镇江市五凤口高架工程B标钻孔灌注桩施工技术方案样本.doc

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镇江市五凤口高架工程B施工段

钻孔灌注桩施工技术方案

编制:

复核:

江苏省交通工程集团有限公司
镇江市五凤口高架工程B标项目经理部
二○一三年三月

钻孔灌注桩施工技术方案
一、 钻孔灌注桩施工准备
1.1、 混凝土配合比设计
桩身混凝土设计标号C30, 按照水下混凝土的各项性能指标要求, 经重复试验、 试拌后确定其配合比。砼除满足强度要求外, 还须符合下列要求:
粗集料采用级配良好的石灰岩或花岗岩碎石, 粒径为5～31.5mm;
细集料宜采用级配良好的中砂, 细度模数应控制在2.3～3.0;
胶凝材料且不小于390Kg/m3;
混凝土初凝时间为729min, 终凝时间847min;
混凝土的坍落度控制在180～220mm;
混凝土具有良好的和易性、 流动性、 泵送性, 可掺入适量的外加剂;
1.2、 钢护筒的制作
依据本标段施工图, 我部采用A3钢板卷制了直径1.8m和1.5m的钢护筒各两个( 依据规范取内径大于设计桩径30cm) 。管节制成后在内部设置临时支撑, 以防在运输过程中产生变形; 钢护筒上、 下口设加劲法兰, 以便于护筒埋设。
1.3、 场地整理及现场施工规划
我部进入施工现场后,先是确认施工区域范围, 规划钢筋场地和泥浆池摆放位置, 然后使用挖掘机配合推土机将场地推平。
1.4、 泥浆池设定及泥浆制备
( 1) 、 泥浆的作用及泥浆池的设定
旋挖钻机采取直接机械取土的施工工艺, 钻挖过程中, 泥浆不携带泥渣循环, 静态泥浆作为成孔过程的稳定液, 主要作用是在孔壁处形成一薄层泥皮, 阻止水的渗透, 以保护孔壁, 另外还能起到润滑、 冷却钻具的作用。
在桩基附近( 桥梁的平面投影外侧) 开挖泥浆池, 每2个墩之间设一个, 为2墩桩基共用, 在泥浆池边配置1台泥浆搅拌桶适时拌制新浆。钻孔期间应及时清除钻渣, 并运往废弃地点, 以保证泥浆池有效容积。桩基结束后, 清除泥浆池内废浆和沉渣, 并用粘土分层回填压实至原地面高度。
( 2) 、 泥浆配制
钻孔采用泥浆护壁, 根据钻进地层的特点, 为保证钻孔质量, 选用性能符合要求的粘性土( 胶泥) 或膨润土用清水彻底拌和成悬浮液, 并掺加适量的纯碱CMC, 将制备好的泥浆储存在储浆池中备用。
表1.4-1 泥浆的性能指标表
钻孔方式
粘度
( Pa·S)
容重
( g/cm3)
含砂率( %)
PH值
胶体率
( %)
失水量
( ml/30min)
泥皮厚度
( mm)
旋挖钻
18～22
1.05～1.10
≤1
8～10
≥95
≤15
≤2
1.5、 导管气密试验及抗拉试验
导管采用φ325×10m无缝钢管制成, 接头为快连螺纹接头。导管使用前进行水密承压试验和接头抗拉试验( 见图1.5-1) , 试验合格后, 方可用于灌注桩砼浇筑使用。
图1.5-1 导管水密承压试验和接头抗拉试验
1.6、 测量放样及护筒埋设
泥浆制备好后, 根据施工图纸坐标进行放样确定桩位和高程,同时打好4根护桩,然后计算出钻孔深度及吊筋长度。
护筒放入已开挖好的基坑后, 利用护桩挂十字线使护筒中心正对桩中心, 并吊锤线控制护筒竖直度。护筒定位后周围用粘土分层回填并层层夯实, 以防孔口坍塌。护筒埋设完成后,再进行放样复测确保桩位准确.护筒埋设深度根据土质情况确定, 能有效防止周围环境振动、 冲击引起孔口渗漏、 坍塌, 埋入后的钢护筒顶面应高出地面0.3m或水面1-2m。钢护筒预埋精度要求: 平面中心位置允许偏差±5cm; 倾斜度≯1/100。
1.7、 钻机就位
护筒埋设合格后, 使用挖掘机整理出旋挖钻机的施工平台。若施工平台下部承载力不够能够采用1CM厚的钢板铺设平台, 确保钻机能稳定就位。旋挖钻机稳定就位后, 先在测量技术人员的指挥下进一步调整钻杆垂直度, 并使钻头的中心与桩位中心重合。
二、 钻孔灌注桩施工
本工程灌注桩有φ150cm、 φ120cm两种直径, 共14340m, 其中: 五凤口枢纽互通式立体主线桥、 A～D匝道的桩基长度约11340m; 丁卯桥互通式立交主线桥、 E、 F匝道桩基长度约3000m。根据摩擦桩设计资料及地质勘测报告, 采用2台SR-280型旋挖钻机钻进成孔, 水下灌注混凝土的施工方法施工。
2.1、 钻孔工艺流程图
钻孔工艺流程图见图2.1-1。
场地平整、 桩位测量放样

