大直径桩、长桩施工工艺(含桩底后压浆)课件

大直径长桩施工工艺（一）大直径桩的定义对大直径桩各国(地区)和各专业的定义不尽相同:

我国香港地区将D≥600mm的灌注桩视为大直径桩；

我国《建筑桩基技术规范将D≥800mm的灌注桩视为大直径桩；

在《港口工程预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程中则将D≥1200m时的预应力混凝土管桩视为大直径管桩；王伯惠等将D≥2500mm桥梁灌注桩的灌注桩定义为大直径灌注桩。一.大直径桩、长桩的定义和特点（一）大直径桩的定义国内建筑工程中，大直径桩一般是指直径大于800mm的桩，

工程实际中，对于直径大于3m的桩，为节约材料，通常做成空心形式，称为大直径空心桩

英、美等国在桥梁工程上广泛使用的大直径钻孔灌注桩一般是指直径超过760mm的桩。

在我国新桥规中则把直径大于或等于2．5m的桩定义为大直径桩。一.大直径桩、长桩的定义和特点（二）超长桩的定义桩按长度通常分为短桩、中长桩、长桩和超长桩四类，目前，没有一种严格的划分界限，有时很难分清楚。一般规定为：

短桩：桩长L≤20m

中长桩:20m<L<35m

长桩:35m≤L<50m

超长桩:L≥50m在我国新桥规中则把桩长大于等于90m的钻孔灌注桩界定为超长桩。一.大直径桩、长桩的定义和特点（三）大直径桩的特点

1、大直径桩(除大直径钢管桩外)均为非挤土桩，施工时噪声小、无振动，对周围环境的影响小，对周围建筑物和构筑物危害小。2、如采用大直径人工挖孔桩，则不需要大型设备，施工简单，可以下孔直接检验桩端土的性质以及桩孔内的土层和岩层性质，采用人工清底，不存在沉渣现象，或作必要的原位试验，这有助于保证桩身质量和桩的承载力。采用大直径桩，可减少水下作业，加快施工进度，综合经济效益得到显著提高。一.大直径桩、长桩的定义和特点（三）大直径桩的特点

3、大直径桩直径大，入土深，现有机具和人工挖掘都能进入各类地基，且能把桩嵌入于各类新鲜基岩，这均为打、振、压入式桩所不及。4、大直径灌注桩可以采用扩大底部的形式，更好的发挥桩端土的作用。5、大直径灌注桩单桩承载力高，随地质条件、桩身尺寸和混凝土强度等级不同，往往可达数千至数万千牛顿，常可以设计一柱一桩，不需桩顶承台、大大简化基础结构。一.大直径桩、长桩的定义和特点（三）大直径桩的特点

6、大直径灌注桩除能承受较大的竖向荷载外，由于桩身刚度大，还能承受较大的横向荷载，增强建筑物的抗震能力；它能有效地充当坡地抗滑桩、堤岸支护桩以及地铁或建筑物地下室基坑开挖的支护桩，还可在基坑开挖后继续作为地下室的承重墙等永久性结构使用。7、大直径灌注桩通常布桩间距大，群桩效应微小，对桩的沉降及其对邻桩和周围地基的影响，估算也更为简便。一.大直径桩、长桩的定义和特点（三）大直径桩的特点8、大直径灌注桩，可以采用较小的配筋率，低至O．2％；它与预制桩相比可节省钢材1／2～2／3，不包括因不需要承台及不致发生截桩等情况而获得的节省。

目前我国大直径桩每立方米桩身造价大约为预制桩的2／3。同时，根据桩身受力特点的需要，可设计成变截面或大直径空心形式，更能节约材料，其经济效益也是十分明显的。一.大直径桩、长桩的定义和特点（四）大直径长桩的发展概况

大直径桩的发展首先是为适应生产需要，从矿产开掘而逐渐兴起的。据有关文献资料介绍，早在18世纪，德国用冲击钻和迪转钻先后打出直径为4.5m和1.5m。矿山钻井至今己有140余年。19世纪末，美国开始将大直径桩用于建筑和水利等基础工程上，并逐渐推广运用。20世纪中叶，南美委内瑞拉首次在马拉开波法特大桥的基础中采用旋转钻浇注混凝土灌注桩。20世纪70年代初，日本在本洲一四国联络线的桥梁深基础中采用大直径桩型式(钻孔直径为3．6m)，并将桩底置于海底岩层上，之后又于20世纪70年代中期完成了大鸣门大桥，其桥墩基础为直径达4m及7m的海底钻孔灌注桩。一.大直径桩、长桩的定义和特点（四）大直径长桩的发展概况

