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大直径灌注桩因此得到快速发展,桩长和桩径也越做越大。
然而,在现有的各种成桩方法中,钻孔桩虽有许多优点而被广泛采用,但在施工中却难以避免泥浆的影响,这不仅降低桩承载力的期望值,而且造成材料的严重浪费。
人工挖孔桩因难以达到更大的深度,其承载力也难尽如人意。
鉴于灌注桩的这种现状,如何提高桩的施工工艺水平,使投入的材料得到更为合理的利用,以大幅度提高单桩承载力,就成为工程界备受关注的热点问题。
1、钻孔灌注桩的简介
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,依照成孔方法不同,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方法分类而定义的一种桩型。
2、钻孔灌注桩的特点
(1)与沉入桩中的锤击法相比,施工噪音和震动要小的多;
(2)能建造比预制桩的直径大的多的桩;
(3)在各种地基上均可使用;
(4)施工质量的好坏对桩的承载力影响很大;
(5)因混凝土时在泥水中灌注的,因此混凝土质量较难控制。
3、钻孔灌注桩施工方法
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。
施工顺序:
(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主
要设备,可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。
(2)钻孔机的安装与定位
安装钻孔机的基础如果不稳定,施工中易产生钻孔倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响,因此要求安装地基稳固。
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正确的安装钻孔机,对有钻塔的钻孔机,先利用钻机的动力与附近的地笼配合,将钻杆移动大致定位,再用千斤顶将机架顶起,准确定位,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。
钻机位置的偏差不大于2cm。
对准桩位后,永枕木垫平钻机横梁,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,在地上水位以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,增加孔内静水压力,能为孔壁、防止坍孔。
护筒除起到这个作用外,同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。
(4)泥浆制备
钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。
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。
调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度,泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握,泥浆太稀,排渣能力小、护臂效果差;
泥浆太稠会削弱钻头冲击功能,降低钻进速度。
(5)钻孔
钻孔是一道关键工序,在施工中必须严格按照操作要求进行,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。
在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用),还要随时检查成孔是否有偏斜现象。
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。
所以钻好的孔应及时清孔,下放钢筋笼和灌注水下混凝土。
钻孔的顺序也应实事先规划好,既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔,又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。
(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,除了钻孔过程中密切观测监督外,在钻孔达到设计要求深度后,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要求时,应立即进行孔底清理,避免隔时过长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。
对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时,要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm;
当孔壁不易坍塌时,不大于20cm。
对于柱桩,要求在射水或射风前,沉渣厚度不大于5cm。
清空方法是使用的钻机不同而灵活应用。
通常科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,操作方便,清孔也较彻底,但在不稳定土层中应慎重使用。
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。
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(7)灌注水下混凝土
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。
影响钻孔灌注桩承载性能的因素
在施工过程中,由于地质、施工机械的影响,常造成桩底虚土(软弱层段),其厚度一般为0.2~0.5m,厚者可达1m。
特别是松软地层中钻孔,用泥浆护壁,孔底沉渣更不可避免;
即使经过特别仔细清孔,清孔后至灌注混凝土前,仍会沉淀一些沉渣,且在程控过程中,都普遍存在对孔壁和孔底土层的扰动。
所有这些都影响了钻孔灌注桩承载力的发挥。
桩的静载试验表明,钻孔灌注桩的端承力仅占其极限荷载的15%~35%,侧阻与端阻的发挥存在不同步现象。
要充分发挥测摩阻力只需几个毫米的桩顶位移,而要充分发挥端阻力的作用,需要达到桩径的10%~30%的桩顶位移。
这么大的位移在工程上是不允许的。
