長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)

1 前言 長(zhǎng)螺旋鉆孔泵送超流態(tài)砼后置鋼筋籠技術(shù)是由日本的 CIP 工法演變而來的，它 與普通鉆孔樁不同，它采用專用長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)鉆至預(yù)定深度，通過鉆頭活門向孔 內(nèi)連續(xù)泵注超流態(tài)混凝土，至樁頂為止，然后插入鋼筋籠而形成的樁體，是一種 新型的樁基礎(chǔ)施工手段。超流態(tài)混凝土灌注樁應(yīng)用廣泛，不受地下水位限制，所 用混凝土摩擦系數(shù)低，流動(dòng)性強(qiáng)，骨料分散性好，所用螺旋鉆機(jī)即可鉆孔又可壓 灌混凝土，操作簡(jiǎn)便，混凝土灌注速度快，成樁質(zhì)量好，降低造價(jià)。是 2005 年建 設(shè)部推廣的十大技術(shù)之一。目前我公司正在我國(guó)第一條高速鐵路鄭州 -西安試驗(yàn)段 施工。 2 工法特點(diǎn) 2.1 超流態(tài)混凝土流動(dòng)性好，石子能在混凝土中懸浮而不下沉，不會(huì)產(chǎn)生離 析，放入鋼筋籠容易； 2.2 樁尖無虛土，防止了斷樁、縮徑、塌孔等施工通病，施工質(zhì)量容易得到保 證； 2.3 穿硬土層能力強(qiáng)，單樁承載力高、施工效率高，操作簡(jiǎn)便； 2.4 低噪音、不擾民、不需要泥漿護(hù)壁不排污、不降水、不擠土、施工現(xiàn)場(chǎng)文 明； 2.5 綜合效益高，工程成本與其他樁型相比比較低廉。 3 適用范圍 本工法適用于建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)樁和基坑、深井支護(hù)的支護(hù)樁，適用于填土 層、淤泥土 層、沙土層及卵石層，亦適用于有地下水的各類土層情況，可在軟土 層、流沙層等不良地質(zhì)條件下成樁。樁徑一般采用 400mm 1200mm。 4 工藝原理 超流態(tài)混凝土灌注樁是利用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，停鉆后在提鉆的同 時(shí)通過設(shè)在內(nèi)管鉆頭上的混凝土孔，壓灌超流態(tài)混凝土，壓灌至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高 后，移開鉆桿將鋼筋籠壓入樁體。在壓灌混凝土到樁頂時(shí)，灌入的混凝土要超出 樁頂 50cm，以保證樁頂混凝土強(qiáng)度。 5 施工工藝 5.1 工藝流程 平整場(chǎng)地 樁位放樣 組裝設(shè)備 安放鋼護(hù)筒 鉆孔機(jī)就位 鉆至設(shè)計(jì)深度停止 鉆進(jìn) 邊提升鉆桿邊用混凝土泵經(jīng)由內(nèi)腔向孔內(nèi)泵注超流態(tài)混凝土 提出鉆桿放 入鋼筋籠 成樁 樁頭處理 樁頂保護(hù)措施。 5.2 施工方法 5.2.1 準(zhǔn)備工作 5.2.1.1 巖土工程勘察報(bào)告； 5.2.1.2 樁基工程施工圖紙及圖紙會(huì)審記錄； 5.2.1.3 建筑場(chǎng)地和鄰近區(qū)域內(nèi)地下管線、地下構(gòu)筑物、相鄰危房等必須調(diào)查清 楚，以便采取相應(yīng)的加固和保護(hù)措施，進(jìn)而保證樁基順利施工； 5.2.1.4 超流態(tài)混凝土灌注樁施工采用螺旋鉆孔機(jī)，根據(jù)不同的樁型選擇相應(yīng)的 鉆機(jī)型號(hào)及鉆進(jìn)參數(shù)； 5.2.1.5 樁基工 程中所用的原材料必須進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，只有經(jīng)過復(fù)驗(yàn)且復(fù)驗(yàn)合格的原 材料才允許使用。 5.2.2 場(chǎng)地抄平、放線，組裝設(shè)備。 5.2.3 安放鋼護(hù)筒，鉆機(jī)就位 鉆機(jī)就位對(duì)準(zhǔn)樁位點(diǎn)后必須調(diào)平，確保成孔的垂 直度，結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況鋪設(shè)枕木或鋼板，使鉆機(jī)支撐穩(wěn)定。 5.2.4 檢測(cè)樁口標(biāo)高、確定鉆孔深度。 