浅论钻孔扩底灌注桩施工技术

　　【摘要】文章结合工程实例，阐述了钻孔扩底灌注桩的施工技术控制要点，并针对施工中常见的问题，提出了预防及处理的技术措施。
　　【关键词】钻孔扩底灌注桩，泥浆护壁，终孔，清孔，扩孔，扩底孔检测，砼的浇灌
　　1钻孔扩底灌注桩的特点
　　钻孔扩底灌注桩是一种新型桩基础。该基础除具备长螺旋钻孔灌注桩施工简便、速度快、无环境污染、造价低等优点外,由于其单方混凝土承载力大大高于长螺旋灌注桩,因而更具有经济价值和广泛的应用前途。钻孔扩底灌注桩是把按等直径钻孔方法形成的桩孔钻进到预定的深度，换上扩孔钻头后撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切削地层扩大孔底，成孔后放入钢筋笼，灌注混凝土形成扩底桩以获得较大垂直承载力的施工方法。
　　其特点：（1)振动小，噪音低；(2)单桩承载力大，与直孔桩相比工程造价低；(3)工艺技术可靠，工程质量好。钻孔扩底灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收，施工中任何一个环节出现问题，都将直接影响到整个工程的质量和进度，因此，对施工中关键的过程：(1)钻孔；（2)泥浆护壁；（3)终孔;(4)清孔;(5)扩孔;(6)扩底孔检测；（7)砼的浇灌等，采取有效的施工技术对桩基施工质量加以控制，力争将隐患消除在成桩之前，确保桩基施工质量合格。
　　2某工程概况
　　某办公楼工程，地上23层，地下室2层(埋深9.0m)，局部三层(埋深13.5m)，框筒结构，总建筑面积30659．22m2，±0．000标高相当于黄海绝对标高7.900m，该工程基础工程采用钻孔扩底灌注桩，桩端持力层为强风化岩，桩端进入持力层要求2.5d，桩的有效参考桩长为10.2～23.2m，桩极限端阻力标准值Qp=2700kPa，工程总工期为45d(本工程钻孔扩底灌注桩主要工程量见表1)。
　　表1本工程钻孔扩底灌注桩主要工程量统计表
　　桩编号 桩身直径d/mm 扩大头直径d/mm 承载力设计值/kN 桩数/根
　　ZH1 700 1400 2900 32
　　ZH1a 800 1600 3800 5
　　ZH1b 1300 2600 10000 2
　　ZH2 900 1800 4900 2
　　ZH3 1300 2600 10000 18
　　ZH4 1500 3000 15000 16
　　ZH5 1900 3800 21000 8
　　ZH6 2000 4000 24000 4
　　3钻孔扩底灌注桩的施工工艺和施工技术
　　钻孔扩底灌注桩是一种比较新的施工方法，它是对钻孔灌注桩的一种改进和创新。它利用钻孔达到所要求的持力层后在桩端换用特殊钻头将桩端直径扩大，则桩的极限承载力比没有扩大头的灌注桩的极限承载力有较大幅度的增长(本工程设计要求桩身直径扩大2倍，理论上桩的极限承载力将是没有扩大头的桩的极限承载力的4倍)。对于许多高层建筑，钻孔扩底灌注桩在强风化岩中就可以终孔，可以弥补其它桩型的不足，经济效益显著，特别适用于该地区的地质条件。
　　根据设计要求，工程选用先进的泵吸反循环钻进成孔和扩底工艺，导管水下灌注混凝土成桩技术，工艺流程见图1。
　　
　　图1反循环钻孔扩底灌注桩施工工艺流程图
　　3．1钻孔
