超长钻孔灌注桩施工工法

'工法编号：RJGF（闽）—01—99    2007年06月30日    完成单位:福建地矿建设集团公司随着城市高层、超高层建筑和重型建（构）筑物的桩基荷载加大，桩孔加深，桩距加密，加大了钻孔灌注桩的施工难度。超长钻孔灌注桩（以下简称超长桩）形似细长杆件，其桩孔深度大于70m，桩径大于800mm。超长桩施工，既要保证成孔安全，又要保证桩孔垂直度，还要保证成桩质量，以一般深度的钻孔灌注桩施工工艺难以满足上述要求。近年来，由于开发应用超长钻孔灌注桩放工工艺获得成功，为建（构）筑物超深桩基的发展提供了条件。    一、特点    1、采用常规设备，通过控制泥浆性能和合理选择钻进技术参数，提高了成孔速度，有交往地防止了孔壁坍塌、缩径，保持孔壁稳定，控制桩孔形态，实现超长桩施工。    2、成孔过程中，始终采取有交往的防斜技术措施，桩孔垂直度高，确保钢筋笼的顺利安装和邻桩的正常施工。    3、改进常规清孔工艺，采取提钻前一次清孔；灌注砼前二次清孔并逐步调节泥浆性能的技术措施，提高了清孔效果，保证了孔底沉渣满足规范和设计要求。同时，也保证了灌注砼前的桩孔稳定和水下砼的顺利灌注。    4、在保证砼质量的前提下，改进水下砼灌注工艺，保证桩身砼强度、砼与桩周土之间饱满度和桩身的完好性。    二、适用范围    城市高层、超高层建筑和大型、重型建（构）筑物的深基础、超深基础。    三、工艺原理    1、正循环回转钻进成孔。    2、泥浆护壁，必要时用化学处理剂改性。    3、钢筋笼分段制作成型，孔口焊接，地面控制笼顶安装标高。    4、终孔后进行第一次清孔，砼灌注前进行第二次导管正循环清孔替浆。    5、导管反顶法灌注水下砼。    四、工艺流程    超长桩的工艺流程；     五、操作要点    1、施工现场准备，按以下程序进行。    （1）硬地处理    场地基本平整并固化坚实。在城市施工，应铺设10cm厚的道碴，基上浇筑砼。    按计划开动钻机台数，分区设置泥浆池和主循环槽，实行“一机一槽一池”。桩位与主循环槽之间用移动式铁皮槽相连，主循环槽和循环池用砖砌制，素砼打底。主循环槽断面为700×400mm，坡度比1000:20～30，循环池容积应为桩孔容积的1/3～1/4，另根据施工进度和排浆运输条件及场地条件，设若干个储浆池，每个储浆池容积为单桩体积的2～5倍为宜。    （2）测量放线定位    根据建设方提供的测量基准点，使用经纬仪和50～100m钢卷尺引测桩基轴线，复核后进行桩位放样。纵横轴线定用木桩加小铁钉作标记，并在硬地面上弹出墨线；桩位定位用钢筋作标记。    （3）轨道铺设    轨道下垫枕木，用道钉固定，轨道连接用夹板固定。用卡尺控制轨距，轨距中心线与轴线重合，卡尺中心悬锤对准桩位中心，并投影在两侧轨道上用红漆作标记。轨道应平整、稳固。测量轨道标高。    （4）护筒埋设    采用十字交叉法定位、校正护筒。以桩位为中心，以大于桩径20cm为直径，划一圆作边界开挖至素土。护筒埋深不小于1m，筒口应高出硬地坪10cm，周边素土填实，稳固周正。护筒中心线与桩位中心允许偏差不大于20mm。    （5）桩机就位    桩机基台塔腿中心线与轨道上桩位标记对准。基台垫高，使滚轮脱离轨道，基台两端用平整的基台木垫平垫稳，桩机转盘中心与桩位中心偏差不大于20mm。校正连接钻头的主动钻杆在自由悬吊状态下位于转盘中心，保持天车、转盘中心和桩孔中心三点成一垂线。2、成孔施工    超长桩桩位间距小于4D时，应采取间隔距打措施，或在邻桩水下砼灌注完毕停36h后再成孔施工。工程地质条件较好，对桩孔形态控制有可靠保证措施时，对桩孔施工间距及间隔时间可做调整。成孔过程应控制以下4点：     （1）钻具必须定长    按设计桩深单孔配备定长钻具，按轨道标高量准机高，计算、标明机上余尺。在更换钻头、钻杆及终孔深度变化时，应重新计算、标明机上余尺。    （2）钻进技术参数和泥浆性能    1）切忌清水开孔。钻进时保持泥浆粘度25～28s，泥浆密度1.30g/cm3或以上。    2）钻进技术参数见下表。    （3）保持桩孔垂直度    除桩机安装稳固、开孔时主动钻杆轴线位于转盘中心外，钻进时每次加接钻杆单根之前，必须检查主动钻杆轴线是否对中转盘中心。