5.2.5 制作鋼筋籠，攪拌混凝土 鋼筋籠主筋與加勁箍筋必須焊接，用 級(jí)鋼做 主筋時(shí)可不設(shè)彎鉤，用 級(jí)鋼筋做主筋時(shí)樁頂應(yīng)設(shè)彎鉤，彎鉤長(zhǎng)度不小于鋼筋直 徑的 6.25 倍，鋼筋籠下端 500mm處主筋宜向內(nèi)側(cè)彎曲 15 30；樁身混凝土必須留 有試塊每個(gè)澆注臺(tái)班不得小于 1 組，每組 3 件。 5.2.6 成孔灌注 5.2.6.1 開鉆時(shí)，鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位點(diǎn)后，啟動(dòng)鉆機(jī)下鉆，下鉆速度要平穩(wěn)，嚴(yán)防鉆 進(jìn)中鉆機(jī)傾斜錯(cuò)位； 5.2.6.2 鉆進(jìn)中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)情況或地下障礙物，應(yīng)立即停鉆，并通知建設(shè) 單位與設(shè)計(jì)單位確定處理方法、修改工藝參數(shù)或重改樁位、樁長(zhǎng)等； 5.2.6.3 鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高后混凝土泵開始?jí)鹤⒒炷粒缓筮厜鹤⑦吿?鉆，始終保持泵入孔中混凝土量大于鉆桿上提體積量。 5.2.7 安放鋼筋籠 利用鉆機(jī)自備吊 鉤、塔吊或吊車將鋼筋籠豎直吊起，垂直于孔口上方，然后 扶穩(wěn)旋轉(zhuǎn)依靠自重和人工下入孔中，如下沉阻力大則用代自重的振動(dòng)器壓入，固 定在設(shè)計(jì)標(biāo)高。 5.2.8 成樁后對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn) 5.3 操作要點(diǎn) 5.3.1 引點(diǎn)就位 鉆機(jī)就位前對(duì)樁位進(jìn)行復(fù)測(cè)，施工時(shí)鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位點(diǎn)，穩(wěn)固 鉆機(jī)，通過水平尺及垂球雙向控制螺旋鉆頭中心與鉆桿垂直度，確保鉆機(jī)在施工 中平正，鉆桿下端距地面 10 20cm，對(duì)準(zhǔn)樁位，壓入土中，使樁中心偏差不大于 規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的 10mm； 5.3.2 鉆機(jī)成孔 施工過程中要求邊旋轉(zhuǎn)鉆桿邊 清除孔邊渣土，以防止提升鉆桿 時(shí)土塊掉入，鉆孔過程要用經(jīng)緯儀校正垂直度（ 1%）； 5.3.3超流態(tài)混凝土拌制 超流態(tài)混凝土的原材料必須經(jīng)過 2次復(fù)驗(yàn)合格后方可 投入使用，水泥宜選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不得低于 32.5Mpa、最小水泥用量 350Kg/立方米、水灰比宜為 0.5 0.6、外加劑的選用應(yīng)保 證塌落度達(dá)到 22cm 25cm，拌制投料時(shí)其填加順序宜滯后于水和水泥、石子粒徑 宜采用 5 20cm，施工要加大水泥用量，提高水泥和易性，使石子在混凝土中懸 浮，以避免混凝土離析，減少鋼筋籠下 沉?xí)r的粘阻力； 5.3.4 提鉆壓混凝土 泵送施工時(shí)，要嚴(yán)格控制鉆桿提升速度，確保提鉆速度與 混凝土澆注速度相協(xié)調(diào)。提鉆桿前，要求鉆桿內(nèi)的混凝土高度高出地面。同時(shí)， 要計(jì)算每盤泵入混凝土方量（每盤 0.44 立方米），施工時(shí)，通過混凝土泵送對(duì)鉆桿 產(chǎn)生的上頂力，調(diào)整提鉆速度，保證鉆桿及葉片對(duì)混凝土有一定的擠壓作用。 5.3.5 吊放鋼筋籠 鋼筋籠一般較長(zhǎng)，為防止起吊時(shí)籠體變形，籠體下部應(yīng)綁附 鋼管（沿主筋通長(zhǎng)布置，間距為 1.5 米）。下放鋼筋籠之前，要做到調(diào)直、對(duì)中； 起吊時(shí)，要合理布置吊點(diǎn)，吊起鋼筋籠頭部的 同時(shí)人工抬起鋼筋籠底部，吊直扶 穩(wěn)過程中，至少由 2 名技術(shù)人員遠(yuǎn)距離垂直雙方向控制指揮，嚴(yán)禁撞孔壁，確保鋼 筋籠保護(hù)層為 70 100mm；鋼筋籠依靠自重沉入混凝土中應(yīng)連續(xù)，如遇下沉阻力過 大，要及時(shí)拔出鋼筋籠，重新成孔插入，鋼筋下沉直至露出地面小于 1m時(shí)，方可 在端頭以帶配重的振動(dòng)器振動(dòng)壓入，并用水平儀監(jiān)控樁頂標(biāo)高； 5.3.6 樁頂保護(hù)措施 冬季施工時(shí)，樁完成后，應(yīng)立即覆蓋保溫，防止混凝土裸 露在負(fù)溫中散失熱量，并在 7d 后，方可開槽，并剔除樁頭超灌混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo) 高。 