据文献报道，日本在海洋和港口建筑中采用的钢管桩，最大直径达2.5m，桩长45m；桩长最大者达274.5m，桩径1.829m，入土长度达96m。

新加坡从70年代开始，采用大直径灌注桩基础建造30～50层的高层建筑，其中桩径最大者达5～8m，桩长达40～100m，单桩承载力达200～250MN(2～2．5万吨)；1992年，美国采用大直径钻孔灌注桩的工程费用约为8亿美元，而到1997年则超过了lO亿美元，且这一增长主要集中于桥梁桩基工程领域。

在欧洲，非挤土桩与挤土桩的应用比例己接近2：3，其中大直径钻孔灌注桩占桩基工程总量的15％。迄今挖孔桩的最大直径达8m(如湖南浏阳天马大桥、奥地利某工程中)，钻孔桩的直径逾4m(世界多数国家)，挖孔桩的入土深度逾40m(英国等)，钻孔桩已逾150m(日本等)。一.大直径桩、长桩的定义和特点（四）大直径长桩的发展概况我国自20世纪80年代以来，随着城市超高层建筑以及交通干线上大跨度桥梁等建(构)筑物的修建，为满足上述结构的大跨、高层、重荷载及不同复杂地质条件的要求，工程上越来越多地采用大直径桩基础，多高层建筑，大跨度建筑、大型桥梁的发展都要求提高基础的承载力，如新近修建的苏通大桥为提高单桩承载力，对桥下桩基即采用了直径为2500～3000mm，长度57．5m～118m的大直径灌注桩。

据不完全统计，我国年用桩量达100万根以上，其中，大直径桩的年用量达20万根以上。我国自1955年开始在武汉长江大桥和南京长江大桥先后以管柱钻桩下到基岩持力层，之后于20世纪60年代初，在河南采用人工冲击钻或旋转钻成孔的混凝土灌注桩在桥梁上成功应用，进而推广至全国。

后来，随着我国大型钻机的问世，桥梁桩基钻孔直径才有逐渐加大的趋势。近二十年来，大直径钻孔或挖孔灌注桩在我国桥梁工程上得到了广泛的应用。一.大直径桩、长桩的定义和特点从钻孔灌注桩的施工原理上讲，大直径桩和超长桩与普通桩相比并无本质上的区别，但由于桩径大、桩孔深，其施工难度要比普通桩大得多，所采用的机具设备、施工方法和施工工艺也不尽相同。二.大直径桩、长桩的施工要点（一）钢护筒的制作和设置1、钢护筒内径的确定

d=(D/2+H×i+d’)×2其中：D—设计桩径（m）；H—钢护筒的长度（m）；i—护筒设置倾斜率（%）；d’—护筒平面位置允许误差（m）。二.大直径桩、长桩的施工要点（一）钢护筒的制作和设置2、钢护筒壁厚的确定

宜按护筒的刚度要求计算确定。当钢护筒长度大于10m，需要锤击或振动下沉时，其径厚比不宜大于120。

如果钢护筒较长、直径较大，则宜按近似的钢管桩来设计，其壁厚宜为直径的1/80～1/100；一般情况下，钢护筒的径厚比可为1/120～150，当需要需要锤击或振动下沉时，其径厚比不宜大于120。

例如：某工程的桩长70m，钢护筒长37m，直径2.85m，壁厚25mm，径厚比为1/114，下沉时采用液压振动锤，最大激振力达6400KN，均无变形。二.大直径桩、长桩的施工要点（一）钢护筒的制作和设置3、钢护筒的制作与运输

制作钢护筒时，其椭圆度应小于d/100，且不大于30mm；直径的允许偏差应为±10mm；筒体端面的倾斜度最大允许偏差为3mm；纵轴线弯曲矢高应不大于护筒长的0.1%，且不大于30mm；钢护筒对接时的错边量应不大于0.2倍的钢板厚度，且不大于4mm。

在制作和运输时，每节护筒上下内壁的径向宜布置一组或多组单向临时加劲撑架，撑架本身应有足够的刚度。二.大直径桩、长桩的施工要点（二）钢护筒的埋设

护筒埋设定位时，除设计另有规定外，护筒中心与桩平面位置允许误差为50mm，竖直线倾斜不大于l%；对深水基础中的护筒的偏差最大不能超过80mm。

护筒高度宜高出地面0.3m或水面1.0～2.0m。在有潮汐影响的水域，应高出最高施工水位1.5～2.0m，并应在施工期间采取稳定护筒内水头的措施；当钻孔内有承压水时，应高于稳定后的承压水位2.0m以上。护筒埋置深度在旱地或筑岛处宜为2～4m，在水中或特殊情况下应根据设计要求或桩位的水文地质情况经计算确定；有冲刷影响的河床，应沉入局部冲刷线以下不小于1.0～1.5m。二.大直径桩、长桩的施工要点（三）高性能优质泥浆

