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灌注混凝土!钻孔灌注桩后压浆技术在天津生态城地区的工程应用

导读:这篇灌注混凝土论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。

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摘 要:文章通过工程实例介绍了后压浆钻孔灌注桩施工技术的应用,阐述了后压浆钻孔灌注桩的加固机理及施工技术要点,同时说明后压浆技术对于改善桩端及桩侧阻力的有效性.

关键词:泥浆护壁钻孔灌注桩;后压浆技术;注浆压力;注浆量

中图分类号:TU753      文献标识码:A      文章编号:1009-2374(2011)10-0066-04

传统的泥浆护壁钻孔灌注桩施工工法存在很多固有缺陷,在成孔过程中孔壁残留的泥皮以及孔底难以清理干净的沉渣,很大程度上消减了灌注桩体的侧摩阻力和桩端阻力,成为桩基沉降量较大的主要影响因素.后压浆技术是针对钻孔灌注桩传统施工工艺存在的缺陷而发展起来的一种施工工艺,它是指钻孔成桩后,利用预埋在桩身的注浆管,通过地面压力装置,将固化液经桩端、桩侧注浆装置均匀的注入桩端、桩侧土层.固化浆液对桩端土层、桩端沉渣及桩侧附近的桩周土体起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结等不同作用,通过改变土体的物理力学性能及桩土间边界条件,从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量.

一、工程概况

中新天津生态城世茂2003地块住宅项目,东至中津大道,西至和惠路,南至中天大道,北至和畅路.原场地为盐池,由淤泥浅滩进行填海造陆形成的海相淤泥质软土地基.该工程地上由24栋16~24层高层住宅构成,地下为整体一层地下室.高层住宅桩基形式采用后压浆混凝土灌注桩,桩径为600mm,桩长为34m,桩身混凝土强度等级为C35,抗渗等级为P8,单桩极限承载力4800kN(抗压).整体场区地质分布情况详见表1:

本场地地下水属潜水类型,地下水的补给以大气降水入渗为主,排泄以蒸发为主.在勘察期间,测得本场地地下水稳定水位埋深在0.6~3.1m左右;在长期浸水作用环境下,本场地地下水对混凝土结构具中等腐蚀性,对混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性.

二、后压浆钻孔灌注桩施工技术要点

(一)施工工艺流程

后压浆钻孔灌注桩施工工艺流程如图1所示:

(二)泥浆护壁钻孔灌注桩施工

1.桩位放线.放线时用18钢筋打入300mm深的孔并灌入白灰,挖护筒前每根桩设4个控制点.护筒埋设好后,根据所设4个控制点确定桩点位置.

2.泥浆护壁钻孔工艺.

埋设护筒:护筒采用5mm厚钢板经卷制焊接而成.在地面挖比护筒直径大200mm的圆坑,护筒放置周围用土夯实,护筒上口宜高出地面200mm.用水准仪测护筒上口标高,做为控制孔深和桩顶标高的依据.

钻机就位:钻机就位后应平整稳固,保证在钻进过程中不产生位移和摇晃,否则应及时处理.应采取措施保证钻具中心和护筒中心重合.

钻孔:根据工程地质资料和设计资料,钻孔采用QZ-90型潜水钻机,泥浆采用原土自然造浆,成孔钻进采取正循环法施工.开钻时在护筒下2m范围内应慢速钻进,待导向部位或钻头全部进入土层后方可加速钻进.排浆:为保证现场文明施工,形成的泥浆废渣用泥浆车拉至场外.

清孔:按设计要求钻至深度后,钻机进行空钻不进尺,采用正循环法进行清孔.注入稀泥浆,待排出的泥浆比重为1.15左右时即可.导管安装后灌注混凝土前,进行二次清孔.

3.注浆管及钢筋笼制作、安放.

