基坑大口径支护桩施工工艺.docx

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基坑大口径支护桩施工工艺

基坑大口径支护桩施工工艺

1、大口径支护桩适用范围

   由于施工场地狭窄，地质条件较差，基坑较深，或需严格控制基坑开挖引起的地面变形等，应采用桩墙式挡土结构进行支护，桩墙式挡土结构由围护结构及支撑系统组成，桩式围护结构一般适用于二、三级基坑，确有技术经济依据时也可用于一级基坑。

2、大口径钻孔灌注排桩设计

2．1桩体材料

  钻孔灌注桩采用水下混凝土浇筑，混凝土强度等级不宜低于C20（常取C30），所用水泥通常为42.5或52.5普通硅酸盐水泥。

  钢筋采用Ⅰ级（fr=210KN/mm2）和Ⅱ级（fr=310KN/mm2）。

主筋常用螺纹钢筋，螺旋箍筋常用圆钢。

2．2桩体布置

 当基坑不考虑防水（或已采取了降水措施）时，钻孔桩可按一字形间隔排列或相切排列，间隔排列的间距为2.5-3.5倍的桩径，土质较好时，可利用桩体“土拱”作用适当扩大桩距。

 当基坑需考虑防水时，可按一字形搭接排列，外加防水墙，搭接排列时，搭接长度通常为保护层厚度；当按间隔或相切排列需另设防渗措施时，桩体净距可根据桩径、桩长、开挖深度以及扩颈情况来确定，一般为100-150mm，桩径和桩长应根据地质和环境条件由计算确定，常用桩径500-1200mm。

2．3桩的入土深度

 桩的入土深度需考虑围护结构的抗隆起、抗滑移、抗倾覆及整体稳定性。

在一般条件下，其入土深度的确定，应保障其安全度略高于壁式地下墙，在初步设计时，沿海软土地区通常取桩的入土深度为开挖深度的1.0-1.2倍为预估值。

 为了减少桩的入土深度，应尽可能减小最下道支撑（或锚撑）至开挖面的距离，增强该道支撑（或锚撑）的刚度；充分利用时空效应，尽快及时浇筑坑底垫层作底撑；以及对桩脚与被动土侧体进行地基加固或坑内降水固结。

3、大口径支护桩施工

3．1钻孔灌注桩干作业成孔施工

3．1．1长螺旋压灌桩施工工艺

 长螺旋钻孔桩机由主机、滑轮、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、出土装置等组成。

主要利用螺旋钻头切削土壤，被切的土块随钻头旋转，并沿螺旋叶片上升而被推出孔外。

该类钻机结构简单，使用可靠，成孔作业效率高，质量好，无振动，无噪声，耗用钢材少，最适宜用于匀质粘性土，并能较快穿透砂层。

步履式螺旋成孔机如图所示。

螺旋钻孔机适用于地下水位以上的匀质粘土，砂性土及人工填土。

3．1．3施工工艺

3．1．3．1施工工艺流程

3．1．3．2采用长螺旋压灌桩施工应注意的事项

 ①螺旋钻进应根据地层情况，选择合理的转速和钻压，按电流控制进尺速度，电流值增大说明回转阻力加大，则应降低钻进速度。

 ②安装有筒式出土器的钻头，为迅速准确使钻头对准桩位，可在桩上放置定位环。

③开始钻进或穿过软硬互层交界时，应缓慢进尺，保证钻具垂直，在钻进含水量大的软塑性粘土层时，应尽量控制钻杆晃动，防止扩径。

④采用短螺旋钻孔时，回次钻进深度应视地层情况合理掌握，一般应控制在钻杆长度2/3左右，砂层、粉土层可控制0.8-1.2m。

⑤钻进不稳定地层（如砂层、干砂层、砂砾石层），应采用低转数钻进，上钻前上下活动钻具，以挤实孔，需要时可投入少量粘泥球，保护井壁。

3．2钻孔灌注桩水下作业成孔施工

3．2．1冲击成孔钻机

  目前国内冲击成孔主要为C2型及YKC型冲击钻机，该工艺方法简单，对场地条件适应性较好。

3．2．2潜水电钻机    

 潜水电钻机是近年来发展应用较广的一种钻孔机，其特点是将电机、变速机加以密封，并同底部钻头连接在一起，组成一个专用钻具，可潜入孔内作业，多以正循环的方式排泥浆。

  潜水电钻机体积小，重量轻，机械结构轻便简单，机动灵活，成孔速度快，宜用于地下水位高的轻硬土层，如淤泥质土，粘性土以及砂质土等，其常用钻头为笼式钻头，通常钻孔深度为50m，可钻直径Φ600-Φ1500mm的桩孔。

