泥漿護壁成孔灌注樁
泥漿護壁成孔是利用泥漿保護穩(wěn)定孔壁的機械鉆孔方法。它通過循環(huán)泥漿將切削碎的泥石渣屑懸浮后排出孔外,適用于有地下水和無地下水的土層。
成孔機械有潛水鉆機、沖擊鉆機、沖抓錐等。
泥漿護壁成孔灌注樁的施工工藝流程:測定樁位、埋設護筒、樁機就位、制備泥漿、機械(潛水鉆機、沖擊鉆機等)成孔、泥漿循環(huán)出渣、清孔、安放鋼筋骨架、澆筑水下混凝土。
一、埋設護筒和制備泥漿
①鉆孔前,在現(xiàn)場放線定位,按樁位挖去樁孔表層土,并埋設護筒。鉆孔灌注樁-護筒埋設見圖2-18。護筒高2m左右,上部設1~2個溢漿孔,是用厚4~8mm鋼板制成的圓筒,其內徑應大于鉆頭直徑200mm。護筒的作用是固定樁孔位置,保護孔口,防止地面水流入,增加孔內水壓力,防止塌孔,成孔時引導鉆頭的方向。
②在鉆孔過程中,向孔中注入相對密度為1.1~1.5的泥漿,使樁孔內孔壁土層中的孔隙滲填密實,避免孔內漏水,保持護筒內水壓穩(wěn)定;泥漿相對密度大,加大了孔內的水壓力,可以穩(wěn)固孔壁,防止塌孔;通過循環(huán)泥漿可將切削的泥石渣懸浮后排出,起到攜砂、排土的作用。
鉆孔灌注樁-護筒埋設
二、成孔
1、潛水鉆機成孔
①潛水鉆機成孔示意圖
潛水鉆機成孔示意圖如下圖所示。
潛水鉆機鉆孔示意圖
1-鉆頭;2-潛水鉆機;3-電纜;4-護筒;5-水管;6-滾輪(支點);7-鉆桿;8-電纜盤;9-5KN卷揚機;10-10KN卷揚機;11-電流電壓表;12-啟動開關
②工作方式
潛水鉆機是一種旋轉式鉆孔機,其防水電機變速機構和鉆頭密封在一起,由樁架及鉆桿定位后可潛入水、泥漿中鉆孔。注入泥漿后通過正循環(huán)或反循環(huán)排渣法將孔內切削土粒、石渣排至孔外。
③排渣方式
潛水鉆機成孔排渣有正循環(huán)排渣和反循環(huán)排渣兩種方式,如下圖所示。
a.正循環(huán)排渣法:在鉆孔過程中,旋轉的鉆頭將碎泥渣切削成漿狀后,利用泥漿泵壓送高壓泥漿,經(jīng)鉆機中心管、分叉管送入到鉆頭底部強力噴出,與切削成漿狀的碎泥渣混合,攜帶泥土沿孔壁向上運動,從護筒的溢流孔排出。
b.反循環(huán)排渣法:砂石泵隨主機一起潛入孔內,直接將切削碎泥渣隨泥漿抽排出孔外。
環(huán)排渣方法
(a)正循環(huán)排渣;(b)反循環(huán)排渣
1-鉆桿;2-送水管;3-主機;4-鉆頭;5-沉淀池;6-潛水泥漿泵;7-泥漿泵;8-砂石泵;9-抽渣管;10-排渣膠管
2、沖擊鉆成孔
①沖擊鉆機通過機架、卷揚機把帶刃的重鉆頭(沖擊錘)提高到一定高度,靠自由下落的沖擊力切削破碎巖層或沖擊土層成孔。
②沖擊鉆頭形式有十字形、工字形、人字形等,一般常用十字形沖擊鉆頭(圖2-23)。
③沖孔前應埋設鋼護筒,并準備好護壁材料。
簡易沖擊鉆孔機示意圖
1-副滑輪;2-主滑輪;3-主桿;4-前拉索;5-后拉索;6-斜撐;7-雙滾筒卷揚機;8-導向輪;9-墊木;10-鋼管;11-供漿管;12-溢流口;13-泥漿渡槽;14-護筒回填土;15-鉆頭
3、清孔
(1)驗孔是用探測器檢查樁位、直徑、深度和孔道情況;清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土,以減少樁基的沉降量,提高承載能力。
(2)泥漿護壁成孔清孔時,對于土質較好不易坍塌的樁孔,可用空氣吸泥機清孔,氣壓為0.5MPa,使管內形成強大高壓氣流向上涌,同時不斷地補足清水,被攪動的泥渣隨氣流上涌從噴口排出,直至噴出清水為止。
(3)對于穩(wěn)定性較差的孔壁應采用泥漿循環(huán)法清孔或抽筒排渣,清孔后的泥漿相對密度應控制在1.15~1.25。
4、澆筑水下混凝土
(1)泥漿護壁成孔灌注混凝土的澆筑是在水中或泥漿中進行的,故稱為澆筑水下混凝土。
(2)水下混凝土宜比設計強度提高一個強度等級,必須具備良好的和易性,配合比應通過試驗確定。
(3)水下混凝土澆筑常用導管法。(下圖)
水下澆筑混凝土
1-上料斗;2-貯料斗;3-滑道;4-卷揚機;5-漏斗;6-導管;7-護筒;8-隔水栓
