《清孔与成桩》PPT课件.ppt

三、灌注桩清孔工艺,清孔（有时也叫清底），就是清除孔底沉渣或虚土（干钻），清除孔壁泥皮。,1、清孔目的,（清除底部沉渣、虚土）提高桩端承载力,（清除孔壁泥皮）提高桩身摩擦阻力,（减小孔内泥浆密度）为灌砼创造有利孔内环境,保证灌注桩质量提高灌注桩的承载力,2、清孔要求,a.终孔检查后，应立即进行清孔工作，以免增加清孔难度,b.不易坍孔的桩孔，可用空气吸泥清孔，稳定性差的孔壁应用泥浆循环或抽渣筒排渣,c.清孔时孔内液面应：泥浆面应高出地下水位1.0m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上,d.清孔过程含砂量小于4%，孔底沉渣符合要求时，停止清孔并保持孔内水头高度,2、清孔要求,e.清孔后浇注混凝土之前泥浆指标要求：孔底500以内的泥浆比重小于1.25；含砂率8%；粘度28s,清孔合格后，在2小时内进行灌注,平底钻头、冲击钻头、冲抓锥施工的桩孔，沉渣厚度从钻头或冲抓锥底部到达的孔底平面算起用底锥形钻头施工的桩孔、底部为圆锥形的桩孔，沉渣厚度从圆锥体的中心标高算起 沉渣厚度使用圆锥形测锤测定，锤底直径约130-150、高度约180-200，用钢板焊制，中间可灌砂配重，一般为5。具体重量可因测绳、测深、泥浆而异,清孔后要求提出的掏渣筒中泥浆中无2-3颗粒，并且泥浆比重降至1.1-1.25。,3、清孔方法,用抽吸的方法将孔底钻渣及含有钻屑的浆液抽出，清孔彻底，适用于各种钻孔方法，但孔壁易坍塌的钻孔采用此法需谨慎，操作注意并防止坍孔。,1）抽浆法,反循环清孔,2）换浆法,采用泥浆泵通过钻杆以中速向孔底压送相对密度为1.15左右、含砂率小于4%的泥浆，把孔内悬浮钻渣多的泥浆替换出来。一般采用两次清孔,正循环清孔,在钻孔终孔后进行，终孔后，停止进尺，将钻头提离孔底10-20，进行换浆。,第一次清孔,在安放好钢筋笼和灌浆导管后进行；导管就位后在导管上装上配套盖头，以较大泵量向孔底压送比重1.15左右的泥浆，将孔底部因下钢筋笼和导管时沉淀的钻渣和仍悬浮钻渣的密度较大的泥浆换出。,第二次清孔,对正循环钻进而言不需另加机具，孔内仍为泥浆护壁，不易塌孔；较大钻渣难以清除；用较小比重泥浆换出较大比重泥浆，孔径大时在孔内会形成对流，清孔时间长；泥浆含砂率较高时不能用清水清孔。,3）掏渣法,4）砂浆置换钻渣清孔法,冲击、冲抓钻进过程中，冲碎的钻渣一部分被挤入孔壁，大部分则靠掏渣筒清除。清孔时还可向孔底投一些粘土，用冲击钻头或冲抓锥低冲程反复拌浆，使孔底沉渣悬浮便于掏出。降低泥浆比重的方法是掏渣后向孔底注水冲稀泥浆，达到要求后停止清孔。,先用掏渣筒尽量清除钻渣，然后以活底箱在孔底灌注60厚的特殊砂浆（炉灰、水泥、适量缓凝剂）能浮在混凝土之上，并保证从注入孔底到作业完成后不致硬化。灌注砂浆后，插入搅拌器，将孔底残留的钻渣拌入砂浆中，然后吊出搅拌器，下放钢筋笼，灌注混凝土，混有钻渣的特殊砂浆浮于混凝土之上，一直被推到桩顶，处理桩顶浮浆时可被除去。,清孔后要求提出的掏渣筒中泥浆中无2-3颗粒，并且泥浆比重降至1.1-1.25。,四、灌注桩成桩工艺,灌注桩成桩工艺,钢筋笼制作、吊放,桩身混凝土,1、钢筋笼的制作与吊放,1）钢筋笼的结构,主筋：受水平力的桩不得少于 810；抗压桩、抗拔桩不宜少于610；纵向主筋均匀布置，其净距不应小于60mm，尽量减少接头，一般要铆入承台内（30-45）d(d为主筋直径)。