DBJT45-旋挖桩数字化施工技术规程

目次1 总则 332 术语及符号 333 基本规定 334 数据采集 334.1 成孔质量检测准备 344.2 桩位坐标 344.3 成孔深度 344.4 成孔孔径 354.5 成孔垂直度 394.6 成孔后桩底沉渣厚度 424.7 桩底地层围岩完整性 455 数据传输 455.1 一般规定 455.2 数据格式 456 数据评价 466.1 评价方法 466.2 评价结论 46总则1.0.1旋挖钻孔灌注桩施工技术具有高效、节能、低噪声、低污染、适应地层较广泛等优点，其旋挖钻机可钻进填土、粘性土、粉土、砂土、碎石土、软岩、风化岩及硬质岩层等，是目前国内灌注桩工程施工中广泛使用的一种，目前已广泛应用于建筑与市政工程桩基（墩）施工中。但我国至今尚未发布有关旋挖钻数字化施工的规程，如何在旋挖钻孔灌注桩施工过程中的进行过程控制、质量监测和验收存在困难，因此编制一部适用于我区的关于旋挖钻孔灌注桩数字化施工规程十分必要。1.0.2旋挖钻孔灌注桩的数字化施工具体包括在旋挖钻孔灌注桩施工的基础上，增加对施工过程中桩位坐标、成孔深度、成孔孔径、成孔垂直度、成孔后桩底沉渣厚度以及桩底地层围岩完整性的实时性采集，监测。并可将采集的数据按照本规程的数据格式上传至云平台。术语及符号本章中给出了13个术语和25个符号解释，是本规程有关章节中所引用的。在编写本章节术语时，参考了《旋挖钻孔灌注桩施工技术规程》（DBJT45-007-2015）等标准中的相关术语。基本规定3.0.2对成孔有困难的地层包括：灰岩、松散砂等地层。3.0.3检测所用计量器具必须送至法定计量检定单位进行定期检定或校准，且使用时必须在计量检定（校准）的有效期之内，这是我国《计量法》的要求，以保证检测数据的可靠性和可追溯性。虽然计量器具在有效计量检定周期之内，但由于成孔检测工作的环境较差，使用期间仍可能由于使用不当或恶劣的环境等造成计量器具的受损或计量参数发生变化。因此，检测前还应加强对计量器具、配套设备的检查和模拟测试，并采用校准装置进行自校，发现问题后应重新检定（校准）。数据采集成孔质量检测准备根据《建筑桩基技术规范》JGJ94第6.3.9条，桩底沉渣厚度对端承型桩，不应大于50mm；对摩擦型桩，不应大于100mm；对抗拔、抗水平力桩，不应大于200mm，可见沉渣厚度是影响桩身承载力和成孔质量的关键指标，在成孔质量检测前必须进行清孔。对于泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩，清孔方式的选择要根据地质情况确定，因为不同的清孔方式对孔壁的稳定性及清孔效率不同，在不易塌孔的地层，孔壁相对稳定性较好，采用空气吸泥清孔清孔效率较高。而在稳定性差的地层，必须要保证孔壁稳定性，尽可能避免因清孔导致的孔壁坍塌，因此应采用效率相对较低但对孔壁稳定影响较小的泥浆循环或抽渣筒排渣。对干作业成孔旋挖钻孔灌注桩，钻孔到达设计桩底标高后，孔底也可能存在松散的渣土，需要更换清底钻头进行清孔，清底钻头一般有单开门或双开门两种类型，底板上无焊接齿座，没有钻进的功能，此类钻头能有效清理干成孔作业孔底渣土。桩位坐标复核设计单位提供的测量控制点，符合要求后，测放出各桩桩位，拼装好桩架就位。根据预先测设的测量控制网(点)，定出各桩位中心点。