6 主要材料 水泥 石子 砂子 鋼筋 粉煤灰 水 普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí) 32.5Mpa 石子粒徑 5-20cm，含泥量 3%。 中砂，含 泥量 3% 配筋按設(shè)計(jì)要求， 級(jí)工業(yè)磨細(xì)粉煤灰 自來水 7 機(jī)具設(shè)備 7.1 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī) 目前，我公司施工鉆機(jī)型號(hào)為 IZD800，鉆機(jī)功率為 90KW，鉆桿直徑有 400mm、 600mm、 800mm 三種規(guī)格，每臺(tái)鉆機(jī)需要 1 臺(tái) 30t 以上履帶吊配套使用。 7.2 混凝土攪拌設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備 根據(jù)單樁混凝土灌注量和單樁連續(xù)灌注的時(shí)間，確定混凝土攪拌設(shè)備和運(yùn)輸 設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格及數(shù)量。 7.3 混凝土輸送泵 混凝土輸送泵規(guī)格由泵送混凝土高度和泵送距離來確定，要注意保證泵送混 凝土?xí)r有足夠的壓力。 7.4 鋼筋籠吊放機(jī)械 利用 15t 履帶吊吊放和壓入鋼筋籠，也可利用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)配套履帶吊或搭式鉆 機(jī)上的副鉤吊放和壓入鋼筋籠。 7.5 其他機(jī)具 主要有鋼筋制作機(jī)具、鋼護(hù)筒、余土外運(yùn)機(jī)具等。 8 勞力組織 序號(hào) 工種 人數(shù) 工作內(nèi)容 1 指揮 1 指揮協(xié)調(diào)各工序操作，控制質(zhì)量 2 操作員 3 按設(shè)計(jì)要求操作樁機(jī)，維修機(jī)械 3 上料工 6 按配比上料、灌注，保證施工連續(xù)性 4 發(fā)電工 1 負(fù)責(zé)電器設(shè)備的安裝使用和維修 5 記錄員 2 兼質(zhì)量檢查員，負(fù)責(zé)施工記錄，操縱儀表 6 安全員 1 安全檢查 9 安全措施 9.1 建立健全安全管理機(jī)構(gòu)，設(shè)專職安全員。上崗人員堅(jiān)守崗位，各司其職。 夜間作業(yè)有充分的照明，高空作業(yè)要系安全帶； 9.2 清除防礙施工的高空和地下障礙物，平整打樁范圍內(nèi)的場(chǎng)地，樁機(jī)行走的 道路要壓實(shí)； 9.3 對(duì)施工場(chǎng)地附近的建筑和地下管線要認(rèn)真查清，采取有效措施，以避免震 壞原有 建筑而發(fā)生傷亡事故； 9.4 專人操作和保養(yǎng)施工機(jī)具，并定期檢查。 10 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 10.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 10.1.1 鋼筋籠允許偏差 直徑 10mm 長(zhǎng)度 100mm 主筋間距 10mm 箍筋間距 20mm 10.1.2 樁距允許偏差 5cm 10.1.3 有效樁長(zhǎng)允許偏差 10cm 10.1.4 樁頂標(biāo)高允許偏差 5cm 10.1.5 樁垂直度允許偏差 樁長(zhǎng)的 1/100 10.1.6 樁位偏移允許偏差 樁徑的 1/2 10.2 檢測(cè) 10.2.1 成樁質(zhì)量檢查 10.2.1.1 超流態(tài)混凝土攪拌應(yīng)對(duì)原材料質(zhì)量、計(jì)量、混凝土配合比、外加 劑、塌落度、混凝土強(qiáng)度等進(jìn)行檢查； 10.2.1.2 鋼筋籠制作應(yīng)對(duì)鋼筋規(guī)格，焊條規(guī)格、品種，焊縫長(zhǎng)度，焊縫外 觀質(zhì)量、主筋與箍筋制作偏差等進(jìn)行檢查； 10.2.1.3 施工過程中要求對(duì)成孔中心位置、孔深、孔徑、垂直度、鋼筋籠 安放實(shí)際位置進(jìn)行檢查，并填寫相應(yīng)質(zhì)量檢查記錄； 10.2.1.4 成樁后對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)； 10.2.1.5 樁頭開挖時(shí)應(yīng) 及時(shí)檢查樁數(shù)、樁位及樁頭外觀質(zhì)量。 