钻孔干成孔灌注桩扩底技术分析.pdf

2023.01电子乐园241Engineering 工程技术1 扩底技术发展的背景对房建及其他行业推广意义随着我国大力推进发展基础建设，建筑业规模越来越大，特别新建住宅及办公楼高度的增加，对桩基承载力的要求也越来越高。如何保证高大建筑物基础承载力成为工程的关键技术。对端承桩及端承摩擦桩中，钻孔扩底灌注桩施工技术在该领域解决了桩基承载力不够问题；它与普通钻孔桩相比，具有施工质量可靠，成本低、效率高、安全可靠等特点。目前国内建筑发展，为体现项目总承包的巨大优势，EPC 模式与日俱增；作为设计施工总承包方对方案选择来说，对整个项目至关重要；为满足高大建筑对承载力要求，在原地基不能满足承载力要求情况下，设计一般选择桩基作为有效解决方案；为了寻找承载力更好的持力层或更大的摩擦力，要么增加桩长，要么增加桩径；为减少造价，桩底扩孔能有效满足增加桩承载力，合理减少造价，为项目减创造效。2 具体案例 十二师科创中心建设项目，场地位于乌鲁木齐市，纬四西路南侧，开拓路西侧。十二师科创中心建设项目分为四个地块，总建筑面积 26.12 万平方米，其中地下建筑面积 5.5万平方米，地上建筑面积 20.6 万平方米；其中 J 地块为地标建筑，建筑高度 107.9m，地下 1 层，地上 23 层，为 EPC总承包工程。3 施工前设计方案和其他方案的选择3.1 设计方案的选择该地块地处五一农场，经勘探合理的作为持力层为下可以以第、第层粉砂、第层圆砾、第层粉砂、第 层砾砂及厚度大于 2.0m 的第-1 层圆砾、第-1 层圆砾作为桩端持力层，且同一建筑物宜选用相同土层作为桩端持力层。根据承载力计算最后选择在第层粉砂层作为持力层，桩长达到 38m 才能能满足承载力要求，经多考虑，最终选择扩大桩底技术，桩长达到 32m 桩承载力达到要求；采用该方法的优点：能够满足拟建建筑物对承载力和变形的所有要求，处理效果相对可靠；钻孔灌注桩扩底的施工工艺已相当成熟，施工技术比较可靠；在钻孔灌注桩施工过程中不会对周围环境产生破坏，较为环保；节约造价，经比较每根桩长节约 6m，节约总造价约 200 万元。3.2 钻机选择结合现场实际地质情况，地质条件较好，地下水对钻孔无影响；周边无其他施工用水，只能采用市政自来水，成本高，不利于绿色低碳环保；现场宽阔，现场临电布置不便，且临电安全隐患较大。成孔较深为 32m；扩孔为1 倍孔径，原孔径为 800mm，扩孔后桩径为 1600mm；工期短，总工期为650天。结合以上情况，为有效减少施工时间，达到低碳高效的目的，拟采用旋挖桩 2 台；施工机械采取干成孔施工；动力选择为旋挖钻机自带柴油电动机提供动力。3.3 扩底钻头选择扩底钻头一般由直孔段、扩底段组成。这种形状能高效地成型孔底扩孔形状，从而确保桩底最大截面承受的承载力，提高钻孔扩底桩的工程质量。本项目 J 地块结合本项目地质的特点，大致可采用两种类型的扩底钻头，一类是双翼滚刀扩底钻头（MMR）（图 1），另一类是三翼合金扩底钻头（MRS）。双翼滚刀主要包括连杆、加压架、扩底翼、底座等组成部件，其以高强度耐磨牙轮和滚刀为破土（岩）刀具，效率高、耐磨耐用、性能可靠，可用于各类土层和全、强、弱风化岩层中扩底。本工程地质情况多为粉砂层和圆砾层，钻孔干成孔灌注桩扩底技术分析文/张 磊摘 要：由于我国经济的发展，国家进一步推进城镇化，不可避免地推动了建筑行业的发展,同时也给建筑施工企业带来了机遇与挑战。有限的城市建设面积，催生了高层建筑的增加，这就要求对桩基承载力的要求也越来越高，扩底技术对工程节能减排、降低造价、节约工期有着积极作用。关键词：钻孔灌注桩；方案选择；扩底；施工技术电子乐园2023.01242工程技术 Engineering综合多方面考虑采用双翼滚刀扩底钻头。