钻孔灌注桩的历史背景

灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，根据成孔措施不一样，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩措施分类而定义的一种桩型。灌注桩由最早的100数年前的1893年，由于工业的发展以及人口的增长，高层建筑不停增长，不过由于好多都市的地基条件比较差，不能直接承受由高层建筑所传来的压力，地表如下存在着厚度很大的软土或中等强度的黏土层，建造高层建筑如仍沿用当时通用的摩擦桩，必然产生很大的沉降。于是工程师们借鉴了掘井技术发明了在人工挖孔中浇筑钢筋混凝土而成桩。于是在随即的50年之后，即20世纪40年代初伴随大功率钻孔机具的研制成功首先在美国问世，二战后，世界各地尤其是欧美发达国家经济复苏与发展，时至今日，伴随科学技术的日新月异发展，钻孔灌注桩在高层、超高层的建筑物和重型构筑物中被广泛应用。当然，在我国，钻孔灌注桩设计及施工水平也得到了长足的发展。钻孔灌注桩一般为一种非挤土桩，也有的为部分挤土桩。钻孔灌注桩的类型可以分为：编辑本段分类桩径大小A.按桩径大小分，可分为如下几种：小桩由于桩径小，施工机械、施工场地、施工措施较为简朴，多用于基础加固和复合桩基础中（如：树根桩）。中桩成桩措施和施工工艺繁多，工业与民用建筑物中大量使用，是目前使用最多的一类桩。大桩桩径大且桩端不可扩大，单桩承载力高，近发展快，多用于重型建筑物、构筑物、港口码头、公路铁路桥涵等工程。成桩工艺B.按成桩工艺，钻孔灌注桩可以分为：干作业法钻孔灌注桩；泥浆护壁法钻孔灌注桩；套管护壁法钻孔灌注桩。钻孔灌注桩的特点编辑本段技术特点钻孔灌注桩具有如下技术特点：a.施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移，因此对环境和周围建筑物危害小；b.大直径钻孔灌注桩直径大、入土深；c.对于桩穿透的土层可以在空中作原位测试，以检测土层的性质；d.扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力；e.常常设计成一柱一桩，无需桩顶承台，简化了基础构造形式；f.钻孔灌注桩一般布桩间距大，群桩效应小；g.某些运用“挤扩支盘”钻孔灌注桩可以有效减少桩径和桩长，提高桩的承载力，减少沉降量；h.可以穿越多种土层，更可以嵌入基岩，这是别的桩型很难做到的；i.施工设备简朴轻便，能在较低的净空条件下设桩；j.钻孔灌注桩在施工中，影响成桩质量的原因较多，质量不够稳定，有时候会发生缩径、桩身局部夹泥等现象，桩侧阻力和桩端阻力的发挥会伴随工艺而变化，且又在较大程度上受施工操作影响；k.由于钻孔灌注桩的承载力非常高，因此进行常规的静载试验一般难以测定其极限荷载，对于多种工艺条件下的桩受力，变形及破坏机理目前尚未完全被人们掌握。设计理论有待深入完善。编辑本段施工措施钻孔灌注桩施工措施钻孔灌注桩的施工，因其所选护壁形成的不一样，有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种。泥浆护壁施工法冲击钻孔，冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法。该施工法的过程是：平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒→检查质量。施工次序(1)施工准备施工准备包括：选择钻机、钻具、场地布置等。钻机是钻孔灌注桩施工的重要设备，可根据地质状况和多种钻孔机的应用条件来选择。(2)钻孔机的安装与定位安装钻孔机的基础假如不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此规定安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，在垫上钢板或枕木加固。为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和对的的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先运用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动大体定位，再用千斤顶将机架顶起，精确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上，以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不不小于2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。