泥浆护壁成孔灌筑桩
泥浆护壁成孔灌筑桩是利用原土自然造浆或人工造浆浆液进行护壁,通过循环泥浆将被钻头切下的土块挟带出孔外成孔,然后安放绑扎好的钢筋笼,水下灌筑混凝土成桩。此法适用于地下水位较高的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层;也适用于地质情况复杂、夹层较多、风化不均、软硬变化较大的岩层。但在岩溶发育地区要慎重使用。
(1)施工工艺
桩施工工艺流程图,如下图示。
泥浆护壁成孔灌筑桩施工工艺流程图
(2)埋设护筒
护筒是大直径泥浆护壁成孔灌筑桩特有的一种装置,常用3~5mm钢板成的圆筒。其内径比钻头直径大~mm,埋设护筒时,先挖去桩孔处表面土,将护筒埋入土中,并保证其准确、稳定。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm,护筒与坑壁之间用黏土填实,以防漏水。护筒的埋设深度,在黏土中不宜小于1.0m,在砂土中不宜小于1.5m,护筒顶面应高于地面0.5m左右,并应保持孔内泥浆面高出地下水位1~2m。其上部宜开设1~2个溢浆孔。护简的作用是;固定桩孔位置;防止地面水流入,保护孔口;增高桩孔内水压力,防止塌孔。
(3)泥浆制备
泥浆是此种施工方法不可缺少的材料,它具有稳固土壁、防止塌孔和携砂排土的作用,另外还有对钻机钻头冷却和润滑的作用。
制备泥浆的方法应根据土质的实际情况而确定。在黏性王中成孔,可在孔中直接注入清水,钻机不停地回转,就可把切下的土屑造成泥浆,泥浆的相对密度宜控制在1.1~1.2之间。在其他土层中成孔,泥浆制备应当用高塑性土或膨润土、在孔外泥浆池中进行,在砂质土层中,泥浆的相对密度应控制在1.1~1.3之间;在容易塌孔的土层中,泥浆的相对密度、黏度、含砂率、胶体率等指标,是确保泥浆质量的标准。
(4)钻孔
泥浆护壁成孔灌筑桩有潜水钻机钻孔、冲击钻机钻孔等不同方式。
1)潜水钻机钻孔。它是一种将动力变速机构与钻头连在一起加以密封,潜入水中工作的一种体积小、质量轻的钻机。这种钻机由桩架及钻杆定位,钻孔时钻杆不旋转,仅钻头部分旋转,切削下来的泥渣通过泥浆循环排出孔外,该钻机桩架轻便移动灵活,噪声低,速度快,钻孔直径为~mm,钻孔深度可达40m,潜水钻机适用于在黏性土、淤泥质土及砂土中钻孔,尤其适用于地下水位较高的土层。钻机的钻头,有笼式钻头和筒式钻头等多种,可根据不同土层进行选用。
潜水电钻同样使用泥浆护壁成孔,泥浆的功能和组成与其他钻机基本相同,其出渣的方式也有正循环与反循环两种。
①正循环排渣法。采用3PN泥浆泵将泥浆水或清水压向钻机中心送水管,然后下放钻杆进土中,当钻到设计标高后,电机停转但3PN泥浆泵仍继续工作。正循环排泥,直到孔内泥浆相对密度为11~1.15,方停泵提升钻机,然后迅速移位进行下道工序。
②反循环排渣法。目前常用的反循环排渣法,它是将潜水泵同主机连接,开钻时采用正循环开孔,当钻深超过砂石泵叶轮位置后,即可启动砂石泵机,开始循环作业。当钻至设计标高后,停止钻进,砂石泵继续排泥,一直达到要求浓度为止。循环排渣方法,如图所示。
循环排渣方法1.钻杆;2.送水管;3.主机;4.钻头;5.沉淀池;6.潜水泥浆泵;7.泥浆池;8.砂石浆;9.抽渣管;10.排渣胶管
2)冲击钻机钻孔。冲击钻成孔是将带钻刃的冲锥式钻头提升到一定高度,靠自由下落的冲击力来破碎岩层或冲挤土层,然后用掏渣筒掏取孔内的渣浆而成孔。此种成孔方法适用于碎石土、砂土、黏性土及风化的岩层等。桩径可达~mm。
(5)清孔
当钻孔达到设计深度后,应进行验孔和清孔,清孔的目的是清除孔底的沉渣和淤泥,以减少桩基的沉降量,从而提高承载能力。
在清孔时,应保持孔内泥浆面高出地下水位1.0m以上;当受水位涨落影响时,泥浆面应高出最高水位1.5m以上。清孔之后,浇筑混凝土之前,孔底mm以内的泥浆相对密度应小于1.25,黏度小于28Pas,含砂率小于8%。孔底沉渣的厚度,应符合下列规定:端承桩50mm;摩擦端承桩、端承摩擦桩mm;摩擦桩mm。
(6)安放钢筋骨架
桩孔清孔符合要求后,应立即吊放钢筋骨架。吊放时,要防止扭转、弯曲和碰撞,要吊直扶稳,缓缓下落,避免碰撞孔壁。钢筋骨架下放到设计位置后,应立即固定。为保证钢筋骨架位置正确,可在钢筋笼上设置钢筋环或混凝土块,以确保保护层的厚度。
钢筋笼制作应分段进行,接头宜采用焊接,主筋一般不设弯钩,加劲箍筋设在主筋外侧,钢筋笼的外形尺寸,应严格控制在比孔径小~mm以内。
(7)灌筑混凝土
钢筋骨架固定之后,在4h之内必须灌筑混凝土。混凝土选用的粗骨料粒径,不宜大于30mm,并不宜大于钢筋间最小净距的1/3,坍落度为~mm,含砂率宜为40%~50%,细骨料宜采用中砂。混凝土灌筑,通常采用导管法,如图3所示。
图3谁下灌筑混凝土示意图1.翻斗车;2.料斗;3.储料漏斗;4.导管;5.护筒
灌筑混凝土的导管,可用钢管制成。壁厚不宜小于3mm,直径为~mm,直径制作偏差不超过士2mm,导管的分节长度视具体情况定,一般小于3m,底管长度不宜小于4m,两管的接头宜用法兰或双螺纹方扣快速接头,接口要严密,不漏水漏浆。水下灌筑混凝土要求混凝土流动性好,坍落度应控制在~mm,用掺加木钙糖蜜、加气剂等外加剂,改善其和易性和延长初凝时间。水泥用量一般达kg/m以上,水灰比为0.50~0.60。
灌筑混凝土前,先将导管吊入桩孔内,导管顶部高于泥浆面3~4mm并连接漏斗,底部距桩孔底0.3~0.5m,导管内设隔水栓,用细钢丝悬吊在导管下口,隔水栓可用预制混凝土四周加橡皮封圈、橡胶球胆或软木球。
灌筑混凝土时,先在漏斗内灌入足够量的混凝土,保证下落后能将导管下端埋入混凝土0.6~1m,然后剪断铁丝,隔水栓下落,混凝土在自重的作用下,随隔水栓冲出导管下口(用橡胶球胆或木球做的隔水栓浮出水面回收重复使用)并把导管底部埋入混凝土内,然后连续灌筑混凝土,当导管埋入混凝土达2~2.5m时,即可提升导管,提升速度不宜过快,应保持导管埋在混凝土内1m以上,这样连续灌筑,直到桩顶为止。
桩身混凝土必须留置试块,每浇注50m3必须有一组试件,小于50m3的桩,每根桩必须有一组试件。
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