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旋转挤压灌注桩技术详解
11楼桩筏基础桩开挖单桩5000KN静载试验8楼43F复合地基静载试验工后沉降观察记录三栋33层已封顶沉降不到14mm43层超高层已施工至第19层目前沉降约4mm33层9楼已封顶工后沉降观察33层10楼已封顶工后沉降观察江北中风化岩成孔试验地质概况①素填土Q4ml杂色成分主要由粘性土组成次含砂泥岩碎块石碎块石粒径5〜300mm碎块石含量约占全重的1025左右松散稍密稍湿分布不均匀②粉质粘土褐黑色可塑无摇振反应稍有光泽干强度中等韧性中等主要分布于场地内东侧部分钻孔分布不均匀地质概况③泥岩Ms紫红色主要成分为粘土矿物泥质结构厚层〜巨厚状构造局部砂质含量较高局部含灰绿色班团及砂质条带钻孔岩芯呈短柱状柱状少量碎块状岩体较完整主要分布于场地东侧④砂岩Ss灰色青灰色主要矿物成分为长石石英次含少量云母中〜细粒结构厚层〜巨厚层状构造钙泥质胶结偶见陡倾裂隙裂面较平直铁镒质渲染岩芯多呈短柱状柱状少量碎块状岩体较完整主要分布于场地中西侧岩土力学参数表桩端进入天然地基承载力1554kPa的中风化泥岩Im成孔试验现场桩径600mm桩端进入中风化岩约lm中风化岩成孔时间约20分钟注意事项对于需要做静载试验的桩应在静载试验前先进行低应变自检确认桩身有无质量缺陷静载试验后还应进行一次低应变自检作为判断桩身破坏类型的依据第五节试桩时全程观测并记录施工参数并形成试桩参数记录表并结合静载试验结果制订单桩工程数据表简称一表一压结合检测结果形成工程桩施工流程制订出满足单桩承载力的施工质量控制标准整理试桩参数通过施工前试验和检测项目收集和整理下列数据成孔直径深度时长钻进过程中的电流与加压荷载可与勘察报告比对以判断持力层最小施工间距场地充盈系数破坏性静载试验检测承载力静载试验证明承载力满足设计要求后以试桩参数形成单项工程施工质量控制标准成桩时间安全系数终孔参数充盈系数施工间距试验检测六大关键质量控制点单项工程质量控制标准工程桩施工流程第一步做好施工前的准备工作第二步钻杆下钻第三步钻杆上提同时泵送混凝土第四步后置法放置钢筋笼第五步桩的检测第六步基础开挖第一步做好施工前的准备工作施工前准备事项施放桩位并在打桩前复核试打1泵混凝土后回泵设置用于观测桩位偏差的基准点检查钻杆的双向垂直度桩位复核设置测量基准点检查钻杆垂直度第二步钻杆下钻下钻步骤及注意事项检查阀门后关门下钻操作人员应蹲在桩机挡板下以保障人身安全正向旋转挤压土体下钻直至设计标高关闭钻头门准备下钻旋转挤压土体下钻钻杆钻至设计深度准备泵送混凝土第三步钻杆上提同时泵送混凝土注意事项应先开泵后开机提钻防止提钻瞬间土体回涌连续泵送混凝土成桩泵送完成后观察提出地面的钻杆头部是否被混凝土包裹每台班随机做至少一组试块先开泵后开机提钻混凝土通过输送管道泵入空心钻杆至钻头泵送混凝土混凝土浇筑完成每天每台班至少做一组试块检测佐强度第四步后置法放置钢筋笼相关规范对后插筋工艺的说明《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第310页强调灌注桩后插钢筋笼工艺近年有较大发展插笼深度提高到目前20〜30m较好地解决了地下水位以下压灌桩的配筋问题后插筋工艺的质量控制要点解读后插筋工艺在灌注桩的推广过程中取得了比较多的经验和数据桩基规范对后插筋工艺持肯定态度但同时也提出了三个核心控制指标钢筋笼导向垂直度保护层厚度重庆卓典建设工程有限公司主讲陈超握中国螺杆桩技术系列讲座旋转挤压灌注桩技术国家级一级工法建设部科学技术项目计划全国建设行业科技成果推广项目目录旋转挤压灌注桩技术概述施工流程质量控制措施成桩设备要求及特殊技术措施单桩承载力的计算与确定重庆地区工程实例第一节