(3)埋设护筒钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位如下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持壁地下水位高的水头，增长孔内静水压力，能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同步好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒规定结实耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm），每节长度约2~3m。一般常用钢护筒。(4)泥浆制备钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂构成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及通过循环净化的泥浆，应根据钻孔措施和地层状况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作规定机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会减弱钻头冲击功能，减少钻进速度。钻孔灌注桩(5)钻孔钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作规定进行，才能保证成孔质量，首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。在施工中要注意不停添加泥浆和抽渣(冲击式用)，还要随时检查成孔与否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时，附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。因此钻好的孔应及时清孔，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的次序也应实事先规划好，既要保证下一种桩孔的施工不影响上一种桩孔，又要使钻机的移动距离不要过远和互相干扰。(6)清孔钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此，除了钻孔过程中亲密观测监督外，在钻孔到达设计规定深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计规定期，应立即进行孔底清理，防止隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁轻易坍塌时，规定在灌注水下混凝土前沉渣厚度不不小于30cm；当孔壁不易坍塌时，不不小于20cm。对于柱桩，规定在射水或射风前，沉渣厚度不不小于5cm。清孔措施是使用的钻机不一样而灵活应用。一般可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔，所需设备不多，操作以便，清孔也较彻底，但在不稳定土层中应谨慎使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。(7)灌注水下混凝土清完孔之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。全套管施工法全套管施工法的施工次序。其一般的施工过程是：平场地、铺设工作平台、安装钻机、压套管、钻进成孔、安放钢筋笼、防导管、浇注混凝土、拉拔套管、检查成桩质量。全套管施工法的重要施工环节除不需泥浆及清孔外，其他的与泥浆护壁法都类同。压入套管的垂直度，取决于挖掘开始阶段的5~6m深时的垂直度。因此应当随使用水准仪及铅垂校核其垂直度。编辑本段钻孔灌注桩碰到质量问题的防止及处理措施1、成孔质量问题①塌孔防止措施：根据不一样地层，控制使用好泥浆指标。在回填土、松软层及流砂层钻进时，严格控制速度。地下水位过高，应升高护筒，加大水头。地下障碍物处理时，一定要将残留的砼块处理清除。孔壁坍塌严重时，应探明坍塌位置，用砂和粘土混合回填至坍塌孔段以上1—2m处，捣实后重新钻进。②缩径防止措施：选用带保径装置钻头，钻头直径应满足成孔直径规定，并应常常检查，及时修复。易缩径孔段钻进时，可合适提高泥浆的粘度。对易缩径部位也可采用上下反复扫孔的措施来扩大孔径。③桩孔偏斜防止措施：保证施工场地平整，钻机安装平稳，机架垂直，并注意在成孔过程中定期检查和校正。钻头、钻杆接头逐一检查调正，不能用弯曲的钻具。在坚硬土层中不强行加压，应吊住钻杆，控制钻进速度，用低速度进尺。