开挖泥浆池
钢护筒制作
钢护筒埋设

旋挖钻机安装就位

制备泥浆

连接泥浆循环系统
旋挖进尺

不合格

重钻, 扫孔
测量孔深、 检孔

合格
合格
钢筋笼分节制作
安装钢筋笼

导管组拼, 水密及拉力试验

安装导管

清孔

监理检查验收
混凝土拌和、 搅拌车运输
灌注水下混凝土

拔除钢护筒

图2.1-1 钻孔工艺流程图
2.3、 钻孔施工
2.3.1、 开孔
启动泥浆泵向护筒内补充优质泥浆, 缓慢放松钻机的主卷扬钢丝绳, 使钻头入孔, 启动回转动力钻头开始护筒内取土, 取土筒内的取土量由测深仪计算, 一般1米长的取土筒一次进尺长度控制在0.4～0.6m之间。取满后, 将钻斗底部关闭, 再由主卷扬钢丝绳收起钻杆和钻头, 适时补充孔内的泥浆。转动钻机桅杆, 将取出的渣土弃于孔外, 然后运至指定地点弃土。
回转钻机桅杆, 利用钻机的回转限位装置控制钻头对准孔位, 以此往返取土钻进, 钻进过程中的孔深和孔的垂直度由钻机的测深仪和垂直度仪进行控制, 成孔至最后2～3m时, 孔深用测绳进行测量, 并控制单筒的进尺深度。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部, 保证孔壁稳定性。
2.3.2、 钻进控制
旋挖钻机在钻进过程中必须做好钻孔记录, 详细记录好土层或岩层的分布情况并与图纸给出的地质情况进行对照, 便于下一根桩的钻进速度控制。
旋挖钻机钻孔过程中应严格控制钻进速度, 避免钻进尺度较大, 造成埋钻事故。若钻机升降钻斗时速度过快, 钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁, 再加上钻斗下部产生较大负压作用, 造成孔壁颈缩、 坍塌现象。因此钻斗提升时应严格控制其速度, 经现场实践得知, 钻斗升降速度保持在0.75～0.80m/s。
终孔前严格控制进尺深度, 严禁超挖; 同时做到勤出土, 以减少清孔时间。
因故停钻时, 应将钻头提出孔外。
2.3.3、 成孔后检孔
灌注桩成孔后先采用掏渣清孔, 再对孔深、 倾斜度、 孔径、 沉淀厚度等项目进行检测。成孔质量检验标准见表2.3.3-1。
表2.3.3-1 成孔质量检验标准
项目
允许偏差
备注
孔径( mm)
不小于设计桩径