,箍筋：68200300mm，宜采用螺旋式箍筋；受水平力较大或抗震桩，桩顶35桩径范围内箍筋应适当加密到100-150。,加劲箍筋：钢筋笼长度大于4m，应每隔2m左右设一道1218的加劲箍筋。（架立钢筋）焊接长度为钢筋直径的8-10倍。,吊筋：是辅助筋，对钢筋笼起轴向定位作用。,保护块：间隔一定距离在加劲箍筋上设置的混凝土保护块,2）钢筋笼的制作要求,制作允许偏差 主筋间距（土10）；箍筋间距或螺旋筋螺距（土20）；钢筋笼直径（土10）；钢筋笼长度（土50）。,主筋的混凝土保护层厚度不应小于35，水下灌注混凝土不得小于50；钢筋笼主筋保护层厚度允许偏差：非水下灌注砼土10，水下灌注砼土20。,钢筋笼最小处直径应比导管接头处最大外径大100以上。,分段制作的钢筋笼，其长度以10米为宜。连接采用焊接，焊接时，在同一截面内钢筋接头不得超过主筋数总数的50%，两相邻接头应错开一定距离（一般应大于40）。搭接长度，单面焊缝应为钢筋直径的8-10倍，双面焊缝为钢筋直径的4-5倍。,3）钢筋笼的制作,主要设备和工具：电焊机、钢筋调直机、切割机、钢筋圈（箍筋）制作台、支架；,按设计图纸计算料长，将所需钢筋调直后成批切好备用,制作钢筋圈并按要求焊好,准备工作,制作方法,木卡板成形法：用2-3厘米厚的木板制成两块半圆卡板，按主筋位置，在卡板边缘凿出支托主钢筋的凹槽。制作时每隔3米左右放一块卡板，把主筋纳入凹槽，用绳扎好，再将螺旋筋或箍筋套入，用铁丝将其与主筋绑牢。然后松开绑绳去掉卡板，进行主筋与箍筋的焊接，要求螺旋筋与主筋之间焊接点每一螺距不少于一个，两焊点的平面投影相隔尽量接近90以保证钢筋笼之刚度。,木支架成形法：由固定部分与活动部分组成，活动部分与固定部分用螺栓固定成为一个圆形支架，每隔2米设一支架，各支架应相互平行，圆心位于同一水平线上。制作时把主筋放于支架凹槽，将箍筋按设计位置放在主筋外围，即与主筋点焊连接，焊好后，拆除支架，再焊螺旋筋。,钢管支架成形：要放平、放正、放稳，焊箍筋时要主意其与主筋的垂直度,使钢筋与混凝土有较好的粘结锚固性能,绑扎混凝土预制块,焊接钢筋“耳朵”,保护层,作用,具体措施,于箍筋上加预制混凝土轮,防护钢筋的锈蚀，提高构件的耐久性,防止构件纵向劈裂,钢筋笼的吊放,桩身砼灌注完毕，可解除钢筋笼的固定设施。,吊点位置应恰当，一般在箍筋处，直径较大钢筋笼须对吊点加强，保证钢筋笼不变形；,全部入孔后，按设计要求检查安放位置并做好记录，符合要求后，可将主筋点焊于护筒上或用其它方法固定于孔口，防止因自重下落或灌注砼时上串而错位；,2、混凝土灌注工艺,由胶凝材料和粗、细骨料、拌合水，有时还掺入一些外加剂和矿物混合物材料，按一定的配合比，经均匀搅拌、密实成型并硬化成的一种人工石。,1）混凝土配制,按胶凝材料分,无机胶凝材料混凝土,有机胶凝混凝土,a.混凝土种类,按配筋分,钢筋混凝土,钢丝混凝土,纤维混凝土,预应力混凝土,素混凝土,配筋类,无筋类,水泥混凝土,石灰混凝土,水玻璃混凝土,石膏混凝土,沥青混凝土,聚合物混凝土,树脂混凝土,包裹骨料并填满骨料间空隙，凝固前作为骨料间的润滑剂，使混凝土的拌合物具有流动性；凝结后将粗细骨料胶结成整体；,主要用作填充粗骨料之间的空隙；,主要起支承作用，砂、石构成混凝土中坚硬的骨架，可承受外载荷作用，并可抑制水泥浆的干缩作用。,b.