软弱地层挤扩支盘灌注桩施工方法与流程

本发明涉及灌注桩施工技术领域，尤其涉及一种软弱地层挤扩支盘灌注桩施工方法。

背景技术：

随着社会经济的飞速发展，城市的可使用土地面积在逐步减少，如何合理利用现有地貌进行城市建设已经成亟待解决的技术问题。沿海城市的部分地段原始地貌为滨海滩涂，经填方可建成为市政快速干道，如深圳的滨海大道（总部基地段）交通综合改造项目位于深圳市南山区、福田区，改造段沿线内分布的地层自上而下有人工填土层（qml）、第四系全新统海陆交互相沉积层（q4mc）、第四系全新统冲洪积沉积层（q4al+pl）、第四系上更新统冲洪积沉积层（q3al+pl）、第四系残积层（qel）及早白垩系燕山四期粗粒花岗岩（ηβ5k1），分布有含黏性土砾砂、砾质粘性土、全风化粗粒花岗岩、土状强风化粗粒花岗岩、块状粗粒花岗岩，采用常规灌注桩施工，含粘性土砾砂层孔壁存在塌陷现象，且桩孔底部砾砂若未能有效清出，通过井径仪检测结果以及钢筋笼下放情况，最底部六星支易被沉渣埋掉，同时由于桩底沉渣未清出，钢筋笼不能下放到位，进而导致钢筋计向上错位。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种软弱地层挤扩支盘灌注桩施工方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

软弱地层挤扩支盘灌注桩施工方法，具体步骤如下：

1）确定桩位放样

在桩基桩位放样之前，复核桩位坐标，利用全站仪在已经平整好的地面上精确放样桩基中心点，确定中心桩位后，对桩位做出明显标识；

2）制作并埋设护筒

根据不同地质、土层条件和其承载力大小的不同，采用不同材质的护筒，深厚软弱地层的桩基采用深钢护筒，深钢护筒埋设采用振动锤进行打设，振动锤打设钢护筒时，随时观察钢护筒的垂直情况，在钢护筒倾斜时应及时在发生倾斜的一侧利用振动锤进行校正，在钢护筒顶口平整时继续进行振动，确保钢护筒垂直下沉；

3）构建钻机施工平台

为减小因钻机直接揉振软弱地层而导致桩孔产生事故，采用施工平台对钻机予以加固处理，钻机施工平台采用钢管桩，在钻机前后左右四个大支腿位置分别打入直径529mm钢管桩，并在钢管桩顶面铺设钢板，钢管桩长度根据地层参数、荷载等实际情况经计算确定，确保钻机钻进过程中施工平台不发生下沉移位，钻机不发生倾斜；

钢管桩采用吊车振动锤进行施工，吊车吊起振动锤后，用振动锤钳口夹起钢管桩，使钢管桩垂直于地面，开启振动电机，同时放松吊车钢丝绳，利用振动锤产生振动，以及振动锤的自重使钢管桩振动下沉至设计深度；

4）钻进成孔

桩基钻进成孔与传统钻孔灌注桩工艺基本相同，且钻孔过程中需保证孔桩的垂直度，淤泥质土钻机钻进过程中，需控制钻机钻进速度，钻进速度不宜过快，以防止出现塌孔、桩身倾斜、孔口移位等问题；钻机在淤泥质土中施工时需适当调整泥浆粘度，以达到泥浆护壁效果；

5）成孔检测

桩基成孔检查采用超声成孔质量检测仪检测，超声成孔质量检测仪由检测仪控制箱、超声探头、深度测量装置和提升机构组成，超声探头、深度测量装置和提升机构集成在线架上，由两根钢丝绳牵引，由于泥浆的声阻抗远小于土层介质的声阻抗，超声波可从孔壁产生全反射，通过反射波传播时间计算超声换能器与孔壁的距离，从而计算该截面的孔径值和垂直度；

6）钻机移位、挤扩设备就位

待桩基成孔质量检测完成后，钻机移至下一孔位，而后采用汽车吊将挤扩成型装置吊至桩孔口位置，空载运行挤扩成型装置，查看挤扩臂伸展情况，挤扩臂完全伸出后尺量挤扩弓臂外侧尺寸，对应观察液压操作系统内液压油面下降刻度，并做好记录，且汽车吊距离成孔桩基位置不小于5m；

