摘 要:介绍了长螺旋钻孔灌注桩的主要特点、适用范围,并对其设计施工以及检测方法进行了探讨,指出该桩型具有良好的经济和社会效益,为该桩的推广应用提供了依据。
关键词:长螺旋钻孔,混凝土桩,设计,施工,质量检测
中图分类号: TU473. 12 文献标识码:A
引言
CFG桩复合地基技术是20 世纪80 年代由中国建筑科学研究院立题进行试验研究,1992 年通过建设部部级鉴定,1994 年被建设部列为全国重点推广项目,1995 年被国家科委列为国家级全国重点推广项目,已在全国十几个省市尤其是北京、河北地区广泛应用,且已成功应用到20 层～30 层的高层建筑中,是一种较为成熟的地基处理工艺,已被纳入J GJ 79291 建筑地基处理技术规范的修订稿中。长螺旋钻孔压灌混凝土桩基工法是在水泥粉煤灰碎石桩(即CFG 桩) 的基础上改进的一种刚性桩。它借鉴了CFG的施工工艺,将其运用到钢筋混凝土桩基中,既继承了CFG桩工艺具有的施工速度快、质量容易控制、没有振动和泥浆污染的优点,又发扬了钢筋混凝土钻孔灌注桩桩身强度高、单桩承载力大的特点,特别适合于旧城改造等城区环保要求较高的居民建筑等基础工程中,亦适合于输变电塔的基础中。
1 设计方法
长螺旋钻孔压灌混凝土桩的设计计算理论与其他钻孔灌注桩相似,而后者早已为工程设计人员和施工单位所熟悉,这为长螺旋钻孔压灌混凝土桩工法的推广提供了良好的基础。
1. 1 桩径及桩距
根据设备、地质条件及设计要求, 桩径多为Φ400 ,Φ600 ,Φ800 ,桩距为3 d～6 d ( d 为成桩桩径) 。
1. 2 桩体材料及桩身强度
设计时应根据单桩承载力所需的桩身强度和泵送混凝土的需要来确定。骨料为1 cm～2 cm 的碎石或卵石,含砂率为40 %～45 % ,坍落度为16 cm～20 cm ,为便于泵的输送可掺入一定比例的混凝土泵送剂。桩身强度一般为C20 和C25 ,若设计桩身强度较低时可掺入一定量的粉煤灰,既降低造价,又增加了混凝土的可泵性。
1. 3 钢筋笼
钢筋笼的设计与其他钻孔灌注桩一致。
1. 4 单桩承载力
单桩承载力的设计值为400 kN～750 kN ,高于振动沉管灌注桩的承载力。
2 工艺流程
成桩工艺流程如图1 所示。
其主要特点是: 1) 采用干成孔的长螺旋钻机无振动排土钻进,无需泥浆护壁,因而对周边居民及相邻建筑物没有振动影响,且无泥浆污染。2) 采用超流态泵送混凝土技术,边提钻边压灌混凝土,提钻与成桩同步进行,大大加快了施工速度。3) 成桩时采用压力浇灌混凝土,既改善了桩周土体性能,又保证了桩身质量,避免了缩颈、断桩现象,提高了单桩承载力,保证了该工艺既能在易坍塌的土层成孔成桩,又能在地下水丰富的土层中成孔成桩,避免了水下浇筑混凝土质量难以保证的缺点。
3 施工机械
施工机械主要为长螺旋钻孔机和混凝土输送泵。
3. 1 长螺旋钻孔机
钻孔机采用液压步履、履带式和滚管式行走,目前,普遍采用的是步履式和履带式,国内有河北新河和河南郑州两大生产厂家。钻具采用长螺旋钻具,其常规直径为Φ400 ,Φ600 ,Φ800 三种,它与普通钻具相比有以下不同点:
1) 该钻具有中心管内灌注混凝土的功能,且其顶部设有泄气阀,中心管直径大于125 mm。因为一般混凝土输送软管内径为125 mm ,为了使输送到钻顶中心管中的混凝土能自由下落,并冲开底部的活瓣,同时,保证自落后的混凝土将中心管内的空气排到顶部泄出,因此中心管直径需大于125 mm ,一般为156 mm。
2) 中心管的底部(即钻头处) 有混凝土出口,出口处有两片可开闭的活瓣。钻具开始钻削土体之前,应将活瓣闭合,以防止土、砂或水进入中心管内,泵输送混凝土时将活瓣打开。
3) 动力部分为双电机。采用双电机主要是为了预留输送混凝土的中心管,双电机功率一般分为2 ×37 kW ,2 ×45 kW ,2 ×55 kW,2 ×75 kW 几种。电机功率的大小决定了钻具的成孔深度,2 ×37 kW钻机成孔深度为18 m ,2 ×75 kW 钻机成孔深度可达30 m。
3. 2 输送泵及输送管
与长螺旋钻具中心管相匹配, 现场采用混凝土输送泵和Φ125 输送管。目前较常用的为30 泵,有方园、中联和SANY等产品,工作泵压一般为4 MPa～6 MPa。Φ125 输送软管与长螺旋钻具中心管相连,既可方便钻机移动,又可保持搅拌后台位置的相对稳定,无需多次移位,即可满足一个工程的需要,混凝土的搅拌可根据工程的实际情况选用以下两种形式:一是现场搅拌;二是用商品混凝土。两者均通过混凝土泵料斗输送到钻机中心管提钻成桩,完成混凝土的灌注施工工作。
4 质量检测
4. 1 混凝土质量检测
严格按配合比进行搅拌,对搅拌出的混凝土要经常检查坍落度,发现异常及时调整。每台班应留一组混凝土试块,28 d 养护期满后做抗压强度试验,留作档案资料。
4. 2 成桩质量检测
抽检20 %的桩进行超声波动测,以检验桩身的完整性。
4. 3 单桩承载力检验
在工程中选择三根桩做静载试验,以检验单桩承载力。武汉市某住宅小区采用长螺旋钻孔压灌混凝土桩基础,设计桩径400 mm,桩长19 m ,设计单桩极限承载力为1 200 kN ,并对本根试桩进行动测和破坏性静载试验。试验结果表明,三根试桩桩身质量良好,极限承载力分别为1 600 kN ,1 500 kN ,1 500 kN ,高于设计的极限承载力。
5 结语
1) 长螺旋钻孔压灌混凝土桩是一种刚性桩,其设计计算理论与其他钻孔灌注桩相似,但其成桩工艺具有施工速度快、成桩质量好、造价低且无振动,无泥浆污染的特点,适用于环保要求较高的城区旧房改造以及输变电塔等基础工程中。2) 由于采用了泵送混凝土工艺使得该项工法既能在地下水丰富的土层中成孔成桩,又能在易坍塌的土层中成孔成桩,避免了水下浇灌混凝土的不利之处。3) 单桩极限承载力可达1 600 kN ,高于振动沉管灌注桩。4) 每班可完成20 根～25 根桩,缩短了工期,节省了造价,受到了施工和建设单位的欢迎。
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