10.2.2 單樁承載力檢測(cè) 10.2.2.1 單樁靜載荷實(shí)驗(yàn)應(yīng)在工程樁施工前進(jìn)行，在同一施工條件下的試 樁數(shù)量不小于總樁數(shù)的 1%，且不小于 3 根； 10.2.2.2 工程樁總數(shù)在 50 根以內(nèi)時(shí)不應(yīng)少于 2 根； 10.2.2.3 為確保樁身質(zhì)量，宜選用低應(yīng)變檢測(cè)樁完整性，抽檢數(shù)量不少于 總樁數(shù)的 10%，且不少于 5 根； 10.2.2.4 試樁樁頭應(yīng)在樁頂部分配制加密鋼筋網(wǎng) 2 3 層； 10.2.2.5 試樁前應(yīng)進(jìn)行同條件強(qiáng)度等級(jí)試驗(yàn)，在樁身強(qiáng)度達(dá) 到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 100%時(shí)準(zhǔn)許試樁。從成樁到開始試驗(yàn)的時(shí)間間隔為：砂類土 10天，粉土和粘性 土 15天，淤泥質(zhì)土 25天。 10.3 質(zhì)量控制措施 10.3.1 工前進(jìn)行技術(shù)交底，明確質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)； 10.3.2 隨時(shí)檢查施工記錄，對(duì)每根樁進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定，如發(fā)現(xiàn)不合格的樁根 據(jù)實(shí)際情況采取補(bǔ)救措施； 10.3.3 抽樣開挖樁體周圍土層，檢查樁的外觀質(zhì)量和整體性； 10.3.4 所用的原材料和混凝土強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范的規(guī)定。 11 效益分析 11.1 超流態(tài)混凝土樁施工工藝 ，機(jī)械化程度高，施工進(jìn)度快，綜合經(jīng)濟(jì)效益 好； 11.2 與沖孔灌注樁相比，雖然混凝土費(fèi)用略高，但在同一地質(zhì)條件下，每立方 米混凝土承載力可提高 0.55 倍，施工工期可縮短 20%以上； 11.3 在地下水位以下施工時(shí)，可省去泥漿護(hù)壁，綜合費(fèi)用可節(jié)省 15% 20%。 后植入鋼筋籠灌入樁施工關(guān)鍵技術(shù) 后植入鋼筋籠灌入樁施工技術(shù) 后植入鋼筋籠灌注樁成樁法屬于建筑基礎(chǔ) 工程領(lǐng)域的施工技術(shù)，具體說是一種長(zhǎng)螺旋鉆孔中心壓灌混凝土后植入鋼筋籠灌 注樁的成樁技術(shù)。我公司對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期深入細(xì)致的調(diào)查、研究、試 驗(yàn)、 考核和應(yīng)用，經(jīng)不斷積累、不斷進(jìn)步、不斷創(chuàng)新使該技術(shù)達(dá)到了工程應(yīng)用的較高 水平。 1 概述 在建筑、交通、礦山、碼頭等基礎(chǔ)工程中經(jīng)常采用樁基礎(chǔ)，基樁施工方法和 配套施工機(jī)具得到了廣泛開發(fā)與應(yīng)用，由于城市建設(shè)對(duì)噪聲、振動(dòng)控制愈加重 視，柴油錘擊打預(yù)制樁和振動(dòng)沉管灌注樁受到限制。正反循環(huán)灌注樁施工工藝造 價(jià)低，須采用泥漿護(hù)壁方法，泥漿對(duì)環(huán)境污染的問題至今未能根本解決。長(zhǎng)螺旋 鉆孔灌注樁施工噪聲小、效率高，經(jīng)濟(jì)性好，多年來得到不斷推廣、應(yīng)用與發(fā) 展。在樁徑 400、 600、 800mm，樁長(zhǎng)約 28m 范圍 內(nèi)其特點(diǎn)能得到充分發(fā)揮，施 工工藝也得到迅速發(fā)展。 1.1 工程過程 長(zhǎng)螺旋鉆孔中心泵壓混凝土后植入鋼筋籠灌注樁成樁工藝施工工藝過程：長(zhǎng) 螺旋鉆孔提鉆時(shí)通過鉆桿中心泵壓混凝土向樁體混凝土中植入鋼筋籠成 樁。我公司對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆孔中心泵壓混凝土后植籠灌注樁成樁技術(shù)及專用設(shè)備的研 究與應(yīng)用已有近十年歷史。