如有偏位，必须及时调整桩机基台或修整孔壁纠斜。    （4）控制终孔    1）用尺丈量机上余尺，严格控制终孔深度不欠深、不超深。施工端承桩时，根据设计，观察岩屑，确定持力层面，控制进入持力层的深度。    2）进行一次清孔，逐步调整泥浆粘度达22～25s泥浆密度达1.30g /cm3左右；间断性下下缓缓活动钻具、慢速回转孔底钻头，破碎泥块，排出岩屑；一次清孔结束应初测沉渣。    3）终孔下钢筋笼前，必要时可用桩孔检测仪或孔规检测桩径与孔斜。若发现桩也形态存在问题，应及时处理。    3、钢筋笼制作及安装    （1）各种规格的钢筋需有出厂质保书，并经原材料抽检及焊接检验合格。    （2）钢筋笼制作场地应平整，场地高差不大于1%。钢筋笼应在制作台架上按设计图纸加工成型，并设置扶正块。    （3）孔口用多台焊机同时焊接，主筋搭接应沿弧线平行排列，保证垂直度。焊缝长度、宽度、厚度及焊接质量按规范和设计要求。    （4）钢筋笼吊放时，钢丝绳用“一”字钢架撑开，钢筋笼吊点主筋用“十”字钢架撑住，防止笼径变形。    （5）按设计笼顶标高计算吊筋长度。吊筋吊环固定在桩机基台通孔两侧中心的吊钩上，保证钢筋笼居中和安装标高。    4、灌注导管安装    （1）超长桩灌注水下砼，应尽量选用内径较大的φ250～φ280mm导管。底管长度大于4m，标准节长度2.5m。导管连接应平直可靠，密封性好。新导管应经0.6Mpa压力检验无漏气现象方可使用。导管的壁厚、连接部位丝扣、内壁光洁应定期检查，并作及时处理。    （2）导管隔水塞。当灌注漏斗容积达不到初灌量要求时，应采用砼隔水塞；当使用预拌砼时，可采用球胆。    （3）用导管进行二次清孔替浆。    1）清孔替浆时，导管底端应下到孔底，并经常上下轻缓活动导管，促进清孔替浆效果。    2）根据桩径和桩深，可选用4PNL单泵、3PNL和4PNL双泵并联、4PNL双泵并联清孔替浆。    3）逐步稀释泥浆，使泥浆粘度达到18～20s密度达到1.20～1.25g/cm3或以下。二次清孔替浆时间、视桩径、桩深、原泥浆性能和孔底沉渣等情况而定。    4）二次清孔替浆结束后，孔底沉渣厚度应符合设计要求，并在30min内灌注水下砼。嵌岩桩对沉渣厚度有特别要求时，应做到清孔停泵3min内，灌注砼到达桩底岩面。    5、水下砼灌注    （1）砼配合比    自觉拌砼配合比应由建设主管部门审核具有相应在资质单位经试验比后确定。预拌砼应提供相应的配合比资料。配合比的砼强度等级按设计的桩身砼强度执行相应的水下砼等级标准。    （2）砼初灌量    砼初灌量应能保证砼灌入后导管埋入砼面深度不少于0.8～1.3m，导管内砼柱和管外泥浆柱压力平衡。计算公式如下：    V≥πd2h1/4+πD2Kh2 /4    式中：V——砼初灌量（m3）    h1——管内砼柱与管外泥浆    柱压力平衡所需高度（m）:    h1=(h-h2)rw/rc;    h——桩孔深度（m）    h2——初灌砼下灌后，导管外砼面高度，取1.3～1.8m；    rw——泥浆密度，取1.15～1.30t/m3;    rc——砼密度，取2.3～2.4t/m3;    d——导管内径（m）;    D——桩孔直径（m）;    K——砼充盈系数，取1.1～1.3。    计算超长桩砼初灌量时，h2、rw、k应取大值，rc应取小值，以提高砼灌注安全系数，保证桩砼灌注质量。注意初灌的第一辆预拌砼车必须是满车砼（即不小于6m3）。    （3）导管埋入砼面的深度    水下砼灌注过程中，导管应始终埋在砼中，严禁将导管提出砼面。埋入深度除按规范执行外，还应观察孔口返浆情况，如果孔口不能自动返浆，说明导管已埋入太深，应适当拔除导管。    （4）卸导管前，应用重锤测绳量砼面位置，并根据砼灌注量计算复核无误后，方可卸管。砼面位置大于40米时，每次宜卸一节。    （5）导管捣插方法    拔管时，用上拔1m，下插0.5m的方法逐渐升降导管捣插砼，使桩身砼密实和桩周砼饱满。    （6）防止钢筋笼上浮    砼面接近钢筋笼底端时，导管埋入砼面的深度应控制在2～3m内，并降低砼灌注速度。待砼面进入钢筋笼1～2m后，可适当提升导管。