尖

在軟塑土層,含水量大時,可用疏紋葉片鑽桿,以便較快地鑽進。在可塑或硬塑粘土中,或含水量較小的砂土中應用密紋葉片鑽桿,緩慢地均勻地鑽進。操作時要求鑽桿垂直,鑽孔過程中如發現鑽桿搖晃或難鑽進時,可能是遇到石塊等異物,應立即停機檢查。全葉片螺旋鑽機成孔直徑一般為300~600mm,鑽孔深度8~20m。鑽進速度應根據電流變化及時調整。在鑽進過程中,應隨時清理孔口積土,遇到塌孔、縮孔等異常情況,應及時研究解決。

3 灌注樁施工 -泥漿護壁成孔

灌注樁施工泥漿護壁成孔灌注樁施工
泥漿護壁成孔灌注樁是利用泥漿護壁,鑽孔時通過循環泥漿將鑽頭切削下的土渣排出孔外而成孔,而後吊放鋼筋籠,水下灌注混凝土而成樁。成孔方式有正(反)循環迴轉鑽成孔、正(反)循環潛水鑽成孔、衝擊鑽成孔、沖抓錐成孔、鑽斗鑽成孔等。

施工工藝流程
(1)測定樁位。
平整清理好施工場地后,設置樁基軸線定位點和水準點,根據樁位平面布置施工圖,定出每根樁的位置,並做好標誌。施工前,樁位要檢查複核,以防被外界因素影響而造成偏移。

(2)埋設護筒。
護筒的作用是:固定樁孔位置,防止地面水流入,保護孔口,增高樁孔內水壓力,防止塌孔,成孔時引導鑽頭方向。護筒用4—8mm厚鋼板製成,內徑比鑽頭直徑大100—200mm,頂面高出地面0.4~0.6m,上部開1一2個溢漿孔。埋設護筒時,先挖去樁孔處表土,將護筒埋入土中,其埋設深度,在粘土中不宜小於1m,在砂土中不宜小於1.5m。其高度要滿足孔內泥漿液面高度的要求,孔內泥漿面應保持高出地下水位1m以上。採用挖坑埋設時,坑的直徑應比護筒外徑大0.8~1.0m。護筒中心與樁位中心線偏差不應大於50mm,對位后應在護筒外側填人粘土並分層夯實。

(3)泥漿製備。
泥漿的作用是護壁、攜砂排土、切土潤滑、冷卻鑽頭等,其中以護壁為主。
泥漿製備方法應根據土質條件確定:在粘土和粉質粘土中成孔時,可注入清水,以原土造漿,排渣泥漿的密度應控制在1.1~1.3g/cm3;在其他土層中成孔,泥漿可選用高塑性(Ip≥17)的粘土或膨潤土製備;在砂土和較厚夾砂層中成孔時,泥漿密度應控制在1.1—1.3g/cm3;在穿過砂夾卵石層或容易塌孔的土層中成孔時,泥漿密度應控制在1.3~1.5g/cm3。施工中應經常測定泥漿密度,並定期測定粘度、含砂率和膠體率。泥漿的控制指標為粘度18~22s、含砂率不大於8%、膠體率不小於90%,為了提高泥漿質量可加入外摻料,如增重劑、增粘劑、分散劑等。施工中廢棄的泥漿、泥渣應按環保的有關規定處理。

