全套管钻孔灌注桩综合项目施工新工法

全套管钻孔灌注桩施工工法编制单位：中国建筑第六工程局同意部门：中国建筑工程总企业工法编号：GF／206022-96关键执笔人：刘根芳TOC\o"1-3"\h\z1概述 22特点 23应用范围 24隶属机械配置 35工艺步骤 36关键工序施工关键点 37相关套管灌注桩单桩承载力问题 68质量验收标准 69安全生产方法 710工程实例 71概述利用液压全套管钻机施工灌注桩在国外习惯上名为贝诺特（Benote）桩，这种成桩工艺是现在国际上最为流行钻孔灌注桩施工技术，也是现在世界上钻孔灌注桩三大关键施工工法（贝诺特、反循环法、阿司特利法）中最为优异一个。中建六局土木工程企业于八十年代中后期在承建国外大型桥梁工程中，曾采取这种技术成功地进行了大直径钻孔灌注桩施工，多年已将此设备引进中国，并在北京阜城门立交桥等工地投入实际应用，施工速度是同条件下其它施工方面8－10倍，成桩质量高于国家现行施工验收规范标准，已经显示出了贝诺特施工技术卓越科学性和优异性，应用前景十分宽广。伴随中国高层、超高层建筑和大型桥梁等复杂构筑物大规模出现，对地基处理技术质量要求也将越来越高，能够预料，贝诺特施工方法将成为中国以后大直径钻孔灌注桩施工技术发展方向。全套管钻孔灌注桩在中国规模化推广应用已是指日可待。2特点原始贝诺特钻机于五十年代早期出现于法国，日本于五十年代中期引进了这项技术，并于六十年代初由日本三菱重工业企业开始进行技术改造。到八十年代才形成了现在通用MT系列贝诺特钻机，其关键工作机构图2．l所表示，该钻机系列有MT—120型、MT—130型、MT—150型及MT—200型四种，型号不一样仅表示其钻孔最大直径不一样，（如MT—150最大钻孔直径是1500mm），至于施工方法及应用范围几乎完全一样。本工法含有以下特点：2．l无噪音，无振动；2．2不使用泥浆，避免了泥浆加工和储运，作业面洁净；2．3挖掘时能够很直观地判别土壤及岩性特征，对于端承桩，便于现场确定桩长；2．4挖掘速度快，对于通常土质，可达14m/小时左右；2．5挖掘深度大，依据土质情况，最深可达70m左右；2．6成孔垂直度易于掌握，能够得到3‰－5‰垂直度；2．7因为是全套管钻机，所以孔壁不会产生坍落现象，成孔质量高2．8钢筋周围不会象泥浆护壁法施工那样附粘一层泥浆，有利于提升砼对钢筋握裹力；2．9因为不使用泥浆，避免了泥浆进入砼中可能性，成桩质量高；2．10成孔直径标准，充盈系数很小，和其它成孔方法相比，可节省13％砼；2．11清孔根本，速度快，孔底钻亟可清至2．5cm左右；2．12MT系列钻机是自行式，便于现场移动。3应用范围3．l可适适用于几乎全部土质，在风化岩层、卵石层及砂土层及卵石层及砂土层中只需采取对应钻挖技术，亦能顺利成孔；3．2因为采取了通长套管，在靠近已经有建筑物时也能施工，尤其适合于城区内作业。3．3只要配置对应规格套管，能够钻挖以下直径桩孔：φl000mm；φll00mm；φl200mm；φl300mm；φ500mm；φl800mm；φmm。多种型号所能成孔直径分别为：MT—120钻机：可成孔φl000mm；φl200mm；MT—130钻机：可成孔φl000mm；φl200mm；φl300mm；MT—150钻机：可成孔φT1000Inm；φrpl200Inm；φl500Inm；MT—200钻机；可成孔φl000mm；φl200mm；φl300mm；φ1500mm；φmm。3．4能够做斜桩；3．5采取搭接桩法可施工“桩列式”连续挡土墙。4隶属机械配置除贝诺特钻机外，施工时尚需配置下列机械：4．l第一节套管：第一节套管下口带有刃脚，便于不沉钻进，上端有固定销孔，便于同标准连接；4．2标准节套管：上、下端全部有固定销孔，便于加长和拆卸；4．3引拔机：为加紧施工速度，当钻挖到设计深度时，可将钻机移到下一桩位，利用引拔机液压装置，伴随砼灌注，将套管逐节提出孔外；4．4汽车吊（或履带吊）：用于移动引投机，吊放钢筋笼及套管就位连接；4．5装载机：将落锤抓斗卸于孔外泥土装入翻斗车内运出场外；4．6翻斗车：运土；4．7砼搅拌和输送设备；4．8砼浇注导管；4．9真空泵：清孔用；4．10钢筋成型加工机械。