高地震烈度地区大直径钢-混结合桩施工方法与流程

1.本发明属于桥梁施工技术领域，具体涉及一种高地震烈度地区大直径钢-混结合桩施工方法。


背景技术：

2.抗震设防烈度为8度及以上属高烈度地震区。高烈度地震区的结构承受水平地震作用很大，8度和9度区多遇地震下水平地震影响系数最大值分别为0.16和0.32，结构传给基础的水平剪力也很大，因此高烈度地震区不仅需要验算桩基在地震作用下的竖向承载力，桩的水平承载力验算也是非常重要的。
3.软弱场地因为上部土层较差或存在液化土层，一般采用桩基础形式。而桩的水平承载力与上部土层水平抗力系数的比例系数m值相关，软弱场地土如淤泥、淤泥质土、流塑到软塑的粘土和松散粉土砂土的m值为2~6mn/m4，软弱土提供给桩的水平抗力都不高。对于桩的地震验算，如场地存在液化土层，需要验算地震持续过程中液化土折减后的竖向承载力和水平承载力验算；其次，当地震停止时，需要验算液化土层以上摩阻力为零的竖向承载力。桩基础在水平地震作用下，除了承受轴向压力之外，还可能会受到水平剪力和竖向上拔力的作用，由于普通预应力混凝土管桩水平抗剪和竖向抗拔能力较差，故一般不能应用于地震高烈度区桩基中。


技术实现要素：

4.为了解决普通预应力混凝土管桩抗震性能较差的缺点，本发明提供了一种大直径钢-混结合桩的施工方法，适用于地震高烈度地区桥梁基础。
5.本发明提供了如下技术方案：一种高地震烈度地区大直径钢-混结合桩施工方法，先埋设钢套筒再钻孔，钻孔成孔后经一次清孔后下入钢筋笼并安放导管，二次清孔后灌注桩身混凝土，桩基混凝土灌注完毕养护3-7天后，其砼强度达到设计值75%以上时，利用注浆管对桩底进行压浆，注浆管均匀固定在钢筋笼上，采用钢注浆管，注浆管上端高出地面，下端与单项阀式注浆器相连，浆体7天抗压强度不小于5mpa，28天抗压强度不小于桩身混凝土强度，桩头破除后，钢套筒内钢筋笼外顶口设计一圈钢筋，钢筋与钢套筒采用双面焊焊接，钢筋背向钢套筒弯折在钢套筒上方围成一个锥口；其中，钢套筒安装完成后保证钢套筒顶部伸入承台底10cm。
6.进一步地，钢套筒内壁设剪力环，剪力环采用矩形实心截面，剪力环与钢套筒材质相同，剪力环采用上下两道角焊缝与钢套筒内壁相连，钢套筒顶以下6m以内剪力环间距为1m，其余下部剪力环间距均为2m。
7.进一步地，钢套筒埋设过程中通过边钻孔边埋设的方法进行均匀压进，并辅以振动锤竖向振动埋设，施工过程中，为保证钢套筒整体性，施工时钢护筒从地面跟进至设计钢套筒底标高。
8.进一步地，埋设钢护筒时通过定位的控制桩放样，把钻机钻孔的位置标于孔底，再
把钢护筒吊放进孔内，找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部作出参照，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合，同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒竖直，此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填粘土，分层夯实。
9.进一步地，钻孔采用旋挖钻钻进，钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度，由硬地层钻到软地层时，加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，减速慢进，在易缩径的地层中，增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，砂层采用慢转速慢钻进并增加泥浆比重和粘度。