3．2．3工程水文地质回转钻机

  这一机械是目前国内钻孔灌注桩施工用得最多的施工机械。

该钻机由机械动力传动，配以笼式钻头，可多档调速或液压无级调速，以泵吸或气举正（反）循环方式钻进。

有移动装置，设备性能可靠，噪声和振动小，钻进效率高，钻孔质量好。

它适用松散土层、粘土层、砂砾层、软硬岩层等多种地质条件。

3．2．3．1钻孔灌注桩施工工艺流程

钻机定位

测沉淤

安放隔水栓

钻机移位

3．2．3．2成孔施工

  成孔施工方法应根据工程特点、地质情况和机械设备条件合理选择。

成孔直径必须达到设计桩径，钻头应有保径装置，若采用锥形钻，其锥形夹角不得小于120度。

钻头直径应根据施工工艺和设计桩径合理选定。

在成孔过程中钻头应经常检查核验尺寸。

用作挡墙用的灌注桩施工前必须试成孔，数量不得少于2个，以便核对地质资料，检验所选的设备、机具、施工工艺以及技术要求是否适宜，如孔径、垂直度、孔壁稳定和沉淤等检验指标不能满足设计要求时，应拟定补救措施，重新选择施工工艺。

  成孔必须一次完成，中间不要间断，孔壁完成至灌注混凝土的间隔不得大于24h。

为保证孔壁的稳定，应根据地质情况和成孔工艺配制不同的泥浆，可参考下表值。

          注入排出孔口泥浆性能技术指标    

项次

项    目

技术指标

排出泥浆指标

1

泥浆密度

正循环成孔

≤1.15

≤1.30

反循环成孔

≤1.10

≤1.15

2

漏斗粘度

正循环成孔

18“-22“

20“-26“

反循环成孔

16“-18“

18“-22“

成孔到设计深度后，应进行孔深、孔径、垂直度、沉浆浓度、沉渣厚度等测试检查，确认符合要求后，方可进行下道工序施工。

根据出渣方式的不同，成孔作业可分为正循环成孔和反循环成孔两种。

3.2.3.2．1正循环成孔

正循环成孔即是从地面向钻管内注入一定压力的泥浆水（孔壁稳定液），泥浆水压送至孔底后与钻孔产生的泥渣搅拌混合，然后经由钻管与孔壁之间的空腔上升并排出地面。

混有大量泥渣的泥浆水经沉淀，过滤并作适当处理后，可再次重复使用，称泥浆循环。

沉淀后的废液或废土可用车运走。

正循环法是国内常用的一种成孔方法，这种方法由于泥浆水在空腔内的流速不大，所以出土效率较低。

正循环法的泥浆循环系统由泥浆池、沉淀池、循环槽、泥浆泵等设备组成，并有排水、清洗、排废等设施。

3．2．3．2．2反循环成孔（如图示）

反循环法是将钻孔时孔底混有大量的泥渣的泥浆水通过钻管的内孔抽吸到地面，新鲜泥浆水则由地面直接注入桩孔。

反循环法吸泥有二种方式，即反循环泵方式和空气升液方式。

反循环泵方式是钻管上端与离心泵连接，吸泥时先用真空泵排出软管和钻管中的空气，再启动离心泵抽吸泥水。

空气升液方式是钻管底端附近喷吹压缩空气，产生比重较小的空气和泥水的混合体，形成管内外的比重差值，由此在管内产生向上的水流。

空气升液方式装置简单，成孔深度大，排泥和清孔的效果好，但孔内较浅时，能喷出空气，所以最初的7m需用其它方式排泥，此外，这种方式抽水效率比反循环泵方式低30%-50%。

