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冲孔灌注桩的成孔控制要点

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文章从冲击式成孔灌注桩的成孔原理和工艺特点出发,对其质量控制要点予以分析,就其中桩孔偏斜等突出的质量问题,结合工程经验提出了针对性的预控措施和解决方案,为此类桩型的施工控制提供了参考。

【关键词】 冲击式成孔;灌注桩;质量控制;垂直度控制

冲击式成孔灌注桩利用冲锤自重产生的冲击力,能够对高强岩层进行破碎,其成孔原理可靠、施工机具简单,因而在基础工程中得到广泛应用。但由于冲孔过程是在水下进行的,孔内情况无法直接观察,且冲击形成一
个符合要求的桩孔需要经历较长时间的连续施工,面对水土共同作用的各种偶然因素,任何一个环节出现问题,都将对后续的成桩质量造成直接影响,所以在需要施工中采用相应的控制措施,以满足工程桩成孔要求。

1 冲击式成孔原理和成孔过程

冲孔桩的成孔原理是通过桩机上的卷扬机、钢丝绳将3~7吨重的锤头吊起,然后突然放松约束,让锤头(在泥浆中)自由下落,利用锤头自重砸冲高强岩层以形成桩孔的过程,这样的施工工艺特点产生了其特有的适
用范围和质量通病。

一方面,锤头下落的巨大冲击能量可以砸碎高强岩层,适用于在持力层强度较高的岩层中开孔,另一方面,其巨大能量也会通过钢丝绳传递给桩机,使得每松一次钢丝绳,桩机都会有规律的被“带动”一次,若不及时发
现和纠偏,容易使桩机逐渐偏位,带来桩孔偏斜等成孔质量问题。

根据以上的成孔原理,冲击式成孔灌注桩的成孔过程,经过定位开砸、埋设护筒、冲击加深、入岩判岩、高强岩层冲进、终孔验收等主要阶段,每根桩的冲孔时长视孔深和岩层强度等因素而定,一般在1~2天时间,
其中高强岩层冲进占用了大部分时间,根据这样的冲孔基本过程,成孔质量控制主要集中在定位准确、垂直冲进、判岩及时、入岩(深度)到位等环节上。

2 桩位放样坐标控制

2.1 工程桩的桩位放样从技术角度讲不是难点,但由于工程桩常常数量众多,桩位放样存在多个步骤、牵涉大量坐标数据,如不一步控制到位,打桩过程中再难有机会全面检查校核,而一但成桩后发现偏差后果严重,
且对责任单位来说,一般都属于难辞其咎的硬伤,处理将十分困难,所以有必要严格控制好这一环节,保证桩位按照设计要求放样。

2.2 随着计算机的广泛应用,桩基单位一般从设计方拷来的电子版桩位布置图中获得每根桩位的放样坐标值,这些数值可以在CAD软件中形成对应于每根桩的EXCEL坐标数据表,并分批导入全站仪中,其中有几点值得
特别注意,如原电子版图纸中的桩坐标一般为绝对坐标,这些坐标和总平面图中建筑物控制点的坐标关系;这些绝对坐标向数值简明的放样坐标的转换;如果采用手工输入全站仪,每一个坐标值的校核检查;以及不断的通
过建筑轴线间的距离检查校核坐标值的正确性等等,以上转换步骤的控制原则应尽量步骤简单、逻辑清晰、整体处理、必须校核,只有严格、细致的控制,才能确保按照设计坐标进行放样,这是工程桩质量控制的重要问
题。