混凝土的成分及其作用,水泥浆,细骨料,粗骨料,成分,作用,作用,作用,按工艺分,普通混凝土,喷射混凝土,泵送混凝土,离心混凝土,振动混凝土,挤压混凝土,现浇类,预制类,按性质与用途分,耐酸混凝土,耐热混凝土,防水混凝土,防辐射混凝土,硅酸盐工业简介,水泥标号的确定原则上是要与混凝土的设计强度等级相适应,工程上配制普通混凝土拌合物主要选用硅酸盐水泥五大品种,根据工程特点、所处环境、温度及施工条件等选取,c.混凝土原料及技术要求,水泥品种的选择,水泥标号的选择,硅酸盐水泥早强、耐冻、水化热高,普通水泥早强、耐冻、水化热高,矿渣水泥耐热、耐酸蚀、水化热低,火山灰水泥耐酸蚀、水化热低,粉煤灰水泥耐酸蚀、水化热低,一般情况下，水泥标号为混凝土强度等级的1.52.0倍，,配制高强度等级的混凝土时，水泥标号取混凝土强度的0.91.5倍；,配制低强度等级的混凝土而水泥标号又偏高时，水泥用量偏少会影响混凝土拌合物的和易性和密度，此时可采取适当加入粉煤灰或矿渣粉等,砂：粒径在0.165，化学成份为SiO2。（有河砂、山砂、海砂）河砂洁净度好，配制砼多用河砂。,砂中有害物质有粘土、淤泥、云母、硫化物、硫酸盐及各种有机物，会直接影响混凝土硬化和强度。,有害物质控制含量（按质量计）：含泥量5%；硫化物和硫酸盐1%；云母2%。,希望空隙率小，同时希望总表面积小,颗粒级配好、粗细程度适当 和易性好、密实度好、强度高,上图为不同级配情况，从左至右分别为单一、两种、多种粒径，显然多种粒径的情况空隙率最小，级配最合理。,有害物质,颗粒级配,结构越复杂，系统越稳定可靠。自然界也是如此,石子：粒径大于5，主要为硅酸盐岩、碳酸盐岩。分卵石与碎石。,洁净度：含泥量、硫化物、硫酸盐及有机物质含量的控制,最大粒径：在可能的条件下尽可能选用大粒径，有利于提高混凝土强度并节省水泥，但缺点是不利于施工，影响和易性。最大粒径可根据结构物的种类、尺寸、配筋的最小净距与施工条件来确定。,钢筋混凝土施工及验收规范规定：混凝土拌合物中石子最大粒径不准超过结构物最小截面尺寸的1/4，同时不准超过配筋中最小净距的3/4；若为混凝土实心板，允许使用石子的最大粒径为板厚的一半，但其最大粒径也不得超过50。对桩而言最好不超过40。,例：某钢筋混凝土构件的最小截面尺寸为220mm,配筋（主筋）为22mm，最小间距为78mm，使用石子的粒径为5-50mm配制混凝土拌合物是否可以？,d.混凝土拌合物的主要特性指标,又叫混凝土拌合物的工作性，是混凝土拌合物在施工操作时所表现的综合性能，它包括流动性、粘聚性、保水性3个方面的性能。,和易性,流动性：混凝土拌合物在施工操作时，在自重或振动机械动力作用下产生流动，并能均匀密实地填满模板的性能,粘聚性：混凝土拌合物中水泥浆与骨料之间的粘结状况。,保水性：保持一定水分不使其泌出的性能。,坍落度试验：将混凝土分三层装入坍落度筒，每层捣实25次，拔出坍落度筒，混凝土塌落，最高面与筒高的差值为坍落度。（此值越大，流动性越好）,经验观察评定,干孔浇筑：素混凝土坍落度（68cm）；钢筋混凝土坍落度（1215cm）；大口径灌注桩水下灌注时坍落度（1820cm）,影响混凝土拌合物和易性的主要因素,用水量：用水量增大，流动性增大，但过大会破坏粘聚性和保水性，产生分层或泌水；,水泥浆量：水灰比不变时，水泥浆量越多，流动性越好；在水泥浆量相同的情况下，流动性与水泥浆的稠度有关；,砂率：混凝土拌合物中砂子质量占砂、石总质量的百分率。砂率过大或砂率过小，混凝土拌合物的流动性变差。(水下混凝土拌合物的砂率40%-45%，宜用中粗砂，粗骨料粒径40mm）。