双向控制定位后埋设钢护筒并固定，以双向十字线控制桩中心。开钻前必须先校核钻头的中心是否与桩位中心重合。在施工过程中还须经常检测钻具位置有无发生变化，以保证孔位的正确。成孔深度用于孔深检测的测绳法工作原理为：将悬挂有锥形重物的带标尺的测绳沿桩孔下探到持力层顶面，读取孔口测绳标尺读数即为孔深。钻杆长度复核法是采用标准卷尺，对钻杆累积进深进行复核确定孔深。用于孔深检测的深度编码法工作原理为：在孔径或垂直度检测的同时，通过深度编码器计算设备探头下行时带动滑轮转动圈数与每圈周长的乘积，推算孔深。和测绳连接的重物应有一定重量和尖锐度，才能穿过沉渣层，到达持力层表面，和测绳连接的锥状重物示意图如图1所示：标引序号说明：1——钢丝测绳；2——锥状重物；3——锥角。图1测绳法设备示意图采用深度编码法检测时，孔口滑轮和测试线缆经过一段时间的使用后会发生一些变化，测量孔深值会因此产生误差；因此应进行定期检定对孔深系数进行修正。测绳法进行孔深测试时，锥状重物因泥浆、沉渣等原因，未必完全到达持力层，现场测量时需要凭借人的手感来判断沉渣的顶面位置，易产生人为误差。另外，测绳的长短、松紧和读数都可能产生误差，经验因素较多，因次应该进行多次测试，减小误差带来的影响。成孔孔径孔径检测常用方法及仪器设备综合对比如下：表1孔径检测常用方法及仪器设备综合对比表对比项目机械接触法超声波法探笼法主要仪器设备及器具目前主要为三性孔径仪超声波成孔检测仪探笼装置测点间距测点间距一般较大，测点较少，也可设定小间距，但效率较低测点间距较小，测点较多连续探测孔径适应性不同大小的孔径，选不同型号的探头。直径3.0m以上及支盘桩、扩孔桩等变直径桩孔不宜采用本法检测适用于仪器能力范围内各孔径、各形状的桩孔，但不宜检测直径或边长小于0.6m的桩孔适合等直径灌注桩桩孔，对变直径桩孔无法检测变径情况泥浆影响桩孔内气泡、泥浆相对密度和含砂率对测试结果影响不大，因此工期紧张时宜采用此法泥浆相对密度超过1.3，含砂率超过4%，或桩孔内气泡等对测试结果有影响。等待桩孔内悬浮的泥沙颗粒完全沉淀和气泡消失，可能要花费较长时间无影响若现场检测存在无法判断或者出现问题时，应采用两种或两种以上检测方法相互补充、验证，有效提高检测结果判定的可靠性。伞形孔径仪检测工作原理为：采用类似伞状的机械臂和孔壁紧密接触，通过机械臂上内置的张角传感器或机械臂移动改变电位器电阻值来测量孔径大小。伞形孔径仪在桩孔中工作时的情况如图2所示：标引序号说明：1——电源及数据电缆；2——孔壁；3——机械臂。图2伞形孔径仪在桩孔中工作示意图采用伞形孔径仪对孔径的测量误差，主要产生原因来自三个方面：一是随着孔径变大，机械臂挠度引起的误差；二是桩孔壁土层的强度不同，在同一张力下末端嵌入的程度不同引起的误差；三是后期数据处理转化为合孔径时的孔径算法误差。对可能产生的误差，需要检测人员根据情况合理评估。机械臂的挠度取决于机械臂材质，机械臂末端弹力取决于弹簧，通过合理地选择机械臂材质，弹簧弹性系数可以把误差控制在允许的范围之内，如选择钛合金机械机械臂，挠度变化基本可忽略不计。机械臂弹力大小取决于弹簧，选择合适的弹簧可以合理的控制机械臂末端的弹力；能够使机械臂在泥浆中打开并和孔壁轻微贴合而不会对孔壁产生较大影响。孔径的计算误差控制主要通过设备检定，以及通过电脑或仪器软件准确的计算来减小。