鉆孔灌注樁的歷史背景

灌注樁是指在工程現(xiàn)場通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，根據(jù)成孔辦法不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類。鉆孔灌注樁是按成樁辦法分類而定義的一種樁型。灌注樁由最早的100數(shù)年前的1893年，由于工業(yè)的發(fā)展以及人口的增加，高層建筑不停增加，但是由于好多都市的地基條件比較差，不能直接承受由高層建筑所傳來的壓力，地表下列存在著厚度很大的軟土或中檔強度的黏土層，建造高層建筑如仍沿用當時通用的摩擦樁，必然產(chǎn)生很大的沉降。于是工程師們借鑒了掘井技術(shù)發(fā)明了在人工挖孔中澆筑鋼筋混凝土而成樁。于是在隨即的50年之后，即20世紀40年代初隨著大功率鉆孔機具的研制成功首先在美國問世，二戰(zhàn)后，世界各地特別是歐美發(fā)達國家經(jīng)濟復(fù)蘇與發(fā)展，時至今天，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異發(fā)展，鉆孔灌注樁在高層、超高層的建筑物和重型構(gòu)筑物中被廣泛應(yīng)用。固然，在我國，鉆孔灌注樁設(shè)計及施工水平也得到了長足的發(fā)展。鉆孔灌注樁普通為一種非擠土樁，也有的為部分擠土樁。鉆孔灌注樁的類型能夠分為：編輯本段分類樁徑大小A.按樁徑大小分，可分為以下幾個：小樁由于樁徑小，施工機械、施工場地、施工辦法較為簡樸，多用于基礎(chǔ)加固和復(fù)合樁基礎(chǔ)中（如：樹根樁）。中樁成樁辦法和施工工藝繁多，工業(yè)與民用建筑物中大量使用，是現(xiàn)在使用最多的一類樁。大樁樁徑大且樁端不可擴大，單樁承載力高，近發(fā)展快，多用于重型建筑物、構(gòu)筑物、港口碼頭、公路鐵路橋涵等工程。成樁工藝B.按成樁工藝，鉆孔灌注樁能夠分為：干作業(yè)法鉆孔灌注樁；泥漿護壁法鉆孔灌注樁；套管護壁法鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁的特點編輯本段技術(shù)特點鉆孔灌注樁含有下列技術(shù)特點：a.施工時基本無噪音、無振動、無地面隆起或側(cè)移，因此對環(huán)境和周邊建筑物危害??；b.大直徑鉆孔灌注樁直徑大、入土深；c.對于樁穿透的土層能夠在空中作原位測試，以檢測土層的性質(zhì)；d.擴底鉆孔灌注樁能更加好地發(fā)揮樁端承載力；e.經(jīng)常設(shè)計成一柱一樁，無需樁頂承臺，簡化了基礎(chǔ)構(gòu)造形式；f.鉆孔灌注樁普通布樁間距大，群樁效應(yīng)??；g.某些運用“擠擴支盤”鉆孔灌注樁能夠有效減少樁徑和樁長，提高樁的承載力，減少沉降量；h.能夠穿越多個土層，更能夠嵌入基巖，這是別的樁型很難做到的；i.施工設(shè)備簡樸輕便，能在較低的凈空條件下設(shè)樁；j.鉆孔灌注樁在施工中，影響成樁質(zhì)量的因素較多，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，有時候會發(fā)生縮徑、樁身局部夾泥等現(xiàn)象，樁側(cè)阻力和樁端阻力的發(fā)揮會隨著工藝而變化，且又在較大程度上受施工操作影響；k.