10.进一步地，钢筋笼采用胎具成型法制作骨架，钢筋笼根据设计长度分节，上节为补充节，其余节为标准节，标准分节长度根据主筋的定尺长度而定，钢筋笼入孔时，在上节锚固钢筋处外套珍珠棉套管，以减小混凝土对钢筋的握裹力，方便桩头凿除，主筋的连接采用直螺纹套筒连接，连接时接头错开布置。
11.进一步地，钢筋笼吊装采用三点吊，第一吊点在钢筋笼的下部，第二吊点设在钢筋笼中部加劲箍筋处，第三吊点设在第一层加劲箍筋处，起吊时，先提起第一吊点，使钢筋笼稍稍提起，与第二、第三吊点同时起吊；待钢筋笼离开地面后第一、第二吊点停止起吊，继续起吊第三点，随着第三吊点不断上升，慢慢放松第一、第二吊点，直到钢筋笼同地面垂直，停止起吊，当钢筋笼进入孔口后，将其扶正徐徐下降，待钢筋笼下降到第三吊点附近的加劲箍筋接近孔口时，用型钢将钢筋笼支承于孔口，吊来第二节钢筋笼对接，直至该桩钢筋笼下完到设计标高为止。
12.进一步地，一次清孔采用气举反循环、换浆法或掏渣法进行清孔，二次清孔采用换浆法清孔。
13.进一步地，桩身混凝土灌注过程中，混凝土经泵车输送，不断地通过料斗、导管灌注至水下，直至完成整根桩的浇筑，随着混凝土灌注高度上升逐节拆除导管，每次拆除导管1节，拆除导管后，导管底口的埋置深度保证在2-6m，混凝土顶面标高到位后，停止灌注，拆除灌注导管，砼面标高控制在比设计桩顶标高高0.5m-1.0m。
14.进一步地，导管安装前进行水密承压和接头抗拉试验，导管水密试验时的水压不小于井孔内水深1.5倍的压力，进行承压试验时的水压不大于导管壁可能承受的最大内压力pmax，pmax按下式计算：pmax=1.5（γchcmax-γwhw）=900 kpa；式中：pmax——导管壁可能承受的最大内压力，单位kpa；γc——混凝土容重（用24kn/m3），单位kn/m3；hcmax——导管内混凝土柱最大高度，采用导管全长，单位m；γw——钻孔内水或泥浆容重，泥浆容重大于12kn/m3时不宜灌注水下混凝土，单位kn/m3；hw——钻孔内水或泥浆深度，单位m。
15.与现有技术相比，本发明的优势在于：钢套筒采用旋挖钻机边钻孔边埋设的方法进行均匀压进，并辅以振动锤竖向振动埋设，与现有钻孔技术相比能够大大提高钢套筒埋设的效率；在钢套筒埋设过程中通过工装提高了钢套筒埋设平面位置精度及垂直度精度，与现有技术相比能够大大提高钢套筒埋设的精度。采用更加高效严格的钢套筒埋设工艺进行钢套筒安装，提高了钢套筒安装效率，按传统方法安装，钢套筒安装效率为2m/d，按本方法施工，钢套筒安装效率为5m/d，效率提
升2.5倍，经济效益显著。
附图说明
16.图1为钢-混结合桩、承台的结构示意图。
17.图2为剪力环的截面示意图。
18.图中：1-钢筋；2-承台；3-钢套筒；4-剪力环；5-钢筋混凝土桩。
具体实施方式
19.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。各图所示内容仅用于理解发明的技术内容，而不代表产品的实际比例和真实形状，其中相同的标号表示结构相同或功能相同但结构相似的部分。
20.在本文中，“平行”、“垂直”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，它也可以包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用该产品时允许的误差。另外，“垂直”不仅包括在空间中两物体直接相接的互相垂直，还包括在空间中两物体不相接时的互相垂直。