注浆管的制作.在制作钢筋笼的同时制作注浆管.注浆管采用国际低焊接管, 压流体输送用公称口径25mm,壁厚不小于3.25mm.接头采用焊接,注浆管上部高出地面20cm,注浆管最上端制作出50mm的丝扣端与注浆泵连接.注浆管在最下部40cm制作成注浆喷头(或注浆阀),在该部分采用电钻均匀钻出4排(每排4个),间距5 c m,梅花形布置,直径5 m m的注浆孔作为注浆喷头.用图钉将注浆孔堵严,外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封严,这样注浆喷头就形成了一个简易的单向装置:当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出,水泥浆通过注浆孔压入土层中,而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将注浆管堵塞.

注浆管的布置.将2根注浆管对称绑扎在钢筋笼内侧(见图2注浆管布置示意图).成孔后清孔、提钻、下钢筋笼,在钢筋笼吊装安放过程中要注意对注浆管的保护,钢筋笼不得扭曲,以免造成注浆管在两节注浆管焊接连接处脱焊,喷头部分应加混凝土垫块保护,不得摩擦孔壁以免造成注浆孔的堵塞.

钢筋笼的制作应符合设计与规范要求.第一,钢筋笼宜分段制作,分段长度应根据吊装条件和总长度计算确定,应确保钢筋笼在移动、起吊时不变形,相邻两段钢筋骨架的接头需按规范要求错开.第二,钢筋笼骨架的纵筋内侧每隔2m左右加焊一个Φ12的环形加劲箍,加劲箍筋与纵向主筋点焊;纵向主筋采用单面焊接,沿加劲箍筋圆周均匀布置,并尽量减少接头,接头位置应相互错开,同一截面内接头数量不得多于50%;螺旋箍筋与主筋采用梅花型点焊.第三,钢筋笼保护层为55mm,采用水泥砂浆垫块保证钢筋笼的保护层.钢筋笼保护层垫块设置竖向间距为2m,同一截面均匀分布,不得少于4处.第四,钢筋笼起吊应按钢筋笼长度的编号入孔,起吊过程中应采取措施确保钢筋笼不变形.第五,搬运和吊装时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁,就位后应立即固定.钢筋笼吊放入孔时应居中,钢筋骨架吊放入孔后,采用支撑或挂吊方式固定,并保证在安放导管及灌注混凝土过程中不发生位移.

4.水下混凝土灌注.

桩身混凝土强度为C 3 5 , 混凝土水灰比不应大于0.45,抗渗等级采用P8.由于本场地地下水对混凝土结构具中等腐蚀性,对混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性,需提前与混凝土供应商商榷在混凝土中掺入外加剂,以满足混凝土桩身及钢筋的防护不受的地下水腐蚀.灌注水下混凝土时的混凝土拌合物供应能力,应满足桩孔在规定时间内灌注完毕;混凝土灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间,开灌前必须有1/2桩体混凝土到现场.混凝土采用商品混凝土,利用混凝土搅拌运输车运至施工现场.

水下混凝土灌注采用导管法灌注, 导管内径为2 2 0 m m , 壁厚不小于3 m m ; 导管接口之间采用丝扣连接,连接时必须加垫密封圈,并上紧丝扣.导管使用前应在地面装置成形进行水密承压(试水压力一般为0.6~1.0MPa),确保导管密封性.导管安放时应保证导管在孔中的位置居中,防止碰撞钢筋骨架.

水下混凝土必须具备良好的和易性,在运输和灌注过程中应无显著离析、泌水现象,灌注时应保持足够的流动性.配合比应通过试验确定,坍落度宜为:水下灌注为160~220mm.

首批灌注混凝土数量使导管埋入混凝土深度0.8m以上.