导管提升要平稳，避免出料冲击过大或钩挂钢筋笼。    （7）桩顶处理    当砼灌注达到设计桩顶标高时，应继续灌注一定的超灌高度，以保证设计桩顶标高以下的砼质量符合设计要求。    水下砼灌注完毕后，回填密实空孔部分，恢复硬地坪。    （8）砼充盈系数不得小于1.0，也不宜大于1.3，一般控制在1.10～1.15。  6、砼质量检查    （1）预拌砼订货时，应审查预拌砼准用证、水下砼配合比、每方砼的水泥用时、砼坍落度和初凝时间，预拌砼质量证明书。    （2）自觉拌砼的原材料，并按批量检验合格后方准使用。    （3）砼坍落度应控制在180～200mm范围。单桩砼量小于25m3的，每桩测定2次；大于25m3的，每桩测定3次。    （4）每根桩一般制作砼试块一组（三块）。若单桩砼量达到100m3的做两组试块。同组试块应取自同车或同盘砼。试块脱模后应标准养护28d送检。试块强度达不到规定要求时，可从桩身中取芯或采取非破损检测方法进一步检验。    （5）场地内泥浆处理    单根桩砼作业完毕，及时清理循环槽、池中渣土，废浆用密封灌车及时外运排放。在含砂量较高的地层中，可使用除砂器和除泥器等措施净化泥浆，实现文明施工。    六、主要机具配备    1、钻孔灌注桩机一套。    2、双腰带笼多翼钻头一个；牙轮钻头一个。    3、泥浆泵3PNL、4PNL各一台或4PNL二台。    4、道轨50m。    5、水下砼灌注导管100m，灌斗一个。    6、电焊机二台，气焊设备一套。    7、16t或25t汽车吊一辆。    8、废泥浆排污车一辆。    9、自觉拌砼，配搅拌机2～3台。    七、劳动组织     1、成孔施工及水下砼灌注。    2、钢筋笼制作和安装。    3、钢筋笼及导管场内搬运。    4、钻机移位。    5、护筒埋设和场地保洁。    6、废泥浆外运排放。    按上述劳动组织，一级作业班组设；桩机机组10人，钢筋笼制作班3～5人，钢筋笼、导管等搬运清洗组4人，护筒、划浆、场地工5人。自觉拌砼时，需配砼灌注班15人。其它所需配备工种有：吊车司机、电工、机修工。废泥浆外运排放由专业运输队承包。    八、质量标准    1、超长桩允许偏差    （1）孔径-0,+0.2D。    （2）垂直度≤1%桩长。    （3）孔深-0，+300mm。    （4）桩位    1）垂直轴线方向和群桩基础边桩偏位≤D/6。    2）顺轴线方向和群桩基础中间偏位≤D/4。    2、钢筋笼制作    （1）主筋间距±10mm。    （2）加强箍筋间距±20mm。    （3）钢筋笼直径±10mm。    （4）钢筋笼整体长度±100mm。    （5）钢筋笼笼顶安装标高±100mm。    3、严格按《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）、《地基与基础工程施工及验收入规范》（GBJ202-83）、《工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程》（JGJ4-80）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）、地方标准及设计图纸要求施工。九、安全措施     1、桩机外露传动件均应安装防护罩，塔梯和塔上工作台应安装稳固。在桩机转盘运转期间，严禁工作人员跨越传动轴。    2、用副卷场机加接钻杆单根时，限量不超过副卷扬机的提升能力。超过时，应使用主卷扬机操作。    3、采用桩机下放钢筋笼时，应用主卷扬机操作。钢筋笼下放受阻时，应分析受阻原因，妥善处理，不准强墩钢筋笼或用人站在钢筋笼上加压下放。    4、定期检查桩机主、副卷扬机和吊车的钢丝绳及起重索具的磨损情况。如发现钢丝绳外层钢丝磨损已超过其直径的40%，有整股折断，或在一个拧结距内，6×19钢丝绳折断钢丝12根、6×37钢丝绳折断钢丝22根，应予更换。    5、施工用电应做好用电设计。应使用三相五线制，接地接零，做到“一机一闸一漏保”，执行《建筑施工用电安全技术规程》。    6、应符合“建筑安装工程安全技术规程”。    十、效益分析     1、解决了泥浆现场污染问题，施工无噪音污染、无挤土影响，有利于文明施工。    