由于鉆孔灌注樁的承載力非常高，因此進行常規(guī)的靜載實驗普通難以測定其極限荷載，對于多個工藝條件下的樁受力，變形及破壞機理現(xiàn)在尚未完全被人們掌握。設(shè)計理論有待進一步完善。編輯本段施工辦法鉆孔灌注樁施工辦法鉆孔灌注樁的施工，因其所選護壁形成的不同，有泥漿護壁方式法和全套管施工法兩種。泥漿護壁施工法沖擊鉆孔，沖抓鉆孔和回轉(zhuǎn)鉆削成孔等均可采用泥漿護壁施工法。該施工法的過程是：平整場地→泥漿制備→埋設(shè)護筒→鋪設(shè)工作平臺→安裝鉆機并定位→鉆進成孔→清孔并檢查成孔質(zhì)量→下放鋼筋籠→灌注水下混凝土→拔出護筒→檢查質(zhì)量。施工次序(1)施工準備施工準備涉及：選擇鉆機、鉆具、場地布置等。鉆機是鉆孔灌注樁施工的重要設(shè)備，可根據(jù)地質(zhì)狀況和多個鉆孔機的應(yīng)用條件來選擇。(2)鉆孔機的安裝與定位安裝鉆孔機的基礎(chǔ)如果不穩(wěn)定，施工中易產(chǎn)生鉆孔機傾斜、樁傾斜和樁偏心等不良影響，因此規(guī)定安裝地基穩(wěn)固。對地層較軟和有坡度的地基，可用推土機推平，在墊上鋼板或枕木加固。為避免樁位不準，施工中很重要的是定好中心位置和對的的安裝鉆孔機，對有鉆塔的鉆孔機，先運用鉆機的動力與附近的地籠配合，將鉆桿移動大致定位，再用千斤頂將機架頂起，精擬定位，使起重滑輪、鉆頭或固定鉆桿的卡孔與護筒中心在一垂線上，以確保鉆機的垂直度。鉆機位置的偏差不不不大于2cm。對準樁位后，用枕木墊平鉆機橫梁，并在塔頂對稱于鉆機軸線上拉上纜風(fēng)繩。(3)埋設(shè)護筒鉆孔成敗的核心是避免孔壁坍塌。當鉆孔較深時，在地下水位下列的孔壁土在靜水壓力下會向孔內(nèi)坍塌、甚至發(fā)生流砂現(xiàn)象。鉆孔內(nèi)若能保持壁地下水位高的水頭，增加孔內(nèi)靜水壓力，能為孔壁、避免坍孔。護筒除起到這個作用外，同時好有隔離地表水、保護孔口地面、固定樁孔位置和鉆頭導(dǎo)向作用等。制作護筒的材料有木、鋼、鋼筋混凝土三種。護筒規(guī)定結(jié)實耐用，不漏水，其內(nèi)徑應(yīng)比鉆孔直徑大（旋轉(zhuǎn)鉆約大20cm，潛水鉆、沖擊或沖抓錐約大40cm），每節(jié)長度約2~3m。普通慣用鋼護筒。(4)泥漿制備鉆孔泥漿由水、粘土(膨潤土)和添加劑構(gòu)成。含有浮懸鉆渣、冷卻鉆頭、潤滑鉆具，增大靜水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內(nèi)外滲流，避免坍孔的作用。調(diào)制的鉆孔泥漿及通過循環(huán)凈化的泥漿，應(yīng)根據(jù)鉆孔辦法和地層狀況來擬定泥漿稠度，泥漿稠度應(yīng)視地層變化或操作規(guī)定機動掌握，泥漿太稀，排渣能力小、護壁效果差；泥漿太稠會削弱鉆頭沖擊功效，減少鉆進速度。鉆孔灌注樁(5)鉆孔鉆孔是一道核心工序，在施工中必須嚴格按照操作規(guī)定進行，才干確保成孔質(zhì)量，首先要注意開孔質(zhì)量，為此必須對好中線及垂直度，并壓好護筒。在施工中要注意不停添加泥漿和抽渣(沖擊式用)，還要隨時檢查成孔與否有偏斜現(xiàn)象。采用沖擊式或沖抓式鉆機施工時，附近土層因受到震動而影響鄰孔的穩(wěn)固。因此鉆好的孔應(yīng)及時清孔，下放鋼筋籠和灌注水下混凝土。鉆孔的次序也應(yīng)實事先規(guī)劃好，既要確保下一種樁孔的施工不影響上一種樁孔，又要使鉆機的移動距離不要過遠和互相干擾。