倾斜度
小于1%

沉淀厚度
不大于20cm
二次清孔后检测
孔深
不小于设计深度

检测方法: 孔底高程的检测, 以钻杆( 包括钻头) 长度计算为准, 并用钢丝测绳校核。待钻机移位后, 再用钢丝测绳进行孔深测量, 钻杆长度( 包括钻头) 减去测量孔深为沉淀层厚度。孔径、 孔形采用检孔器进行检测。
2.4、 钢筋笼的制作安装
桩基钢筋笼最大自重约7.0t。主筋为Φ22mm( Ⅱ级) 的螺纹钢, 接头采用单面焊焊接, 声测管采用Ф外50×1.5mm的声测管。
2.4.1、 钢筋笼的加工
桩基钢筋笼在钢筋加工场内加工, 为了保证钢筋笼主筋间距和接头精度, 采用胎架对主筋进行定位, 绑扎对接, 胎架间距2.0m。制作完毕后, 做好套筒标记后分段拆开。加工好的钢筋笼按要求分节、 分类编号
为了保证钢筋笼主筋间距和接头精度, 采用模具对主筋进行通长定位, 绑扎对接。制作完毕后, 做好标记后分段拆开。模具等距离固定在钢筋笼加工台座上, 并在钢筋笼的一个端面用平整的δ=16mm钢板设置成基准面。钢筋笼加工时, 严格控制主筋的长度, 确保主筋一端与基准面接触, 这样, 制作成型后的钢筋笼主筋间距准确、 端头齐平。钢筋笼加工完成后, 在钢筋笼两个端部及中腰位置加强筋位置设置”Δ”形加强杆, 以防止吊装变形。加工好的钢筋笼按要求分节、 分类编号。
2.4.2、 钢筋连接
主筋连接在场内采用双面焊, 焊缝长度≮5d, 现场采用单面焊,焊缝长度≮10d, 加强箍筋采用单面焊, 焊缝长度30cm, 螺旋箍筋采用单面焊焊接, 焊接长度≮10cm, 钢筋接头应满足规范要求。
注意事项:
①钢筋接头采用搭接电弧焊时, 两钢筋搭接端部预先折向一侧, 使两连接钢筋轴线一致, 受力钢筋的接头应错开布置, 错开范围不应小于35d, 并保证接头长度区段范围内接头数不超过50%。
②焊接时, 对场地应有适当的防风、 防雨、 防雪和防严寒的措施。环境温度在－200C~50C, 施焊时应采取技术措施, 低于－200C时, 不得进行施焊。
③钢筋焊接前, 必须根据施工条件进行试焊, 合格后方可正式施焊, 焊工必须有考试合格证。
表2.4.2-1 灌注桩钢筋骨架制作和安装质量检验标准

项目
允许偏差
项目
允许偏差
主筋间距( mm)
±10
保护层厚度( mm)
±20
箍筋间距( mm)
±20
中心平面位置( mm)
20
外径( mm)
±10
顶端高程( mm)
±20
倾斜度( %)
0.5
底面高程( mm)
±50

