鉆孔灌注樁的歷史背景

灌注樁是指在工程現場通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，根據成孔措施不一樣，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措施分類而定義的一種樁型。灌注樁由最早的100數年前的1893年，由于工業(yè)的發(fā)展以及人口的增長，高層建筑不停增長，不過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，地表如下存在著厚度很大的軟土或中等強度的黏土層，建造高層建筑如仍沿用當時通用的摩擦樁，必然產生很大的沉降。于是工程師們借鑒了掘井技術發(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年代初伴隨大功率鉆孔機具的研制成功首先在美國問世，二戰(zhàn)后，世界各地尤其是歐美發(fā)達國家經濟復蘇與發(fā)展，時至今日，伴隨科學技術的日新月異發(fā)展，鉆孔灌注樁在高層、超高層的建筑物和重型構筑物中被廣泛應用。當然，在我國，鉆孔灌注樁設計及施工水平也得到了長足的發(fā)展。鉆孔灌注樁一般為一種非擠土樁，也有的為部分擠土樁。鉆孔灌注樁的類型可以分為：編輯本段分類樁徑大小A.按樁徑大小分，可分為如下幾種：小樁由于樁徑小，施工機械、施工場地、施工措施較為簡樸，多用于基礎加固和復合樁基礎中（如：樹根樁）。中樁成樁措施和施工工藝繁多，工業(yè)與民用建筑物中大量使用，是目前使用最多的一類樁。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，鉆孔灌注樁可以分為：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特點鉆孔灌注樁具有如下技術特點：a.施工時基本無噪音、無振動、無地面隆起或側移，因此對環(huán)境和周圍建筑物危害??；b.大直徑鉆孔灌注樁直徑大、入土深；c.對于樁穿透的土層可以在空中作原位測試，以檢測土層的性質；d.擴底鉆孔灌注樁能更好地發(fā)揮樁端承載力；e.常常設計成一柱一樁，無需樁頂承臺，簡化了基礎構造形式；f.鉆孔灌注樁一般布樁間距大，群樁效應??；g.某些運用“擠擴支盤”鉆孔灌注樁可以有效減少樁徑和樁長，提高樁的承載力，減少沉降量；h.可以穿越多種土層，更可以嵌入基巖，這是別的樁型很難做到的；i.施工設備簡樸輕便，能在較低的凈空條件下設樁；j.鉆孔灌注樁在施工中，影響成樁質量的原因較多，質量不夠穩(wěn)定，有時候會發(fā)生縮徑、樁身局部夾泥等現象，樁側阻力和樁端阻力的發(fā)揮會伴隨工藝而變化，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)的靜載試驗一般難以測定其極限荷載，對于多種工藝條件下的樁受力，變形及破壞機理目前尚未完全被人們掌握。設計理論有待深入完善。編輯本段施工措施鉆孔灌注樁施工措施鉆孔灌注樁的施工，因其所選護壁形成的不一樣，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→埋設護筒→鋪設工作平臺→安裝鉆機并定位→鉆進成孔→清孔并檢查成孔質量→下放鋼筋籠→灌注水下混凝土→拔出護筒→檢查質量。施工次序(1)施工準備施工準備包括：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備，可根據地質狀況和多種鉆孔機的應用條件來選擇。(2)鉆孔機的安裝與定位安裝鉆孔機的基礎假如不穩(wěn)定，施工中易產生鉆孔機傾斜、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。為防止樁位不準，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，將鉆桿移動大體定位，再用千斤頂將機架頂起，精確定位，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，以保證鉆機的垂直度。鉆機位置的偏差不不小于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繩。(3)埋設護筒鉆孔成敗的關鍵是防止孔壁坍塌。當鉆孔較深時，在地下水位如下的孔壁土在靜水壓力下會向孔內坍塌、甚至發(fā)生流砂現象。鉆孔內若能保持壁地下水位高的水頭，增長孔內靜水壓力，能為孔壁、防止坍孔。護筒除起到這個作用外，同步好有隔離地表水、保護孔口地面、固定樁孔位置和鉆頭導向作用等。制作護筒的材料有木、鋼、鋼筋混凝土三種。護筒規(guī)定結實耐用，不漏水，其內徑應比鉆孔直徑大（旋轉鉆約大20cm，潛水鉆、沖擊或沖抓錐約大40cm），每節(jié)長度約2~3m。一般常用鋼護筒。(4)泥漿制備鉆孔泥漿由水、粘土(膨潤土)和添加劑構成。具有浮懸鉆渣、冷卻鉆頭、潤滑鉆具，增大靜水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內外滲流，防止坍孔的作用。調制的鉆孔泥漿及通過循環(huán)凈化的泥漿，應根據鉆孔措施和地層狀況來確定泥漿稠度，泥漿稠度應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；泥漿太稠會減弱鉆頭沖擊功能，減少鉆進速度。鉆孔灌注樁(5)鉆孔鉆孔是一道關鍵工序，在施工中必須嚴格按照操作規(guī)定進行，才能保證成孔質量，首先要注意開孔質量，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。