7）挤扩成型

采用扩成型装置进行挤扩成型，在将挤扩臂在下放至桩孔中之前，在桩孔口安装对连接杆进行限位的限位器，并在限位器上安装连接杆旋转参照器，旋转参照器可选用塑料管套圈或钢套圈，在套圈上按照需挤扩次数将套圈进行对应数等分，每一次挤扩完成后将连接杆按照等分线进行旋转，重复旋转挤扩对应次数即可形成盘腔；

8）一次清孔

支盘挤扩完成后对桩孔进行第一次清孔，桩孔内泥浆比重控制在1.25～1.4g/cm³，以保证泥浆护壁粘度，防止孔壁掉渣，砂率控制在2%以下，孔底沉渣厚度控制在规范或设计值以内；

9）一次沉渣厚度检查

对桩孔内沉渣厚度进行第一次检查，检测合格后进入钢筋笼安装；

10）钢筋笼安装

钢筋笼吊装与传统传统钻孔灌注桩钢筋笼吊装工艺基本相同，吊装过程中需保证上下节钢筋笼的连接质量；

11）二次清孔

待钢筋笼吊装完成后，对桩孔进行第二次清孔，以将泥浆指标及孔底沉渣厚度降低至施工规范或设计值内；

12）二次沉渣厚度检查

挤扩支盘桩在挤扩过程中易产生局部缩径和部分沉渣，故对桩孔进行第二次清孔，直至泥浆各项指标满足要求；

13）安装导管

对组装后的导管进行检验，直至各项指标满足要求后安装导管；

14）灌注水下混凝土

通过导管进行水下混凝土灌注施工，灌注水下混凝土与传统钻孔灌注桩灌注工艺基本相同；

15）单桩承载力检测

待混凝土干燥后对桩基承载力进行静载试验检测，直至各项指标满足要求。

有益效果：

1）本发明采用扩成型装置进行挤扩成型，其受力机理明确，竖向承载能力高，受荷变形小，抗震性能好；特别对抗浮桩区域，空桩施工较长、结构桩设计较长，挤扩支盘桩可以充分发挥桩侧土体承载能力，有效缩短桩长，降低桩端承载比；

2）本发明施工浇筑的桩基础施工进度得到大大提高，且桩体施工质量明显提高，同时也减少人力、材料的投入；

3）本发明施工浇筑的桩基经现场静载试验后，单桩承载力满足设计要求。

附图说明

图1为本发明的较佳实施例中的钻机施工平台结构示意图。

图2为本发明的较佳实施例中的挤扩成型装置挤扩臂下放示意图。

图3为本发明的较佳实施例中的挤扩成型装置挤扩臂挤扩状态示意图。

图4为本发明的较佳实施例中的挤扩成型装置挤扩成型示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

软弱地层挤扩支盘灌注桩施工方法，具体步骤如下：

1）确定桩位放样

在桩基桩位放样之前，复核桩位坐标，利用全站仪在已经平整好的地面上精确放样桩基中心点，而后利用短节钢筋在地面上做出中心桩位，并在桩位或钢筋上用红色油漆或彩旗做出明显标识，防止施工人员在施工过程中造成桩位移位；桩位放样完成后在桩周围布设4个标准控制桩，并确保控制桩的稳定、可靠性，必要时可用混凝土对控制桩进行加固处理，用以在桩心点被挖除后，可采用控制桩对角拉线的方法定出桩位中心点，并在桩基施工过程中检查、校正冲击钻或回旋钻钻杆位置的准确性，若钻杆中心偏出护桩对角拉线的交点时，及时纠正钻杆的位置；

2）制作并埋设护筒

根据不同地质、土层条件和其承载力大小的不同，采用不同材质的护筒，深厚软弱地层的桩基采用深钢护筒（一般为10～12m），深钢护筒埋设采用振动锤进行打设，振动锤打设钢护筒时，随时观察钢护筒的垂直情况，在钢护筒倾斜时应及时在发生倾斜的一侧利用振动锤进行校正，在钢护筒顶口平整时继续进行振动，确保钢护筒垂直下沉；

