大直径、长负空段旋挖桩充盈系数控制技术研究_阳广杰.pdf

20231Building Construction26大直径、长负空段旋挖桩充盈系数控制技术研究阳广杰云南建投基础工程有限责任公司 云南 昆明 650501摘要：针对大直径、长负空段旋挖桩施工，以常规的充盈系数控制方法为基础，对大直径旋挖桩施工充盈系数大，长负空段超灌高度控制难，混凝土超灌高度不够难以保证桩头质量，超灌高度过高造成混凝土浪费、充盈系数大等难题，通过定位放线控制、钻孔过程定位控制、钢筋笼制安吊装控制、混凝土浇筑过程控制等技术，达到精准控制充盈系数的目的。关键词：大直径；负空段；充盈系数；混凝土；钢筋笼中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0026-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.007Research on Filling Coeffi cient Control Technology of Large Diameter and Long Negative Hollow Section Rotary PileYANG GuangjieYunnan Construction Engineering Foundation Engineering Co.,Ltd.,Kunming 650501,Yunnan,ChinaAbstract:For the construction of large diameter and long negative hollow section rotary excavation piles,based on the conventional filling coefficient control method,the construction of large diameter rotary excavation piles has a large filling coefficient,and it is difficult to control the over pouring height of long negative hollow section,and it is difficult to ensure the quality of pile head if the concrete over pouring height is not enough,which causes concrete waste and large filling coefficient.Through positioning and setting out control,drilling process positioning control,reinforcement cage manufacturing,installation and hoisting control,the concrete pouring process is controlled to accurately control the filling coefficient.Keywords:large diameter;negative hollow section;filling coefficient;concrete;reinforcement cage超大直径旋挖桩施工过程中的成孔护壁、硬岩钻进、孔底清渣、灌注桩身混凝土等关键工序提出了质量控制措施，为类似桩基工程提供参考；高春雷2采取了设置全自动泄压井、动态调整泥浆密度、应用专用长护筒提前对接钢筋笼、采用空气压缩设备辅助清孔、改变常规钢筋笼构造等5项施工技术措施，解决了复杂条件下超长旋挖钻孔灌注桩施工难题；曾平3通过具体施工实例，详细地叙述了超长大直径钻孔灌注桩的施工技术，并提出了施工中应注意的问题和预防处理措施；谭松娥等4通过改进的旋挖钻头配合优化的泥浆性能可有效防止钻头泥包并保持孔壁稳定，实现高效快速钻进，显著降低混凝土充盈系数。