因此鉆好的孔應及時清孔，下放鋼筋籠和灌注水下混凝土。鉆孔的次序也應實事先規(guī)劃好，既要保證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、位置和孔形直接關系到成樁質量與樁身曲直。為此，除了鉆孔過程中親密觀測監(jiān)督外，在鉆孔到達設計規(guī)定深度后，應對孔深、孔位、孔形、孔徑等進行檢查。在終孔檢查完全符合設計規(guī)定期，應立即進行孔底清理，防止隔時過長以致泥漿沉淀，引起鉆孔坍塌。對于摩擦樁當孔壁輕易坍塌時，規(guī)定在灌注水下混凝土前沉渣厚度不不小于30cm；當孔壁不易坍塌時，不不小于20cm。對于柱樁，規(guī)定在射水或射風前，沉渣厚度不不小于5cm。清孔措施是使用的鉆機不一樣而靈活應用。一般可采用正循環(huán)旋轉鉆機、反循環(huán)旋轉機真空吸泥機以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥機清孔，所需設備不多，操作以便，清孔也較徹底，但在不穩(wěn)定土層中應謹慎使用。其原理就是用壓縮機產生的高壓空氣吹入吸泥機管道內將泥渣吹出。(7)灌注水下混凝土清完孔之后，就可將預制的鋼筋籠垂直吊放到孔內，定位后要加以固定，然后用導管灌注混凝土，灌注時混凝土不要中斷，否則易出現斷樁現象。全套管施工法全套管施工法的施工次序。其一般的施工過程是：平場地、鋪設工作平臺、安裝鉆機、壓套管、鉆進成孔、安放鋼筋籠、防導管、澆注混凝土、拉拔套管、檢查成樁質量。全套管施工法的重要施工環(huán)節(jié)除不需泥漿及清孔外，其他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量問題的防止及處理措施1、成孔質量問題①塌孔防止措施：根據不一樣地層，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，應升高護筒，加大水頭。地下障礙物處理時，一定要將殘留的砼塊處理清除?？妆谔鷩乐貢r，應探明坍塌位置，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縮徑防止措施：選用帶保徑裝置鉆頭，鉆頭直徑應滿足成孔直徑規(guī)定，并應常常檢查，及時修復。易縮徑孔段鉆進時，可合適提高泥漿的粘度。對易縮徑部位也可采用上下反復掃孔的措施來擴大孔徑。③樁孔偏斜防止措施：保證施工場地平整，鉆機安裝平穩(wěn)，機架垂直，并注意在成孔過程中定期檢查和校正。鉆頭、鉆桿接頭逐一檢查調正，不能用彎曲的鉆具。在堅硬土層中不強行加壓，應吊住鉆桿，控制鉆進速度，用低速度進尺。對地下障礙行預先處理潔凈。對已偏斜的鉆孔，控制鉆速，慢速提高，下降往復掃孔糾偏。2、鋼筋籠安裝質量問題①鋼筋籠安裝與設計標高不符防止措施：鋼筋籠制作完畢后，注意防止其扭曲變形，鋼筋籠入孔安裝時要保持垂直，砼保護層墊塊設置間距不適宜過大，吊筋長度精確計算，并在安裝時反復查對檢查。②鋼筋籠的上浮鋼筋籠上浮的防止措施：嚴格控制砼質量，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，導管在砼內埋深不適宜過大,嚴格控制在10m如下，提高導管時，不適宜過快，防止導管鉤鋼筋籠，將其帶上等。3、水下砼灌注問題①堵管防止措施：商品砼必須由具有資質，質量保證有信譽的廠家供應，砼的級配與攪拌必須保證砼的和易性、水灰比、坍落度及初凝時間滿足設計或規(guī)范規(guī)定，現場抽查每車砼的坍落度必須控制在鉆孔灌注樁施工規(guī)范容許的范圍以內。灌注用導管應平直，內壁光滑不漏水。②樁頂部位疏松防止措施：首先保證一定高度的樁頂留長度。因受沉渣和稠泥漿的影響，極易產生誤測。因此可以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，才能確認終灌標高已經到達。③樁身砼夾泥或斷樁防止措施：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清除泥塊，砼灌注過程中導管提高要緩慢，尤其到樁頂時，嚴禁大幅度提高導管。嚴格控制導管埋深，單樁砼灌注時，嚴禁中途斷料。拔導管時，必須進行精確計算控制拔導管后砼的埋深，嚴禁憑經驗拔管。編輯本段鉆孔灌注樁后壓漿法樁端地基加固的應用1、合用的地質條件施工措施合用于灌注樁的持力層應為碎石層,碎石含量應在50%以上,充填土與碎石無膠結或者為輕微膠結,碎石的石質要堅硬,碎石分布均勻,碎石層厚度要滿足設計規(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,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、土粒和裂隙膠結成一種高強度的結合體。水泥漿液在壓力作用下由樁端在碎石層的孔隙里向四面擴散,對于單樁區(qū)域,向四面擴散相稱于增長了端部的直徑,向下擴散相稱于增長了樁長;群樁區(qū)域所有的漿液連成一片,使得碎石層成為一種整體,從而使得本來不滿足規(guī)定的碎石層滿足構造的承載力規(guī)定。在鉆孔灌注樁施工過程中,無論怎樣清孔,孔底都會留有或多或少的沉渣;在初灌時,混凝土從細長的導管落下,因落差太大導致樁底部位的混凝土離析形成“虛尖”、“干碴石”;孔壁的泥皮阻礙了樁身與樁周土的結合,減少了摩擦系數,以上幾點都影響到灌注樁的樁端承載力和側壁摩阻力。