2、在深软土地基中，为需要高承载力桩基的建（构）筑物的建造基础提供了技术条件。    3、与预制桩相比较，超长桩施工过程对邻近建（构）筑物及周围环境影响小。    4、与预制桩相比较，超长桩的单桩承载力，对桩深、桩径、工程地质条件的适应性大。    5、与钢管桩相比较，超长桩的工程造价显著降低。    十一、工程实例    近年来，我公司在上海、福州等地施工超长桩基工程项目10个，其完成φ800～φ1200mm超长桩4769根，灌注水下砼185186m3超长桩4769根，除2个项目尚未验收，其余8个项目经建设工程质量监督站核验，优良工程7个，合格工程1个。    1、上海港汇广场占地面积5万m2，建筑面积40万m2，设计55层办公塔楼2幢，35层住宅楼2幢，其余为12层裙楼。基础采用钻孔灌注桩；基坑围护采用钻孔灌注桩加深层搅拌桩止水；在徐家汇12号地铁出入口一段135延长米，采用地下连续墙。    程桩加钻孔围护桩超万根，灌注砼173850m3，工程总造价达2.23亿元。其中：桩径φ850mm×桩深83mT2塔楼桩556根；φ800mm×80mTl塔楼桩586根；φ800mm×60m住宅楼、裙楼桩4184根。钻孔灌注桩选用GPS—10型钻机施工，高峰阶段，工地有近30台套钻机同时作业。    桩基施工过程中，共进行静荷载试桩34组，其中：φ800mmX80m桩5组，单桩极限承载力均大于设计10500kN；φ850mm×83m桩5组，单桩极限承载力大于设计11000kN的1组，大于11500kN的3组，大于12000kN的1组，φ800mm×60m 桩24组，单桩极限承载力均大于7200kN。基坑开挖后，由建设方随机抽检734根桩进行小应变动测，合格率100%，其中I类桩631根，占86%，Ⅱ类桩103根，占14%，无Ⅲ、Ⅳ类桩。桩基经上海市建设工程质量监督总站核验为优良工程。    2、上海中山广场占地面积16000m2，建筑面积104000m2，设计3幢25层住宅楼。基础采用钻孔灌注桩，投入GPS—10型钻机和砼灌注平台各6台，施工工程桩832根，灌注砼19600m3，工程造价7200万元。其中：桩径φ1000mm×74m桩14根；φ850mm×74m住宅楼桩360根；φ650mmX40m群房桩458根。    桩基施工过程中，共进行垂直静荷载试桩8组，其中：φ1000mm×74m桩2组，单桩极限承载力分别达14000、11000kN；φ850mm×74m桩6组，单桩极限承载力达8300～9466kN。进行水平荷载试验2组，承载力分别为280、340kN。以上静荷载试验结果均符合设计要求。基坑开挖后，抽检310根桩进行小应变动测，合格率100%，其中I类桩283根，占91.3%，Ⅱ类桩27根，占8.7%，无Ⅲ、Ⅳ桩。另抽15根桩进行大应变测试，全部合格。桩基经上海市建设工程质量监督总站核验为优良工程。    3、福州正大广场超长嵌岩桩工程位于福州市五一广场东侧，主楼42层，楼层高度168m，建筑面积76000m2，采用大口径钻孔灌注桩，桩径φ1200mm，桩数203根，砼强度C35，单桩设计极限承载力19500kN。砼灌注量13807．49ms。最深桩80.10m，平均桩深71.59m，平均桩长60.19m 。该工程桩端持力层为中微风化花岗岩或强风化花岗岩加高压注浆，地质条件复杂，桩孔多见中微风化包裹体穿插。使用GPS—15型钻孔桩机、牙轮钻头、钎头钻头钻进、微差爆破碎岩等方法施工。经静载试验、超声波检测、钻探抽芯验桩、小应变动测检验，工程质量优良。    4、中福西湖花园冲钻孔超长桩工程位于福建省福州市湖东路西湖公园正门对面，由三座30层、25层、24层高层及2座商场组成，建筑面积100000m2。桩基采用钻孔灌注桩，桩径φ1100mm，单桩承载力标准值7700kN，砼强度C25。三座主楼桩数281根，砼灌注量21100ms，平均桩深约73.50m，平均桩长约62.20m，最大桩深79.90m，桩端嵌入中微风化花岗岩0.60m。使用GPS—15型钻孔桩机施工，工程质量优良，其中4#楼、3#楼封顶经一年时间沉降监测，大楼最大沉降量分别为9.5747mm、9.5270mm。（执笔人：林仕学、张荫山、陈木炎、张蛮庆、陈和、李粤南、周少斌、余绍荣） '