桩达到破坏时,测摩阻力达到极限而破坏,而端阻力得不到充分发挥,其潜力却很大。
这就是钻孔灌注桩承载力上不去的原因。
研究表明,桩底虚土的存在,不仅影响端阻的发挥,也是测摩阻力受到损失。
桩周软弱夹层的存在,使得桩体与土体之间的摩擦性质发生改变,对于以桩土之间通过摩擦传递荷载来讲,是非常不利的。
这正是钻孔灌注桩承载效益不高的另一原因。
4、提高钻孔灌注桩承载力的对策
根据以上钻孔灌注桩承载力上不去的原因分析,工程界出现的一些提高桩基承载力的方法,大体上都是围绕消除桩底沉渣、桩周软弱夹层而设的。
(1)预加载法:
预先对桩底进行预压,使桩底虚土压密,提高桩的承载力。
但费时、费钱,且不易实施。
(2)扩大端承面积。
即扩底桩,在过去的工程中用的较多,但对桩底虚土的存在仍无能为力。
(3)砂衬桩技术:
该法用于沉管灌注桩,施工时,利用双层套管在桩周围灌砂,成为砂套约3~10cm,砂套的存在科提高桩侧壁的摩阻力。
(4)灌浆技术:
灌浆法可分为先灌浆法。
先灌浆法是在钻孔桩成孔后至灌注混凝土前进行灌浆,即将喷头铁管放入孔底插入虚土,喷射水泥浆,使桩底虚土与水泥混合,最后再灌注桩身混凝土。
承台指的是为承受、分布由墩身传递的荷载,在基桩顶部设置的联结各桩顶的钢筋混凝土平台。
5、桩承台
承台是桩与柱或墩联系部分。
承台把几根,甚至十几根柱联系在一起形成桩基础。
承台分为高桩承台和低桩承台:
低桩承台一般埋在土中或部分埋进土中,高桩承台一般露出地面或水面。
高桩承台由于具有一段自由长度,其周围无支撑体共同承受水平外力。
基桩的受力情况极为不利。
桩身内力和位移都比同样水平外力作用下低桩承台要大,其稳定性因为比低桩承台差。
高桩承台一般用于港口、码头、海洋工程及桥梁工程。
低桩承台一般用于工业与民用房屋建筑物。
桩头一般伸入承台0.1米,并有钢筋锚入承台。
承台上再建柱或墩,形成完整的传力体系。
近年来由于大直径钻孔灌注桩的采用,桩的刚度、强度都较大,因而高桩承台在桥梁基础工程中已得到广泛采用。
Boredpile
Summary:
Drill(flushing,dig)pilefromthenineteensixties,beginninginHenanprovinceNanyangregionsincethedevelopmentapplication,becauseofitsmanyadvantages,hasbeenwidelyusedinsoftsoil,loess,includingsoil,expansivesoilandotherspecialtypesoffoundationandindustrial,civil,municipal,railway,highway,portandothertypesofEngineering,practice.Andprecastpile,boredpileconstructionofnonoise,novibration,onthesurroundingbuildingsandsmallenvironmentalimpact,pilediameter,burieddeep,largebearingcapacity.China’sdrillingpilemaximumdiameterofpilehasreached4000mm,maximumdeeppilehasreached104m,andthesteelpipepilemaximumdiameterof1200mm,thelargestpileofprestressedconcretepipepilewithdeep83m,maximumdiameterof1300mm,thebiggestpiledepth40m.
Alongwithourcountrysocialistconstructionisbooming,withhigh-risebuildings,largespanbridgesontherise,thebearingcapacityofpilefoundationwithhigherrequirements.Largediameterboredpilethereforegetsrapiddevelopment,pilelengthandpilediameteralsodobiggermore.However,intheexistingvariousmethodsofpile,boredpilehasmanyadvantagesandiswidelyusedinconstruction,butitishardtoavoidtheimpactofmud,whichnotonlyreducesthebearingcapacityofpileexpectations,butalsocausedaseriouswasteofmaterials.Manualholediggingofpileisdifficulttoachievegreaterdepth,itsbearingcapacityisalsodifficulttojustasonewishes.Inviewofboredpileinthissituation,howtoimprovethepileconstructiontechnologylevel,maketheinputmaterialtobemorereasonabletouse,soastogreatlyincreasethebearingcapacityofsinglepileinengineeringfield,havebecomehotissuesinrecentyears.
1.Theintroductionofboredcast-in-placepile
Perfusionpilereferstotheconstructionsitebymechanicaldrilling,steelpipesoilcompactionorhumanminingmethodinthefoundationpileholeinform,andonitsinnerplacedreinforcementcage,concretemadewithdifferentpile,drillingmethod,groutingpilecanbedividedagainforcast-in-placepile,boredpileanddiggingseveraltypesofpiles.Boredpilebypileintothedefinitionandclassificationofakindofpile.