(6)清孔鉆孔的深度、直徑、位置和孔形直接關(guān)系到成樁質(zhì)量與樁身曲直。為此，除了鉆孔過程中親密觀察監(jiān)督外，在鉆孔達成設(shè)計規(guī)定深度后，應(yīng)對孔深、孔位、孔形、孔徑等進行檢查。在終孔檢查完全符合設(shè)計規(guī)定時，應(yīng)立刻進行孔底清理，避免隔時過長以致泥漿沉淀，引發(fā)鉆孔坍塌。對于摩擦樁當孔壁容易坍塌時，規(guī)定在灌注水下混凝土前沉渣厚度不不不大于30cm；當孔壁不易坍塌時，不不不大于20cm。對于柱樁，規(guī)定在射水或射風(fēng)前，沉渣厚度不不不大于5cm。清孔辦法是使用的鉆機不同而靈活應(yīng)用。普通可采用正循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機、反循環(huán)旋轉(zhuǎn)機真空吸泥機以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥機清孔，所需設(shè)備不多，操作方便，清孔也較徹底，但在不穩(wěn)定土層中應(yīng)謹慎使用。其原理就是用壓縮機產(chǎn)生的高壓空氣吹入吸泥機管道內(nèi)將泥渣吹出。(7)灌注水下混凝土清完孔之后，就可將預(yù)制的鋼筋籠垂直吊放到孔內(nèi)，定位后要加以固定，然后用導(dǎo)管灌注混凝土，灌注時混凝土不要中斷，否則易出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。全套管施工法全套管施工法的施工次序。其普通的施工過程是：平場地、鋪設(shè)工作平臺、安裝鉆機、壓套管、鉆進成孔、安放鋼筋籠、防導(dǎo)管、澆注混凝土、拉拔套管、檢查成樁質(zhì)量。全套管施工法的重要施工環(huán)節(jié)除不需泥漿及清孔外，其它的與泥漿護壁法都類同。壓入套管的垂直度，取決于挖掘開始階段的5~6m深時的垂直度。因此應(yīng)當隨使用水準儀及鉛垂校核其垂直度。編輯本段鉆孔灌注樁碰到質(zhì)量問題的防止及解決方法1、成孔質(zhì)量問題①塌孔防止方法：根據(jù)不同地層，控制使用好泥漿指標。在回填土、松軟層及流砂層鉆進時，嚴格控制速度。地下水位過高，應(yīng)升高護筒，加大水頭。地下障礙物解決時，一定要將殘留的砼塊解決去除。孔壁坍塌嚴重時，應(yīng)探明坍塌位置，用砂和粘土混合回填至坍塌孔段以上1—2m處，搗實后重新鉆進。②縮徑防止方法：選用帶保徑裝置鉆頭，鉆頭直徑應(yīng)滿足成孔直徑規(guī)定，并應(yīng)經(jīng)常檢查，及時修復(fù)。易縮徑孔段鉆進時，可適宜提高泥漿的粘度。對易縮徑部位也可采用上下重復(fù)掃孔的辦法來擴大孔徑。③樁孔偏斜防止方法：確保施工場地平整，鉆機安裝平穩(wěn)，機架垂直，并注旨在成孔過程中定時檢查和校正。鉆頭、鉆桿接頭逐個檢查調(diào)正，不能用彎曲的鉆具。在堅硬土層中不強行加壓，應(yīng)吊住鉆桿，控制鉆進速度，用低速度進尺。對地下障礙行預(yù)先解決干凈。對已偏斜的鉆孔，控制鉆速，慢速提高，下降往復(fù)掃孔糾偏。2、鋼筋籠安裝質(zhì)量問題①鋼筋籠安裝與設(shè)計標高不符防止方法：鋼筋籠制作完畢后，注意避免其扭曲變形，鋼筋籠入孔安裝時要保持垂直，砼保護層墊塊設(shè)立間距不適宜過大，吊筋長度精確計算，并在安裝時重復(fù)核對檢查。