距离施工便道较近的桩孔受施工车辆荷载挤压、振动的影响较大，采用双钢护筒。在桩位护筒外侧再打设一个较桩基直径大20cm的护筒；

3）构建钻机施工平台

为减小因钻机直接揉振软弱地层而导致桩孔产生的缩颈、塌孔等事故，本实施例采用施工平台对钻机予以加固处理，钻机施工平台采用钢管桩，在钻机前后左右四个大支腿位置分别打入直径529mm钢管桩，并在钢管桩顶面铺设钢板，钢管桩长度根据地层参数、荷载等实际情况经计算确定，确保钻机钻进过程中施工平台不发生下沉移位，钻机不发生倾斜，如图1所示；

钢管桩采用吊车振动锤进行施工，吊车吊起振动锤后，用振动锤钳口夹起钢管桩，使钢管桩垂直于地面，开启振动电机，同时放松吊车钢丝绳，利用振动锤产生振动，以及振动锤的自重使钢管桩振动下沉至设计深度；

4）钻进成孔

桩基钻进成孔与传统钻孔灌注桩工艺基本相同，钻孔过程中需保证孔桩的垂直度，淤泥质土钻机钻进过程中，需控制钻机钻进速度，钻进速度不宜过快，以防止出现塌孔、桩身倾斜、孔口移位等问题；钻机在淤泥质土中施工时需适当调整泥浆粘度，以达到泥浆护壁效果，施工进程中各指标数据如表1所示：

表1钻进速度及过程中泥浆指标表

5）成孔检测

桩基成孔检查采用超声成孔质量检测仪检测，超声成孔质量检测仪由检测仪控制箱、超声探头、深度测量装置和提升机构组成，超声探头、深度测量装置和提升机构集成在线架上，由两根钢丝绳牵引，由于泥浆的声阻抗远小于土层（或岩石）介质的声阻抗，超声波可从孔壁产生全反射，通过反射波传播时间计算超声换能器与孔壁的距离，从而计算该截面的孔径值和垂直度；

6）钻机移位、挤扩设备就位

待桩基成孔质量检测完成后，钻机移至下一孔位，而后采用汽车吊将挤扩成型装置吊至桩孔5口位置，空载运行挤扩成型装置，查看挤扩臂4伸展情况，挤扩臂4完全伸出后尺量挤扩弓臂外侧尺寸，对应观察液压操作系统内液压油面下降刻度，并做好记录，且汽车吊距离成孔桩基位置不小于5m；

7）挤扩成型

采用如图2、3所示的挤扩成型装置进行挤扩成型，挤扩成型装置包括连接杆1、连接杆插销孔2、保护罩3、挤扩臂4、桩孔5、收集腔6、旋转推臂7及限位器8，其中，所述用于对连接杆1进行限位的限位器8设置在桩孔5口，所述连接杆1与汽车吊的液压操作系统连接后被吊入桩孔5内，并在连接杆1上均匀设置有多个连接杆插销孔2，用于插入一根钢筋或木棒作为旋转推臂7指引连接杆1按照指定方向转动实现挤扩，所述连接杆1底部安装有挤扩臂4，所述挤扩臂4由一对向外舒张呈伞状的结构组成，且此结构向内收缩呈一字型，所述保护罩3设置在挤扩臂4的上方，所述旋转推臂7设置在保护罩3上方，保护罩3用于防止旋转推臂7陷入扩充挤压后的泥浆中，所述挤扩臂4底部设置有收集腔6，用于收集在进行挤扩成型中泥浆中存在的砾砂等杂质；

在将挤扩臂4在下放至桩孔5中之前，在桩孔5口安装对连接杆1进行限位的限位器8，并在限位器8上安装连接杆旋转参照器，旋转参照器可选用塑料管套圈或钢套圈，在套圈上按照需挤扩次数将套圈进行等分，如挤扩臂4需要旋转9次形成盘腔，即在旋转参照圈上将半圆9等分，每一次挤扩完成后将连接杆1按照等分线进行旋转，重复旋转挤扩9次即可形成盘腔；

