反循环钻孔桩施工工法.docx
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反循环钻孔桩施工工法
武汉城市圈环线高速公路仙桃段
第一合同段
反循环钻孔桩施工工法
武汉城市圈环线高速公路仙桃段第一合同段
中交一公局湖北仙洪项目经理部
2013年4月
反循环钻孔灌注桩施工工法
1工艺原理
反循环:
泥浆由泥浆池流入钻孔内,同钻渣混合。
在真空泵抽吸力作用下,混合物进入钻头的进渣口,经过钻杆内腔,泥石泵和出浆控制阀排泄到沉淀池中净化,再供使用。
由于钻杆内径较井孔直径小得多,故钻杆内泥水上升比正循环快4~5倍,在桥梁钻孔桩成孔中处于主导地位。
2工艺特点
可利用地质部门常规地质钻机,可用于各种地质条件,各种大小孔径(300mm~2000mm)和深度(40m~100m),护壁效果好,成孔质量可靠;施工无噪音,无震动,无挤压;机具设备简单,操作方便,费用较低,成孔速度快,效率高,但用水量用水量大,泥浆排放量大,污染环境,扩孔率较难控制。
3适用范围
适用于地下水位较高的软、硬土层,如淤泥、黏性土、砂土、软质岩等土层应用。
4施工机具设备
4.1机械设备性能参数
HG-200型(8寸)
钻孔直径
≤3m
钻孔深度
150m
柴油发电机(功率)
100KW
主轴动力
22KW
泥浆泵动力
37KW
主轴转速
8转/分
通孔直径
2500mm
主轴扭距
42000N.m
泥浆泵抽量
420m3/h
提升能力
3000公斤(单绳)
钢丝绳规格
ф16×6×37
钢丝绳容量
50m
钻杆双头丝扣罗纹连接
ф220×2m
钻塔高度
6m
整机轮廓(长×宽×高)
8m×2.5m×2.7m
主机重量
17.5T
4.2测量仪器的配备
4.2.1测量仪器
(1)J2经纬仪
(2)SD3水准仪(3)50m钢卷尺
4.2.2泥浆测试仪器
(1)波美仪
(2)粘度仪(3)浮筒切力仪(4)PH试纸(5)含砂率仪(6)100ml量筒(7)滤纸
4.3施工所需机械
(1)8寸反循环钻机机一台;
(2)砼搅拌和灌注设备;
(3)钢筋骨架加工机械;
(4)造浆和清孔排水设备;
(5)钢筋笼吊放机;
(6)土方清理机械。
5材料
5.1砂宜选用含泥量不大于3—5%的中粗砂。
5.2粗骨料可选用卵石或碎石,最大粒径应不大于30mm,并不大于钢筋间最小间距的1/3。
5.3泥浆制作材料
(1)膨润土
(2)粘土,塑性指数Ip大于17,小于0.005mm的粘粒含量大于50%。
5.4泥浆的性能指标
(1)比重r为1.15—1.2
(2)粘度T为大于18s
(3)静切力θ为25(mg/cm2)
(4)含砂率n为2%
(5)酸碱度PH为7—9
(6)胶体率>98%
(7)失水量β小于30%
5.5粘土的用量
计算公式
式中:
——每立方米泥浆所需的粘土重量(吨);
———每立方米泥浆应需的粘土体积(立方米);
———粘土的容重(吨/立方米);
——要求的泥浆容重(吨/立方米);
——水的容重
=1吨/立方米;
5.6测量项目及要求
(1)全班工作日开始时,测定一次护筒顶面全套指标,以后钻进过程中,每隔2小时测定一次进浆口和出浆口的比重、含砂量、PH值等指标。
(2)在停钻过程中,每天测一次护筒顶面的全套指标。
6工艺流程及施工要点
6.1工艺流程
6.2施工准备
6.2.1技术准备:
(1)桩基工程施工图及图纸绘审纪要
(2)施工场地和邻近区域内的地下管道、地下构筑物等的调查资料。
(3)水泥、砂石、钢筋等材料及其制品的质检报告
(4)主要施工机械及其配套设备的技术性能资料。
(5)桩基施工组织设计或施工方案。
6.2.2施工场地准备
(1)打桩施工面的设置:
打桩施工面应根据现场实际情况确定,应注意以下几点:
a)施工面距地下水位面应大于1.5m以上。
b)地下水位以上的松散杂填土层,因易跑浆、漏浆造成塌孔,最好予以清除,当清除后的场地标高距地下水位面高度太小时,可辅填一定厚度的垫层作打桩施工面,或先行降低水位后再进行打桩施工。