21.如图1、图2所示：一种高地震烈度地区大直径钢-混结合桩施工方法，先埋设钢套筒再钻孔，钻孔成孔后经一次清孔后下入钢筋笼并安放导管，二次清孔后灌注桩身混凝土，桩基混凝土灌注完毕养护3-7天后，其砼强度达到设计值75%以上时，利用注浆管对桩底进行压浆，注浆管均匀固定在钢筋笼上，采用钢注浆管，注浆管上端高出地面，下端与单项阀式注浆器相连，浆体7天抗压强度不小于5mpa，28天抗压强度不小于桩身混凝土强度，桩头破除后，对钢套筒内钢筋笼外顶口钢筋利用直螺纹套筒进行接长，钢筋与钢套筒采用双面焊焊接，钢筋背向钢套筒弯折在钢套筒上方围成一个锥口；其中，钢套筒安装完成后保证钢套筒顶部伸入承台底10cm。
22.钢套筒内壁设剪力环，剪力环采用矩形实心截面，剪力环与钢套筒材质相同，剪力环采用上下两道角焊缝与钢套筒内壁相连，钢套筒顶以下6m以内剪力环间距为1m，其余下部剪力环间距均为2m。钢套筒埋设过程中通过边钻孔边埋设的方法进行均匀压进，并辅以振动锤竖向振动埋设，施工过程中，为保证钢套筒整体性，施工时钢护筒从地面跟进至设计钢套筒底标高。
23.钢套筒前4m可用旋挖钻机钻孔压入，钻进至孔深4m-6m位置处时，采用450系列振动锤振先将钢护筒振动打入，再进行旋挖成孔。在下埋钢套筒的施工过程中，振动锤必须平稳，并在套筒顶面的平面位置一定要居中，尽可能避免因偏心造成套筒产生偏斜。同时采用水平尺严格控制好套筒的垂直度，满足规范要求，倾斜度不得大于1%，平面位置偏差不得大于50mm，力求钢套筒垂直入土。若一旦发现有偏斜的趋势，马上进行纠正。由于埋设钢套筒作业规范对钢套筒垂直度和套筒中心与桩位中心的要求，钢套筒埋设作业应在白天进行，便于发现问题及时处理和校正。钢套筒埋设完成后应高出地面50cm。
24.埋设钢护筒时通过定位的控制桩放样，把钻机钻孔的位置标于孔底，再把钢护筒吊放进孔内，找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部作出参照，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合，同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒竖直，此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填粘土，分层夯实。以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落。钢护筒底刃脚深入不透水层中，以免钢护筒底口处渗漏塌方，夯填时要防止
钢护筒偏斜。
25.钻孔施工旋挖钻机通过自行履带自行就位，就位后，钻头中心点对准桩位中心，同时调整钻桅是否垂直，然后钻进，其工作循环为：对孔
→
落钻
→
钻进
→
提钻
→
反转解锁
→
提升钻机回转卸土
→
再对孔。每次钻孔时在深度表上对零，以检查钻进情况，提放钢丝绳适度。每一循环检查钢丝绳是否在滚筒槽内，检查钢丝绳是否有毛刺、断股现象，如有及时更换。
26.钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。钻孔深度接近设计值时应停止钻孔，用测绳复核钻孔深度，避免超挖的情况出现，待挖至设计深度时应利用测绳进行复核，若测绳和钻机仪表读数不符时应以测绳读数为准。注入泥浆过程中避免泥浆直接对孔壁进行冲刷，防止泥浆反复冲刷同一位置造成该部位出现塌孔等情况。
27.钻进过程应保持泥浆面始终不低于护筒底部以下500mm处，并应严格控制钻机速度，避免进尺过快造成坍孔埋钻事故。钻斗的升降速度宜控制在0.75～0.8m/s；泥浆初次注入时，应垂直桩孔中间进行注浆。