(4)成孔方法
迴轉鑽成孔。迴轉鑽成孔是國內灌注樁施工中最常用的方法之一。按排渣方式不同分為正循環迴轉鑽成孔和反循環迴轉鑽成孔兩種。

灌注樁施工正循環迴轉鑽機工作原理
a)、正循環迴轉鑽成孔由鑽機迴轉裝置帶動鑽桿和鑽頭迴轉切削破碎岩土,由泥漿泵往鑽桿輸進泥漿,泥漿沿孔壁上升,從孔口溢漿孔溢出流人泥漿池,經沉澱處理返回循環池。正循環成孔泥漿的上返速度低,攜帶土粒直徑小,排渣能力差,岩土重複破碎現象嚴重,適用於填土、淤泥、粘土、粉土、砂土等地層,對於卵礫石含量不大於15%、粒徑小於10mm的部分砂卵礫石層和軟質基岩及較硬基岩也可使用。樁孔直徑不宜大於1000mm,鑽孔深度不宜超過40m。一般砂土層用硬質合金鑽頭鑽進時,轉速取40~80r/min,較硬或非均質地層中轉速可適當調慢,對於鋼粒鑽頭鑽進時,轉速取50~120r/min,大樁取小值,小樁取大值;對於牙輪鑽頭鑽進時,轉速一般取60—180r/min,在鬆散地層中,應以沖洗液暢通和鑽渣清除及時為前提,靈活確定鑽壓;在基岩中鑽進時,可以通過配置加重鋌或重塊來提高鑽壓;對於硬質合金鑽鑽進成孔,鑽壓應根據地質條件、鑽桿與樁孔的直徑差、鑽頭形式、切削具數目、設備能力和鑽具強度等因素綜合確定。
1一鑽頭;2--泥漿循環方向;3一沉澱池;4--泥漿池;5一泥漿泵;6--水龍頭;7一鑽桿;8一鑽機迴轉裝置

灌注樁施工反循環迴轉鑽機工藝原理
b)、反循環迴轉鑽成孔由鑽機迴轉裝置帶動鑽桿和鑽頭迴轉切削破碎岩土,利用泵吸、氣舉、噴射等措施抽吸循環護壁泥漿,挾帶鑽渣從鑽桿內腔抽吸出孔外的成孔方法。根據抽吸原理不同可分為泵吸反循環、氣舉反循環和噴射{射流)反循環三種施工工藝,泵吸反循環是直接利用砂石泵的抽吸作用使鑽桿的水流上升而形成反循環;噴射反循環是利用射流泵設出的高速水流產生負壓使鑽桿內的水流上升而行程反循環;氣舉反循環是利用送人壓縮空氣使水循環,鑽桿內水流上升速度與鑽桿內外液柱重度差有關,隨孔深增大效率增加。當孔深小於50m時,宜選用泵吸或射流反循環;當孔深大於50m時,宜採用氣舉反循環。
1一鑽頭;2--新泥漿流向;3一沉澱池;4--砂石泵;5一水龍頭;6一鑽桿;7--鑽機迴轉裝置;8—混合液流向

(5)清孔。
當鑽孔達到設計要求深度並經檢查合格后,應立即進行清孔,目的是清除孔底沉渣以減少樁基的沉降量,提高承載能力,確保樁基質量。清孔方法有真空吸泥渣法、射水抽渣法、換漿法和掏渣法。
清孔應達到如下標準才算合格:一是對孔內排出或抽出的泥漿,用手摸捻應無粗粒感覺,孔底500mm以內的泥漿密度小於1.25g/cm3(原土造漿的孔則應小於1.1g/cm3);二是在澆築混凝土前,孔底沉渣允許厚度符合標準規定,即端承樁≤50mm,摩擦端承樁、端承摩擦樁≤100mm,摩擦樁≤300mm。

(6)吊放鋼筋籠。
清孔后應立即安放鋼筋籠、澆混凝土。鋼筋籠一般都在工地製作,製作時要求主筋環向均勻布置,箍筋直徑及間距、主筋保護層、加勁箍的間距等均應符合設計要求。分段製作的鋼筋籠,其接頭採用焊接且應符合施工及驗收規範的規定。鋼筋籠主筋凈距必須大於3倍的骨料粒徑,加勁箍宜設在主筋外側,鋼筋保護層厚度不應小於35mm(水下混凝土不得小於50mm)。可在主筋外側安設鋼筋定位器,以確保保護層厚度。為了防止鋼筋籠變形,可在鋼筋籠上每隔2m設置一道加強箍,並在鋼筋籠內每隔3—4m裝一個可拆卸的十字形臨時加勁架,在吊放入孔后拆除。吊放鋼筋籠時應保持垂直、緩緩放人,防止碰撞孔壁。
若造成塌孔或安放鋼筋籠時間太長,應進行二次清孔后再澆築混凝土。

4 灌注樁施工 -套管成孔

灌注樁施工沉管灌注樁施工過程
套管成孔灌注樁是利用錘擊打樁法或振動沉樁法,將帶有活瓣式樁靴或帶有預製混凝土樁靴的鋼套管沉入土中,然後邊拔套管邊灌注混凝土而成。若配有鋼筋時,則在澆注混凝土前先吊放鋼筋骨架。利用錘擊沉樁設備沉管、拔管,稱為錘擊沉管灌注樁;利用激振器的振動沉管、拔管,稱為振動沉管灌注樁。