对地下障碍行预先处理洁净。对已偏斜的钻孔，控制钻速，慢速提高，下降往复扫孔纠偏。2、钢筋笼安装质量问题①钢筋笼安装与设计标高不符防止措施：钢筋笼制作完毕后，注意防止其扭曲变形，钢筋笼入孔安装时要保持垂直，砼保护层垫块设置间距不适宜过大，吊筋长度精确计算，并在安装时反复查对检查。②钢筋笼的上浮钢筋笼上浮的防止措施：严格控制砼质量，坍落度控制在18±3cm，砼和易性要好。砼进入钢筋笼后，砼上升不适宜过快，导管在砼内埋深不适宜过大,严格控制在10m如下，提高导管时，不适宜过快，防止导管钩钢筋笼，将其带上等。3、水下砼灌注问题①堵管防止措施：商品砼必须由具有资质，质量保证有信誉的厂家供应，砼的级配与搅拌必须保证砼的和易性、水灰比、坍落度及初凝时间满足设计或规范规定，现场抽查每车砼的坍落度必须控制在钻孔灌注桩施工规范容许的范围以内。灌注用导管应平直，内壁光滑不漏水。②桩顶部位疏松防止措施：首先保证一定高度的桩顶留长度。因受沉渣和稠泥浆的影响，极易产生误测。因此可以用一种带钢管取样盒的探测，只有取样盒中捞起的取样物是砼而不是沉淀物时，才能确认终灌标高已经到达。③桩身砼夹泥或断桩防止措施：成孔时严格控制泥浆密度及孔底沉淤，第一次清孔必须彻底清除泥块，砼灌注过程中导管提高要缓慢，尤其到桩顶时，严禁大幅度提高导管。严格控制导管埋深，单桩砼灌注时，严禁中途断料。拔导管时，必须进行精确计算控制拔导管后砼的埋深，严禁凭经验拔管。编辑本段钻孔灌注桩后压浆法桩端地基加固的应用1、合用的地质条件施工措施合用于灌注桩的持力层应为碎石层,碎石含量应在50%以上,充填土与碎石无胶结或者为轻微胶结,碎石的石质要坚硬,碎石分布均匀,碎石层厚度要满足设计规定。2、加固机理在灌注桩施工中将钢管沿桩钢筋笼外壁埋设,桩混凝土强度满足规定后,将水泥浆液通过钢管由压力作用压入桩端的碎石层孔隙中,使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一种高强度的结合体。水泥浆液在压力作用下由桩端在碎石层的孔隙里向四面扩散,对于单桩区域,向四面扩散相称于增长了端部的直径,向下扩散相称于增长了桩长;群桩区域所有的浆液连成一片,使得碎石层成为一种整体,从而使得本来不满足规定的碎石层满足构造的承载力规定。在钻孔灌注桩施工过程中,无论怎样清孔,孔底都会留有或多或少的沉渣;在初灌时,混凝土从细长的导管落下,因落差太大导致桩底部位的混凝土离析形成“虚尖”、“干碴石”;孔壁的泥皮阻碍了桩身与桩周土的结合,减少了摩擦系数,以上几点都影响到灌注桩的桩端承载力和侧壁摩阻力。浆液压入桩端后首先和桩端的沉渣、离析的“虚尖”、“干碴石”相结合,增强该部分的密实程度,提高了承载力;浆液沿着桩身和土层的结合层上返,消除了泥皮,提高了桩侧摩阻力,同步浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用。以上几点均对提高灌注桩的单桩承载力起到不可忽视的作用。3、压浆参数的设定压浆参数重要包括压浆水灰比、压浆量以及闭盘压力,由于地质条件的不一样,不一样工程应采用不一样的参数。在工程桩施工前,应当根据以往工程的实践状况,先设定参数,然后根据设定的参数,进行试桩的施工,试桩完毕后到达设计的强度,进行桩的静载试验,最终确定试验参数。(1)水灰比：水灰比一般不适宜过大和过小,过大会导致压浆困难,过小会使水泥浆在压力作用下形成离析,一般采用015～017。(2)压浆量：压浆量是指单桩压浆的水泥用量,它与碎石层的碎石含量以及桩间距有关,取决于碎石层的孔隙率,在碎石层碎石含量为50%～70%,桩间距为4～5m的条件下,压浆量一般为115～210t。它是控制后压浆施工与否完毕的重要参数。(3)闭盘压力：闭盘压力是指结束压浆的控制压力,一般来说什么时候结束一根灌注桩的压浆,应当根据事先设定的压浆量来控制,但同步也要控制压浆的压力值。在达不到预先设定的压浆量,但到达一定的压力时就要停止压浆,压浆的压力过大,首先会导致水泥浆的离析,堵塞管道,另首先,压力过大也许扰动碎石层,也有也许使得桩体上浮。一般闭盘的最大压力应当控制在018MPa。根据预先设定的参数,进行试验桩的施工,再根据试桩的静载试验成果,最终确定工程桩的压浆参数,就可以进行工程桩的施工了。4、后压浆施工工艺4.1施工工艺流程灌注桩成孔钢筋笼制作压浆管制作灌注桩清孔压浆管绑扎下钢筋笼灌注桩混凝土后压浆施工4.2施工要点(1)压浆管的制作在制作钢筋笼的同步制作压浆管。压浆管采用直径为25mm的黑铁管制作,接头采用丝扣连接,两端采用丝堵封严。压浆管长度比钢筋笼长度多出55cm,在桩底部长出钢筋笼5cm,上部高出桩顶混凝土面50cm但不得露出地面以便于保护。