反循环法的泥浆循环也是由泥浆池、沉淀池、循环槽、砂石泵、除渣设备等组成，并设有排水排废浆等设施。

 地面循环系统一般分为自流回灌式和泵送回灌式两种，循环方式可根据施工场地、地层和设备情况合理选择。

3.2.3.3清孔

清孔应分2次进行。

第1次清孔在成孔完毕后，立即进行；第2次在下放钢筋笼和灌注混凝土导管安装完毕后进行。

常用的清孔方式有正循环清孔、泵吸反循环清孔和空气升液反循环清孔，通常随成孔时采用的循环方式而定。

清孔时先将钻头稍作提升，然后通过不同的循环方式排除孔底沉淤，与此同时，不断注入洁净的泥浆水，用以降低桩孔泥浆水中的泥渣含量。

清孔过程中应测定沉浆指标。

清孔后的泥浆密度应小于1.15。

清孔结束应测定孔底沉淤，孔底沉淤厚度一般应小于30㎝。

第2次清孔结束后孔内应保持水头高度，并应在30min内灌注混凝土。

若超过30min，灌注混凝土前应重新测定孔底沉淤厚度。

3．2．3．4钢筋笼施工

钢筋笼宜分段制作。

分段长度应按钢筋笼的整体刚度、来料的长度及起重设备的有效高度等因素确定。

钢筋笼在起吊、运输和安装中应采取措施防止变形。

起吊吊点宜设在加强箍筋部位。

钢筋笼用分段沉放法时，纵筋的连接须用焊接。

要特别注意焊接质量，同一底面上的接头数量不得大于纵筋数量的50%，相邻接头的间距不小于50㎜。

3.2.3.5水下混凝土施工

配制混凝土必须保证能满足设计强度以及施工工艺要求。

配合比设计方法应按建设部标准《普通混凝土配合比设计技术规程》JGJ55-81执行。

正式拌制混凝土前，应进行试配，试配的混凝土强度比设计桩身强度提高15%-25%，坍落度16-20㎝，含砂率40%-45%，水泥用量最少不得少于380㎏/m3，最大用量不宜大于500㎏/m3，应具有良好的和易性和流动度。

坍落度损失应满足灌注要求。

混凝土初凝时间应为正常灌注时间的2倍。

试配时应至少要用三个不同的配合比。

各配合比的水灰比差值为0.02-0.03。

每种配合比应至少制作一组（3块）试块，进行标准养护，测定28天龄期强度。

根据试配结果，选定其中合适的配合比。

配合比确定后，施工现场不得随意变更。

对大直径深桩宜用商品混凝土。

混凝土灌注是确保成桩质量的关键工序，灌注前应做好一切准备工作，保证混凝土灌注连续紧凑地进行。

单桩混凝土灌注时间不宜超过8h。

混凝土灌注的充盈系数不得小于1，也不宜大于1.3。

混凝土灌注用的导管内径应按桩径和每小时灌注量确定，一般为φ200-250㎜，壁厚不小于3㎜。

导管第一节底管应大于4.0m，导管标准长度以3.0为宜。

浇灌混凝土所用的隔水塞可采用混凝土浇制，混凝土强度不低于C20级，外形应规划光滑并配橡胶片。

混凝土浇灌时，导管应全部安装放孔，安装位置应居中，隔水塞采用铁丝悬挂于内。

混凝土灌入前应先在灌斗内灌入0.1-0.2m3的1：

1.5水泥砂浆，然后再灌入混凝土，等初灌混凝土足量后，导管埋入混凝土深度为不少于0.8-1.3m，导管内混凝土柱和管外泥浆桩压力平衡。

混凝土初灌量可以按下式计算。

V≥πh1d2+πKD2h2                    

式中 V——混凝土初灌量（m3）；

h1————导管内混凝土高度；

h1=（h-h2）（m）

h——桩孔深度（m）；

h2————导管外混凝土面高度（m），取1.3-1.8m；

rw————泥浆密度，11-12KN/m3；

rc————混凝土密度，23-24KN/m3；

d——导管内径（m）；

K——混凝土充盈系数，取1.3；

D——桩孔直径（m）。

混凝土灌注过程中导管应始终埋在混凝土中，严格控制导管不能提出混凝土面。

导管埋入混凝土面的深度以3m-10m为宜，最小埋入深度不得小于2m，导管应勤提勤拆，一次提留拆管不得超过6m。

混凝土灌制中应防止钢筋上拱。

混凝土实际灌注高度应根据桩长，地质条件和成桩工艺等因素来确定，其最小高度不宜小于桩长的5%，且不小于2m，保证设计标高以下的混凝土符合设计要求。

3.3挖孔桩设计与施工

挖孔桩作为基坑支护结构与钻孔灌注桩相似，是由多个桩组在桩墙面起挡土作用。

它有如下优点：

大量的挖孔桩可分批挖孔，使用机具较少，无噪声、无震动、无环境污染，适应建筑物、构筑物拥挤的地区，对邻近结构和地下设施的影响小，场地干净，造价较经济。

应当指出，选用挖孔桩作支护结构，除了对挖孔桩的施工工艺和技术要有足