图 1 双翼滚刀扩底钻头检查4 主要施工技术措施钻孔灌注扩底桩是在原钻孔桩基础上发展起来的一种新桩型，首先按一般钻孔方法按标准桩身直径钻进至设计持力层后，在更换扩底钻头下至孔底，通过旋挖动力装置加压使扩底钻头的扩翼张开并使之旋转，钻头切削地层逐渐形成扩大头，达到设计扩底大小形状后，清理桩渣，在放钢筋笼，最后桩底部灌注混凝土形成了混凝土扩大头，此工艺大大提高了单桩桩端承载力。4.1 钻孔成孔用旋挖钻机带动普通钻头钻进，采用干成孔，从而达到钻孔的目的。钻进成孔准确控制成孔深度，在实验桩时用红油漆标志准确。在正常转进时快达到设计深度 2m 左右，根据施工现桩机抖动变化及旋挖桩取出岩样情况，结合地质勘察报告资料判定入岩，注意旋挖钻取土情况，是否到达设计土层，并通过钻杆上的标尺控制入岩深度不少于设计要求的1D（0.8m），达到孔深和入岩深度双控要求。4.2 扩孔当钻机钻进至设计深度，经现场监理对孔深和入岩深度验收合格后，换用扩底钻头进行钻孔，扩底前将钻头用钻机提起，然后缓缓放入孔中。当扩底钻头下入孔底后，在主钻杆上做好行程标记以便精确控制扩孔终点。扩底钻进开始时，应慢转，当钻进至钻机主钻杆所标的行程时，在原位继续转动，转动顺畅，切削无阻力，证明已扩底至设计要求。随即更换普通钻头，取出渣土。4.3 扩底检测扩孔桩的扩底直径检测是确保扩大头达到设计要求的重要控制环节，由于无法直接用肉眼直观观察，所以必须采用先进的仪器设备进行检测。本工程使用 JJC-2D 进行检测，该检测系统通过探头传感在电脑显示，能清楚准确地反映出桩底扩孔的质量及桩径大小的变化。通过检测，本工程所有的扩孔桩径均符合设计要求。4.4 钢筋笼的制作进场原材料必须双证齐全（钢筋合格证、钢筋复检报告），进场后钢筋放置钢筋存放区，在监理见证下取样送检，复试合格后方可使用。钢筋笼制作平台应平稳牢固，钢筋笼堆放及运输必须小心谨慎，防止变形和开焊。依据地下室基础灌注桩配筋图，严格按照规范和设计要求制作钢筋笼，焊工必须让有专业焊工操作证，并做钢筋实验焊，钢筋采用单面焊接，搭接长度不小于 10D，为缩短两个钢筋笼之间焊接时间，减少关键工序持续时间，孔口焊接时必须配两台焊机进行焊接，并派一人配合两名焊工进行孔口焊接操作。4.5 灌注混凝土混凝土灌注是混凝土灌注桩成桩质量关键，特别是初灌混凝土量的控制。为保证混凝土灌注扩底桩的混凝土灌注质量，按照施工规范混凝土初灌量应保证埋管不少于 1 m，导管高于桩底部的高度不得大于 30cm，经计算，直径为 1.6m的扩孔桩底，初灌量 1.5 m3能保证埋管高度 1m 的要求，为此我们均选用1.5 m3的漏斗来保证混凝土的初灌量。下灌后，继续向漏斗连续加入混凝土，进行后续灌注，为保证砼浇筑的连续性，必须安排足够的混凝土罐车，保证施工现场代灌砼富裕。4.6 桩底注浆4.6.1 预埋注浆管按照设计图纸要求规定的注浆管长度进行组装（注浆管长度=孔深+300500mm 进入土体深度+顶部露出长度500mm）。注浆管采用 3 根 25*2.5 的无缝钢管（Q235B）,注浆管应呈等边三角形布置于钢筋笼内侧，且注浆管与钢筋笼用铁丝绑扎固定，绑扎点间距小于 1m；。注浆管连接接头采用螺纹连接，并在接头处缠绕止水胶带，注浆管随钢筋笼安装到位后管内注满清水，保证注浆管内外压力大致平衡，避免注浆管上冒。注浆器下端呈锐角尖头状，其环向面呈梅花均匀制作出浆口，注浆器下端埋入孔底以下 300500mm，出浆孔孔径不大于 1cm，注浆出口套上长20cm 封闭橡胶管。4.6.2 注浆施工在正式注浆施工前，核对图纸，桩位是否正确，并应认真检查每根注浆管是否畅通，制作好注浆接头进行注浆施工。水泥浆配制要求。本工程注浆水泥采用 P42.5 普通硅酸盐水泥，对现场材料出厂合格证等进行查验，并对到场水泥送样复检；在现场查验时要求水泥新鲜、无结块现象，2023.01电子乐园243Engineering 工程技术现场材料要求下垫上盖，避免水泥返潮失效。按设计要求配置好的水泥浆的密度约为 1.651.70 t/m3，现场配制容器为0.62m3 的搅拌桶，按水灰比为 0.550.6 投入配浆水泥和干净施工用水，且搅拌时间不小于 3 分钟。搅拌好的水泥浆液采用孔径为大于 33mm 的滤网进行过滤。