(4)澆筑時,先將導管內及漏斗灌滿混凝土,其量保證導管下端一次埋入混凝土面以下0.8m以上,然后剪斷懸吊隔水栓的鋼絲,混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞進入水中。鉆孔灌注樁-混凝土澆筑見下圖。
鉆孔灌注樁-混凝土澆筑
沉管成孔灌注樁
一、打樁方法
沉管灌注樁是利用錘擊打樁設備或振動沉樁設備,將帶有鋼筋混凝土的樁尖(或鋼板靴)或帶有活瓣式樁靴的鋼管沉入土中(鋼管直徑應與樁的設計尺寸一致),造成樁孔,然后放入鋼筋骨架并澆筑混凝土,隨之拔出套管,利用拔管時的振動將混凝土搗實,便形成所需要的灌注樁。沉管灌注樁樁靴見圖2-27。
沉管灌注樁樁靴
利用錘擊沉樁設備沉管、拔管成樁,稱為錘擊沉管灌注樁(圖2-28);利用振動器振動沉管、拔管成樁,稱為振動沉管灌注樁(圖2-29)。
1、錘擊沉管灌注樁
錘擊沉管灌注樁機械設備示意圖見下圖。
沉管灌注樁施工過程
(a)就位;(b)沉鋼管;(c)開始灌注混凝土; (d)下鋼筋骨架繼續(xù)澆筑混凝土;(e)拔管成型
1-樁尖;2-鋼管;3-鋼筋
單打錘擊沉管灌注樁過程:用樁架吊起樁管,對準預先埋設在樁位處的預制鋼筋砼樁尖,放下樁管套入樁尖壓入土中。
(2)錘擊沉管灌注樁施工要點
①樁尖與樁管接口處應墊麻(或草繩)墊圈,以防地下水滲入管內和作緩沖層。沉管時先用低錘錘擊,觀察無偏移后,才正常施打。
②拔管前,應先錘擊或振動套管,在測得混凝土確已流出套管時方可拔管。
③樁管內混凝土盡量填滿,拔管時要均勻,保持連續(xù)密錘輕擊,并控制拔管速度,一般土層以不大于1m/min為宜,軟弱土層與軟硬交界處,應控制在0.8m/min以內為宜。
④在管底未拔到樁頂設計標高前,倒打或輕擊不得中斷,注意使管內的混凝土保持略高于地面,并保持到全管拔出為止。
⑤樁的中心距在5倍樁管外徑以內或小于2m時,均應跳打施工;中間空出的樁須待鄰樁混凝土達到設計強度的50%以后,方可施打。
2、振動沉管灌注樁
(1)振動沉管灌注樁采用激振器或振動沖擊沉管。
(2)其施工過程為: ①樁機就位 ②沉管 ③上料 ④拔管
(3)沉管灌注樁容易出現(xiàn)的質量問題及處理方法
1)頸縮
①頸縮:指樁身的局部直徑小于設計要求的現(xiàn)象。
②當在淤泥和軟土層沉管時,由于受擠壓的土壁產(chǎn)生空隙水壓,拔管后便擠向新灌注的混凝土,樁局部范圍受擠壓形成頸縮。
③當拔管過快或混凝土量少,或混凝土拌和物和易性差時,周圍淤泥質土趁機填充過來,也會形成頸縮。
④處理方法:拔管時應保持管內混凝土面高于地面,使之具有足夠的擴散壓力,混凝土坍落度應控制在50~70mm。拔管時應采用復打法,并嚴格控制拔管的速度。
縮頸樁:樁身局部直徑小于設計直徑的樁。
2)斷樁
①斷樁:指樁身局部分離或斷裂,更為嚴重的是一段樁沒有混凝土。
②原因:樁距離太近,相鄰樁施工時混凝土還未具備足夠的強度,已形成的樁受擠壓而斷裂。
③處理方法:施工時,控制中心距離不小于4倍樁徑;確定打樁順序和行車路線,減少對新灌注混凝土樁的影響。采用跳打法或等已成型的樁混凝土達到60%設計強度后,再進行下根樁的施工。
3)吊腳樁
①吊腳樁是指樁底部混凝土隔空或松軟,沒有落實到孔底地基土層上的現(xiàn)象。
②原因:當?shù)叵滤畨毫Υ髸r,或預制樁尖被打壞,或樁靴活瓣縫隙大時,水及泥漿進入套筒鋼管內,或由于樁尖活瓣受土壓力,拔管至一定高度才張開,使得混凝土下落,造成樁腳不密實,形成松軟層。
③處理方法:為防止活瓣不張開,開始拔管時,可采用密張慢拔的方法,對樁腳底部進行局部翻插幾次,然后再正常拔管。樁靴與套管接口處使用性能較好的墊襯材料,防止地下水及泥漿的滲入。
吊腳樁:樁底部的砼隔空或混入泥沙在樁底部形成松軟層的樁。
4)混凝土灌注過量
如果灌樁時混凝土用量比正常情況下大1倍以上,這可能是由于孔底有洞穴,或者在飽和淤泥中施工時,土體受到擾動,強度大大降低,在混凝土側壓力作用下,樁身擴大而混凝土用量增大所造成的。因此,施工前應詳細了解現(xiàn)場地質情況,對于在飽和淤泥軟土中采用沉管灌注樁時,應先打試樁。若發(fā)現(xiàn)混凝土用量過大時,應與設計單位聯(lián)系,改用其他樁型。