螺杆桩与旋转挤压灌注桩概述螺杆桩基本桩型是一种上部为圆柱型下部为螺丝型的组合式新型桩螺杆桩技术简介螺杆桩技术简介七种核心技术四种工法三种设备核心技术四种桩型《中国螺杆桩技术》螺杆桩基本型浅螺纹桩旋转挤压灌注桩桩端带有扩大头四种专利桩型螺杆桩技术简介旋转挤压灌注桩是一种现浇混凝土灌注桩采用专用成桩设备旋转挤压土体成孔采用钻具管内连续泵送混凝土技术成桩采用后插筋工艺对桩体配筋旋转挤压灌注桩及成桩原理桩及成桩工法特点旋转挤压灌注桩特点钻具护壁不塌孔不取土施工非常安全工法简单成孔成桩一次性完成机械化智能化1小时一根桩承载力高沉降小无泥浆无噪音无震动旋转挤压灌注桩工程参数可施工桩径300-800mm可施工桩长35m常用桩径mm400500600700单桩承载力极限值kN18003500280055003600800045009500建议最大桩长m20253035旋转挤压灌注桩三大正效应挤密效应下钻和提钻过程中钻具对土体产生合理挤密护壁效应钻具对桩周土体有良好护壁作用不塌孔也无需泥浆不产生泥皮和沉渣胶结效应桩端持力层为卵石或岩层时桩与土体在泵压作用下胶结为整体解决了传统桩型的三大负效应松弛效应取土成孔孔壁土体应力释放从而产生松弛效应甚至塌孔泥皮效应采用泥浆护壁时孔壁产生泥皮隔断桩侧与土体的良好接触沉渣效应取土成孔和泥浆护壁产生的渣土落到桩底形成难以清除的虚土和沉渣三大正效应的作用与效果作用有效提高和充分发挥桩侧阻力的作用有效保证桩端阻力的发挥调整了桩的侧阻力与端承阻力的应力分摊比效果同等条件下缩短了桩长减小了桩径有限元仿真结果螺杆桩应力泡取土灌注桩应力泡充分开发和提高了土体侧摩阻力改善了应力分摊比桩侧与桩端形成完整的大应力泡护壁效应挤密效应
钻具护壁合理挤压形成的桩孔钻孔过程中不产生临空面不会塌孔成桩过程不使用泥浆桩侧没有泥皮桩端没有沉渣桩土结合度良好桩身垂直度和桩位偏差良好桩土结合形成胶结状共同体像岩石一样牢不可破提供极高侧阻力在卵砾石裂隙岩层中尤为明显胶结效应适用范围旋转挤压灌注桩适用范围适用基础形式1独立承台2条形桩筏基础3复合地基施工不受地下水影响适用土层深厚回填土
软塑坚硬粘性土砂性土粉土卵石碎石土全中风化岩软岩或较软岩应用于独立承台应用于桩筏基础应用于复合地基地下水丰富地区成桩卵石层强风化岩中风化岩第二节施工流程施工前试桩并制订
单项工程施工质量控制标准试验检测项目检查与调试钻具尺寸检测同步控制调试成孔试验孔深孔径是否满足设计要求成孔过程中电流及加压荷载变化情况成孔所需时间挤土效应观测试桩记录泵数参数最小值建议值外径设计桩径设计桩径螺纹厚度mm端部4050根部80100钻尖厚度mm4560钻具尺寸要求同步控制调试同步控制调试包含两个方面双电机同步不同步将使输出扭矩衰减加剧机械损耗钻具旋转速度与钻进速度同步形成良好同步有利于在土层中钻进可节约施工时间和能耗粉土
粉质粘土
物理性质
界限含水率
天然快剪
固结试验
检
测
编
号
Gs
e
Sr
WL
Wp
Ip
IL
C
*
av01-02
Es01-02
kPa
o
MPa-1
MPa
备注
液限试验采用以76g圆锥仪入土深度10mm为准
子样个数n
平均值X
标准差S
变异系数Cv
标准值
取样编号
含水率
密度
土粒比重
孔隙比
饱和度
液限
塑限
塑性指数
液性指数
粘聚力
内摩擦角
压缩系数
压缩模量
推荐值
gcm3
统计修正系数rs
TZY39-1
TZY47-1
TZY55-1TZY60-1
TZY72-1TZY81-1
TZY83-1TZY96-1
TZY106-1TZY29-1
最大值最小值
TZY1-1
TZY14-1
TZY27-1
TZY35-1
TZY50-1
TZY59-1
TZY64-1
TZY68-1
TZY77-1
TZY78-1
TZY90-1
TZY103-1
土工试验成果统计
TZY3-1
TZY18-1
表4-2
表4-1
土工试验成果统计
表4-2
取样编号
物理性质
界限含水率
天然快剪