伞形孔径仪检测孔径时，当其张角采用机械臂倾角检测时，应通过实测点拟合得到测点处的孔径，此项工作拟合计算量较大，由计算机或者仪器软件自动完成。超声波孔径检测的工作原理为：将超声探头悬挂在桩孔内，探头四个方向的换能器通过发射和接收超声波来测量探头与四壁的距离，通过这些距离来计算当前截面的孔径。超声波成孔检测仪在桩孔中工作时的情况如图3所示：标引序号说明：1——主机；2——提升装置；3——声波探头；4——孔壁。图3超声波成孔检测仪在桩孔中工作示意图本条考虑了超声波法检测时探头部分需占据一定的空间尺寸，还有一部分盲区，故规定了最小尺寸不宜小于0.6m。目前有厂家仪器性能说明中的最大可测孔径达到8.0m，但因现场条件不同，可测范围也可能不同，因此，本方法最大检测能力应由现场确定。超声波法测量误差来自两个方面：一是桩孔壁不同土层对反射能力不同，二是泥浆中声波的波速是估算值。本条还对探头的方向及个数进行了规定，至少为4个十字交叉的探头，目前，一些先进的仪器已经采用8个探头、可360°测试探头，并采用3D剖面描述法，所描绘的剖面图更准确、直观。常用的超声波法检测仪器设备，一般为通过绞车悬挂传感器来进行检测。当采用旋挖机成孔时，可选用连接适配器直接和钻杆连接，更加便捷和安全地进行测试。旋挖桩施工时，设计会对泥浆的相对密度和含砂率提出要求，泥浆相对密度和含砂率过大会影响信号的强度和测试的准确性，气泡过多也会影响测试效果，故超声波法检测宜在清孔后进行。检测时，若泥浆相对密度、含砂率对于本方法过高，且采取的措施无法保证超声波信号清晰有效时，应该更换检测方法。检测前，应用专用标定设备进行标定，可采用平整长条钢板紧贴孔壁放入孔内泥浆中，和探头形成一个已知间距的标定系统。超声波在不同泥浆环境中传播速度不同，通过对已知距离进行校准，可以使仪器参数的设置适合所测桩孔，使实测声时值和计算的测距数据符合实际情况。仪器应稳固地架设在桩孔上方，超声波探头宜对准桩孔顶部的中心。探头若偏离护筒中心，一般情况下实际检测的是桩孔二个正交弦断面的弦长，检测中心探头越接近中心，桩孔径检测误差越小。另外，超声波探头发射面外侧200mm距离范围内为超声波法检测盲区，对于小直径桩，探头若偏离护筒中心较远，可能会因为桩孔较小的倾斜，导致探头有侧进入盲区而无法检测。探头功率有限，因泥浆相对密度偏大，或孔径偏大时，有时采用将探头偏移，靠近一侧孔壁的方式进行检测。此时，其他几个方向的探头检测距离发生变化，需要几次检测，严密的拼合和修正才能较好地还原孔径的整体形态。直径大于4m的桩孔、支盘桩孔由于孔径尺寸变化的可能性较大，因此应增加检测的方位，以获取更详细的数据。检测中探头升降速度部分先进的超声波设备可达到0.3m/s且数据有效，为提高工作效率，对提升速度不宜限制过严，只要升降速度能保证采集到清晰、有效的数据即可。探笼法的工作原理为：采用小于孔径的笼状物在桩孔中下探，通过判断是否顺利下探，用以初步检测孔径和垂直度。探笼直径的确定宜根据钢筋保护层厚度及保护层重要性确定，当保护层要求较高时，探笼直径宜取较高值；笼身等直径段长度宜根据垂直度的要求确定，当垂直度要求较严格时，笼身等直径段长度宜取较高值。探笼装置的外形示意图如图4所示：标引序号说明：1——吊环；2——笼身等直径段。