2.4.3、 运输和安装
用专用运输车运至现场, 安装时用汽车吊多点抬吊吊起后缓慢放入桩孔, 在距钢筋笼上端1.2m处穿入型钢将其悬挂于浇筑平台上; 钢筋笼逐节接长下放, 每节对接前均严格调整钢筋笼的垂直度。
钢筋笼对接完成后, 安装声测管, 在每一节连接完成后在管中加满干净水并检查焊接的密封性。
全部钢筋笼安装完毕后, 把钢筋笼与钢护筒临时焊接、 固定, 防止水下混凝土浇注过程中钢筋笼上浮。混凝土浇筑结束后及时解除临时焊接。
2.5、 导管安装及二次清孔
钢筋笼安装到位后, 立即进行导管安装, 导管接头应拧紧到位, 避免接头被拉断, 同时控制导管安装长度, 导管托空一般为0.3-0.4, 不宜托空过大。
导管安装完成后, 使用测绳检测孔内沉淀厚度, 若超过了设计图纸要求20cm沉淀厚度应该进行二次清孔, 确保沉淀厚度合格后方可安排水下混凝土浇筑。
2.6、 水下混凝土灌注
2.6.1、 施工设备
混凝土灌注施工设备主要如下: 混凝土拌和站、 混凝土搅拌运输车、 拖泵和汽车泵、 φ325mm导管、 集料斗( 根据首盘混凝土灌注量配备4.0m3) 、 小料斗等组成。
2.6.2、 混凝土灌注
砼由砼运输车运输至施工现场, 采用集料斗配合灌注。
首盘灌注混凝土的数量计算:
V≥πd2/4·hl+πD2/4·Hc
式中:
V: 首盘混凝土所需数量( m3)
γw: 孔内泥浆的容重( KN/m3) ,
取最大值γw=12KN/m3
γc: 混凝土的容重( KN/m3) , 取γc=24KN/m3
h2: 导管初次埋置深度: h2≥1.0m, 取h2=1.0m
h3: 导管底端至钻孔底间隙, 取h3=0.4m
HW: 孔内混凝土面以上泥浆深度( m) : 42m
h1: 孔内混凝土面高度达到HC时, 导管内砼柱需要的高度( m) , h1=γwHw/γc。
HC: 灌注首盘混凝土后孔内混凝土面至孔底的高度( m) , Hc=h2+h3
D: 孔直径( 1.5m)
d: 导管内径( 0.3m)
V=πd2/4·hl+πD2/4·Hc=3.14*0.3^2/4+3.14*1.5^2/4*(1+0.4)=3.96m3
经过计算确认, 我部灌注桩首盘最大方量为3.96m3, 我部采用4m3的大斗进行首盘灌注。首盘灌注完成后, 换小斗连续灌注, 并尽可能缩短拆除导管的间隔时间, 混凝土灌注过程中, 导管埋深控制在2～6m之间, 由专人随时用测绳进行测量, 并严格控制砼质量, 随时检查砼的坍落度。
三、 钻孔桩呈现问题预防措施及处理措施
3.1、 斜孔、 扩孔、 塌孔
3.1.1、 防止出现斜孔、 扩孔、 塌孔措施
( 1) 、 钻机底座牢固可靠, 钻机不得产生水平位移和沉降。同时钻进的过程中每接长一根钻杆, 钻进时间超过4小时和怀疑钻机有歪斜时均要进行基座检测调平。
( 2) 、 钻进过程根据不同的地层控制钻压和钻进速度, 特别在变土层位置采用低压慢转施工, 进入岩层后, 可根据岩层的坚硬程度调整钻压。
( 3) 、 钻孔的垂直度偏差控制在1%之内, 发现孔斜后及时进行修孔。
( 4) 、 选用优质泥浆护壁, 同时加强泥浆指标的控制, 使泥浆指标始终在容许范围内, 控制钻进速度, 使孔壁泥皮得以牢靠形成, 以保持孔壁的稳定。
( 5) 、 在施工过程中, 根据不同的地层情况, 选择合理的钻进参数。同时注意观察孔内泥浆液面的变化情况, 孔内泥浆液面应始终高于常水位1.5m左右, 并适时往孔内补充新制备泥浆。
( 6) 、 由具有丰富施工经验的技术工人参与施工, 强调预防为主的指导思想, 避免塌孔事故的发生。
3.1.2、 出现斜孔、 塌孔处理措施
( 1) 、 斜孔: 倾斜度小的情况, 调正钻头和钻杆进行扫孔, 将倾斜的部分经过扫孔调直; 倾斜度较大时, 直接采用较好的粘土回填, 稳定一定时间再开钻。
( 2) 、 塌孔: 出现小范围内塌孔时, 增加泥浆的浓度, 保持护壁的稳定性, 同时放慢钻进速度; 出现较大范围塌孔时, 直接用较好的粘土回填, 稳定一定时间后采用正循环钻机施工, 控制钻进速度, 按实际控制泥浆的浓度。
3.2、 钻孔缩径
3.2.1、 防止钻孔缩径的措施