固结试验
检
含水率
密度
土粒比重
孔隙比
饱和度
液限
塑限
塑性指数
液性指数
粘聚力
内摩擦角
压缩系数
压缩模量
测
编
号
P0
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单桩承载力的计算和确定单桩承载力计算国际上确定承载力的通用方法英国学者M・J•Tomlinson在《PileDesignandConstructionPractice))一书中推荐使用下式计算桩的承载力简言之就是分别计算桩侧阻力Qs桩端阻力Qb后减去桩自重Wp随着单桩承载力不断提高桩自重最低仅为极限承载力的2故上式一般简化为Qs和Qb的计算方法除部分符号不同这种计算方法与《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第535条规定的经验参数法基本一致原理清晰计算简单数据直观是计算单桩承载力比较理想的方法计算参数取值J•G•Potyondy提出一种桩型在一种土层中的侧阻力qs可以按下式估算根据Potyondy公式土体侧阻力qs既与土体参数c和小有关也与成桩工法参数。
有关计算参数取值计算参数取值旋转挤压灌注桩的土体参数c<1)和工法参数。
均大于传统灌注桩如人工挖孔桩和取土型机械成孔灌注桩类似的传统灌注桩桩端先作用于沉渣后作用于持力层而旋转挤压灌注桩直接作用于持力层因此旋转挤压灌注桩的桩端阻力qp也大于传统灌注桩旋转挤压灌注桩单桩承载力计算与桩基规范基本相同见下式区别在于增加了一个修正系数Q首次设计时可先保守取值如1213这是一种比较宏观而易于计算的方法单桩承载力计算计算可靠性与承载力的确定如何确保计算结果的可靠性《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第943条规定采用新桩型或新工艺的桩基工程应采用静荷载试验对工程桩单桩竖向承载力进行检测检测数量应根据桩基设计等级施工前取得试验数据的可靠性因素按现行行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106确定《建筑
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子样个数n
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最大值
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基桩检测技术规范》JGJ106-2003中第83页强调为在推广应用新桩型或新工艺过程中不断积累经验使其能达到预期的质量和效益目标增加了本地区采用新桩型或新工艺时也应进行施工前期静载试验的规定并可根据实际情况增加试桩数量解读桩基规范和基桩检测规范均要求以静载试验作为承载力确定的依据新技术运用初期可适当增加试桩数量既可提高设计的安全性又可增加试验统计意义以静载试验二次优化在同等条件下旋转挤压灌注桩承载力与传统灌注桩相比有大幅提升*500单桩承载力极限值普遍达40005000kN4)600单桩承载力极限值普遍达50007000kN静载试验反力平台所提供的荷载宜为计算值15倍试验数据丰富后可对桩侧和桩端阻力分别修正见下式第六节重庆地区工程与试验巴南东原•香郡二期桩筏复合地基复合地基复合地基独立承台剖面图地下水位基底标高中密卵石层550KPa密实卵石层800KPa桩顶标高旋转挤压灌注桩桩底标高冲孔灌注桩桩底标高设计变更原设计会议结论1桩施工过程中桩进入卵石层判定可以按照地质勘查报告和设备电流值变化两种指标互相参考进行判定粉土层按025A卵石层按3560A判定2桩的施工有效长度以控制桩进入卵石层3田主楼35m筒体为主由于卵石层面为起伏桩标高不定所以设计有效桩长为参考数据3校试件以一个工作班留置一组4旋转挤压灌注桩在本工程使用满足工程要求