图4孔径探笼外形示意图成孔垂直度垂直度检测常用方法及仪器设备综合对比情况如下表：表2垂直度检测常用方法及仪器设备综合对比表对比项目顶角测量法圆心拟合法超声波法探笼法主要仪器设备及器具测斜仪及扶正器伞形孔径仪超声波成孔检测仪探笼装置测点间距测点间距一般较大，测点较少，也可设定小间距，但效率较低测点间距较小，测点较多连续探测孔径适应性根据孔径配备不同型号探头。检测直径3.0m以上的桩孔、对支盘桩、扩孔桩等变直径桩桩孔不宜用此法检测适用于仪器能力范围内的桩孔径和形状的桩孔，但不宜检测直径或边长小于0.6m的桩孔。等直径灌注桩桩孔，对变直径桩孔无法检测变径情况泥浆影响桩孔内气泡、泥浆相对密度和含砂率对测试结果影响不大，因此工期紧张时宜采用此法泥浆相对密度超过1.3，含砂率超过4%，或桩孔内气泡等对测试结果有影响。等待桩孔内悬浮的泥沙颗粒完全沉淀和气泡消失，可能要花费较长时间无影响操作便捷性垂直度和孔径需更换探头分次进行垂直度和孔径同步检测完成探头升降一次，可同步测试桩孔径和垂直度垂直度和孔径检测同步完成顶角测量法的工作原理为：将测斜仪从孔顶逐步降至孔底附近，通过测斜仪测量桩孔中不同深度倾斜角变化的几何关系，推算桩孔的垂直度。当采用测斜仪独立工作时，是否配扶正器，配多少尺寸的扶正器，是由孔径和垂直度精度要求决定的。当孔径较大，垂直度精度不满足要求时，可采用“分方位测量法”分若干次对桩孔不同位置的垂直度进行测量，然后通过计算综合确定。测斜仪和扶正器在桩孔中工作示意图如图5所示：标引序号说明：1——电源及数据电缆；2——扶正器；3——测斜仪；4——孔壁。图5顶角测量法测斜仪和扶正器在桩孔中工作示意图无论是模拟式还是数字式测斜仪均应进行孔口校零，并待其稳定后才能够取值，否则，检测过程可能会出现负值或影响检测数据的准确性的情况。顶角法测斜应自桩孔口向下进行检测，反之就有可能因探头受到电缆的牵引而无法完全接触桩孔壁，使顶角检测值偏小而产生误差。测点宜等间距均匀布置，测点间距过大会影响测试的全面性。提出“在接近桩孔底位置检测最后一个测点”，是为了避免现场测试时沉渣过厚，可能造成测斜仪发生偏斜，使测得的角度不真实；如果在钻杆内倾斜，测斜仪完全进入钻头时可能会卡在钻头中无法提升，因此，本条并不强求必须把最深的测点放在桩孔最底部。桩孔的垂直度以最后一个测点的顶角值为桩孔底顶角值进行计算。圆心拟合法的工作原理为：采用伞形孔径仪进行孔径检测时，记录各机械臂的方位及角度，在桩孔中各深度进行拟合、插值形成一条由拟合成的圆心连成的空间曲线再次拟合成空间直线，用此直线相对重力方向的倾斜角度推算垂直度。圆心拟合法计算垂直度的简要原理如下：灌注桩桩孔在每个深度下的截面可以看作为一个圆，若圆的圆心为O，则在空间坐标系中，圆心的集合可以表达为下式：O,xi,yi式中：xi——每个深度截面的圆心的横坐标；yi——每个深度截面的圆心的纵坐标；zi——圆心所在截面的深度。