錘擊沉管灌注樁
錘擊沉管灌注樁的機械設備由樁管、樁錘、樁架、卷揚機滑輪組、行走機構組成。
錘擊沉管樁適用於一般粘性土、淤泥質土、砂土和人工填土地基,但不能在密實的砂礫 石、漂石層中使用。它的施工程序一般為:定位埋設混凝土預製樁尖→樁機就位→錘擊沉管→灌注混凝土→邊拔管、邊錘擊、邊繼續灌注混凝土(中間插入吊放鋼筋籠)→成樁。

灌注樁施工錘擊沉管灌注樁施工
施工時,用樁架吊起鋼樁管,對準埋好的預製鋼筋混凝土樁尖。樁管與樁尖連接處要墊以麻袋、草繩,以防地下水滲入管內。緩緩放下樁管,套人樁尖壓進土中,樁管上端扣上樁帽,檢查樁管與樁錘是否在同一垂直線上,樁管垂直度偏差≤0.5%時即可錘擊沉管。先用低錘輕擊,觀察無偏移后再正常施打,直至符合設計要求的沉樁標高,並檢查管內有無泥漿或進水,即可澆築混凝土。管內混凝土應盡量灌滿,然後開始拔管。凡灌注配有不到孔底的鋼筋籠的樁身混凝土時,第一次混凝土應先灌至籠底標高,然後放置鋼筋籠,再灌混凝土至樁頂標高。第一次拔管高度應控制在能容納第二次所需灌人的混凝土量為限,不宜拔得過高。在拔管過程中應用專用測錘或浮標檢查混凝土面的下降情況。

錘擊沉管樁混凝土強度等級不得低於C20,每立方米混凝土的水泥用量不宜少於300Kg。混凝土坍落度在配鋼筋時宜為80—100mm,無筋時宜為60~80mm。碎石粒徑在配有鋼筋時不大於25mm,無筋時不大於40mm。預製鋼筋混凝土樁尖的強度等級不得低於C30。混凝土充盈係數(實際灌注混凝土體積與按設計樁身直徑計算體積之比)不得小於1.0,成樁后的樁身混凝土頂面標高應至少高出設計標高500mm。

振動沉管灌注樁
灌注樁施工振動錘樁
振動沉管灌注樁是利用振動樁錘(又稱激振器)、振動衝擊錘將樁管沉人土中,然後灌注混凝土而成。這兩種灌注樁與錘擊沉管灌注樁相比,更適合於稍密及中密的砂土地基施工。振動沉管灌注樁和振動衝擊沉管樁的施工工藝完全相同,只是前者用振動錘沉樁,後者用振動帶衝擊的樁錘沉樁。

振動灌注樁可採用單打法、反插法或復打法施工。
單打法是一般正常的沉管方法,它是將樁管沉人到設計要求的深度后,邊灌混凝土邊拔管,最後成樁。適用於含水量較小的土層,且宜採用預製樁尖。樁內灌滿混凝土后,應先振動5—10s,再開始拔管,邊振邊拔,每拔0.5~1.0m停拔振動5—10s,如此反覆進行,直至樁管全部拔出。拔管速度在一般土層內宜為1.2~1.5m/min,用活瓣樁尖時宜慢,預製樁尖可適當加快,在軟弱土層中拔管速度宜為0.6~0.8m/min。
反插法是在拔管過程中邊振邊拔,每次拔管0.5~1.0m,再向下反插0.3~0.5m,如此反覆並保持振動,直至樁管全部拔出。在樁尖處1.5m範圍內,宜多次反插以擴大樁的局部斷面。穿過淤泥夾層時,應放慢拔管速度,並減少拔管高度和反插深度。在流動性淤泥中不宜使用反插法。
復打法是在單打法施工完拔出樁管后,立即在原樁位再放置第二個樁尖,再第二次下沉樁管,將原樁位未凝結的混凝土向四周土中擠壓,擴大樁徑,然後再第二次灌混凝土和拔管。採用全長復打的目的是提高樁的承載力。局部復打主要是為了處理沉樁過程中所出現的質量缺陷,如發現或懷疑出現縮頸、斷樁等缺陷,局部復打深度應超過斷樁或縮頸區1m以上。復打必須在第一次灌注的混凝土初凝之前完成。

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