东区843层复合地基
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标准值
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推荐值
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备注
液限试验采用以76g圆锥仪入土深度10mm为准
土工试验成果统计
表4-1
取样编号
物理性质
界限含水率
天然快剪
固结试验
检
含水率
密度
土粒比重
孔隙比
饱和度
液限塑限
塑性指数液性指数粘聚力内摩擦角压缩系数压缩模量测
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号
Po
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桩径500mm施工桩长为桩端进入卵石层330m
复合地基承载力特征值750KNm2桩间距148ml5m东区910楼33层复合地基
桩径500mm550mm核心筒施「•桩长为桩端进入卵石层N30m
复合地基承载力特征值625KNm2桩间距175ml5m东区11楼33层桩筏基础
桩径500mm施工桩长为桩端进入卵石层N30m
单桩承载力特征值1600KN桩间距15ml5m重庆博建建筑设计有限公司设计西区467楼33层复
合地基桩径500mm
施工桩长为桩端进入卵石层335m复合地基承载力特征值625KPa
桩间距155ml55m中国建筑科学院地研所设计西区5楼43层复合地基
桩径500mm施工桩长为桩端进入卵石层N35m
复合地基承载力特征值750KPa桩间距15ml5m中国建筑科学院地研所设计车库独立柱基
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子样个数n
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最大值
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最小值
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平均值X
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变异系数Cv
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统计修正系数rs
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标准值
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推荐值
桩径500mm施工桩R为桩端进入卵石层>30田单桩承载力特征值1600KN重庆博建建筑设计有限公司设计8楼43层复合地基施工现场11楼桩筏基础后插钢筋笼7楼33层复合地基施工现场开挖的桩桩筏基础复合地基桩开挖液压系统为二个顶升油缸和四个支腿油缸提供液压动力和控制顶升油缸完成立柱的升降支腿油缸实现设备工作时支撑设备和调平设备的作用所有油缸顶升可通过液压系统和电控系统实现操作和控制9二合理配套设备混凝土泵合理参数60B或60C泵S阀混凝土缸行程1416米最大泵送压力1013Mpa每分钟812泵应禁用60A泵慎用80C泵60A泵使用60A泵导致严重堵管平板振动器合理参数转速^3000rmin禁止使用振动锤高频振动器插短钢筋笼时在平板振动器上焊接短护筒护筒长N50cm内径比钢筋笼大2cm插长钢筋笼时在平板振动器上焊接导管导管壁厚宜》6皿11导管端部打磨平