灌注水下混凝土的技术要求:混凝土开始灌注时,漏斗下的封水塞采用橡胶止水球阀.混凝土运至灌注地点时,应检查其均匀性和坍落度,如不符合要求应进行第二次拌合.第二次清孔完毕,检查合格后应立即进行水下混凝土灌注,其时间间隔不宜大于30min.首批混凝土灌注后,混凝土应连续灌注,严禁中途停止,一根桩不宜超过4h.在灌注过程中,应经常测探孔内混凝土面的位置,及时调整导管埋深,导管埋深宜控制在2~6m.严禁导管提出混凝土面,并要有专人测量导管埋深及管内外混凝土面的高差,指导拆管节数,填写水下混凝土灌注记录.在灌注过程中宜使导管在一定范围内上下窜动,并及时转动,防止起拔导管困难.为防止钢筋骨架上浮,当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时,应降低混凝土的灌注速度,当混凝土拌合物上升到骨架底口4m以上时,提升导管,使其底口高于骨架底部2m以上,即可恢复正常灌注速度,也可采用孔口限位措施.在灌注达到桩顶下2m左右时,导管埋深不宜小于1.0m,以保证桩头的密实度.应控制最后一次灌注量,超灌高度宜为0.5~0.8m,凿除泛浆高度后必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计等级.

(三)后压浆施工

1.安装压浆设备,铺设压浆管路.压浆泵选用BW-150型柱塞式泥浆泵,地表输浆软管选用耐压值超过10MPa的钢丝编织高压胶管.

2.拌制水泥浆液.后压浆钻孔灌注桩要求水泥浆液粘度低,渗透力强,流动性好,易控制凝固时间,浆液凝固体积不收缩,浆液稳定性好,不离析不沉淀.本工程注浆水泥采用425号普通硅酸盐水泥,水泥浆搅拌机选用双层搅拌机,利用上层制浆进行第一次搅拌,经筛网过滤放入下层进行第二次搅拌.灌注过程中水泥浆始终在搅拌,保持不沉淀.

3.注浆参数.在工程桩施工前,应该根据以往工程的实践情况,先设定参数,然后根据设定的参数,进行试桩的施工,试桩完成后达到设计的强度,进行桩的静载试验,最终确定注浆参数.

浆液水灰比不宜过大和过小,过大会造成压浆困难,过小会使水泥浆在压力作用下形成离析,一般采用0.5~0.7.

压浆量是指单桩压浆的水泥用量,它是控制后压浆施工是否完成的主要参数.

注浆压力要克服管路等的阻力而渗入沉渣或地层土的孔隙中,而且不能破坏地层土的结构,一般不超过4MPa.压浆终止压力是指结束压浆的控制压力.灌注桩后压浆施工一般应该根据事先设定的压浆量来控制,但同时也要控制压浆的压力值.在达不到预先设定的压浆量,但达到一定的压力时就要停止压浆.

根据本工程施工场地土体的饱和度、渗透性及周边工程实践和试桩参数综合考虑,钻孔灌注桩后压浆水泥浆液水灰比为0.55,单桩注浆量不小于1400kg,注浆压力为1.5~3MPa,终止压力为0.8MPa,注浆流量为75L/min.

4.注浆桩位的选择.根据以往工程实践,在砂土中,水泥浆在工作压力作用下影响面积较大.而在粉质粘土层中影响面积较小,需要加大注浆压力.为防止注浆时水泥浆液从临近薄弱地点冒出, 注浆的桩应在混凝土灌注完成2~3d后,并且该桩周围至少8m范围内没有钻机钻孔作业.

5.压水.为确保压浆管路的畅通,在桩身混凝土灌注后1~3d内进行压注清水,疏通压浆通道,冲开密封的压浆管头包裹的胶带和混凝土覆盖层,如不及时采取措施冲开这些,待混凝土强度提高,将导致无法压浆.

6.注浆施工顺序.注浆时采用2根桩循环注浆,即先压第1根桩的A管,注浆量约占总量的70%,注完后再压第2根桩的A管,然后依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管,这样就能保证同一根桩的2根注浆管注浆时间间隔30~60min以上,给水泥浆扩散的时间.当注浆总量和注浆压力均达到设计要求或注浆量已达到设计值的75%,且注浆压力超过设计值时可终止注浆.当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆,改为间歇注浆,间歇时间为30~60min,注浆压入量大于100kg,注浆时应做好施工记录,记录的内容应包括施工时间、注浆开始及结束时间、注浆数量以及出现的异常情况和处理的措施等.压浆结束将地面压浆管口封堵,以防浆液回流.