大直径桩钻孔宜采用高性能优质泥浆，泥浆配合比应通过试验确定，配制时膨润土或聚丙烯酰胺（PHP）水解后静置24小时。

高性能优质泥浆是一个笼统的概念，规范中未对泥浆指标做硬性规定。只要对桩孔的护壁能起到有效的良好的作用，以及对桩身混凝土不会产生不利影响，各种泥浆均可采用。二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点

PHP泥浆优点：

可变性好；相对密度小，含沙率低；粘度高、不分散、失水量少；泥皮薄；环保性好。二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点（四）钻机的选择与钻进作业

大直径桩和超长桩的成孔宜采用大扭矩反循环回旋钻机（并不限制在有较高强度岩层采用冲击钻机成孔），钻孔作业时，应根据不同土层、不同的钻孔深度采用不同的钻压、转速、配重、进尺速度和泥浆指标。二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点水上平台灌注钻孔桩直径3.0M反循环牙轮钻头插打护筒陆地钻孔灌注桩二.大直径桩、长桩的施工要点（四）钻机的选择与钻进作业

在护筒内钻进时钻机的转速控制在14转以下，使进尺速率保持在0.8～1.2m/h之间，特别是在开孔钻进时控制在0.8m/h以下；

在钻头出护筒后钻进时转速和钻压不宜太高，进尺速率可稍快；对粉质粘土时层，加大钻压；

在砂性土地层中钻进时，在保证悬吊钻进的前提下保证孔底有最大的钻压；

粉细砂层、含砾中粗砂层和下部的粉质粘土中钻进时，一定要防止钻具有较大的晃动，以免扩孔，同时根据孔内泥浆性能的变化不断进行补浆调整。二.大直径桩、长桩的施工要点（五）钢筋笼制作与安装

大直径桩和超长桩的钢筋笼宜在同一胎架上分节加工制作，主筋的连接宜采用机械连接接头。钢筋骨架吊装时，应制作专门的的吊具，并应防止钢筋骨架变形。二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点（五）钢筋笼制作与安装

钢筋笼孔口安装

钢筋笼采用两点吊，吊装设备为100t履带吊，把杆长度30m，最大起重能力达60t。制作一个钢筋笼固定架，挂4个20t手拉葫芦，用以悬挂已完成下放的钢筋笼。用手拉葫芦微调下节钢筋笼，使其与吊机吊住的上节钢筋笼的所有主筋完全对中。依次焊接位移管内管、外管和声测管，最后进行机械连接。二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点（六）清孔

采用换浆法进行初步清孔，要求用手摸泥浆中无2mm～3mm大的颗粒为止，并使泥浆比重减小到1.15左右。

清孔后用测绳配合标准锤测孔底沉淀厚度，用仪器测泥浆指标。

清孔时，注意始终保持孔内水位高出地下水位1.5～2.0m，以防止塌孔。不得用加深成孔深度的方法代替清孔。

为了保证清孔彻底，在浇注混凝土前，对孔底进行射风处理。二.大直径桩、长桩的施工要点（七）灌注水下混凝土

砼灌注是钻孔桩最重要环节，而往往在施工中难以做到位，关键是出现问题后的处理方法。大直径钻孔桩灌注在做到普通小桩径灌注的同时，重点防范以下几点：

1、钢筋笼下放后，下放射风管，在灌注前开动空压机，利用气流扰动孔底沉渣，使之悬浮于泥浆中，以减少沉淀物。桩底沉渣厚度不大于规定值。

摩擦桩：直径D≤1.5m时，沉淀厚度≤200mm；直径D>1.5m或桩长>40m或土质较差的桩，沉淀厚度≤300mm；

支承桩：不大于设计规定，无设计规定时≤50mm二.大直径桩、长桩的施工要点（七）灌注水下混凝土2、首批砼方量确保，其考虑有以下因素：《规范》要求、砼剪球完后不是呈绝对水平而可能呈锥体、扩孔、适当增加安全系数。施工前加工足够容量的储料斗，剪球时先将储料斗储满，两辆罐车就位后，剪球的瞬间，罐车加大马力放灰，这首先在方量上确保成功。