整后焊接在平板振动器上焊接好后应校正振动锤导致钢筋笼偏斜高频振动器导管混凝土离析加导管放置钢筋笼三特殊地质条件中的技术措施回填土硬质岩层一回填土重庆地区回填土中的技术难点与问题主要为以下几点塌孔固结产生负摩阻力大粒径孤石建筑垃圾中难以成孔与硬质岩层合并阐述1防塌孔旋转挤压灌注桩技术在整个成桩过程中均具有护壁效应利用钻具的刚度平衡主动土压力防止塌孔2通过挤密使填土迅速固结松散填土的负摩阻力主要是由于欠固结土体的固结而产生的旋转挤压灌注桩具备传统桩型所不具备的挤密效应可使土体在成桩过程中被挤密而迅速完成固结旋转挤压灌注桩土体挤密试验
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备注液限试验采用以76g圆锥仪入土深度10mm为准
针对旋转挤压灌注桩挤密效应的效果在重庆进行了土体挤密试验经旋转挤压灌注桩挤密处理6600桩距15rn土体孔隙率比天然状态降低15左右天然状态挤密状态二孤石与硬质岩层孤石地层中常规方法难以钻进硬质岩层中常规方法成孔效率低采取以下两种以硬制硬的措施成孔速率可达1米小时螺杆桩机配合多种钻头成孔采用潜孔锤技术进行引孔1各种破岩钻头各种破岩钻头如牙钻筒钻等在岩层中的高效钻进能力已经得到充分验证螺杆桩机具有破岩所需的大扭矩输出能力因此可以将破岩钻头与螺杆桩机配合使用1各种破岩钻头截齿硬岩单底钻头三锥全面破岩螺旋合金板齿取芯钻头1各种破岩钻头三锥全面破岩螺旋三锥全面破岩螺旋全面破碎岩石筒钻2潜孔锤技术引孔潜孔锤技术是另一种在硬质岩层中快速钻进的技术其原理是由锤身内部的活塞作高频往复运动产生打夯力锤头分布有数十个合金破岩点在打夯力作用下对岩层进行破碎将破碎后的岩层碎屑带出地面根据带出岩层碎屑方式的不同分为气动式和泥浆式两大类其特点是岩层越硬钻进效率越高最高可达6mh缺点是耗能高污染重气动式产生扬尘污染泥浆式产生泥浆污染2潜孔锤技术原理2潜孔锤技术原理第四节质量控制措施下钻阶段灌注阶段成桩后期双向控制钻杆垂直度一下钻阶段质量监控由于螺杆桩机动力输出方式为扭矩输出因此对每个方向都有垂直度影响仅仅控制一个方向是不足以保证成桩垂直度的应分别对螺杆桩机的前后方向和左右方向的垂直度进行控制下钻过程中检测桩位偏差一下钻阶段质量监控为保证桩位偏差满足规范要求应在下钻约2m时停机检查桩位偏差检查方法为测量各基准点与钻具距离的差异值浅部土体较软时容易出现桩位偏差较大的情形应提钻回填并重新开钻二灌注阶段质量监控要点下钻前阀门可否自由打开有无破损混凝土质量是否满足泵送和成桩要求准备提钻时是否先打2泵后提钻是否连续泵送中断泵送的深度是否先混凝土冒出地面后钻头提出地面实际泵数单桩充盈系数三成桩后期质量监控施工后对每根桩进行低应变自检低应变自检的作用检查桩身完整性尤其是灌注阶段曾中断泵送的桩混凝土试块抽检率有限可通过低应变检测的波速大致判断桩身混凝土是否有异常判断挤土效应的一项依据后插筋工艺注意事项钢筋笼采用全节点焊接制作主筋上加焊耳筋以保证保护层厚度一人指挥三人插筋卷扬或吊车应慢下点动借助平板振动器插筋钢筋笼较长时用内导管辅助插筋钢筋笼焊接制作一人指挥三人插筋采用振动器后置法放置钢筋笼采用内导管辅助插筋钢筋笼安装完成桩施工完成第五步桩的检测检测桩径检测桩位偏差动测法检测桩的完整性静载试验检测单桩承载力第六步基础开挖注意事项破除桩头时应用风炮凿桩头不得横向锤击或用挖机撞击如不慎破除至桩顶标高以下应以高标号早强混凝土接桩至桩顶标高以上基础开挖前施工现场基础开挖凿桩头切忌横向锤击己形成的桩基础独立柱基桩基础独立柱基与地梁结构第三节
成桩设备要求及特殊技术措施一专用成桩设备采用卓典集团与武船重工联合研制的专用产品选择专用成桩设备螺杆桩机旋转挤压灌注桩专用成桩设备
螺杆桩
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