一、概述
1、特点:砼灌注桩是直接在施工现场桩位上成孔,然后放入钢筋笼再浇筑砼而成桩。与预制桩相比,可节省钢材、木材和水泥,降低成本,对邻近建筑物及周围环境的有害影响小,但灌注桩成桩工艺复杂,易发生质量安全事故,且技术间隔时间长,不能立即承受荷载,工期长。
2、分类:灌注桩按成孔方法不同可分为钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔桩及爆扩桩等。
3、灌注桩成孔的控制深度:
(1)摩擦型桩。摩擦桩以设计桩长控制成孔深度;端承摩擦桩必须保证设计桩长及桩端进入持力层深度;当采用锤击沉管法成孔时,桩管入土深度控制以标高为主,以贯入度为辅。
(2)端承型桩。当采用钻(冲)、挖掘成孔时,必须保证桩孔进入设计持力层深度;当采用锤击沉管法成孔时,沉管深度控制以贯入度为主,设计持力层标高为辅。
4、灌注桩成孔施工顺序:
(1)对没有挤土作用的钻孔灌注桩,一般按现场条件和桩机行走方便的原则确定成孔顺序。
(2)对有挤土作用和振动影响的冲孔桩、沉管桩、爆扩桩等,一般可结合现场施工条件,采用下列方法确定成孔顺序:①间隔一个或两个桩位成孔(即跳打);②在邻桩砼初凝前或终凝后成孔;③一个承台下桩数在五根以上者,中间桩先成孔,外围桩后成孔;④同一个承台下的爆扩桩,可采用单爆法或联爆法成孔;⑤人工挖孔桩的桩净距小于2倍桩径且小于2.5m时,应采取跳挖,排桩跳挖的最小净距不得小于4.5m,孔深不宜大于40m。
二、钻孔灌注桩施工
(一)钻孔机械设备
目前常用的钻孔机械有:螺旋钻孔机、循环水式钻孔机、潜水钻机。
1、螺旋钻孔机:工作原理见P37图2.14。适用于地下水位以上的一般粘性土、硬土、砂土或人工填土土层的成孔,属于干作业成孔桩,成孔孔径为300-800mm,钻孔深度8-12m。
2、循环水式钻孔机:工作原理见P37图2.15。适用于地下水位较高的硬土层或软石中钻孔,属于泥浆护壁成孔桩。成孔直径可达1m,钻进深度可达30m,多用于高层建筑的基础成孔施工。
3、潜水钻机:工作原理见P38图2.16。适用于地下水位较高的一般粘性土、淤泥、淤泥质土、砂土、强风化岩、软质岩层,不宜用于碎石土层中,属于泥浆护壁成孔桩。成孔直径可达800mm,钻进深度可达50m。
(二)钻孔灌注桩施工工艺
依地质条件不同,分为干作业成孔(成孔时无地下水或地下水很小,基本上不影响工程施工)和泥浆护壁(湿作业)成孔(利用泥浆护壁,钻孔时通过循环泥浆将钻头切削下的土渣排出孔外而成孔)两类。
1、干作业成孔灌注桩施工
施工工艺流程:场地清理→测量放线定桩位→桩机就位→钻孔取土成孔→清除孔底沉渣→成孔质量检查验收→吊放钢筋笼→浇筑孔内砼(每次浇筑高度不大于1.5m,并分层捣实。混凝土的浇筑标高应超过设计高度)。
2、泥浆护壁成孔灌注桩施工
施工工艺流程:测定桩位→埋设护筒→桩机就位→制备泥浆(循环排渣)→钻孔→清孔→放钢筋笼→水下浇筑砼
(1)测定桩位。定出每根桩的位置并做好标志,施工前要检查复核。
(2)埋设护筒。护筒的作用:固定桩孔的位置;保护孔口;维持孔内泥浆水头,防止塌孔;为钻头导向。护筒用3-5mm厚钢板制成,内径比钻头直径大100-200mm,顶面高出0.4-0.6m,上部开1-2个溢浆孔,四周填粘土夯实并铺抹20mm厚的水泥砂浆。护筒埋置深度在粘土中不少于1.0m,在砂土中不少于1.5m,其高度要满足孔内泥浆液面高度的要求,孔内泥浆面应保持高出地下水位1m以上。
(3)泥浆制备。泥浆的作用:护壁、携砂排土、切土润滑、冷却钻头等,其中以护壁为主。泥浆的制备方法应根据土质条件确定。
(4)钻孔。
(5)清孔。目的:清除孔底沉渣以减少桩基的沉降量,提高承载能力,确保桩基质量。方法有:真空吸泥渣法(适用于密实、不易坍塌的土层)、射水抽渣法(适用于一般不够稳定的土层)、换浆法(适用于泥浆循环排渣钻孔桩)和掏渣法(在冲击钻成孔中,一部分钻渣连同泥浆被挤入孔壁,大部分靠掏渣筒清出)。清孔合格标准:①对孔内排出或抽出的泥浆,用手摸捻应无粗粒感觉,孔底500mm以内的泥浆密度小于1.25 (原土造浆的孔则应小于1.1 );②在浇砼前,孔底沉渣允许厚度符合标准规定,即端承桩≤50mm,摩擦端承桩、端承摩擦桩≤100mm,摩擦桩≤300mm。