,外加剂：在拌制过程中加入的一类化学物质，起改善混凝土工艺性质的作用，掺量一般不大于水泥的5%。,减水剂：可将水泥凝胶体所包裹的凝聚水释放为自由水，在不增加拌合水的情况下，获得较好的和易性，或降低水灰比的同时提高强度缓凝剂：能延缓混凝土的凝固时间，使其在较长时间内保持一定的流动性。早强剂：加速水泥水化，使生成的水泥致密，提高早期强度消泡剂：消除水泥在凝固过程中产生的气泡，使水泥固体密实,凝固时间与强度,凝固时间：混凝土拌合物制成后，经过一定的时间，由于其自身发生物理化学变化而逐渐变稠失去塑性、到开始具有强度的过程为混凝土拌合物的凝固时间。,国标：硅酸盐水泥的初凝时间不早于45min，终凝时间不迟于6.5h，实际上国产水泥初凝时间为1-3h，终凝时间为5-8h。,强度：混凝土强度等级是根据标准试验方法（150mm150mm150mm的立方体试块，在温度为20土3度，相对湿度为90%以上的条件下，养护28天，然后在材料试验机上做抗压强度试验）测得的抗压强度。,C7.5-C15：垫层、基础、地坪或受力不大的混凝土结构；C20-C30：梁、柱、板、楼梯、屋架等；C30以上：吊车梁、预应力构件、大跨度重荷载结构 灌注桩混凝土的强度等级不低于C15,水下灌注混凝土的强度强度不低于C20。此外混凝土强度等级与钢筋等级要相配，二级钢筋要求砼强度等级在C20以上。,混凝土浇模是否科学、合理，振捣机械的选用是否合适，以及振捣过程是否适度，也会影响混凝土的强度。,影响混凝土凝固时间的因素,水灰比（水灰比增大，凝固速度变慢，但混凝土强度降低，因水多而不致密）；,温度（温度低时，水化速度减速慢、凝固时间延长）；,缓凝剂（用量极小，如应用极多的乙糖二酸钙0.2-0.3%但影响大，凝结变慢，后期强度可提高15-20%）等,影响混凝土强度的主要因素,水泥标号与水灰比的影响,养护条件的影响：温度低、湿度低不利于水泥水化作用的充分完成，造成混凝土内部疏松，对混凝土强度、耐久不利。,养护龄期：在正常情况下，混凝土的强度随养护龄期的加长而提高,粗骨料的品种：粗骨料（碎石、卵石）的强度要高于水泥石的强度，但卵石中含有一定的软颗粒及风化的岩石，将会降低混凝土的强度,混凝土配比设计,满足混凝土拌合物和易性要求,原则,步骤,强度（水灰比值）,稠度（用水量、水泥量）,水灰比（砂率值）,重量法/体积法（计算粗细骨料含量）,按计算值试配（试验、调整配比）,参数,强度：,满足混凝土强度要求,满足混凝土耐久（抗渗、冻、蚀）要求,省水泥、合理用料、经济性好,混凝土配制强度,混凝土强度等级,标准差,水灰比：,碎石混凝土,卵石混凝土,水用量：,根据坍落度及骨料特点（卵石还是砾石）、粒径确定，下为混凝土用水量选用表(JGJ55-81)kg/m3,骨料用量：,水泥用量：,体积法,质量法,C0、S0、G0、W0-每立方米混凝土中水泥、砂、石子、水的用量(Kg)；c、w、s、g-水泥、水的密度，砂和石子的视密度；os、og-砂和石子的堆积密度；P g-石子的空隙率1-og/g-混凝土含气量，不用引气剂时取1%Sp-砂率,代表1立方的体积为1000升,砂浆剩余系数，机械振捣（1.1-1.2），人工(1.2-1.4),2）桩身混凝土灌注,干浇筑：在干孔中直接筑混凝土，孔口倒入并捣实。,水下灌注：普遍采用导管灌注法连续灌入形成桩身。,方式,a.混凝土灌注方法,插入导管就灌吗？,b.