②鋼筋籠的上浮鋼筋籠上浮的防止方法：嚴格控制砼質(zhì)量，坍落度控制在18±3cm，砼和易性要好。砼進入鋼筋籠后，砼上升不適宜過快，導(dǎo)管在砼內(nèi)埋深不適宜過大,嚴格控制在10m下列，提高導(dǎo)管時，不適宜過快，防止導(dǎo)管鉤鋼筋籠，將其帶上等。3、水下砼灌注問題①堵管防止方法：商品砼必須由含有資質(zhì)，質(zhì)量確保有信譽的廠家供應(yīng)，砼的級配與攪拌必須確保砼的和易性、水灰比、坍落度及初凝時間滿足設(shè)計或規(guī)范規(guī)定，現(xiàn)場抽查每車砼的坍落度必須控制在鉆孔灌注樁施工規(guī)范允許的范疇以內(nèi)。灌注用導(dǎo)管應(yīng)平直，內(nèi)壁光滑不漏水。②樁頂部位疏松防止方法：首先確保一定高度的樁頂留長度。因受沉渣和稠泥漿的影響，極易產(chǎn)生誤測。因此能夠用一種帶鋼管取樣盒的探測，只有取樣盒中撈起的取樣物是砼而不是沉淀物時，才干確認終灌標高已經(jīng)達成。③樁身砼夾泥或斷樁防止方法：成孔時嚴格控制泥漿密度及孔底沉淤，第一次清孔必須徹底去除泥塊，砼灌注過程中導(dǎo)管提高要緩慢，特別到樁頂時，嚴禁大幅度提高導(dǎo)管。嚴格控制導(dǎo)管埋深，單樁砼灌注時，嚴禁半途斷料。拔導(dǎo)管時，必須進行精確計算控制拔導(dǎo)管后砼的埋深，嚴禁憑經(jīng)驗拔管。編輯本段鉆孔灌注樁后壓漿法樁端地基加固的應(yīng)用1、合用的地質(zhì)條件施工辦法合用于灌注樁的持力層應(yīng)為碎石層,碎石含量應(yīng)在50%以上,充填土與碎石無膠結(jié)或者為輕微膠結(jié),碎石的石質(zhì)要堅硬,碎石分布均勻,碎石層厚度要滿足設(shè)計規(guī)定。2、加固機理在灌注樁施工中將鋼管沿樁鋼筋籠外壁埋設(shè),樁混凝土強度滿足規(guī)定后,將水泥漿液通過鋼管由壓力作用壓入樁端的碎石層孔隙中,使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙膠結(jié)成一種高強度的結(jié)合體。水泥漿液在壓力作用下由樁端在碎石層的孔隙里向四周擴散,對于單樁區(qū)域,向四周擴散相稱于增加了端部的直徑,向下擴散相稱于增加了樁長;群樁區(qū)域全部的漿液連成一片,使得碎石層成為一種整體,從而使得原來不滿足規(guī)定的碎石層滿足構(gòu)造的承載力規(guī)定。在鉆孔灌注樁施工過程中,無論如何清孔,孔底都會留有或多或少的沉渣;在初灌時,混凝土從細長的導(dǎo)管落下,因落差太大造成樁底部位的混凝土離析形成“虛尖”、“干碴石”;孔壁的泥皮妨礙了樁身與樁周土的結(jié)合,減少了摩擦系數(shù),以上幾點都影響到灌注樁的樁端承載力和側(cè)壁摩阻力。漿液壓入樁端后首先和樁端的沉渣、離析的“虛尖”、“干碴石”相結(jié)合,增強該部分的密實程度,提高了承載力;漿液沿著樁身和土層的結(jié)合層上返,消除了泥皮,提高了樁側(cè)摩阻力,同時漿液橫向滲入到樁側(cè)土層中也起到了加大樁徑的作用。以上幾點均對提高灌注樁的單樁承載力起到不可無視的作用。3、壓漿參數(shù)的設(shè)定壓漿參數(shù)重要涉及壓漿水灰比、壓漿量以及閉盤壓力,由于地質(zhì)條件的不同,不同工程應(yīng)采用不同的參數(shù)。