在長(zhǎng)螺旋鉆孔現(xiàn)澆混凝土樁的施工中常采用一種長(zhǎng)螺 旋鉆孔到預(yù)定深度，在提鉆同時(shí)用混凝土泵通過鉆桿中心將混凝土壓到已鉆成的 樁孔中形成樁體的方法，該方法具有樁體材料自行護(hù)壁的功能，無須附加任何其 它護(hù)壁措施， 根本免除了泥漿污染、泥漿處理、泥漿外運(yùn)的工作，對(duì)環(huán)境影響 小；在形成的素混凝土樁體中植入鋼筋籠能提高樁的承重、抗拔能力；施工程序 簡(jiǎn)化，提高效率，降低造價(jià)。 1.2 施工設(shè)備與配套機(jī)具 后植籠灌注樁成樁施工設(shè)備與配套機(jī)具主要有樁架、長(zhǎng)螺旋鉆孔動(dòng)力裝置、 鉆桿、鉆頭、滑動(dòng)護(hù)筒、固定護(hù)筒；混凝土拖式泵、混凝土輸送鋼管和軟管；起 重機(jī)、振動(dòng)電機(jī)或振動(dòng)錘以及現(xiàn)場(chǎng)制作鋼筋籠設(shè)備等。 1.3 植入鋼筋籠方法的探求 解決該項(xiàng)技術(shù)的首要難題是保證在素混凝土樁體中植入鋼筋籠的 “到位率 ”，即 滿足將灌注樁的鋼筋籠 100 植入到設(shè)計(jì)深度要求，這一難題直到本世紀(jì)初才基本 得到解決。國(guó)外后植入鋼筋籠灌注樁施工通常采用靜壓的方法。必要時(shí)利用液壓 振動(dòng)錘與鋼筋籠頂部固定連接振入。國(guó)內(nèi)早期植籠也有采用靜壓的方法，曾試驗(yàn) 過將振動(dòng)電機(jī)與鋼筋籠頂部固定連接的振動(dòng)植籠方法。鋼筋籠在樁孔混凝土內(nèi)振 動(dòng)植入的過程中整體產(chǎn)生振動(dòng)，易使混凝土粗骨料振動(dòng)下沉，振動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生圓周 方向振動(dòng)，不但有豎直方向振動(dòng)還有水平方向振動(dòng)，更易使混凝土的振搗離析， 損失坍落度。在沉籠過程中恰恰不希望混凝土坍落度過早損失，另外振動(dòng)電機(jī)壓 在鋼筋籠頂部使鋼筋籠受壓，易使其失穩(wěn)產(chǎn)生彎曲，這些均對(duì)沉籠產(chǎn)生非常不利 的影響，使沉籠施工達(dá)不到預(yù)想的效果。還有一種常用的方法是用一個(gè)上部封口 的鋼筒套在鋼筋籠頂端，鋼筒上部與振動(dòng)電機(jī)固定連接，因鋼筒內(nèi)側(cè)與鋼筋籠有 很大間隙，其水平方向的振動(dòng)作用消減，對(duì)鋼筋籠影響小。其垂直方向的振動(dòng)不 斷沖擊鋼筋籠的頂端，鋼筋籠不產(chǎn)生豎向往復(fù)強(qiáng)迫振動(dòng)，對(duì)混凝土影響小，使沉 籠效果有些改善，但因振動(dòng)電機(jī)能量小，鋼筋籠 “到位率 ”亦往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要 求。 2000 年以后國(guó)內(nèi)在施工方法上有些進(jìn)展，比如用振動(dòng)電機(jī)與鋼筋籠導(dǎo)入鋼管 上 端松動(dòng)連接方式，植籠效果較好，但其使用范圍較窄，只適用于小型樁。采用 普通振動(dòng)錘植籠作業(yè)，在起吊鋼筋籠時(shí)會(huì)對(duì)鋼筋籠產(chǎn)生附加彎矩，易使鋼筋籠產(chǎn) 生塑性變形； CFG 樁復(fù)合地基等工程常采用長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)成孔，鉆桿下部采用混 凝土出料活門式鉆頭。為方便關(guān)閉活門的操作常采用固定護(hù)筒，由于固定護(hù)筒無 排土功能，因此鉆出的鉆渣堆滿場(chǎng)地，掩埋了樁位標(biāo)記增加了就位樁孔的難度。 2 后植入鋼筋籠灌注樁成樁法施工技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新 我公司經(jīng)長(zhǎng)期試驗(yàn)和施工經(jīng)驗(yàn)的積累和不斷探索，該項(xiàng)研究有了明顯進(jìn)步， 對(duì)植入鋼筋籠的作用原理逐漸理 解，由振動(dòng)植籠到振動(dòng)沖擊植籠的應(yīng)用有一個(gè)認(rèn) 識(shí)與實(shí)踐的過程。我們認(rèn)識(shí)到混凝土的和易性是鋼筋籠植入到位的充分條件；植 籠設(shè)備的構(gòu)造形式、功能特性以及合理的技術(shù)參數(shù)是鋼筋籠植入到位的必要條 件，應(yīng)符合鋼筋籠植入的內(nèi)在機(jī)理。