( 1) 、 使用与钻孔直径相匹配的钻头以旋挖钻工艺钻进成孔, 优质泥浆清渣护壁。
( 2) 、 在软塑状粘土层采用小钻压, 中等转数钻进成孔, 并控制进尺。
( 3) 、 根据工艺试桩的钻进参数、 孔径检测情况, 适当调整钻进参数, 以期达到设计要求。
3.2.2 出现钻孔缩径的处理措施
当发现钻孔缩径时, 可经过提高泥浆性能指标, 降低泥浆的失水率, 以稳定孔壁。同时在缩径孔段注意多次扫孔, 以确保成孔直径。
3.3、 掉钻
3.3.1、 防止掉钻措施
掉钻的主要原因是因为钻杆与钻杆或钻杆与钻头之间的连接承受不了扭矩或自重, 使接头脱落、 断裂或钻杆断裂所至。防止掉钻措施为: 加强接头连接和钻杆质量检查, 对焊接部位进行超声波检测, 每使用一次就全面仔细检查一次, 避免有裂纹或质量不过关的钻具用于施工中, 同时钻进施工时要低压低速钻进, 严禁大钻压、 高速钻进, 以减小扭矩。
3.3.2、 出现掉钻处理措施
如果不慎发生掉钻事故, 根据以往施工经验, 如果钻杆较长( 在5m以上, 钻具倾斜) , 采用偏心钩打捞, 速度快, 成功率高; 如果钻杆较短, 采用特制的三翼滑块打捞器进行打捞, 效率较高, 成功率高。打捞要及时, 不可耽搁, 以免孔壁不牢, 出现塌孔, 故现场需备用好偏心钩和三翼滑块打捞器, 以防万一。
3.4、 沉渣过厚或清孔过深
3.4.1、 防止沉渣过厚或清孔过深措施
在旋挖至设计标高后, 实施掏渣清孔, 此项工作在钻孔桩首桩工艺实验中要得出钻具距孔底多少距离经过清孔达到标高的参数。经过以上工艺来保证孔不会超钻, 不会清孔过深, 导致出现沉渣少的现象。
3.4.2、 沉渣过厚处理措施
当沉渣过后时, 先采用旋挖钻进行掏渣, 然后在采用泥浆置换的方法处理, 使其达到设计要求的沉渣厚度。
3.5、 钻孔桩混凝土浇注时出现堵管、 断桩
3.5.1、 防止钻孔桩混凝土浇注时出现堵管、 断桩的措施
( 1) 、 堵管现象主要分为两种, 一种是气堵, 当混凝土满管下落时, 导管内混凝土( 或泥浆) 面至导管口的空气被压缩, 当导管外泥浆压力和混凝土压力处于平衡状态时就出现气堵现象, 解决气堵现象的措施有: 首批混凝土浇注时, 在泥浆面以上的导管中间要开孔排气, 当首批混凝土满管下落时, 空气能从孔口排掉, 就不会形成堵管。首批过后正常浇注时, 应将丝扣连接的大料斗换成外径小于导管内径的插入式轻型小料斗, 使混凝土小于满管下落, 不至于形成气堵; 另外一种堵管现象为物堵, 混凝土施工性能不好, 石子较多, 或混凝土原材料内有杂物等, 在混凝土垂直下落时, 石子或杂物在导管内形成拱塞, 导致堵管。
( 2) 、 断桩主要是导管埋置深度不够, 导管拔出了混凝土面( 或导管拔断) , 形成了泥浆隔层。防止措施为: 对导管埋深进行记录, 同时用搅拌站浇注方量校核测深锤测得混凝土面标高, 始终保持导管埋深在2～6m, 同时对导管要每根桩进行试压, 并舍弃使用时间长或壁厚较薄的导管, 确保导管有一定的强度。
( 3) 、 确保搅拌站的生产能力, 采用1台混凝土拌和站生产混凝土, 5辆混凝土运输车运输, 同时联系商品混凝土作为备用, 备好发电机, 确保钻孔桩混凝土浇注连续也是保证不发生断桩的必要条件。
( 4) 、 钻孔桩超浇0.8～1.0m的混凝土, 目的是用来保证桩头混凝土质量, 避免导管拔出时出现形成的泥浆芯在桩体内。而实际操作时依靠测深锤来测定桩顶标高, 由于泥浆是一种胶体, 遇见呈碱性的混凝土后开始凝结成块, 故有时操作时易错将泥浆内的凝结面当作混凝土面, 使得混凝土少浇, 导致桩体要接长。施工时一方面使用测锤时要重复掷锤, 使锤穿破泥浆凝结层或用长钢筋( Φ12) 插入孔内, 利用手感确定混凝土实际顶面; 另一方面要将孔壁测试结果和搅拌站浇注方量进行相互复核。
3.5.2、 钻孔桩混凝土浇注时出现堵管、 断桩的处理措施
( 1) 、 堵管: 出现堵管时, 用钢管在导管内插捣使导管畅通, 同时还可换大料斗, 利用大料斗内的混凝土压力使其畅通。
( 2) 、 断桩: 浇筑过程中断桩时, 立即停止浇筑, 拔出导管和钢筋笼; 当钢筋笼拔不出时, 采用旋挖钻换小钻头直接将混凝土掏出, 再拔出钢筋笼, 最后换大钻头掏孔到设计标高。