三、后压浆钻孔灌注桩机理分析

(一)泥浆护壁钻孔灌注桩承载力的影响因素

1.孔壁泥皮的影响.为了保证桩孔孔壁的稳定性,不致产生塌孔、缩径等现象,在灌注桩成孔过程中,需要选用泥浆护壁,保证灌注桩成孔质量.但是由于泥皮的存在,阻碍了桩身混凝土与桩周围土层的粘结,降低了灌注桩的侧摩阻力,影响了灌注桩的承载力.

2.孔底沉渣的影响.灌注桩成孔后,进行一次清孔.在下放钢筋笼、安装混凝土导管这段时间,孔底难免会产生新的沉渣,需要进行二次清孔.

但无论如何清孔,孔底都会留有或多或少的残渣,这些孔底残渣是不可避免的.孔底沉渣也严重影响了灌注桩的承载力.

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3.桩底混凝土离析的影响.在桩身混凝土浇灌时,混凝土从细长的导管落下,因落差太大造成桩底混凝土离析而形成虚桩,影响桩底混凝土强度.

(二)后压浆加固机理

灌注桩成桩后,利用预埋在桩身的注浆管,通过地面压力装置,将固化液经桩端、桩侧注浆装置均匀的注入桩端、桩侧土层.固化浆液对桩端土层、桩端沉渣及桩侧附近的桩周土体起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结等不同作用,通过改变土体的物理力学性能及桩土间边界条件,从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量.1.提高灌注桩侧摩阻力.桩侧后压浆技术使固化浆液在高压作用下,沿桩壁向上或横向流动,可以破坏泥皮,充填桩侧混凝土与周围土层间隙,挤压密实由于成孔时受泥浆浸泡而松软的桩壁土,极大提高了灌注桩侧摩阻力.另一方面,固化浆液渗透到桩侧土层中与桩侧土体相结合,提高了桩侧土体的强度,改善了土体的物理力学性能,从而极大地提高了桩侧摩阻力.

混凝土灌注桩:成孔灌注混凝土桩

2.提高灌注桩端阻力.桩端后压浆技术使固化浆液在高压作用下,浆液渗透到桩端疏松的沉渣及虚桩中,形成强度较高的混凝土.随着注浆量的不断增加,固化浆液一方面向桩端受泥浆浸泡而松软的土层中渗透,向四周扩散相当于增加了桩端直径,形成扩大头,增加桩端承压面积.当注浆压力与桩端土压力平衡时,固化浆液对桩端土层进行填充、挤压、密实、固结,从而提高了桩端阻力.

四、结语

后压浆施工技术不仅解决了泥浆护壁钻孔灌注桩的固有缺陷,同时固化浆液对桩端土层、桩端沉渣及桩侧附近的桩周土体起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结等不同作用,改善土体的物理力学性能及桩土间边界条件,从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量.此工艺的成功运用,为以后此地区桩基础设计提供了有力的依据.

后压浆施工技术工艺简单,施工方法便于掌握,施工设备轻便,在某些工程中能够有效降低工程造价.该技术重点是压浆量和注浆压力的确定,不同的工程地质条件有很大的差异,不可能有相同的压浆参数,预先设定的压浆参数往往参考相似工程的经验,压浆参数的最终确定要依赖于试验桩的结果,今后可以通过更多的工程实践进行研究试验,以确保压浆效果稳定可靠,使其推广应用.

参考文献

[1]  建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].

[2]   郭彬.桩底后压浆技术在钻孔灌注桩中的应用及效果,百度文库.

[3]   中国建筑科学研究院地基基础研究所.泥浆护壁钻孔灌注桩后压浆成套技术.

[4]   桩基工程技术.中国建筑工业出版社.

(责任编辑:耿春芳)

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