除此之外，滿足鋼筋籠植入徑向誤差即滿足 混凝土保護(hù)層厚度的要求以及研究混凝土未凝固之前在樁孔內(nèi)植入鋼筋籠的內(nèi)在 規(guī)律，不但使振動(dòng)植籠參數(shù)有利沉入效率的提高，并且避免對(duì)樁體混凝土品質(zhì)產(chǎn) 生不良影響，保證樁身質(zhì)量是實(shí)際工程應(yīng)用的重要保證。 2.1 研究思路 我們的研究思路是： 對(duì)成樁施工過程作 用機(jī)理進(jìn)行探索研究； 由以上研 究指導(dǎo)鉆孔機(jī)械、專用植籠機(jī)具的開發(fā)試制； 按規(guī)律優(yōu)化工藝、提高效率，確 保工程質(zhì)量。 從這一角度觀測(cè)、試驗(yàn)、記錄、檢測(cè)、研究土層、混凝土對(duì)作業(yè)機(jī) 械的反應(yīng)，研究方法和路線更加合理，不但能得到感性認(rèn)識(shí)還能獲得第一手量化 信息，對(duì)優(yōu)化工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率有積極推動(dòng)作用?；A(chǔ)施工機(jī) 械、樁工機(jī)械工作裝置的作用對(duì)象是巖土，必須研究對(duì)土層的作用機(jī)理振動(dòng)植籠 設(shè)備的作用對(duì)象是鋼筋籠和樁孔內(nèi)的混凝土，應(yīng)該研究樁孔內(nèi)混凝土對(duì)植籠過程 的影響。其中長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)具和振動(dòng)植籠設(shè)備作用機(jī) 理的研究并由此對(duì)其結(jié)構(gòu)性 能參數(shù)的改進(jìn)是技術(shù)方案優(yōu)化的重要因素。 2.2 施工設(shè)備的開發(fā)與改造 2.2.1 機(jī)型選擇 ZKL型長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)動(dòng)力裝置第三代長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)，采用三環(huán)傳動(dòng)技術(shù)，其性 能價(jià)格比適合市場(chǎng)的需求，在國(guó)內(nèi)得到廣泛推廣和應(yīng)用，替代了大量國(guó)外同類產(chǎn) 品的進(jìn)口，此設(shè)備適應(yīng)多種工藝的施工，可靠耐用。用于中心壓灌混凝土施工工 藝主參數(shù)應(yīng)該有特殊要求，鉆機(jī)動(dòng)力裝置參數(shù)如下： 功率 ： 90kW 110kW 110kW 轉(zhuǎn)速： 31.5 min-1 21.8 min-1 21.8 min-1 扭矩 ： 26knm 33kNm 42kNm 試驗(yàn) 參數(shù)： 54min-1、 46min-1/23 min-1、 37 min-1、 42min-1/21 min-1 、 31.5min-1、 21.8min-1 較低的轉(zhuǎn)速和較大的扭矩可使鉆桿葉片上存留較多的鉆渣，當(dāng)鉆頭以上 一段鉆桿充滿鉆渣時(shí)是最理想的狀態(tài)。 鉆孔動(dòng)力技術(shù)參數(shù)優(yōu)化原則： 動(dòng)力輸出 參數(shù)能滿足鉆機(jī)負(fù)載正常運(yùn)轉(zhuǎn)； 提高鉆機(jī)工作效率； 保證壓灌混凝土的樁孔 內(nèi)被動(dòng)壓力的形成，不使混凝土在壓灌時(shí)沿鉆葉爬升，避免混凝土的浪費(fèi)及樁身 混凝土夾泥。實(shí)踐證明該鉆機(jī)主參 數(shù)可滿足施工要求。 2.2.2 鉆孔配套機(jī)具的改造與應(yīng)用 1）除了對(duì)鉆孔機(jī)動(dòng)力裝置的研究以外還對(duì)鉆孔設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，包括：壓 砼用回轉(zhuǎn)接頭、壓砼彎頭角度、放氣閥和傳動(dòng)方式的改進(jìn)。 2）鉆桿連接方式和鉆頭單向活門以及護(hù)筒、出土器的改進(jìn)等，比如將下部固 定護(hù)圈改為豎向滑動(dòng)式出土器，既滿足施工作業(yè)對(duì)鉆頭活門操作的要求，又使孔 口鉆渣及時(shí)得到清理，節(jié)省大量勞動(dòng)力，提高工作效率，做到文明施工。 3）樁架行走機(jī)構(gòu)、起升卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)及立柱受力分析等方面的研究和改進(jìn)。 4）設(shè)備加工制造工藝的改進(jìn)。 