28.成孔检查钻孔过程中及时测量孔深防止超钻，待钻孔深度达到设计孔深后，立即进行对孔径、孔位、竖直度进行检查。采用超声波成孔检测仪进行成孔检测，全套设备包括垂直度的超声波探头及绞车、电缆、井口滑轮等主要部件，检测时可实时显示各项检测数据和曲线，并将这些数据存储并打印输出，通过串口通讯可将测量数据上传至上位机。可方便的编制检测速报和成孔质量检测报告，资料的存储和处理方便、快捷，可以大幅度地提高工作效率和质量。通过对检测数据进行分析，确定成孔后的孔径、垂直度。
29.一次清孔一次清孔采用气举反循环、换浆法或掏渣法进行清孔。
30.气举反循环：用水下导管进行空气反循环清孔，喷射压力适中（0.8～1mpa），使孔底及边角处的钻渣也能随之吸出，并注意射浆管必须插到孔底，射浆管的插入深度不到位就会引起喷射塌孔。钢筋笼安放至设计标高后，如泥浆指标及沉淀厚度超出标准，应进行第二次清孔，直至达到标准。清孔时不能用加深钻孔深度的方法代替清孔。
31.换浆法清孔：钻孔时，终孔后停止进尺，稍提钻头离孔底10～20cm空转，并保持泥浆正常循环，以中速将相对密度1.03～1.10的较纯泥浆压入，把钻孔内悬浮钻渣较多的泥浆换出，直至孔底钻渣清除干净。使用冲击钻钻孔时也可采用抽渣筒清孔，直至孔内泥浆指标满足要求。
32.旋挖钻机通过掏渣钻头，在不钻进的情况下，反复清底，以达到减少孔低虚渣的目的。
33.清孔使泥浆达到以下标准：孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s。同时保证水下混凝土灌注前孔底沉渣厚度：柱桩≯5cm、摩擦桩≯20cm。
34.钢筋笼采用胎具成型法制作骨架，钢筋笼根据设计长度分节，上节为补充节，其余
节为标准节，标准分节长度根据主筋的定尺长度而定，钢筋笼入孔时，在上节锚固钢筋处外套珍珠棉套管，以减小混凝土对钢筋的握裹力，方便桩头凿除，主筋的连接采用直螺纹套筒连接，连接时接头错开布置。
35.钢筋笼吊装就位采用汽车吊或履带吊。采用三点吊。第一吊点在钢筋笼的下部，第二吊点设在钢筋笼中部加劲箍筋处，第三吊点设在第一层加劲箍筋处。起吊时，先提起第一吊点，使钢筋笼稍稍提起，与第二、第三吊点同时起吊。待钢筋笼离开地面后第一、第二吊点停止起吊，继续起吊第三点。随着第三吊点不断上升，慢慢放松第一、第二吊点，直到钢筋笼同地面垂直，停止起吊。当钢筋笼进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰壁。然后，由下而上地逐个解除临时径向骨架筋。待钢筋笼下降到第三吊点附近的加劲箍筋接近孔口时，用型钢将钢筋笼支承于孔口，吊来第二节钢筋笼对接，直至该桩钢筋笼下完到设计标高为止。
36.整个钢筋笼吊装完毕后将其吊筋吊环穿在穿杆（钢管）上，在垂直于穿杆方向的护筒壁外侧垫方木至高出护筒顶10cm，防止钢筋笼下沉或上浮。固定钢筋笼时，应确保笼口位置处于钢护筒的中心位置，不得偏位。
37.导管安装前进行水密承压和接头抗拉试验，包括以下步骤：（1）检查每节导管有无明显孔洞，检查每节导管的密封圈情况。如缺少或破旧不能使用，要及时拆除更换或添加，并在钢索槽中涂适当黄油。
38.（2）选择场地，使导管在地面上平整对接。对接时就各管按顺序编号。
39.（3）对导管两端安装封闭装置，封闭装置采用既有试压套。在试压封闭两端安装进水孔。安装时使两孔位于管道的正上方，以使注水时空气从孔中溢出。
40.（4）安装水管向导管内注水，注水至管道另一端出水时停止，并应保证导管内充水达70%以上，方可停止。
41.（5）将一端注水孔密封并安设压力表，另一端与水泵连接，检查导管连接处封闭端安装情况，检查合格后压风机充压0.6mpa时，保持压力15分钟。检查导管接头处溢水情况，对溢水处做好记录，试压将导管翻滚180
º
，再次加压，保持压力15分钟，检查情况做好记录。