(6)吊放钢筋笼。清孔后应立即安放钢筋笼、浇砼。吊放钢筋笼时应保持垂直、缓缓放入,防止碰撞孔壁。若造成塌孔或安放钢筋笼时间太长,应进行二次清孔后再浇筑砼。钢筋笼制作安装应符合现行施工规范和设计要求。
(7)水下浇筑砼。常用导管法。
三、沉管灌注桩施工
(一)分类:按使用桩锤和成桩工艺不同,分为锤击沉管灌注桩、振动沉管灌注桩、静压沉管灌注桩、振动冲击沉管灌注桩和沉管夯扩灌注桩。
(二)施工工艺:使用锤击式桩锤或振动式桩锤将带有桩尖的钢管沉入土中,造成桩孔,然后放入钢筋笼、浇筑砼,最后拔出钢管,形成所需的灌注桩。沉管桩对周围环境有噪音、振动、挤压等影响。
(三)锤击沉管灌注桩施工
1、机械设备:由桩管、桩锤、桩架、卷扬机滑轮组、行走机构组成。
2、适用范围:一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基,但不能在密实的砂砾石、漂石层中使用。
3、施工工艺:定位埋设砼预制桩尖→桩机就位→锤击沉管→灌注砼→边拔管、边锤击、边继续灌注砼(中间插入吊放钢筋笼)→成桩。
4、注意事项:①浇砼前应检查管内有无泥浆或进水,少量时可用干水泥灰。②第一次拔管高度应控制在能容纳第二次所需灌入的砼量为限,不宜拔得过高。在拔管过程中应用专用测锤或浮标检查砼面的下降情况。③拔管速度要均匀,对一般土层以1 为宜,在软弱土层及软硬土层交界处宜控制在0.3-0.8 为宜。在管底未拔到桩顶设计标高之前,倒打和轻击不得中断。④砼充盈系数(实际灌注砼体积与按设计桩身直径计算体积之比)不得小于1.0,成桩后的桩身砼顶面标高应至少高出设计标高500mm。⑤锤击沉管成桩宜按桩基施工顺序依次退打,桩中心距在3.5倍桩管外径以内或小于2m时均应跳打,以防止土体挤压而断桩。中间空出的桩需待邻桩砼强度达到设计强度标准值的50%以后方可施工。⑥当为提高承载力或补救缺陷而采用复打法施工时,复打应在初次浇筑的砼初凝之前完成,前后两次沉管的轴线必须重合。
(四)振动、振动冲击沉管灌注桩施工
振动、振动冲击沉管灌注桩是利用振动桩锤(又称激振器)、振动冲击锤将桩管沉入土中,然后灌注砼而成。与锤击沉管桩相比,更适合于稍密及中密的砂土地基施工。两者施工工艺相同,只是前者用振动锤沉桩,后者用振动带冲击的桩锤沉桩。振动灌注桩可采用单打法、反插法或复打法施工。
四、人工挖孔灌注桩施工
(一)概念
(二)特点:设备简单;对施工现场周围的原有建筑物影响小;挖孔时可直接观察土层变化情况;清除沉渣彻底;可多孔同时开挖,加快施工进度;桩径不受限制,承载力大;施工成本低。但人工挖孔桩施工人员作业条件差,施工中要特别重视流砂、流泥、有害气体等的影响,要严格按照操作规程,制定可靠的安全措施。
(三)施工工艺
人工挖孔桩的护壁常采用现浇砼护壁(还有沉井护壁和钢套管护壁),其施工工艺过程如下:测定桩位、放线→开挖土方→支撑护壁模板→在模板顶放置操作平台→浇筑护壁砼→拆除模板继续下一段施工(24小时后即可拆除)→安放钢筋笼、浇筑砼。
(四)施工注意事项
1、桩孔开挖净距要求:见前面。
2、检查中心线位置及桩径是否正确:平面位置偏差不宜超过50mm,桩的垂直度偏差不得超过1%,桩径不得小于设计直径。
3、防止土壁坍塌及流砂:挖土如遇到松散或流砂土层时,可减少每段开挖深度(取0.3-0.5m)或采用钢护筒、预制砼沉井等作护壁,待穿过此土层后再按一般方法施工。流砂现象严重时,应采用井点降水处理。
4、桩身砼浇筑要求:应注意清孔及防止积水,桩身砼应一次连续浇筑完毕,不留施工缝。为防止砼离析,宜采用串筒来浇筑砼,如果地下水穿过护壁流入量较大无法抽干时,则应采用导管法浇筑水下砼。