4.6.3 压入水泥浆注浆按照先外圈后内部的原则进行控制，注浆时须控制水泥浆液渗入速度，确保慢速、低流量，以确保水泥浆按照设计压力渗入土层。本工程压力控制在设计压力 3Mpa 左右，流速控制不宜超过 75L/min，每根桩注浆必须分两次完成。特别是同桩两根注浆管注浆间隔时间不得超过 6 小时，避免注浆孔堵塞。按照设计要求，本工程注浆达到下列条件之一可终止注浆：注浆压力和注浆量均达到设计要求；注浆压力达到设计值，单桩注浆总量达到设计值 75%。如遇其他特殊情况，提请设计确认处理。如发生以下情况：在桩底注浆时，如若有一根注浆管发生堵塞无法注浆，可将二根注浆管的全部的设计水泥浆用量通过另一根注浆管一次压入桩端。对灌注水泥浆开始即发生桩顶大量返浆，应立即停止注浆，认真检查，分析是否为注浆导管接头漏浆还是注浆管堵塞，并采取相对应的补救措施，确保注浆达到设计要求。压入桩底的水泥量通过压入水泥浆的桶数控制，计算方法如下面公式。)(4.26.011tnV+（800 桩）式中：V每桶浆液的体积水泥浆的密度，一般为 1.651.70 t/m3，计算时按 1.7 t/m3计算；n压入桩底桶数5 钻孔灌注桩扩底注浆技术注意事项使用前检查扩孔钻头收缩与张开是否灵活，钻头张开后和设计扩底尺寸偏差，旋挖桩各部件是否磨损严重，各销轴连接是否牢固。根据桩长所需的最大钻杆长度，确定其行程。首先将扩底钻头放置至扩孔部位，然后缓慢给压使钻头逐渐张开，并不断测量扩底钻头的直径直到扩孔至设计孔径大小，当钻头张开至所需的扩底直径时，可在小中心方管上用红油漆记下大中心方管下端的位置。再次将钻头提起使其完全处于收缩状态，此时在小中心方管上再次用洪油漆记下中心管的位置。测量中心方管上两个位置的距离，即为扩底钻头完成整个扩底的钻杆行程长度。准确测量钻孔深，测量孔深时应考虑每个孔原地面标高不一致；且当扩底钻头下放至孔底，在主钻杆上做扩底的起点和终点标记时，还应考虑一部分扩孔系数。因扩底钻头下放至孔底时，钻头与孔壁有一部分间距，并不是完全处于收缩状态，而是略有张开，所以确定扩底行程的终点时，应比地面实测行程适当减少。当钻头下入孔底后，应慢速、均匀转动，空钻正常后方能加压钻进。钻进时缓慢给压，使扩孔钻头逐渐张开扩翼，切削桩底岩层进行扩底。钻进时应用最低档转速，通过卷扬机放绳速度控制钻进速度小于 10cm/min，保证扩底质量，避免塌孔。正常钻进时，无异常情况，不得无故提动钻具。扩底到位后，经现场技术人员验收合格后，应轻轻地提动钻具，在桩侧土压力和桩头自重的双重作用下，使钻头产生一定的向上收缩力，收拢钻头，慢慢钻头变为 800mm 大小提出孔外，如出现提钻受阻现象，不可强提，猛拉。因采取上下拉动钻具，并慢慢旋转的方法，钻头便可收拢。扩底钻头提出孔外，应放置在孔口外 2m 范围以外，并应及时冲洗干净，便于及时发现问题及时修复，以备下次钻孔使用。保证注浆口深入土层 300mm，以便注浆孔不被混凝土包裹。注浆管头（注浆器）采用钻孔预留注浆孔，注浆管连接要采用可靠连接方式，建议采用螺纹连接，连接处采用生胶带缠绕并做注水实验，严防漏水。注浆压力要达到设计压力。注浆孔位采用间隔注浆，不得采取依次注浆。6 结束语本工程桩基结束后，对钻孔扩底灌注桩进行了静载试验，800 试验荷载为 10000KN，最终沉降量符合设计要求。钻孔扩底灌注桩除了具有普通钻孔桩的优点外，还融合了各类较大承载力土层和风化岩层用为扩大头持力层，具有单桩桩底承载力大大提高、并大幅度节约成本，具有良好的经济和社会效益，但该施工工艺技术对现场控制要求较高，需现场技术人员与施工操作人员密切配合，方能顺利完成，以保证该项技术的应用效果。参考文献：1 李超群.钻孔灌注桩桩底扩大头施工技术J.中国科技博览,2012(7):206207.2 陈雪峰,张青平,孙金柱,等.泵吸反循环钻孔扩底桩及后注浆施工技术应用C./2018年江西省地质学会学术年会论文集,2018:135144.作者单位：中铁十四局集团建筑工程有限公司