(2)施工前应做好场地平整工作,对于不利于施工机械运行的松软场地应进行坚实处理,施工面最好硬化,雨季施工应做好排水措施。
(3)对于和施工场地相邻的施工管线、通讯线路、石油、天然气管道等采取相应的隔离和保护措施。
6.2.3施工测量网的设置
在施工场地设置井字形测量控制桩及水准点,控制点应设在不受桩基施工影响处,设明显标志及保护架,测量控制点应定期复核。
6.2.4泥浆制备及循环系统的设置
由于钻孔护壁和清孔的需要,需制作一定数量的泥浆,同时为了施工场地的干燥,需进行泥浆制备及循环系统的合理规划。
施工场地设置储浆池一个,容积不小于6m3,沉淀池两个,容积不小于10m3,两个轮换使用,一个进浆沉淀,一个关闸清理,沉淀池进出口设闸门,沉淀池上口应高出造浆池0.5m。
6.2.5砼的搅拌及配比
(1)砼的搅拌采用集中搅拌,电子自动计量,目前采用商品混凝土。
(2)每立方米砂、石、水泥外加剂等用量现场标牌公布。
(3)按每根桩需要的灌注时间确定的砼的初凝时间,并按初凝时间性的控制标准确定缓凝剂的填加量。
6.2.6电源准备
(1)总用电量按下列公式计算:
式中:
1.1
—系数
1.1
—照明用电系数
—电动机额定功率(kw)
—电焊机额定用量(kVA)
—电动机要求系数,取0.6
—电焊机要求系数,取0.6
—功率因素,取0.75
(2)需配备临时发电设备,以备突然停电时使用,以避免钻孔和灌注时事故的发生。
(3)根据施工总平面的布置,合理设置配电箱。
6.2.7钢筋笼的制作
(1)钢筋笼的制作场地应选择在运输和就位都比较方便的场所,设置在钢筋加工场内。
(2)钢筋进场后应按钢筋的不同型号、不同直径、不同长度分别进行堆放。
(3)钢筋骨架绑扎顺序是:
a)主筋调直,在调直平台上进行;
b)骨架成形,在骨架成形架上安放架立筋,按等间距将主筋布置好,用电弧焊将主筋与架立筋固定;
c)将骨架抬至外箍筋流滚动焊接器上,按规定的间距缠绕箍筋,并用电弧焊将箍筋与主筋固定;
(4)钢筋笼分段制作,分段长度在9m左右,对于长桩采取一些辅助措施后,也可定为12m;
(5)主筋对接可采用对焊、搭接焊、帮条焊、机械连接,主筋对接在同一截面内的钢筋接头数不得多于主筋总数的50%,相邻两个接头间的距离不小于主筋直径的35倍,且不小于500mm。
(6)钢筋笼保护层:
为确保桩砼保护层厚度,应在主筋外侧设钢筋定位器,按照设计图纸设置定位筋,同一断面上定位器4处,沿桩四周布置。
(7)钢筋笼的堆放:
钢筋笼堆放应考虑安装顺序、钢筋笼变形和防止事故等因素,以堆放二层为宜。
6.2.8护筒的制作
护筒的规格:
短螺钻机因钻头进出孔口的冲击力较大,护筒内径宜比孔径大200mm,当地下水位较浅时,护筒长度4.5m为宜,步履式锥锅钻机、大锅锥钻机护筒内径比孔径大100mm,护筒长度4.0m。
护筒用8mm的钢板制作,在护筒的上、中、下各加一道加劲筋,顶端焊两个吊环,一为起吊用,二为绑扎钢筋笼吊杆,压制钢筋笼的上浮,护筒顶端同时正交刻四道槽,以便挂十字线,以备验护筒、验孔之用。
6.3施工要点
6.3.1护筒的埋设
根据桩位点设置护筒,护筒用8mm厚钢板制成,内径比设计直径大20cm。
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。
护筒位置应埋设正确稳定,护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm,倾斜度偏差不大于1%,护筒与坑壁之间应填粘土并夯实。
循环钻施工时采用下埋式,埋置护筒要求准确、稳固,护筒周围用粘土或石灰土分层夯实。
护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回,使护筒中心与桩位中心重合,并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。
护筒的埋设深度:
旱地施工时,黏性土应不小于1m,砂类土应不小于2m。
当表层土松软,宜将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。
埋设护筒,应在护筒四周回填黏土并分层夯实。
可用锤击、加压、振动等方法下沉护筒。
6.3.2钻机就位
在埋设好护筒和备足护壁泥浆后,利用一台25T吊车配合人工将钻机就位,立好钻架,拉好缆风绳,并调整好起吊系统后,将钻头徐徐放进护筒内,然后安装转盘、钻杆、水龙头等。
6.3.3钻进成孔
将钻头提高距离孔底20~30cm,真空泵加足清水(不得使用脏水),关闭控制阀使管路封闭,打开真空管路使气水畅通,然后启动真空泵产生负压,待泥浆泵充满水时关闭真空泵,立即启动泥浆泵。
当泥浆泵出口真空压力达到0.2Mpa以上时,打开出水控制阀,把管路中的泥水混合物排到沉淀室,形成反循环,启动钻机慢速开始钻进,直至成孔。
清孔后提出钻头,由质量员和工程监理进行孔径、孔深、垂直度检测,验收合格后,移走钻机,盖好盖板,进行下道工序施工。
6.3.4钻孔出土的清理
进过泥浆分离器和沉淀池沉淀的渣土,进过晾晒之后,由运渣车运送到指定地点堆放,等待处理,各项指标检测合格之后,用于路基填筑,做到循环利用,保护环境。
6.3.5钢筋笼的吊放
(1)钢筋笼的吊放要对准孔位、扶稳、缓慢,避免碰撞孔位,到位后立即固定。
(2)多节钢筋笼吊放时,应将钢筋笼逐步接长后再放入孔内,利用先插入孔内的钢筋笼上部架立筋将笼体固定在护筒上,利用吊装机械将上节钢筋笼临时吊住进行两节钢筋笼的对接,钢筋笼对接后要请质量员和工程监理对连接质量检查验收,合格后再沉入孔内。
(3)钢筋笼的标高定位,可采用锁定式吊杆。
当灌注桩孔桩深度较大时,尤为必要,使用两根长度略大于施工面至桩顶距离的Ⅰ12的工字钢,在工字钢下端焊若干定位环,间距5cm,在钢筋笼顶端下到孔口时,按照孔口标高至桩顶标高的距离尺寸,确定要使用的定位环顺序,将确定的定位环从主筋外侧首道加劲筋下面插到主筋里侧,再从内侧向环内插入两根同吊杆一样长的插肖,将吊杆锁定,插肖上端与吊杆上端绑扎在一起,起吊吊杆,将钢筋笼徐徐下放到位,然后将吊杆吊环与护筒绑扎在一起,将钢筋笼固定,同时可防止灌注砼时钢筋笼的上浮。
6.3.6导管的安放
钢筋笼吊入固定后,应逐步按下导管,导管的壁厚不宜小于3mm,直径30mm,钻孔深度大时,宜选用大直径导管,以确保导管良好的通导性。
导管直径的制作偏差不应超过2mm,底管长度不宜小于4m。
导管使用前进行拼装打压,以检查导管是否有砂眼,试水压力为1.3P,导管安放触孔底后,上提300—400mm。
6.3.7二次清孔
当导管安装完毕,灌注混凝土前应再次测量沉渣厚度,当沉渣厚度超标时,应进行二次清孔。
二次清孔采用正循环压浆法即可取得很好的效果,将泥浆高压管和导管连接,开启浆泵进行泥浆循环,当孔底沉渣厚度小于规定指标后,再进行一段时间的泥浆循环,以置换泥浆,降低泥浆比重,当空口反上来的泥浆比重小于1.10、含砂率小于2%后可浇注砼。
6.3.8水下砼的灌注
清孔完毕后,由导管上部塞入隔水栓,塞入深度以临近水为准,当储料斗内的砼储量满足剪栓后首次灌注时,即保证导管底端能埋入砼中不小于1.0m时,即可剪栓和开启料仓门。
随着不断的灌注,孔内砼面的上升,随时提升和拆卸导管,导管底端必须保证埋入管外的砼面以下2—6m。
为了保证砼连续灌注,导管不脱离砼面,且有一定的埋置深度,要求详细计算砼灌注料斗、储料斗及导管的体积,并根据不同的成桩孔径,以此推算每次上拔的高度,避免和禁止导管脱离砼面和砼灌注的中断。
第一次砼的灌注量必须满足底端能埋入砼中1.0m的要求。
第二次砼的灌注量(即以后各次)必须满足导管底端能埋入2—6m的要求,任何情况下得少于2m的要求。
第一次(以后各次)的提管,保证导管底端至少埋入砼面以下2m以上,不得产生断桩,在任何情况下,导管的埋深不得大于6m。
为消除沉渣影响,保证桩顶灌注质量,砼的灌注应比桩顶控制标高高出80—100cm.