2.Thecharacteristicsofboredcast-in-placepile
1)Andsinkingpileofhammeringmethod,constructionnoiseandvibrationissmaller
2)Toconstructthantheprecastpileoflargediameterofpile
3)Inallkindsofgroundcanbeused
4)Theconstructionqualityofthepilebearingcapacityinfluence
5)Becausetheconcreteisinthemudperfusionisdifficulttocontrol,sothequalityofconcrete
3.Boredpileconstructionmethod
Percussiondrilling,punchinggrabbingdrillingandrotarydrillingholecanadoptslurrywallconstructionmethod.Theconstructionprocessis:
siteformation,slurrypreparation,buriedtubeandlayingworkplatformrigandpositioning,drilling,holecleaningandinspectionofholequalityandlowersteelcage,underwaterconcreteperfusiontopulloutthebarreltocheckquality.Constructionsequence:
(1)theconstructionpreparation
Constructionpreparationcomprise:
selectingdrill,drill,layout.Constructionofboredpiledrillingrigisthemainequipment,accordingtothegeologicalconditionsandvariousdrillingmachineappliedtoselectconditions
(2)drillingmachineinstallationandpositioning
Installationofdrillingmachinebasedifnotstable,easytoproduceinthedrilling
machineconstruction,pileandpileinclinedinclinedeccentricandotheradverseeffects,thereforerequirestheinstallationoffoundationstability.Ontheformationofsofter,slopingground,bebulldozed,thepadplateortiereinforcement.
Inordertopreventthepilepositionallowed,constructionisveryimportanttothesetthecenterpositionandthecorrectinstallationofdrillingmachine,therigdrillingmachine,firstuseofthepowerdrillandnearthecagewiththedrillpipe,movingroughlyposition,andthenJackrackjacking,accuratepositioning,sothattheliftingpulley,drillbitorfixeddrillholecardsandcasingcenterinaverticalline,inothertoensuretheverticalityofthedrillingrig.Drillingpositiondeviationisnotmorethan2cm.Alignedwiththepilelocation,withsleeperflatdrillbeamatthetopofthetower,andsymmetricaltothedrillaxispullingcablewindrope.
(3)buriedtube
UndergroundwaterlevelbelowtheKongBituunderthehydrostaticpressuretotheholecollapse,andeventhephenomenonofflowofsand.Ifyoucankeeptheboreholewallhighundergroundwaterhead,increasetheholehydrostaticpressure,topreventcollapsehole,holewall.Casinginadditiontoplaythisrole,atthesametime,goodisolationofsurfacewater,ground,protectingtheorificepileholedrillguidefixed
(4)slurrypreparation
Drillingmudiscomposedofwater,clay(bentonite)andanadditivecomposition.Afloatingdrillingwasteslagcoolingthedrillbit,drill,lubrication,increasinghydrostaticpressure,andintheholewalltoformaslurry,partitionwithintheboretopreventseepage,theholecollapseeffect.Modulationofthedrillingmudandcirculatingpurifyingmud,shouldbebasedonthedrillingmethodandformationconditionstodeterminetheslurryconsistency,slurryconsistencyshouldbeconsideredstratigraphicchangesoroperationalrequirementsofmotorcontrol,themudistoothin,small,pooreffectofeliminationofslagwall;
slurryistoothickwillweakenbitimpactfunction,reducedrillingspeed.
(5)drilling
Theboreholeisakeyworkingprocedure,inconstructionmuststrictlyaccording
totheoperatingrequirements,inordertoensuredrillingquality,attentionmustbegiventotheholequality,mustbeoppositeforthisgoodmidlineandverticality,andpressedwellcasing.Mustpayattentionintheconstructionarecontinuouslyaddedandpumpingtheslurryslag(impacttype),butalsoatanytimetocheckwhetherthereisdeviationphenomenonintohole.Usingtheimpulseorclamshelltypedrillingmachineconstruction,soilduetovibrationandimpactneartheadjacentholestability.Sothedrilledholeshouldbetimelycleaninghole,decentralizationandpouringunderwaterconcretereinforcingcage.Drillordershouldalsobepracticaltoplan,
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