灌注水下混凝土的导管,导管是灌注水下混凝土的最重要工具，对导管的基本要求是：通过混凝土的能力满足施工要求，联接要直，接头处密封可靠，不漏水，有足够的强度与刚度。,导管要求,直径,导管一般用无缝钢管制作或由钢板卷制焊成，其直径应按桩径和每小时需要通过的混凝土数量而定。一般不小于200（实际工程中，用168的套管则很费时）。,长度,分节长度应便于装拆和搬运，并小于导管提升设备的提升高度,连接,法兰连接，牢固但联接速度慢，密封可靠；螺纹连接、（双螺纹）快速接头，接头外径尺寸相对较小，提升不易挂钢筋笼，对中性好，联接快，但导管左右扭动过大时可能引起联接松脱。,下放,导管下入孔中的深度和实际孔深必须严格测量，导管底口与孔底的距离保持在0.4-0.6m左右，以能顺利放出隔水塞和混凝土为度。,导管灌注能力和导管埋深的确定,导管灌注能力由导管的内径确定，不同桩径和单桩混凝土量要选用不同直径的导管，以保证灌注速度。,导管埋深大小对灌注质量影响很大，埋深过大管口的超压力减小，管内混凝土不易流动，产生堵管，拔管困难；埋深过小，管外混凝土面上的浮浆沉渣夹裹卷入混凝土内，形成夹层。,介绍最大埋深与最小埋深的确定及埋深控制放在后面,c.灌注水下混凝土的参数,漏斗设置高度与初灌量,为保证混凝土能顺利地通过导管下灌，导管出口截面处导管内混凝土拌合物柱的静压力与导管外泥浆和混凝土拌合物柱静压力之差（出口截面上压力差，超压力）有一定要求，这一要求通过漏斗设置高度来保证。,第一批灌入混凝土量，要保证足够的埋管高度，保证导管底部隔水。,P=hccHww,漏斗高度设置,c-混凝土容重KN/m3；w-孔内水或泥浆容重KN/m3；h-导管埋深m；hc-漏斗距灌注面的高度m；Hw-孔口距灌注面的高度m；P-超压力，与灌注半径有关，小于2.5米时，取75KPa,例：有时在施工现场可见到漏斗直接架在孔口进行灌注，也就是提升高度为0。已知砼重度为24KN/m3，孔内泥浆重度1012.5KN/m3，最小超压力75Kpa(kN/m2)。(孔内冲洗液面高与护筒顶面齐)何种情况下可采用这种作法？,初灌量,D-实际桩孔直径；h-导管埋深，初灌时不小于11.2m；he-导管底口至孔底高度；d-导管内径；h1-完成初灌后为平衡导管外水桩压力所需的混凝土柱高度；,例：桩孔直径1.5米，导管内径0.25米，钻孔深度为孔内液面以下60米，泥浆重度11KN/m3，混凝土重度为24KN/m3，导管底离孔底0.5米，导管最小埋深为1.0米，求初灌量。,桩顶灌注标高,桩顶灌注标高应比设计标高增加0.5-0.8m，以便清除桩顶浮浆。,混凝土的灌注时间,混凝土的灌注上返速度不小于2m/h；混凝土的灌注时间必须控制在灌入导管中的混凝土不丧失流动性的时间内，必要时加入适量缓凝剂。,d.隔水塞及初灌混凝土的隔水措施,作用,起隔水作用，保证初灌混凝土质量,种类,硬塞-般用混凝土制作，其直径宜比导管内径小20-25，采用3-5厚的橡胶垫圈密封，橡胶垫圈外径宜比导管内径大5-6。,软塞-广泛使用的是充气球胆（比导管内径大4左右），可从桩孔内返回重复使用，只适用于直径较大的桩孔。,隔水措施,剪塞法预制隔水塞置入导管，用铁丝挂在漏斗，初灌时剪断铁丝，硬塞随初灌混凝土落入孔底。初灌混凝土与泥浆隔离，保证桩身质量。深孔、导管变形易造成卡塞，导致初灌失败；一桩一塞费工费时。,提塞法制作专门钢提塞或球形（大于导管直径1-1.5）混凝土、木塞，于塞下垫塑料布或水泥袋纸垫，提塞进行初灌。隔水塞可重复使用，并杜绝卡塞的隐患。