灌注过程中,应有专人测量导管埋深及管内外砼面的高差,填写砼灌注记录。
水下砼必须连续灌注施工,每根桩的浇注时间按初盘砼的初凝时间控制,对浇注过程中的一切故障均应记录备案。
7施工质量控制要点
(1)加强原材料试验工作,严格执行各种材料的检验制度,不合格材料严禁进场和使用,水泥、钢材均应有出厂证明和试验资料,砼要做配比试验,严禁套用配合比。
(2)钢筋笼成形绑扎点焊引弧不得在主筋上进行。
(3)护筒的埋设、泥浆的制备、钻孔的清孔要有专人负责,严禁缩颈、夹层、歪斜等质量通病。
(4)钻机因故停止钻孔时,应设专人值班补浆,防止塌孔事故。
(5)钻孔成孔后要及时灌注,不得过夜,以免造成缩径和塌孔。
(6)测绳要定期用钢尺校验,当更换测绳、搭接测绳或其它不明情况发生时,要随时用钢尺检验。
(7)砼灌注时,要防止钢筋笼上浮,必须对钢筋笼采取足够的压制力,同时在砼灌注到钢筋笼位置时,要勤拔导管,使导管埋深保持在2—6m。
减少因砼上升时的磨擦力。
(8)砼灌注完毕,开始初凝,即割断钢筋笼挂环,使钢筋骨架不影响砼的收缩,及钢筋与砼的粘结力。
(9)灌注导管使用后要及时用水清洗,管壁要经常检查,随时清除砂眼、接口变形等隐患,破损的胶垫和连接螺栓要及时更换。
(10)停滞时间较长的砼应进行坍落度检测,不合格的严禁灌入。
(11)每个台班做两次塌落度试验,并检测砂石含水量、调整水灰比和塌落度。
(12)每浇注50m3混凝土必须有一组试件,小于50m3的桩,每根桩必须有一组试件。
(13)做好测量控制,保护好测量控制点,经常进行复测。
(14)认真做好施工记录和各项原始记录管理,做到完工资料齐全,并及时整理归档,成孔记录和灌注记录应做到一桩一表。
8施工劳动组织
(1)护筒埋设:
工人2—3人
(2)反循环钻机:
司机1人,指挥兼记录1人,钻杆安装2人,清渣工2人
(3)砼灌注:
司机1人,孔口导管安装3人,杂工6人,测量记录1人
(4)砼搅拌:
司机1人,上料4人,计量1人
(5)辅助工:
泥浆制作1人,泵工1人,其它工种如电工、修理工、测量工酌情考虑。
以上劳动组织为一班施工人员,如两班制则乘以2。
9应注意的安全事项及具体措施
(1)贯彻安全第一、预防为主的安全工作方针,加强安全教育,严格执行安全生产制度和操作规程,做好安全交底。
(2)建全安全管理组织,各级管理组织设立专职质量安全员和兼职安全员,对安全关键部位进行经常性检查。
(3)大直径灌注桩井口设安全盖,防止掉物和塌孔。
(4)加强机械维护、检修、保养,机电设备由专人操作。
(5)严格用电管理,施工现场的一切电源电路的安装和拆除,必须由持证电工操作,电器必须严格接地、接零和漏电保护器,场地电缆应架空,严禁拖地和埋压土中。
(6)作好防雨、防雷和防洪措施,现场工人作业须戴安全帽。
(7)严禁酒后操作机械和上岗工作。
(8)砼灌注完后的空桩孔位,要及时回填压实。
10质量标准要求
10.1本工法所采用的施工技术规范
(1)中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ/TF50—2011;
(2)《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1—2004。
10.2质量标准要求
10.2.1钢筋笼制作允许偏差:
(1)主筋间距±10mm
(2)箍筋间距±20mm
(3)直径±10mm
(4)长度±100mm
(5)主筋保护层允许偏差±20mm
10.2.2灌注桩施工的有关容许偏差:
(1)垂直度允许偏差1%
(2)孔底沉渣厚度(包括泥浆沉淀及虚土),摩擦桩≤300mm。
10.2.3砼的要求
(1)配合比符合设计,水泥用量不少于360kg/m3;
(2)塌落度为18—22cm;
(3)砼具有良好的和宜性、保水性,初凝时间应控制在4小时以上;
(4)严格撑握水灰比;
(5)搅拌时间不少于3分钟;
(6)材料允许偏差:
水泥2%,砂石3%,水2%;
(7)每根桩应做一组试块。
11社会经济效益
反循环钻施工从钻机、钻杆及钻头的安、拆卸及使用上,它节省了大量的人力,提高了机械化程度,减轻了劳动强度,从而加快了工程进度;节省了水费、电费,降低了施工成本,减少了环境污染;该工艺施工时,还有一最大优势就是噪音低、振动小,适用于各种土层,对周围居民影响不大。
另外该工艺由于其施工速度快,施工质量好,土层适应性广,成桩质量好。
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