压浆管在最下部20cm制作成压浆喷头(俗称花管),在该部分采用钻头均匀钻出4排(每排4个)、间距3cm、直径3mm的压浆孔作为压浆喷头;用图钉将压浆孔堵严,外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封严,这样压浆喷头就形成了一种简易的单向装置:当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出,水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙压入碎石层中,而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将压浆管堵塞。(2)压浆管的布置将2根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、提钻、下钢筋笼,在钢筋笼吊装安放过程中要注意对压浆管的保护,钢筋笼不得扭曲,以免导致压浆管在丝扣连接处松动,喷头部分应加混凝土垫块保护,不得摩擦孔壁以免车胎破裂导致压浆孔的堵塞。按照规范规定灌注混凝土。(3)压浆桩位的选择根据以往工程实践,在碎石层中,水泥浆在工作压力作用下影响面积较大。为防止压浆时水泥浆液从临近微弱地点冒出,压浆的桩应在混凝土灌注完毕3～7d后,并且该桩周围至少8m范围内没有钻机钻孔作业,该范围内的桩混凝土灌注完毕也应在3d以上。(4)压浆施工次序压浆时最佳采用整个承台群桩一次性压浆,压浆先施工周圈桩位再施工中间桩;压浆时采用2根桩循环压浆,即先压第1根桩的A管,压浆量约占总量的70%(111～114t水泥),压完后再压另1根桩的A管,然后依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管,这样就能保证同一根桩2根管压浆时间间隔30～60min以上,给水泥浆一种在碎石层中扩散的时间。压浆时应做好施工记录,记录的内容应包括施工时间、压浆开始及结束时间、压浆数量以及出现的异常状况和处理的措施等。5、压浆施工中出现的问题和对应措施(1)喷头打不开压力到达10MPa以上仍然打不开压浆喷头,阐明喷头部位已经损坏,不要强行增长压力,可在另一根管中补足压浆数量。(2)出现冒浆压浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象,若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出,阐明桩底已经饱和,可以停止压浆;若从本桩侧壁冒浆,压浆量也满足或靠近了设计规定,可以停止压浆;若从本桩侧壁冒浆且压浆量较少,可将该压浆管用清水或用压力水冲洗洁净,等到第2天本来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新压浆。(3)单桩压浆量局限性压浆时最佳采用整个承台群桩一次性压浆,压浆先施工周圈桩形成一种封闭圈,再施工中间,能保证中间桩位的压浆质量,若出现个别桩压浆量达不到设计规定,可视状况加大临近桩的压浆量作为补充。编辑本段钻孔灌注桩施工效果控制技术1、准备阶段（1）施工人员对施工地点地质状况、桩位、桩径、桩长、标高等理解清晰。（2）桩位放样。测量人员将4根直径400mm的钢管打入强风化层作为定位桩。（3）将吊装工字钢焊接的钢围堰导向桩与定位桩分层联结固定，保证导向框位置精确。（4）插打钢护筒。钢护筒壁厚12mm，根据各墩不一样地质状况决定护筒长度，护筒下沉深度穿过覆盖层。（5）插打钢板桩围堰。采用拉森——Ⅲ型钢板桩沿导向框排列。用Dz-60Y型振动锤振动下沉，直至穿过覆盖层为止。2、钻孔阶段（1）安设钻机，使钻杆中心重叠，其水平位移及倾斜度误差按规范规定调整。（2）用冲击钻钻孔时，应待相邻孔位上已灌注好的混凝土凝固并已到达一定强度时，才能开钻。（3）钻孔过程采用正循环回转钻进施工技术，在黏土层，合适少投泥土，靠钻进自行造浆，在砂土层则加大泥浆浓度固壁。钻进速度一直和泥浆排出量相适应。（4）孔内一直保持0.2kg/cm2的静水压力，护筒内水位一直高于水库水位，遇松散地层时，合适增大泥浆相对密度和稠度，尽量减轻冲液对孔壁的影响，同步减少转速和钻压以满足施工质量控制规定。（5）钻进过程严禁孔内掉进钻头、钻杆及其他异物，常常检查钻头的磨损状况。（6）钻进过程随时留取渣样，每米不少于1组，在离设计标高1.0～1.5m范围内，每30cm留1组，每根桩渣样不少于3组。3、清孔阶段（1）清孔是钻孔桩施工中保证成桩质量的重要一环。通过清孔尽量使沉渣所有清除，使混凝土与基岩接合完好，以提高桩底承载力。（2）终孔后，将钻头提至距孔底的0.2-O.3m处，使之空转，然后将残存在孔底的钻渣吸出；必要时投入适量纯碱以提高泥浆比重和胶结能力，使沉渣排出孔外。（3）当