3 成孔垂直度控制

3.1 在开孔的初始阶段,由于孔心标于地表,开孔位置控制较为容易,存在难度的是在冲孔过程中,孔口位置常常正确,但是孔口以下会逐渐产生偏斜。根据冲击式成孔的特点,可利用锤头吊绳的垂直度来间接监控冲
孔的垂直度,具体方法是机台将锤头触底后吊空50~100cm高度,这个高度的原则应使得钢丝绳绷紧同时锤头起吊高度尽量较小,以观测整个孔深的垂直度情况,如果桩孔出现偏斜,此时的钢丝绳垂直度也将随桩孔歪
斜,这时采用全站仪(或经纬仪)测量地表以上部分钢丝绳的垂直度,即可间接测量到桩孔的垂直度,由于可能从x和y两个方向出现偏斜,所以应从相垂直的两个方向架设全站仪,这在工程桩施工开始前就应考虑到,根据
场地条件,尽量将工程桩放样控制点设于地势较高、能够通视的地方,这样一次架设全站仪,即可完成桩位放样和在打桩位的垂直度监测工作,当同时工作的机台数量众多时,这一点显得尤为重要。

3.2 冲孔过程中桩孔出现偏斜的原因主要分为以下几种:①桩位处于入岩岩面为陡坡的区域,或出现孤石、探头石,落锤部位软硬不均,导致锤体受力不均匀,使得桩孔偏斜;②场地泥浆漫流或雨水泥泞,机台某一部
位逐渐陷入淤泥,随着冲孔振动导致桩孔偏斜;③机台设置不水平,或机台坐落于斜坡上,调平不到位,桩机整体前(后)倾斜,施打过程中会机台逐渐移位,导致桩孔偏斜;④为了在软质地表调平机台,在机台后部的走
管下叠放了过多的(多于1块)枕木,如果未采取有针对性的限位措施,枕木之间会相互错位,从而使机台移位,导致桩孔偏移;⑤机台未按常规做法将后部走管设置于机台尾部的重心所在处,如果机台尾部的重量(卷扬
机和钢丝绳卷筒)悬空,每落锤一次,机尾都会有一定程度的抖动,从而使机台移位,导致桩体偏斜。

3.3 针对上述原因,可针对性的采取措施,如对场地和泥浆进行规划,保证机台坐落于硬质稳定的地表,避免泥浆漫流;开孔前调平机台,避免倾斜导致机台移位;在软硬地质交界的部位,采用低冲程冲进,确认进入
硬质地层1~2m后,再采用大冲程冲进;当遇到孤石、探头石时,可采用高低冲程交替冲击,将大孤石击碎或挤入孔壁,如果发现孔道垂直度已发生偏移,应及时停打,并采用反方向拖锤扫孔或回填片石、重新冲孔的方
法处理,以保证桩孔垂直度符合要求。

3.4 每个工程的岩层分布、地表条件、机台情况各不相同,使得出现孔斜的情况也不完全相同,但只要控制好监测频率、及时对发生偏斜的案例做出统计,就能从中发现规律并采取有针对性的纠偏措施。根据打桩初期
的观测结果,如果打桩机台较多、出现问题较多,那么应保证一天三次的观测频率,其中应重点关注单桩单柱的工程桩。由于夜间亮度一般不具备仪器照准部的工作条件,所以整个夜间是无法观测的,而工程桩的施工工艺
决定了灌注桩必须夜间连续施工,这就要求早晨一上班、晚上下班前及时进行观测,中午观测一次是为了检验上午的纠偏效果,并提出下午的纠偏指令,根据经验,一般半天偏斜的水平距离最大能够达到30cm,从技术角
度出发,桩孔垂直度偏差过大是完全可以控制的,主要在于施工管理人员和机台操作人员的责任心,所以观测和纠偏应通力配合,保证桩体垂直度满足设计和规范要求。

3.5 一般一天至少架设一次全站仪,对桩孔垂直度进行监控,否则一旦出现偏斜后再扫孔纠偏,即使能够彻底纠偏回到预定位置,也将使得桩孔被扩大,此时应对钢筋笼采取相应的定位措施,以确保钢筋笼轴线和桩体轴线重合,满足受力要求,同时,扫孔纠偏将使得混凝土浇筑量增加,在该道工序施工时应有所考虑,为控制超灌量提供依据。