3、孔深测定：计算孔断面积，砼可能出现凸凹不平，测孔深取四个直角点，测绳紧靠钢筋笼，且取最不利值。二.大直径桩、长桩的施工要点（六）灌注水下混凝土4、砼灌注要连续，在灌注接近尾声的时候，砼表面积有大量淤泥，这给测量带来误区，将淤泥或夹砼淤泥当成砼，其通过测绳凭手感没有把握。而用事先准备竹竿能精确判断，甚至能测出砼面平整情况，可提供准确的原始数据，确保超灌桩顶1米。5、导管用内径Φ300mm的无缝钢管，拼接时，对导管进行编号，并对管的长度进行记录，另外务必使导管轴线顺直，内壁光滑。施工前导管必须通过水密试验检测。二.大直径桩、长桩的施工要点（七）灌注水下混凝土

在灌注混凝土时应注意：

①导管的接头要严密，必须每次逐个检查，以防漏水。导管位于孔中央，并在灌注混凝土前进行升降试验。安放时一定要保证导管的长度，灌注时记录管拆除后的长度，作好灌注记录。

②混凝土原材料拌和必须均匀，杜绝运输过程中的离析。每车混凝土均检测坍落度、和易性，达不到要求的砼坚决不用。

③为了确保浇筑过程的连续性，我们将采用部分商品砼，为了确保商品砼与自拌砼的同一性、均匀性，我们自拌砼与商品砼采用相同的砼配合比，并在水泥、外加剂等原材料上采用了同一来源。二.大直径桩、长桩的施工要点（七）灌注水下混凝土

在灌注混凝土时应注意：

④制备砼的原材料必须符合技术规范及施工规范的要求。在施工过程中砼坍落度控制在18~22cm。

⑤灌注工作须连续进行，尽量避免任何原因的中断灌桩，由于混凝土数量大，灌注需要时间较长，通过在混凝土中掺入缓凝剂，以延迟其凝结时间。

⑥灌注首批混凝土时应注意，导管下口离桩底一般为20~40cm。

⑦浇筑砼前，将声测管上端用塞子堵死，待桩检工作完成后，用水泥砂浆将声测管灌满且密实。二.大直径桩、长桩的施工要点（七）灌注水下混凝土

在灌注混凝土时应注意：

⑧灌注过程中随时检查混凝土顶面标高，作好灌注记录。推算导管的埋深并及时拆除导管，一般控制导管埋深2～6米。在最后灌注时导管不要急于拆短，而要加大高度，增加混凝土压力，提高混凝土密实性。砼浇筑的终止高度应超出设计桩顶高程至少不小于1米。

⑨在灌注过程中，将孔内溢出的泥浆引流到相邻的护筒内，以防止污染环境。灌注的桩顶标高应比设计标高高出1.0m，此范围内的泥浆和混凝土及时清除并注意防止损坏桩身。当砼达到一定强度时开挖基坑，清理桩头进行桩基检测，检测率及检测方法应满足设计要求。二.大直径桩、长桩的施工要点（一）桩底后压浆定义桩底后压浆是指钻孔灌注桩在成桩通过预埋的注浆通道用一定的压力把水泥浆压入桩底，并在桩底形成扩大头，使浆液对桩底附近的桩周土层起到渗透、填充、压密和固结等作用，从而来提高桩承载力，减少沉降的一项技术措施。三.桩底后压浆技术（二）桩底后压浆作用机理

（1）固化沉渣，使水泥土的强度大幅提高；（2）由于高压作用，桩底土体得到密实；

（3）渗透和劈裂作用提高了桩底土体强度；

（4）形成一个扩大头，提高承载力，减少沉降；

（5）消除泥皮，提高桩侧摩阻力。三.桩底后压浆技术（三）桩底后压浆设备及工艺注浆泵、搅拌机、压力表、流量计、储浆桶、压浆管（声测管）

二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点（四）压浆管的布设

（1）保证压浆的均匀性（2）便于安装和保护（3）根据上述原则，建议压浆管均沿钢筋笼布置，并帮扎在钢筋笼内侧（4）钢筋笼安防前向孔内投少量碎石；安放后投50cm高碎石，埋住花管。

二.大直径桩、长桩的施工要点二.大直径桩、长桩的施工要点压浆管连接按设计要求拌制水泥浆

储浆桶内设搅拌器，防止水泥浆沉淀

浆液进入储浆桶前要过滤，防