,活门法漏斗装满混凝土后打开活门进行初灌，混凝土与泥浆直接接触，混凝土质量难以保证。,球胆法用于大直径桩，结合了前两种方法的优点（隔水好，球胆还可重复使用），桩径小时钢筋笼与导管间隙小球胆可能无法上返，在桩中形成空洞影响质量。球胆质量要求高，不漏气，不会被压破。,e.导管埋深控制,导管埋深小时（深度不足0.50.6m），导管附近会出现局部隆起现象，砼表面曲线有突然转折。破坏了砼的整体性与均匀性。当导管埋深较深时（大于1米），砼表面较平滑，新浇筑的混凝土拌合物在已浇筑的砼体内部流动，砼内质量均匀且有保证。,导管的埋深越大，砼向四周均匀扩散的效果越好，混凝土拌合物越密实，表层也越平坦。但埋深增大，导管底口的超压力减小，砼在管内流动不畅，易造成堵管。在现有施工条件下，不加外加剂的砼导管最大埋深不应超过6m，加缓凝剂的砼导管最大埋深不应超过12m。,砼面每上升4-5米即可拆除相应数量的导管。准确测量砼面深度位置，如果测错可能导致导管拔出砼面等严重事故。尤其是扩孔严重桩孔，更应严格测量。,最小埋深,最大埋深,导管埋深控制,f.灌注步骤及事故的预防处理,水下灌注混凝土步骤,成孔和清孔质量合格后才可开始灌注工作；,先拌制0.1-0.2m3水泥砂浆，置于导管内隔水塞的上部，其作用为防卡及便易于冲到砼表层面用作保护层。,首批砼灌注正常后，应紧凑地、连续不断地进行灌注，严禁中途停工；（注意砼的下降速度与孔口返水情况）,导管提升时应保持轴线竖直的位置居中，防止卡挂钢筋笼；,首批砼灌入孔底后，立即测量孔内砼高，计算出导管埋深，符合要求，可正常灌注，如导管内大量进水，则表明出事故；,灌注过程中，导管上段有空气时，后续砼要徐徐灌入，以免在导管内形成高压气囊挤出连接处止水垫，使导管接头漏水；,为防止钢筋笼被砼顶托上升，须在孔口固定牢钢筋笼上端，砼面接近钢筋笼时放慢灌注进度；,水下灌注混凝土步骤,为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上加灌一定高度，以便灌注结束后将上段砼清除。一般不小于0.5m，深桩不小于1m；,灌注将近结束时，导管内砼柱高度减小，导管处泥浆重度加大，沉渣增多，超压减小。如出现砼顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土或提升漏斗高度。拔出最后一节导管时，拔管速度要慢，防止桩顶浓泥浆挤入形成泥心；,钢护筒在灌注结束砼初凝前拔出，起吊要垂直，尤其是桩顶标高高于护筒底面时更应注意,灌注时，每根桩制作不少于1组（3块）砼试件；,事故及预防处理,导管堵塞：导管变形或内壁有硬结；砼质量不好离析粗骨料卡堆积；中途停顿时间长；导管漏水砼受水冲洗后粗骨料聚集。（提升及猛插导管来抖动导管，停止灌注，用长钢筋疏通，还不行则只能拔出导管，刚开灌时孔底已灌注的砼须排出，中途卡管则按断桩处理）,钢筋笼上浮：砼品质差，初凝时间不够，导致钢筋笼底端无法插入，或砼面已升至钢筋笼内一定高度，表层砼开始初凝也会携带钢筋笼上浮；导管埋深过浅，灌注量过大，砼对钢筋笼的上冲力过大。因砼的初凝可能造成埋管事故。,断桩、夹泥：灌注时间长，表层砼流动性差，导管埋深浅，继续灌注的砼冲破表层而上升，将混有泥浆的表层覆盖、包裹；采用抖动方法来解除卡管，则可能有泥浆混入开成夹泥，如果导管提离砼面较大则断桩；测深不准，将沉积于砼面上的钻渣判断成砼，使导管提离砼面成为断桩；,THE END,