　　根据本工程实际情况，选用双腰带笼式钻头，并结合地质土层的变化采用了两种钻进参数：①第四系粘土及砂土层钻进压力15～20kN，转速13~23r／rain；②强风化层钻进压力20～30kN，转速13r／min。在钻进过程中，应注意地层变化，对不同的土层采用不同的钻进方法。孔的垂直度也是一个重要控制指标。当桩的垂直度>1％时，必须重新扫孔纠斜；在砂土类地层中孔壁极其坍塌，沉渣很难清尽；特别是当柱距较小时可能出现连体桩等不良后果。
　　3．2泥浆护壁
　　由于钻孔扩底灌注桩在施工过程中容易发生缩径、塌孔、起皮等现象，需要采用泥浆护壁措施，泥浆过稀将使钻进速度加快，但对护壁不利甚至可能造成塌孔；而泥浆过稠则会使钻进速度减慢，并使泥皮过厚，造成承载力降低。所以在施工过程中严格控制泥浆的密度、粘度、含砂率等重要指标，密切关注泥浆的失水量、静切力、胶体率等指标是很关键的，且在保证护壁功能的要求下，泥皮厚度应尽量薄。
　　3．3扩孔
　　钻孔扩底灌注桩是对钻孔灌注桩的一种改进，通过扩底这种新的施工工艺，桩的承载力得到大幅度的提高，可充分利用各类优良土层和风化岩层作为扩大头持力层，适用于地质条件复杂、施工困难的各种情况。当笼式钻头钻至持力层，确认终孔并清孔后，换用啪RS合金扩底钻头进行扩底。在这种新的施工方法中关键是注重扩大头的扩底直径是否达到设计要求。根据工程实际需要的扩底直径，在地面试验确定相应的扩底行程。扩底钻头人孔前，先进行整体强度检验，伸缩是否自如，当扩底钻头下到孔底后，在主动钻杆上安装好行程限位器，以便确定扩底直径。当地面主动钻杆标尺达到限位器位置时，孔底钻头也扩大到相应直径的两倍，钻孔扩底灌注桩的桩端也就施工完毕。
　　3．4终孔
　　人岩判断方法主要是参考设计桩长和地质资料所反映持力层的埋深以及钻机的钻进速度，结合孔底返渣取样采用岩样鉴别法进行综合分析判断。钻机钻进时效的经验值：强风化岩的钻进时效为30cm／h，而中风化岩和微风化岩的钻进时效分别为5cm／h和1cm／h。在钻进时效达到30cm／h时或在钻进接近设计参考深度时，开始观察岩样标准，由工程参与各方(甲方、监理、设计、施工、质监、地勘部门)共同确认是否已进入持力层的岩样标准，一旦确认后则可继续钻进设计的人岩持力层深度不小于2．5倍桩径后终孔。
　　3．5扩底孔检测
　　钻扩桩的扩底直径检测是确保扩大头达到设计要求的重要技术环节，由于无法直接用肉眼对其进行观察，所以必须依靠先进的仪器设备来进行检测。本工程采用先进的CDJ一1型超声波大口径桩孔检测仪和机械式孔径检测器进行双重控制。
　　3．5．1机械式孔径检测器的工作原理
　　开始检测扩底直径时即根据相应扩底直径尺寸选用相应长度的标尺并保持收缩状态。先提住标杆往钻井内慢慢放下，钢丝绳也放松跟随标杆下放，到达相应深度时，即在钢丝绳上记下水平标记，然后固定钢丝绳，再小心把标杆慢慢下放。标杆下放就迫使撑棒把标尺撑开，当标杆与钢丝绳上的标记拉开的距离与限距长度一致时标尺已水平张开，此时即可检测出扩大头直径。测完后即可放松钢丝绳，用力把标杆往上提，这时标杆受重力作用，标尺即可回收如初，便可提起孔径检测器(见图2)。
　　
　　① 标杆②钢丝绳③限距长度
　　④标尺⑤线尺接头⑥固定距离
　　图2机械式孔径检测器
　　3．5．2CDJ一1型超声波大口径桩孔检测仪该仪器的原理是利用超声波进行测距。
　　超声波在均匀介质中定向发射时，沿直线传播，当遇到障碍物时，部分被反射回来。已知超声波在介质中的传播速度C和测出超声波发射到反射回波所经历的时间t则可计算出发射面到反射壁之间的距离（1）仪器的主要技术指标如下：
　　径向测量范围：0.7～3m
　　径向测量精度：≤2％
　　孔深测量范围：0～100m
　　孔深测量精度：0.2％(cm)