而后将挤扩臂4吊放至桩孔5中，下放时可根据连接杆1长度计算挤扩臂4下放高度，每节连接杆1下放至距离孔口1～1.5m高时，通过对液压操作系统中增压油泵将挤扩臂4伸出支于孔壁，再拆除本节连接与上节连接杆1之间的连接插销，再通过对液压回油系统增压收回弓臂，重复操作上述步骤，直至将挤扩臂4下放至设计标高，高差应控制在5cm以内；而后通过液压操作系统中高压油泵增压将挤扩臂4向外舒张呈伞状，通过挤扩压力表读数严格控制首次挤扩压力值、挤扩时液压机内液压油面下降的刻度值，挤压过程中需同时满足压力表读数及液压油面下降量均达到要求后，即可形成一字支，挤扩完成后再通过对液压回油系统增压收回弓臂；一字支形成后，在连接杆1上的连接杆插销孔2内插入一根钢筋或木棒作为旋转推臂，通过推动旋转推臂使连接杆1按照指定方向进行转动，当转动至横杆与旋转参照器上刻度一致时，停止转动并固定，重复上次挤扩动作，反复挤扩8～9次即可形成盘腔；

8）一次清孔

支盘挤扩完成后对桩孔5进行第一次清孔，桩孔5内泥浆比重控制在1.25～1.4g/cm³，以保证泥浆护壁粘度，防止孔壁掉渣，砂率控制在2%以下，孔底沉渣厚度控制在规范或设计值以内；

9）一次沉渣厚度检查

对桩孔5内沉渣厚度进行第一次检查，检测合格后进入钢筋笼安装；

10）钢筋笼安装

钢筋笼吊装与传统传统钻孔灌注桩钢筋笼吊装工艺基本相同，吊装过程中需保证上下节钢筋笼的连接质量；

11）二次清孔

待钢筋笼吊装完成后，对桩孔5进行第二次清孔，以将泥浆指标及孔底沉渣厚度降低至施工规范或设计值内；

12）二次沉渣厚度检查

挤扩支盘桩在挤扩过程中易产生局部缩径和部分沉渣，故对桩孔5进行第二次清孔，直至泥浆各项指标满足要求；

13）安装导管

对组装后的导管进行检验，直至各项指标满足要求后安装导管；

14）灌注水下混凝土

通过导管进行水下混凝土灌注施工，灌注水下混凝土与传统钻孔灌注桩灌注工艺基本相同；

对含粘性土砾砂层孔壁有塌陷现象的桩孔5，支盘间距可适当加大，采用旋挖钻成孔时，采用优质膨润土制备泥浆并且泥浆指标要满足要求（比重、粘度、胶体率、含砂率）：

主桩成孔护壁泥浆采用优质泥浆，其比重控制在1.05～1.25；

当穿过易塌孔土层时，增大至1.20～1.35；

主桩终孔时泥浆比重土层要求不小于1.2，易塌孔土层要求大于1.25；

混凝土灌注前要求泥浆比重控制在1.1～1.15，泥浆胶体率不小于98%、含砂率应小于2%、粘度为18~22pa.s；

在较厚的砂土、碎石土中钻进时，应采用高塑性粘土、膨润土、蒙脱土制备泥浆，制备泥浆应采取措施尽可能少掺入化学物质，以降低被排放的泥浆造成环境污染；

15）单桩承载力检测

待混凝土干燥后对桩基承载力进行静载试验检测，直至各项指标满足要求；

静载试验前按照规范要求应进行完整性检测，对于截面多变的支盘桩，采用超声波方法检测，超声波检测需预埋声测管，当桩径700mm时应对称埋设2根声测管（实际钢筋笼内径过小，需考虑加入声测管对桩身成桩质量的影响），当桩径1200mm时呈等边三角形埋设3根声测管，埋设要求见106-2014规范10.3.1、10.3.2条规定；