在工程樁施工前,應(yīng)當根據(jù)以往工程的實踐狀況,先設(shè)定參數(shù),然后根據(jù)設(shè)定的參數(shù),進行試樁的施工,試樁完畢后達成設(shè)計的強度,進行樁的靜載實驗,最后擬定實驗參數(shù)。(1)水灰比：水灰比普通不適宜過大和過小,過大會造成壓漿困難,過小會使水泥漿在壓力作用下形成離析,普通采用015～017。(2)壓漿量：壓漿量是指單樁壓漿的水泥用量,它與碎石層的碎石含量以及樁間距有關(guān),取決于碎石層的孔隙率,在碎石層碎石含量為50%～70%,樁間距為4～5m的條件下,壓漿量普通為115～210t。它是控制后壓漿施工與否完畢的重要參數(shù)。(3)閉盤壓力：閉盤壓力是指結(jié)束壓漿的控制壓力,普通來說什么時候結(jié)束一根灌注樁的壓漿,應(yīng)當根據(jù)事先設(shè)定的壓漿量來控制,但同時也要控制壓漿的壓力值。在達不到預(yù)先設(shè)定的壓漿量,但達成一定的壓力時就要停止壓漿,壓漿的壓力過大,首先會造成水泥漿的離析,堵塞管道,另首先,壓力過大可能擾動碎石層,也有可能使得樁體上浮。普通閉盤的最大壓力應(yīng)當控制在018MPa。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù),進行實驗樁的施工,再根據(jù)試樁的靜載實驗成果,最后擬定工程樁的壓漿參數(shù),就能夠進行工程樁的施工了。4、后壓漿施工工藝4.1施工工藝流程灌注樁成孔鋼筋籠制作壓漿管制作灌注樁清孔壓漿管綁扎下鋼筋籠灌注樁混凝土后壓漿施工4.2施工要點(1)壓漿管的制作在制作鋼筋籠的同時制作壓漿管。壓漿管采用直徑為25mm的黑鐵管制作,接頭采用絲扣連接,兩端采用絲堵封嚴。壓漿管長度比鋼筋籠長度多出55cm,在樁底部長出鋼筋籠5cm,上部高出樁頂混凝土面50cm但不得露出地面方便于保護。壓漿管在最下部20cm制作成壓漿噴頭(俗稱花管),在該部分采用鉆頭均勻鉆出4排(每排4個)、間距3cm、直徑3mm的壓漿孔作為壓漿噴頭;用圖釘將壓漿孔堵嚴,外面套上同直徑的自行車內(nèi)胎并在兩端用膠帶封嚴,這樣壓漿噴頭就形成了一種簡易的單向裝置:當注漿時壓漿管中壓力將車胎迸裂、圖釘彈出,水泥漿通過注漿孔和圖釘?shù)目紫秹喝胨槭瘜又?而混凝土灌注時該裝置又確?；炷翝{不會將壓漿管堵塞。(2)壓漿管的布置將2根壓漿管對稱綁在鋼筋籠外側(cè)。成孔后清孔、提鉆、下鋼筋籠,在鋼筋籠吊裝安放過程中要注意對壓漿管的保護,鋼筋籠不得扭曲,以免造成壓漿管在絲扣連接處松動,噴頭部分應(yīng)加混凝土墊塊保護,不得摩擦孔壁以免車胎破裂造成壓漿孔的堵塞。按照規(guī)范規(guī)定灌注混凝土。(3)壓漿樁位的選擇根據(jù)以往工程實踐,在碎石層中,水泥漿在工作壓力作用下影響面積較大。為避免壓漿時水泥漿液從臨近單薄地點冒出,壓漿的樁應(yīng)在混凝土灌注完畢3～7d后,并且該樁周邊最少8m范疇內(nèi)沒有鉆機鉆孔作業(yè),該范疇內(nèi)的樁混凝土灌注完畢也應(yīng)在3d以上。(4)壓漿施工次序壓漿時最佳采用整個承臺群樁一次性壓漿,壓漿先施工周圈樁位再施工中間樁;壓漿時采用2根樁循環(huán)壓漿,即先壓第1根樁的A管,壓漿量約占總量的70%(111～114t水泥),壓完后再壓另1根樁的A管,然后依次為第1根樁的B管和第2根樁的B管,這樣就能確保同一根樁2根管壓漿時間間隔30～60min以上,給水泥漿一種在碎石層中擴散的時間。