2.2.3 專用鋼筋籠植入設(shè)備 2.2.3.1 專用植籠設(shè)備振動(dòng)錘的技術(shù)參數(shù) 電機(jī)型號(hào) Y-160L Y-180L 電機(jī)功率 11kW 15 kW 靜偏心力矩 120Nm 120Nm 偏心軸轉(zhuǎn)速 750min-1 900min-1 激振力 74kN 106 kN 空載振幅 12mm 隔振裝置剛度 229N/mm 彈簧最大壓縮長(zhǎng)度 315mm 隔振裝置最大提拔力 72kN 整機(jī)質(zhì)量 1100kg 2.2.3.2 專用振動(dòng)植籠設(shè)備的特點(diǎn) 以往技術(shù)都是借用振動(dòng)電機(jī)或通用振動(dòng)錘，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù) 參數(shù)不完全適 用于植籠作業(yè)。專用振動(dòng)錘植籠設(shè)備與通用設(shè)備相比其新穎之處在于下述。 1）采用中低頻率 500 900mim。在此頻率下樁孔內(nèi)混凝土在短時(shí)間內(nèi)不易被振動(dòng) 密實(shí)，有利于鋼筋籠的沉入。 2）專用振動(dòng)設(shè)備的減振器采用雙級(jí)減振，減振效果好、彈簧剛度小、受荷變形 大，適于不完全卸荷振動(dòng)沉籠作業(yè)，容易控制沉籠的垂直度。普通振動(dòng)錘都采用 一級(jí)減振，振動(dòng)電機(jī)根本沒有減振裝置。 3）減振裝置可繞振動(dòng)器重心位置轉(zhuǎn)動(dòng)，起吊鋼筋籠時(shí)能減小對(duì)鋼筋籠的附加 彎矩，避免變形。 4）設(shè)計(jì)了專用拔籠器，能與沉籠鋼管互換，快 速連接于專用振動(dòng)設(shè)備。 5）專用植籠振動(dòng)錘具有振動(dòng)和振動(dòng)沖擊植入鋼筋籠兩種方式。采用振動(dòng)沖擊 植入鋼筋籠方式時(shí)剛性桿件與鋼筋籠都不產(chǎn)生豎向往復(fù)強(qiáng)迫振動(dòng)。 2.3 后植入鋼筋籠的方法和原理 2.3.1 后植籠規(guī)律 通過對(duì)近十年來國(guó)內(nèi)后植籠施工曾經(jīng)采用不同方法的觀察、記錄、分析和研究， 定性地得到如下規(guī)律。 1）一般做法是在靜壓達(dá)不到要求時(shí)采用振動(dòng)方法。 2）采用振動(dòng)錘夾籠垂直振動(dòng)植籠，在混凝土粒徑較小、坍落度較大、振動(dòng)頻 率較低、振動(dòng)能量較大且鋼筋籠剛性較大的前提下植籠試驗(yàn)效果較好。 3）采用振動(dòng)電機(jī)圓周振動(dòng)夾籠植籠效果最差。 4）采用振動(dòng)電機(jī)圓周振動(dòng)沖擊籠頂方法效果稍有進(jìn)步。 5）采用振動(dòng)電機(jī)圓周振動(dòng)沖擊鋼管作用籠底效果較好，適用于較小直徑的灌注樁 施工。 近年來研究出振動(dòng)錘附加剛性導(dǎo)入桿件植入鋼筋籠的施工分為振動(dòng)植籠和 振動(dòng)沖擊植籠兩種方式，是較理想的施工方法。 2.3.2 振動(dòng)植籠原理 1）由振動(dòng)錘、剛性桿件組成一個(gè)單自由度的振動(dòng)系統(tǒng)。 2）由鋼筋籠和其周圍的混凝土組成一個(gè)承受剛性桿件垂直作用力的系統(tǒng)，隨 著鋼筋籠的不斷下沉，承受剛性桿件振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率不斷變化 、剛度不斷增 加，剛性桿件與鋼筋籠下端逐漸產(chǎn)生沖擊。沖擊幅度在強(qiáng)迫沖擊頻率與系統(tǒng)自振 頻率為倍數(shù)關(guān)系時(shí)明顯增加，沖擊頻率低于振動(dòng)錘頻率且無規(guī)律變化，振動(dòng)沉樁 遇到硬土層也會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象。 3）系統(tǒng)的振動(dòng)加速度是影響鋼筋籠下沉動(dòng)態(tài)側(cè)摩阻力的主要因素，系統(tǒng)的動(dòng) 量是影響鋼筋籠動(dòng)態(tài)端阻力的主要因素。 4）鋼筋籠的靜態(tài)側(cè)摩阻力與樁孔內(nèi)混凝土的骨料粒徑、和易性特別是坍落度 的大小有關(guān)。 5）孔內(nèi)混凝土坍落度的變化和土層、振動(dòng)參數(shù)、擱置時(shí)間有關(guān)。隨著鋼筋籠 的下沉，側(cè)摩擦面積逐漸增大，樁孔內(nèi)混凝土的坍落度 發(fā)生變化，系統(tǒng)的自振頻 率也發(fā)生變化（一般是由低向高增加），端阻力不斷增加，端阻力與樁孔內(nèi)混凝 土坍落度在振動(dòng)過程中的降低有關(guān)。