采用常规的一种或几种工艺组合施工，对大直径、长负空段旋挖桩充盈系数的控制有一定效果。但需系统地从测量放线、护筒埋设、成孔、泥浆护壁、钢筋笼制安、声测管制安、混凝土灌注全过程进行改进控制。为此，本文基于大直径、长负空段旋挖桩充盈系数控制进行全过程组合技术研究。1 工程背景及地质特征1.1 工程背景昆明惠悦城项目规划总用地面积约为15 043.82 m2，近年来，旋挖桩机已在建筑、公路、铁路、市政桥梁桩基施工中得到广泛应用。随着建造技术的发展，旋挖桩直径与深度也在不断增大加长，国内外旋挖钻孔灌注桩施工中多采用传统施工技术。在旋挖桩施工过程中，钻头直径较大，在桩位对中钻头邻近地面时视线受阻，导致桩位对中不准确、成孔桩位偏差；钢筋笼声测管安装过程中，由于声测管为一次性加工完成的细长钢管，细长钢管受自重作用，会产生一定的弯曲变形，声测管在沿着钢筋笼穿插的安装过程中，这种变形会导致底端直接插在钢筋笼的加劲箍或者螺旋箍筋上，同时声测管底端与钢筋笼直接碰撞会造成钢筋笼和声测管局部被破坏；成孔后钢筋笼在孔口分段连接，时间较长，容易造成坍孔及沉渣；负空段较长，超灌高度控制不到位会导致桩头质量不合格，高度过高又会带来混凝土浪费及增大破桩工作量。夏建云等1在作者简介：阳广杰（1990），男，本科，工程师。通信地址：云南省昆明市经济技术开发区林溪路188号（650501）。电子邮箱：收稿日期：2022-07-13地基基础FOUNDATION BED&FOUNDATION建筑施工第45卷第1期27总建筑面积约为122 180.43 m2。其中：地上建筑面积约为 82 590.43 m2，地下建筑面积约为39 590 m2。基坑支护采用桩锚支护。支护桩施工工艺为旋挖钻孔灌注桩，桩径分为1.2、1.5、1.8 m这3种，单桩有效桩长2134.5 m不等，负空段38 m不等。1.2 地质水文条件场地地基土除上部为不等厚的填土（素填土及杂填土）（Q4ml）外，其下为冲湖积（Q4all）、坡洪积（Q4alpl）黏性土、粉土、泥炭质土及坡残积（Q4dlel）的黏性土，下覆寒武系下统沧浪铺组（1c）砂岩。各土层特征自上而下为：第层杂填土，可塑-硬塑状态黏性土；第1层素填土，以可塑-硬塑状态的黏性土为主，夹少量中风化砂岩、泥岩碎石、角砾；第层是粉质黏土，可塑-硬塑状态，中压缩性；第1层是黏土，可塑-软塑状态，高压缩性；第2层是泥炭质黏土，以可塑-软塑状态为主，局部流塑状态；第3层是粉土，中密-密实状态，中压缩性；第层、第层是粉质黏土，以硬塑状态为主，局部可塑状态，中压缩性；第1层是全风化砂岩，已风化为基本保持原生岩石结构的土层。2 旋挖桩充盈系数控制难点分析1）旋挖桩桩径较大，钻头直径较大，在桩位对中钻头邻近地面时视线受阻，导致桩位对中不准确、成孔桩位偏差，成孔过程中调校会使成孔直径增大，从而导致充盈系数增大。2）支护桩桩径较大，护筒部分又加大了200 mm的直径，旋挖钻机卸土完成再次回到桩位后，对中精度难以控制，钻头重复洗刷孔壁，导致桩孔直径越来越大，导致充盈系数增大。3）声测管检测桩均为现场施工过程中各参建单位现场随机抽选，传统的声测管安装方法，声测管在插入钢筋笼的过程中声测管的端部会伤到加劲箍或者箍筋，声测管容易变形弯折或者底端受损，效率较低，等待时长，容易造成坍孔，导致充盈系数增大。4）由于场地限制，钢筋笼必须加工成2节转运到桩孔旁边，先将底笼沉入施工好的桩孔内再起吊上笼到孔口位置进行连接，接笼持续时间长，孔口接笼安全隐患大，接笼时间长容易造成坍孔及沉渣。5）负空段较长，混凝土灌注传统方式为测绳控制，不够精确，超灌高度不够会导致桩头质量不合格；超灌过高会导致混凝土浪费、充盈系数增大。6）支护桩施工需穿透第2层泥炭质黏土，以可塑-软塑状态为主，局部流塑状态，此土层极易坍孔，成桩困难同时会导致充盈系数增大。