壓漿時應(yīng)做好施工統(tǒng)計,統(tǒng)計的內(nèi)容應(yīng)涉及施工時間、壓漿開始及結(jié)束時間、壓漿數(shù)量以及出現(xiàn)的異常狀況和解決的方法等。5、壓漿施工中出現(xiàn)的問題和對應(yīng)方法(1)噴頭打不開壓力達成10MPa以上仍然打不開壓漿噴頭,闡明噴頭部位已經(jīng)損壞,不要強行增加壓力,可在另一根管中補足壓漿數(shù)量。(2)出現(xiàn)冒漿壓漿時常會發(fā)生水泥漿沿著樁側(cè)或在其它部位冒漿的現(xiàn)象,若水泥漿液是在其它樁或者地面上冒出,闡明樁底已經(jīng)飽和,能夠停止壓漿;若從本樁側(cè)壁冒漿,壓漿量也滿足或靠近了設(shè)計規(guī)定,能夠停止壓漿;若從本樁側(cè)壁冒漿且壓漿量較少,可將該壓漿管用清水或用壓力水沖洗干凈,等到第2天原來壓入的水泥漿液終凝固化、堵塞冒漿的毛細孔道時再重新壓漿。(3)單樁壓漿量局限性壓漿時最佳采用整個承臺群樁一次性壓漿,壓漿先施工周圈樁形成一種封閉圈,再施工中間,能確保中間樁位的壓漿質(zhì)量,若出現(xiàn)個別樁壓漿量達不到設(shè)計規(guī)定,可視狀況加大臨近樁的壓漿量作為補充。編輯本段鉆孔灌注樁施工效果控制技術(shù)1、準備階段（1）施工人員對施工地點地質(zhì)狀況、樁位、樁徑、樁長、標高等理解清晰。（2）樁位放樣。測量人員將4根直徑400mm的鋼管打入強風(fēng)化層作為定位樁。（3）將吊裝工字鋼焊接的鋼圍堰導(dǎo)向樁與定位樁分層聯(lián)結(jié)固定，確保導(dǎo)向框位置精確。（4）插打鋼護筒。鋼護筒壁厚12mm，根據(jù)各墩不同地質(zhì)狀況決定護筒長度，護筒下沉深度穿過覆蓋層。（5）插打鋼板樁圍堰。采用拉森——Ⅲ型鋼板樁沿導(dǎo)向框排列。用Dz-60Y型振動錘振動下沉，直至穿過覆蓋層為止。2、鉆孔階段（1）安設(shè)鉆機，使鉆桿中心重疊，其水平位移及傾斜度誤差按規(guī)范規(guī)定調(diào)節(jié)。（2）用沖擊鉆鉆孔時，應(yīng)待相鄰孔位上已灌注好的混凝土凝固并已達成一定強度時，才干開鉆。（3）鉆孔過程采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進施工技術(shù)，在黏土層，適宜少投泥土，靠鉆進自行造漿，在砂土層則加大泥漿濃度固壁。鉆進速度始終和泥漿排出量相適應(yīng)。（4）孔內(nèi)始終保持0.2kg/cm2的靜水壓力，護筒內(nèi)水位始終高于水庫水位，遇松散地層時，適宜增大泥漿相對密度和稠度，盡量減輕沖液對孔壁的影響，同時減少轉(zhuǎn)速和鉆壓以滿足施工質(zhì)量控制規(guī)定。（5）鉆進過程嚴禁孔內(nèi)掉進鉆頭、鉆桿及其它異物，經(jīng)常檢查鉆頭的磨損狀況。（6）鉆進過程隨時留取渣樣，每米不少于1組，在離設(shè)計標高1.0～1.5m范疇內(nèi)，每30cm留1組，每根樁渣樣不少于3組。3、清孔階段（1）清孔是鉆孔樁施工中確保成樁質(zhì)量的重要一環(huán)。通過清孔盡量使沉渣全部去除，使混凝土與基巖接合完好，以提高樁底承載力。（2）終孔后，將鉆頭提至距孔底的0.2-O.3m處，使之空轉(zhuǎn)，然后將殘存在孔底的鉆渣吸出；必要時投入適量純堿以提高泥漿比重和膠結(jié)能力，使沉渣排出孔外。（3）當鋼筋籠