桩身混凝土龄期应达到28d方可进行单桩竖向抗压静载试验，根据《建筑基桩检测技术规范》jgj106-2014，试验采用慢速维持荷载法；

a、慢速维持荷载法试验应符合下列规定：

i、加载应分级加载，且采用逐级等量加载；分级荷载宜为最大荷载或预估极限承载力的1/10，其中第一级加载量可取分级加载的2倍；卸载应分级加载，每级卸载量宜取加载时分级荷载的2倍，且应逐级等量卸载；

ii、加、卸载时，应使荷载传递均匀、连续、无冲击，且每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%；

iii、每级荷载加载后第5min，15min，30min，45min，60min测读桩顶位移量，以后每隔30min测读一次桩顶位移量；

iv、试验沉降相对稳定标准：每一小时内的桩顶位移量不得超过0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后的第30min开始，按1.5h连续三次每30min的沉降观测值计算）；

iiv、当位移达到相对稳定时，可加下一级荷载；

iiiv、卸载时，每级荷载维持1h，按第15min，30min，60min测读桩顶位移量，卸载至零，应测读桩顶残余位移量，维持时间3小时，测读时间为第15min，30min，以后每隔30min测读一次；

b、当抗压桩出现下列情况之一时，可终止加载：

1）某级荷载作用下，桩顶位移量大于前一级荷载作用下沉量的5倍，且桩顶总沉降量超过40mm；

2）某级荷载作用下，桩顶位移量大于前一级荷载作用下位移量的2倍，且经24小时尚未达到相对稳定标准；

3）己达到要求的最大加载值且桩顶位移达到相对稳定；

4）当荷载一位移曲线成缓变型时，可加载至桩顶总位移量60～80mm；当桩端阻力尚未充分发挥时，可加载至桩顶累计位移量超过80mm；

c、当抗拔桩出现下列情况之一时，可终止加载：

1）在某级荷载作用下，抗拔桩桩顶上拔量大于前一级作用下的上拔量的5倍；

2）抗拔桩桩顶累计上拔量超过100mm；

3）抗拔桩达到设计或抗裂要求的最大上拔量或上拔荷载值；

4）按钢筋抗拉屈服强度标准值控制，钢筋应力大于钢筋的屈服强度标准值；

d、因三根试桩同步试验，当抗拔锚桩出现上述终载条件时，则试验终止，如抗压试桩出现其终载条件1）时，则试验终止，其他条件，可持续加载直至抗拔桩其中之一终载；

e、本次试验为抗压、抗拔同步试验，若其中某1～2根桩基达到终载条件，则其它桩基无法继续加载，试验非正常终止。

在本实施例中，在海边有不稳定砾砂层的地质条件下，挤扩支盘桩成孔适用于正循环钻机或正反循环钻机成孔，其中，正反循环钻机更宜，若采用正循环钻机成孔，当粒径大的砾砂送不上来时，钻机一停砾砂就会沉底，此时通过气举反循环清孔解决；若现场条件允许，需挖泥浆池或有多个泥浆箱，以便及时运走泥渣；中上部砾砂层用正循环钻进护壁稳定孔壁，下部砾质粘性土用反循环钻进速度快，也能有效清理孔底沉渣。

在本实施例中，护筒设置

①旋挖钻成孔，根据现场已施工的桩基经验宜采用长护筒护壁，但护筒直径要和桩径匹配，护筒直径宜大于桩径200mm左右，若护筒直径太大，护筒与桩径变截面处在旋挖钻头上下不断的运动下，易造成此处塌孔，长护筒要保证壁厚与刚度，打设时要保证垂直度；

②正循环或正反循环钻机采用3m短护筒即可，护筒高出地面200mm开排浆口，沿着护筒排浆口两测用土垒出排浆沟到泵吸池，此时砾砂可随泥浆流入泵吸池，即使泵吸不到泥浆箱也可用网勺捞出，若不用泵吸池沉淀直接在桩孔里架设泥浆泵，泥浆泵滤下的砾砂在停钻后又会沉淀至孔底，导致二次清孔不达标，沉渣厚，出现沉渣埋支埋盘及钢筋笼下不到位的现象，为防止此现象发生，在挤扩臂4下方设置有收集腔6，在完成挤扩成型后收集腔6随挤扩臂4一起被拉起，从而有效完成清孔。