对于空间坐标系中的离散点集xi,yi,zii=1,2,3,…,n，可以根据最小二乘原理拟合一条空间直线l，若该直线与铅垂线的夹角为当x1（2）该情况实际等效为在YOZ平面内进行直线拟合；当y1（3）该情况实际等效为在XOZ平面内进行直线拟合；当z1（4）该情况实际等效为在XOY平面内进行直线拟合；当x1,x2,（5）图6圆心拟合法计算垂直度原理示意图成孔后桩底沉渣厚度沉渣厚度检测常用方法和设备综合对比见表3：表3沉渣厚度检测常用方法及仪器设备综合对比表对比项目电阻率法探针法测锤法主要仪器设备及器具电阻率沉渣检测仪探针沉渣检测仪沉渣测锤适用阶段因体积较小，可在下导管前检测，也可在下导管后在导管内检测在下导管前检测一般在下导管后检测，也可在下导管前检测，其意义不同地下水影响地下水含盐量高时不宜采用不影响不影响沉渣的形成原因和组成较复杂：一是清桩孔不彻底，钻孔时产生的沉渣残留在桩孔底；二是在清孔后到灌注混凝土之前，下钢筋笼时会碰到桩孔壁而产生泥浆沉淀，桩孔壁塌孔也可能会产生沉渣。有时，泥浆的沉渣的界面并非泾渭分明，常常泥浆裹夹着沉渣，桩孔底介质往往从下向上颗粒一稠一稀变化，沉渣的界面较模糊。因此，即使使用仪器测量，也带有一定的误差和经验性。沉渣厚度的测量误差，与沉渣和原状土的差异有关，端承桩沉渣和持力层强度差距较大，相对检测误差较小；而非端承桩，沉渣和持力层强度差距较小，因此，相对测量误差偏大。对可能产生的误差，需要检测人员根据情况合理评估。电阻率法的工作原理为：孔底沉渣或相对密度较大的泥浆与上部颗粒悬浮较好的泥浆存在着较明显的电性差异，采用地球物理勘探常用的微电极探头，可区分薄层的电阻率差异。它所产生的交变电场在泥浆中基本不受土层影响，对均匀泥浆测得的电阻率曲线将是一条近似的直线。当电阻率探头进入沉渣和均匀泥浆的分界时，电阻率会发生变化，利用电阻率—深度曲线的突变点可以确定沉渣的分界位置。电阻率法的微电极探头在桩孔中工作示意图如图7所示：标引序号说明：1——微电极探头；2——配重及电路；3——孔壁；4——沉渣。图7电阻率法的微电极探头在桩孔中工作示意图在地下水含盐量高的地区，各界面电阻率差异不明显，因此不适合采用电阻率法。探头电极带电裸露在泥浆中工作，需要更好的绝缘性能，且与泥浆电阻率相差较大；质量太轻不易刺到孔底，直径太大时，在导管壁内检测时易碰到导管壁，长度要大于导管到孔底距离，否则探头倾倒有卡住的可能；电极距长度过大分辨率低且两点间电阻大了不易测出信号；倾角（姿态）传感器实时掌握探头是否铅直，若倾斜会造成沉渣厚度检测值偏大。电阻率法检测沉渣厚度时，反复按不同落距离提升探头，目的是使得探头能够穿透沉渣层。其终止条件是：落距增加时，进入沉渣层的深度不再增加。另外，倾角传感器在检测过程中应基本铅直，如果开始倾角过大，可拉动连接线，纠正其倾角。探针法工作原理为：在一个探头上集成了探针伸缩装置、探针压力传感器（或电流表）和探头倾角传感器。检测时，其底部的浮盘将被沉渣层的上表面阻止，在主机中的程序控制下，机械探针将从浮盘中心处的一个圆孔中伸出，并穿过沉渣层，到达原状土层表面，此时探针受阻，压力值逐渐增大，探头的倾角暂时变化较小；当探头开始倾角值逐渐变大，压力值逐渐减小。综合压力曲线和探头倾斜角度曲线的变化来给出沉渣厚度的检测结果，探针法在桩孔中工作示意图如图8所示：标引序号说明：1——电源及数据电缆；2——浮盘；3——探针；4——沉渣。图8探针法在桩孔中工作示意图采用探针式仪器，用于检测沉渣厚度的探头必须具有一定的重量、刚度及截面尺寸否则可能无法穿透沉渣；探头面积过大，可能造成探头落在沉渣上表面，无法进入沉渣下面的真正持力层。测锤法工作原理为：通过平底测锤（图9）下行到沉渣的上表面的深度和孔深进行比较，其差值即为渣厚度。平底是为使重锤落在沉渣表面，不进入沉渣层中造成检测误差。因