當(dāng)端阻力上升較大、系統(tǒng)自振頻率（鋼筋籠 混凝土系統(tǒng)的反彈頻率）與振動(dòng)錘的強(qiáng)迫頻率成倍數(shù)關(guān)系時(shí)，振動(dòng)剛性桿件發(fā)生 明顯沖擊振動(dòng)，跳動(dòng)非常不規(guī)律，此時(shí)雖然沖擊能量增大，有利于沉籠作業(yè)。但 是由于振動(dòng)幅度成倍增加混凝土容易離析，特別是剛性桿件采用鋼管時(shí)鋼管內(nèi)的 混凝土更容易離析，造成粗骨料下沉，堆積在鋼管下端，對(duì)植籠作業(yè)產(chǎn)生不利影 響，稱之為套筒摩擦泵壓現(xiàn)象。套筒摩擦泵壓現(xiàn)象是指在樁孔直 徑較小、土層吸 水性較強(qiáng)的條件下，振動(dòng)鋼管內(nèi)混凝土的粗骨料在重量和管內(nèi)壁的摩阻力作用下 逐漸下沉，混凝土中的水泥漿因鋼管上下位移產(chǎn)生泵壓效應(yīng)，水泥漿上浮，有時(shí) 甚至超過樁孔上口的高度。當(dāng)鋼筋籠與孔內(nèi)混凝土系統(tǒng)的自振頻率與強(qiáng)迫振動(dòng)頻 率為倍數(shù)關(guān)系時(shí)鋼管振幅增加，更加劇了套筒摩擦泵壓效應(yīng)，這一效應(yīng)對(duì)于沉籠 作業(yè)十分不利，骨料易在鋼管下口堆積，增加鋼筋籠沉入的阻力，水泥漿上浮， 混凝土離析，影響混凝土強(qiáng)度，有時(shí)會(huì)造成樁身頂部出現(xiàn)缺陷。 2. 3.3 振動(dòng)沖擊植籠原理 1）由振動(dòng)錘及沖擊體組成一個(gè)單自由度的振動(dòng)系統(tǒng) 。 2）由剛性桿件、鋼筋籠和其周圍的混凝土組成一個(gè)承受振動(dòng)錘不斷沖擊的系 統(tǒng)，剛性桿件與鋼筋籠下端不脫離。隨著鋼筋籠的不斷下沉，承受剛性桿件沖擊 系統(tǒng)的固有頻率不斷變化，剛度不斷增加，沖擊幅度在強(qiáng)迫沖擊頻率與系統(tǒng)自振 頻率為倍數(shù)關(guān)系時(shí)明顯增加。 3）系統(tǒng)的振動(dòng)沖擊加速度是影響鋼筋籠下沉動(dòng)態(tài)側(cè)摩阻力的主要因素，系統(tǒng) 的動(dòng)量是影響鋼筋籠動(dòng)態(tài)端阻力的主要因素。 4）鋼筋籠的靜態(tài)側(cè)摩阻力與樁孔內(nèi)混凝土的粗骨料粒徑、和易性特別是坍落 度的大小有關(guān)。 5）孔內(nèi)坍落度的變化和土層、振動(dòng)參數(shù)、擱置時(shí)間有 關(guān)，隨著鋼筋籠的下沉 側(cè)摩擦面積逐漸增大，樁孔內(nèi)混凝土的坍落度密實(shí)度也發(fā)生變化，系統(tǒng)的自振頻 率也發(fā)生變化（一般是由低向高增加），端阻力也不斷增加，端阻力與樁孔內(nèi)坍 落度在振動(dòng)過程中的降低及粗骨料的下沉有關(guān)。由于本系統(tǒng)鋼筋籠不產(chǎn)生豎直方 向往復(fù)強(qiáng)迫振動(dòng)，剛性桿件（鋼管）也不產(chǎn)生豎直方向往復(fù)強(qiáng)烈振動(dòng)，樁孔內(nèi)特 別是鋼管內(nèi)混凝土不產(chǎn)生摩擦泵壓效應(yīng)，混凝土坍落度損失小，粗骨料不易下 沉，有利于植籠作業(yè)。 2.3.4 鋼筋籠振動(dòng)植入條件與以下參數(shù)有關(guān)： 1）振動(dòng)加速度 在 10 個(gè) g以內(nèi)對(duì)降低鋼筋籠側(cè)摩阻力起明顯作用 ，一般在 35g之 間。 2）振動(dòng)沖擊動(dòng)量 I 的大小對(duì)動(dòng)態(tài)端阻力的減低起作用。 3）與鋼筋籠下端有效阻擋面積 A 有關(guān)。 4）與入泵坍落度的大小和在樁孔中的損失率有關(guān)，樁孔中混凝土坍落度的損 失率與振動(dòng)頻率和振動(dòng)時(shí)間有較大關(guān)系。 5）與整個(gè)植籠設(shè)備的重力 Q 大小有關(guān)， Q 大有利于下沉， Q 過大會(huì)影響振動(dòng)加 速度。 2.3.5 振動(dòng)沖擊植籠條件與振動(dòng)植籠條件的區(qū)別 1）振動(dòng)錘參數(shù)相同條件下其振動(dòng)沖擊加速度大于振動(dòng)加速度，可以通過增加 沖擊體質(zhì)量的辦法減小振動(dòng)加速度。 2）振動(dòng)錘參數(shù)相同條件下 振動(dòng)沖擊方式的動(dòng)量大于振動(dòng)方式，為了減弱對(duì)構(gòu) 件的沖擊振動(dòng)錘和振動(dòng)沖擊體的質(zhì)量至少大于剛性桿件的 2 倍。 3）由于剛性桿件（