5工艺步骤全套管钻孔灌注桩施工程序图5．l。准备工作钻机就位立第一节套管挖掘、推进、连接套管准备工作钻机就位立第一节套管挖掘、推进、连接套管测量孔深灌注桩、提升导管至井口吊放钢筋笼清孔安放引拔机钻机移至下一桩位钢筋笼加工土方外运套管法施工最关键是挖掘推进、连接套管—成孔；吊放钢筋笼；灌注砼，提升导管—成桩三道工序，下面分别加以讨论。6．l成孔方法钻机水平就位后，将第一节套管立于桩位处，在自重力、夹持机构回转力及夹持机构压力复合作用下，将第一节套管沉入土中；然后在上边连接第二节套管。第一、二节套管垂直度对整个桩孔垂直度起着决定性作用，只要头一节套管成垂直状态，以后挖掘方法及套管连接方法又合适，后续套管自然成垂直状态。利用落锤抓斗将套管内土体抓出孔外，卸在地面上，用装载机装入翻斗车运出场外，伴随套管下沉，不停连接套管，直至钻到孔底标高。6．1．l对于不一样土层，采取不一样挖掘方法：6．1．1．l对于软弱土层（N5），应使套管超前下沉，可超出孔内开挖面l－1．5m。使落锤抓斗仅在套管内挖土，这么便于控制孔壁质量及开挖方向（图6．1．1．l）。6．1．1．2对于通常土层（N＝6－30），开挖时应使套管超前下沉3Ocm左右，这是最标准开挖方法（图6．1．1．2）。6．1．1．3对于硬砂土层及大卵石层，应使落锤抓斗超前下挖20－30cm，因为在这种土层中套管下沉是很困难，尤其是对于地下水位以下硬砂层，如不采取超前开挖方法，即使利用夹持压力勉强将套管压入土层中，而在以后提升套管时也将是很困难（图6．1．1．3）。6．l．l．4对于特坚硬土层（N＞30）及风化岩层，应利用“十字冲击锤”将硬土壤击碎，再利用落锤抓斗将土块抓出孔外。此时也应采取超前下挖方法，而且超挖深度较大，但不应超出十字锤本身高度，不然会影响孔壁质量（图6．1．1．4）。6．1．2挖掘时应注意以下事项：6．1．2．l通常情况下，挖掘中途不许可间断，必需连续挖掘。但假如因为某一不可避免原因必需中止挖掘时，也应继续摇动套管，预防套管外侧土壤因重塑固结效应而将套管构紧，给后续施工带来困难。对于通常土壤，摇动压力应控制在30－50kg／cm2之间；6．1．2．2如地下水位以下有超出5m厚细砂层，应慎重考虑能否采取贝诺特施工法，最少不能用MT—150型以下钻机。因为套管钻机是利用摇动装置将套管边摇动边压入土层中，当穿过厚细砂层时，砂土会因受到扰动而被压密，将套管紧紧抱住，即使采取超前开挖法将套管压入土中，但在提升套管时也是很困难。有资料表明，国外在这种情况下曾出现过套管拔不出来严重事故；6．1．2．3如地下有承压水存在，那么在承压水段挖掘时不应超挖，尤其是承压水又处于砂层中更应尤其注意，不然会形成孔底涌砂现象。6．2钢筋笼吊放工艺6．2．l操作关键点6．2．1．l凡长度大于8m钢筋笼，应分节制作安装；6．2．1．2为预防暴筋，同时也为了确保钢筋笼中心和孔中心重合，应在主筋外侧焊定位块。定位块不宜多，每节笼子上下有两道即可；6．2．1．3检验并统计钢筋笼安装高度和对应套管长度，这一数据可用于判定钢筋笼是否和套管一起被提上来。6．2．2引发钢筋笼上拱原因：套管灌注桩施工中，钢筋笼轻易出现最严重问题是钢筋笼在浇注砼、提升套管时产生“上拱”现象，这类事故一旦出现，处理过程是相当困难，有时甚至会造成整个桩报废。引发钢筋笼上拱原因关键有以下几项：6．2．2．l成孔垂直度较低，钢筋笼和套管之间阻力太大；6．2．2．2钢筋笼制作不顺直，或分节制作安装在连接外出现了弯曲；6．2.2．3钢筋笼定位卡安装不正确（如呈尖棱状），插入了套管连接销孔内；6．2．2．4清孔不根本，钻渣被翻上来以后和钢筋裹在一起，将钢筋笼托起（图6．2．2．4）；6．2．2．砼灌注时间掌握不妥，砼发生凝固，砼和套管之间有较大粘着力，致使提升套管时连钢筋笼一同带起；6．2．2．6套管使用后没有立即清理，有砼残块粘结在内表面上，和钢筋笼卡在一起；6．2．2．7钢筋笼和套管间间隙和粗骨料最大尺寸不相匹配，粗骨料卡在了套管和钢筋笼之间。6．2．3预防钢筋笼上拱技术方法；6．2．3．l使用前检验套管尺寸，套管提出孔后立即用水清理洁净；6．2．3．2仔细检验加工好钢筋笼尺寸；6．2．3．3钢筋笼定位卡应做成圆弧形；6．