3 控制性技术研究针对本项目大直径、长负空段旋挖桩充盈系数控制，首先通过“钻孔灌注桩辅助对中装置北斗智能定位”保证桩位对中准确性；再通过“非标护筒”穿透比较容易坍孔的粉土层、泥炭质土层，配合使用优质泥浆护壁保证无坍孔现象；钻进过程中采用“北斗智能定位系统”保证旋挖钻机卸土完成再次回到桩位后，对中精度的准确性；在声测管安装过程中采用“声测管安装导向装置”保证施工质量及效率；钢筋笼吊装采用提前起吊接笼整体吊装技术，最短时间将钢筋笼吊放至孔内，有效减少终孔后混凝土浇筑间歇时间，减少坍孔及沉渣；混凝土浇筑高度采用“灌无忧”进行控制，保证桩头质量并最大限度节约混凝土。综合而言，控制性方案为：“灌注桩辅助对中装置北斗智能定位非标护筒优质泥浆声测管安装导向装置钢筋笼提前起吊接笼整体吊装灌无忧”组合技术。3.1“钻孔灌注桩辅助对中装置”控制技术1）采用全站仪测放预施工桩位，用木桩或钉子进行定位，同时打开旋挖钻机上的北斗智能桩位测放装置，将桩位坐标输入本装置备用。2）桩位对中指挥工手持钻孔灌注桩辅助对中装置手柄，将钻孔灌注桩辅助对中装置上的桩位，对中十字叉对准事先测放好的桩位并紧贴地面。3）桩位对中指挥工通过指挥桩机操作工下沉钻头，当钻头接近钻孔灌注桩辅助对中装置上端的辅助对准圈时，桩位对中指挥工通过指挥桩机操作工前后左右移动机身，使钻头准确套入灌注桩辅助对中装置并慢慢下沉钻头。4）当钻头接近地面，桩位对中指挥工打开桩位对中辅助装置并取出完成桩位人工对中（图1）。旋挖钻头对中装置图1 钻孔灌注桩辅助对中装置使用示意3.2“非标长护筒”控制技术支护桩桩径较大，采用比桩身直径大100 mm的非标钢护筒，对比常规的比桩身直径大200 mm护筒可有效避免钻机卸土回到孔口时的对中误差，减少钻头重复切割孔壁土体导致孔径增大。护筒长度7.8 m，埋深7.3 m，采用与护筒等直径的旋阳广杰:大直径、长负空段旋挖桩充盈系数控制技术研究20231Building Construction28挖钻头引孔穿透杂填土层，采用振动一体式打拔机将护筒加压沉入，为避免过度加压导致护筒变形与位移，采用边取土边沉入的方法。护筒底对应地勘土层第层、第层是粉质黏土，硬塑状态为主，局部可塑状态，中压缩性，能有效防止第层杂填土、第1层素填土、第层粉质黏土、第1层黏土、第2层泥炭质黏土坍孔。3.3“优质泥浆”控制技术针对本项目土层，在场外进行泥浆试配，购进成品泥浆，进场后进行泥浆比重、含砂率及黏稠度测试，并做好测试记录，泥浆比重根据GB 502022018建筑地基基础工程施工质量验收规范第5.6.4条规定应控制在1.151.25之间，含砂率不大于8%，黏稠度不小于17 s。混凝土浇筑前做好返浆准备工作，采用返浆泵抽入固定泥浆容器内，并对返浆量进行测算，并做好相应的测算记录，对实际返浆量与理论成孔容积比较，综合推测是否有扩孔、缩孔、坍孔现象，以便及时对泥浆性能进行调整。3.4“北斗智能定位系统”控制技术利用北斗定位系统，实现钻机动作调整与钻杆就位引导，代替传统的人工放样。1）将北斗测放技术系统安装在旋挖钻机上，并采用已经测放好的桩位进行调试，保证定位准确。2）将预测放的桩位坐标输入北斗测放技术系统。3）桩位对中完成后与采用北斗智能桩位测放装置预先输入的坐标进行对比，位置与坐标相符合即完成桩位对中与校核。4）在钻机钻进过程中，钻机卸土完成转回孔口时，再次采用北斗智能桩位测放装置进行坐标校核，保证每次下钻都在桩位的正中心，避免因回转定位不准确导致桩孔扩大的情况。3.5“声测管安装导向装置”控制技术1）将声测管按照钢筋笼尺寸下料拼装完成，并将声测管底端的堵头扭开。2）声测管安装工人将导向装置连接杆扭紧在事先加工好的声测管底端，并将导向装置插进钢筋笼内侧。3）工人抬起声测管后端将声测管通过导向装置推送至钢筋笼底端，从钢筋笼底端拧松连接杆取出声测管安装导向装置。4）安装上声测管底端堵头，将声测管固定在钢筋笼上（图2）。3.6 钢筋笼提前起吊接笼整体吊装技术本项目在钢筋加工场旁边足够安全距离的位置选择一个空位，进行钢筋笼对接专用长护筒施工，在