42.（6）导管水密试验时的水压应不小于井孔内水深1.5倍的压力，进行承压试验时的水压不应大于导管壁可能承受的最大内压力pmax，pmax可按下式计算：pmax=1.5（γchcmax-γwhw）=900 kpa；式中：pmax——导管壁可能承受的最大内压力，单位kpa；γc——混凝土容重（用24kn/m3），单位kn/m3；hcmax——导管内混凝土柱最大高度，采用导管全长，单位m；γw——钻孔内水或泥浆容重，泥浆容重大于12kn/m3时不宜灌注水下混凝土，单位kn/m3；hw——钻孔内水或泥浆深度，单位m。
43.二次清孔安放钢筋笼和导管与浇筑水下混凝土间隔时间较长，孔底易产生沉渣，待安放钢筋笼及导管就序后，采用换浆法二次清孔，以达到置换沉渣的目的。待孔底泥浆各项技术指标均达到设计要求，且复测孔底沉渣厚度在设计范围以内后，清孔完成，立即进行水下混凝土浇筑。
44.混凝土灌注混凝土运到现场以后，按照事先的计算，得出首灌混凝土量，然后将足够量的混凝土盛放到漏斗中（首批混凝土灌注采用容量2m
³
的漏斗，并且在钢套筒内事先放置一个直径略小于钢套筒的隔水球，目的是保证首灌混凝土能够顺利封底，同时，漏斗中放置一个网格筛子），开始灌注时，漏斗阀门迅速全开，让混凝土以很大的冲力落下，以保证压力足以把钢套筒内的水完全压出并中和水的压力使混凝土顺利封底，达到埋管一米以上的要求），首灌混凝土顺利灌注以后，以后的灌注过程可以适当的根据设备和条件限制进行适当的调节。
45.按规范要求，首批混凝土的方量满足：1m≤导管埋深≤3m，浇筑过程中满足：2m≤导管埋深≤6m。浇筑过程中技术员随时进行混凝土灌注高度测量（测量方式采用测锤测量）。技术人员在现场严格控制首批混凝土浇筑工序。
46.首批混凝土灌注完成后，将大漏斗换成小漏斗，转入正常灌注阶段，混凝土经泵车输送，不断地通过小料斗、导管灌注至水下，直至完成整根桩的浇筑。随着混凝土灌注高度上升逐节拆除导管，每次拆除导管1节，拆除导管后，导管底口的埋置深度保证在2-6m。在混凝土灌注的过程中随时测量混凝土面标高，以确定导管埋深和拆除导管的时机。另外，在拆除导管之前询问搅拌站已经送至现场的混凝土方量，以便与现场根据实测标高计算的混凝土方量进行比较，防止出现差错。当混凝土灌注临近结束时，再一次核对混凝土的灌入方量，以确定所测混凝土的高度是否准确，混凝土顶面标高到位后，停止灌注，拆除灌注导管。砼面标高控制在比设计桩顶标高（按设计要求每根桩桩顶伸入承台10cm）高0.5m-1.0m，以保证桩头砼质量。
47.对钻孔桩桩身全部进行无损检测。检测方法符合《铁路工程基桩无损检测规程》的规定，检测频率符合设计要求。澜沧江特大桥8-10#墩桩基桩长均大于40m（桩径均为2m），成孔检测采用超声波探测法进行检测。
48.桩底注浆桩基混凝土灌注完毕养护3-7天后，间时桩身声波探测完成，其砼强度达到设计值75%以上时，利用注浆管对桩底进行压浆。浆体要求7天抗压强度不小于5mpa，28天抗压强度不小于桩身混凝土强度。压浆时应严格控制压浆量、压浆控制压力等，注浆宜低压慢速，使桩底沉渣在压浆后充分密实。在进行桩底压浆前应对压浆压力、压浆量、桩的抗拔力进行计算确定，并在每次试压浆和压浆过程中，连续监控压浆压力、压浆量、桩顶反力等数值。注浆管均匀固定在钢筋笼上，采用2根内径25mm，壁厚≥3mm的钢注浆管，注浆管上端应高出地面，下端与单项阀式注浆器相连。
49.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
50.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。