2．3．4在钢筋笼长度方向每2m左右增加一道加强箍筋，增加钢筋笼抗变形能力；6．2．3．5在钢筋笼下端焊一个钢筋网片（φl6＠150），并在网片上固定两块厚约10cm砼块，由导管注入砼积压在砼块上，用砼自重预防钢筋笼上坡（图6．2．2．5）；6．2．3．6用反复夹紧和放松措施让套管摇动，用在相同方向转动套管l－2次措施消除套管和钢筋笼之间可能出现摩阻力；6．2．3．7灌注砼之前，让套管往返摆动并上下移动4－5cm，检验钢筋笼是否和套管卡在了一起；6．2．3．8套管内径和主筋外径之间间隙应大于砼中粗骨料（石子）最大粒径两倍；6．2．3．9钢筋笼两节对接时不得发生弯曲；6．2．3．10全方面清理并充足紧固套管锁销。6．3砼灌注工艺通常均采取导管法灌注砼（图6．3），施工时应注意以下几点：6．3．l导管由孔顶向下插入时，必需用滑阀（或密封球）将下口封住，不然孔内泥渣有可能进入桩身砼中，影响砼质量；6．3．2伴随砼灌入，慢慢提升导管，但应确保导管下端埋入砼内深度大于2m；6．3．3如导管意外地被拔出了砼顶面，不得立即再插入砼中，而应将导管全部拔出孔外，再反复上述6．3．1、6．3．2工序；6．3．4边浇注砼边利用引拔机提升套管，但应确保套管埋入砼内深度为1--2m，砼浇筑到标高后将套管全部拨出；6．3．5实际浇筑高度应比设计标高高出0．5－1．0m，这部分砼中渗进了被顶上来泥渣，基坑开挖后再给予凿除。7相关套管灌注桩单桩承载力问题贝诺特施工法在中国还是一项新技术，有些用户对其单桩承载力问题还不太清楚。实际上，采取贝诺特技术成孔灌注桩比过去常见泥浆护壁技术成孔灌注桩单桩承载力要高。这一现象能够从下述三个方面来认识：7．l因为贝诺特钻机施工时所采取是沿孔深通长特制套管成孔，不使用泥浆护壁，所以成孔后避开了泥浆护壁成桩工艺所固有那种在桩身砼和主体之间肯定会形成一层残余泥浆隔离膜（俗称“泥皮”）弊病，所以桩身砼和土体之间粘结会愈加牢靠。7．2因为在挖掘过程中套管几乎不会对孔壁土体原有结构产生任何不良影响，所以桩周围土体更能充足发挥其最大侧摩阻力值；7．3贝诺特施工法清孔根本，孔底残渣少。依据实测结果来看，孔底钻渣可清至2－4cm，有利于提升桩端承载力，这是泥浆护壁施工法所难以达成。贝诺特施工技术在中国应用时间不长，处理过工程有限，缺乏足够对比数据，这方面工作以后还有待加强，要立即积累必需技术资料，方便提议比较妥切贝诺特桩单桩承载力计算公式。民用建设项目，还广泛应用于公路、铁路及码头工程建设，日本所做大量统计资料表明，在相同地质条件下，同桩径、同深度灌注桩采取贝诺特技术成桩时承载力比采取反循环泥浆护壁技术所成桩承载力要高出很多。8质量验收标准现在全套管钻孔灌注桩施工技术尚没被列入中国现行施工规范，施工验收时，临时可参考《工业和民用建筑灌注桩基础设计和施工规范（JGG4—80）》相关条文。对于其它类型构筑物如水工建筑、桥梁建筑等，可参考对应行业灌注桩施工验收规范。实测资料表明（见本工法第十部分），采取贝诺特施工时所达成质量等级通常均远远高于现行规范要求值，这一点是其它钻孔灌注桩施工法所无法比拟。提议国家建委早日将全套管施工技术列入验收规范，同时提议相关部门立即制订出对应综合预算定额及取费标准，以利于这项技术在中国推广应用。9安全生产方法9．l施工前应充足了解现场工程水文土质条件，并查明有没有地下电缆或煤气管道等地下障碍物；9．2配置专职安全员，建立健全生产管理组织和管理制度，加强安全教育，落实“安全第一，预防为主”方针；9．3岗位分工明确，不准混岗作业，特殊工种须持证上岗；9．4如因特殊情况，操作人员必需下到孔底时，当孔深大于15mm时，必需检验孔内有没有有害气体及供氧量能否满足人体需要；9．5卷扬机和和抓锤抓斗（或十字冲锤）连接钢丝绳应常常检验，碰到磨损断股现象应立即更换；9．6吊装钢筋笼要合理选择捆绑点，并应拉好尾绳，保持平稳起吊，正确入孔，严防伤人；9．7吊起套管和对位时，严禁把手指伸进销孔内；9．8对于上部有空孔灌注桩（如对于有地下室工程）。混凝土灌注完成立即用土回填空孔部分，或在孔顶设醒目标护栏，以防人员掉入孔内。这种情况在夜间施工时尤应引发重视。10工程实例10．1北京阜城门立交桥工程本工程在