4 入岩深度控制

打桩的目的是获得桩体承载力,以便将上部结构传来的荷载通过桩体传递给地基,冲孔灌注桩一般都非摩擦桩,其承载力主要建立在基底持力层上,所以入岩深度控制尤为重要,入岩深度过大工程造价高造成浪费,深
度不足则达不到设计承载力要求,对结构安全造成影响。

4.1 计算每根桩的入岩标高。在工程桩施工开始前,根据工勘报告和桩位坐标,计算每根桩的入岩标高,为入岩预判提供依据。由于工勘报告中只根据勘探孔的分布位置提供出大体的地层剖面(线),很多桩位将位于
相邻两剖面之间,需要从相垂直的两个方向进行距离插值和坐标插值,才能获得这部分桩的入岩标高,操作较为繁琐,工作量也较大,但却提供了可靠的基础数据,结合机台进尺速度(明显变慢),可以很好的对入岩标高
进行预判。

4.2 及时根据预判标高进行捞渣判岩。由于桩机机台的换浆泵不会常开,且渣样从孔底置换上浮需要时间,所以常常捞到的孔口渣样已经是20~30min以前的,这就需要结合预判标高及时换浆捞渣。同时应考虑到工程
桩的结算方式,如按入岩深度(延长米)结算,施工方往往倾向于多打,使得实际捞渣孔深比预判孔深加深,在这样的情况下,从工程造价控制角度,应严格按照工勘报告计算出的预判岩标高进行捞渣,以便于准确判断入
岩标高。

4.3 判岩方需向桩机班组做好交底,提供持力层的标准岩样颗粒,以保证机台能够依据实物,及时通知工勘人员到场判岩。

5 沉渣厚度测量

由于沉渣厚度和桩体受荷承载后的沉降变形值直接相关,所以沉渣厚度是成孔质量的重要指标,其数值可通过沉渣测定仪的微电极探管准确测定,但沉渣测定仪属于检测单位的专业配套仪器,施工现场很少配备,一般
是采用测绳加吊重的方法测量沉渣厚度。

其测量原理是利用测绳将测锤放置孔内,先在上部泥浆中拉放,以获得泥浆中的手感,然后将测锤沉底拉放,以获得沉渣中的手感,两种手感对比,即可知道沉渣分布的厚度范围,并通过在该范围内反复拉动测绳,以
感觉出沉渣厚度,所以如何建立清晰可靠的手感是核心问题,由于手感是靠测锤与沉渣间的摩擦力形成的,所以应尽量产生和增大这种摩擦力,从这个角度出发,测锤的形状和表面光滑程度使得其往往不是最好的选择,现
场可采用吊挂大直径螺纹钢筋来进行上述操作,一方面钢筋细长,来回拉动时获得的距离感强,另一方面钢筋表面的螺纹很容易产生摩擦力,所以螺纹钢筋是简便、有效和可靠的选择,但应注意钢筋的绑扎方式,尽量保证
钢筋呈竖直吊挂状态,以保证获得更加准确的数据。

6 结语

冲击式成孔灌注桩能够在强度较高的岩层中成孔,适用范围较广,但由于在水中作业、振动冲击大、地质条件多变复杂,在成孔阶段会产生多种问题,其质量控制不仅仅是编制一份详尽、具体的控制指标和施工方案就
能够实现的,它需要技术支持,但更需要管理者和操作者的质量意识和责任心,工程质量的实现,是以上整体综合作用的必然结果,在工程桩这样多环节、多工序紧密衔接的连续施工中尤其如此,否则只能是空谈纸面管理
的自娱自乐。

参考文献

1 赵旭.高层建筑冲孔灌注桩纲要.建筑工程,2004
2 JGJ94-2008建筑桩基技术规范.建筑工业出版社,2008
3 俞有炜.建筑桩基概念设计与工程案例解析.建筑工业出版社,2010
4 武小旭.冲(钻)孔灌注桩设计与施工.建筑工业出版社,2007

正文完
 
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