　　沉渣厚度测量范围：0～20m
　　沉渣厚度测量精度：1cm
　　适用泥浆条件：相对密度<1.2，粘度21#。
　　3．6砼的浇灌
　　砼的浇灌的导管在使用前都要求做密封试验，由于底部扩大头容量大，初灌时必须确保初存量使导管埋人砼中0.5m，初灌宜选用大斗，确保埋管深度。浇注过程中，匀速向导管料斗内浇注。如突然浇注大量的混凝土，导管内空气不能马上排出，可能导致堵管，导管内空气从导管底端排出，可能带动导管拔出混凝土面。混凝土浇注应连续进行，中途不能停工。对于混凝土不能及时到达时，除混凝土中加缓凝剂外，导管插入混凝土中的深度为5～6m，并每隔15min上下活动几次，以免混凝土初凝。浇注过程中，不断测定混凝土面上升高度。根据混凝土供应情况来确定拆卸导管的时间、长度，以免发生桩身夹渣、断桩或“埋管”事故。在整个工程施工的过程当中，各有关人员都严格按照施工程序，做到严把质量关。对各种可能发生的情况都进行了详细的分析和研究。对每一个施工环节严格检查，做好事前、事中、事后控制，避免留下质量隐患。通过大家的共同努力，工程取得了令人满意的结果。由于甲方、监理、设计、施工、质监站各部门严格控制，共同把关，在施工过程当中未发现质量事故及质量隐患。本工程按《深圳地区基桩质量检测技术规程》(SJG09—99)要求，经有资质的质检机构进行了低应变检测和抽芯检测，80％以上的桩检测结果为I类桩，其余的均为Ⅱ类桩，桩底沉渣厚度均小于5cm，桩底岩土层为强风化层，桩芯混凝土强度均达到C30以上，完全符合设计要求。
　　3．7清孔
　　本工程采用泵吸反循环清孔，共进行了三次。第一次清孔在钻进达到设计要求深度后，先将钻头提高孔底约50cm，进行换浆清孔，回流泥浆相对体积质量控制在1．2左右。第二次清孔是在扩底完成后进行。在下人钢筋笼灌注导管后、灌注砼前更换泥浆进行了第三次清孔以确保沉渣厚度不大于50mm，从而满足设计要求。采用泵吸反循环清孔时，送人孔内的冲洗液不小于砂石泵的排量，防止冲洗液补给不足，孔内水位下降导致塌孔；返回孔内冲洗液的相对体积质量严格控制在1.2左右，孔内水头高度保持不小于2m。清孔过程中，不断测量孔底沉渣厚度、泥浆相对体积质量、泥浆性能，满足规范要求立即停止清孔，防止吸塌孔壁。
　　4结论
　　钻孔扩底灌注桩除具有钻孔桩的特点外，还可充分利用各类优良土层和风化岩层作为扩大头持力层，具有适应能力强、承载力高、经济和社会效益明显的优点。该种桩型机械化程度高、振动小、噪音低，不需降水，对周围建筑和环境影响小，是一种施工工艺完善，技术较成熟的桩型，值得推广和应用。而该地区地质粘土含量高，可采用原土造浆，基岩埋深较浅，承载力高，能满足多种建筑物的要求，具有较高的经济效益，钻扩桩作为一种新工艺、新技术为钻孔桩基础的应用拓展了更广阔的空间，有着较大的发展前景。
　　参考文献
　　1桩基工程手册编写委员会．桩基工程手册．北京：中国建筑工业出版社，669-680
　　2彭安宁．钻孔灌注桩工程技术中的若干问题．建筑结构，1998
　　3马永琪．灌注桩混凝土水下浇注的工程事故预防及处理．岩土工程技术，1998(1)
　　4段新胜，顾湘．桩基工程(第二版)．武汉：中国地质大学出版社，1995．202

《浅论钻孔扩底灌注桩施工技术》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 浅论钻孔扩底灌注桩施工技术

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-14351