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合層上返,消除了泥皮,提高了樁側摩阻力,同步漿液橫向滲透到樁側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忽視的作用。3、壓漿參數的設定壓漿參數重要包括壓漿水灰比、壓漿量以及閉盤壓力,由于地質條件的不一樣,不一樣工程應采用不一樣的參數。在工程樁施工前,應當根據以往工程的實踐狀況,先設定參數,然后根據設定的參數,進行試樁的施工,試樁完畢后到達設計的強度,進行樁的靜載試驗,最終確定試驗參數。(1)水灰比：水灰比一般不適宜過大和過小,過大會導致壓漿困難,過小會使水泥漿在壓力作用下形成離析,一般采用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,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,壓漿量一般為115～210t。它是控制后壓漿施工與否完畢的重要參數。(3)閉盤壓力：閉盤壓力是指結束壓漿的控制壓力,一般來說什么時候結束一根灌注樁的壓漿,應當根據事先設定的壓漿量來控制,但同步也要控制壓漿的壓力值。在達不到預先設定的壓漿量,但到達一定的壓力時就要停止壓漿,壓漿的壓力過大,首先會導致水泥漿的離析,堵塞管道,另首先,壓力過大也許擾動碎石層,也有也許使得樁體上浮。一般閉盤的最大壓力應當控制在018MPa。根據預先設定的參數,進行試驗樁的施工,再根據試樁的靜載試驗成果,最終確定工程樁的壓漿參數,就可以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步制作壓漿管。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但不得露出地面以便于保護。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的孔隙壓入碎石層中,而混凝土灌注時該裝置又保證混凝土漿不會將壓漿管堵塞。(2)壓漿管的布置將2根壓漿管對稱綁在鋼筋籠外側。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,以免導致壓漿管在絲扣連接處松動,噴頭部分應加混凝土墊塊保護,不得摩擦孔壁以免車胎破裂導致壓漿孔的堵塞。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。為防止壓漿時水泥漿液從臨近微弱地點冒出,壓漿的樁應在混凝土灌注完畢3～7d后,并且該樁周圍至少8m范圍內沒有鉆機鉆孔作業(yè),該范圍內的樁混凝土灌注完畢也應在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,這樣就能保證同一根樁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。壓漿時應做好施工記錄,記錄的內容應包括施工時間、壓漿開始及結束時間、壓漿數量以及出現的異常狀況和處理的措施等。5、壓漿施工中出現的問題和對應措施(1)噴頭打不開壓力到達10MPa以上仍然打不開壓漿噴頭,闡明噴頭部位已經損壞,不要強行增長壓力,可在另一根管中補足壓漿數量。(2)出現冒漿壓漿時常會發(fā)生水泥漿沿著樁側或在其他部位冒漿的現象,若水泥漿液是在其他樁或者地面上冒出,闡明樁底已經飽和,可以停止壓漿;若從本樁側壁冒漿,壓漿量也滿足或靠近了設計規(guī)定,可以停止壓漿;若從本樁側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潔凈,等到第2天本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,能保證中間樁位的壓漿質量,若出現個別樁壓漿量達不到設計規(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1、準備階段（1）施工人員對施工地點地質狀況、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的鋼管打入強風化層作為定位樁。（3）將吊裝工字鋼焊接的鋼圍堰導向樁與定位樁分層聯結固定，保證導向框位置精確。（4）插打鋼護筒。鋼護筒壁厚12mm，根據各墩不一樣地質狀況決定護筒長度，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)定調整。（2）用沖擊鉆鉆孔時，應待相鄰孔位上已灌注好的混凝土凝固并已到達一定強度時，才能開鉆。（3）鉆孔過程采用正循環(huán)回轉鉆進施工技術，在黏土層，合適少投泥土，靠鉆進自行造漿，在砂土層則加大泥漿濃度固壁。鉆進速度一直和泥漿排出量相適應。（4）孔內一直保持0.2kg/cm2的靜水壓力，護筒內水位一直高于水庫水位，遇松散地層時，合適增大泥漿相對密度和稠度，盡量減輕沖液對孔壁的影響，同步減少轉速和鉆壓以滿足施工質量控制規(guī)定。（5）鉆進過程嚴禁孔內掉進鉆頭、鉆桿及其他異物，常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，在離設計標高1.0～1.5m范圍內，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保證成樁質量的重要一環(huán)。通過清孔盡量使沉渣所有清除，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，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能力，使沉渣排出孔外。（3）當