钻孔扩底灌注桩扩底技术分析

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摘 要 :分析了钻孔扩底灌注桩扩底钻头的结构特点、扩底工艺、扩孔检测方法及扩大头的设计,指出钻孔扩底灌注桩使用前景和利用价值,并具有极强的操作性和技术可靠性。

  1、钻孔扩底灌注桩的主要特点 

随着城市建设的飞速发展,各种建筑工程密集,常用桩型的施工不时遭遇难题。钻孔扩底桩的特点是省钱、工期短、技术可靠、施工简单、震动小、噪音低、适应能力强、应用范围广,特别是在住宅密集地区,更能发挥其优势。主要特点分析如下:

(1)节省资金。①该桩型技术特点是在桩端(持力层)直径加倍扩底。大大提高桩的端承力,充分发挥桩身砼强度的承载作用,缩小桩径或减短桩长而达到大量减少工程量的目的。②桩规格灵活选择。从桩φ600~φ2500 mm之间,每隔100mm为一种规格。这样能合理选择桩规格,充分发挥桩身砼作用。如果使用人工挖孔桩,桩长达到一定深度后,桩径必须满足1200 mm,加上护壁厚度,即为士1500 mm,这样大大造成浪费。③不用降水措施以及其他的措施费用。

(2)技术可靠。该桩型施工工艺采用的扩底机在国内其他地区已使用十多年。根据中华人民共和国行业桩基工程技术规范(JGJ94―94)对钻孔扩底桩的规定允许扩底不超过桩身直径的3倍。现行使用机具限制在2倍左右,加上桩的持力层(即扩底层)一般选在粘土层、全风化层、强风化层或中风化层岩层,所以钻孔扩底灌注桩一般都不易塌孔。

(3)工期快。如果在强风化层或以上土层扩底的桩,深度在20~30 m左右,每机每天完成O.6~l根桩左右,加上机械的工作面小,用电量不大,本桩型是一柱一桩而大量减少桩数量。此外,雨天对该桩施工影响不大。若在雨季施工,每个工程也只需30~40天左右即可完成,所以,钻孔扩底桩工期快且透明度大。

(4)适应能力强、应用范围广。本桩型最小直径有600 mm,最大直径有2500 mm,扩底直径最大可达4000 mm,桩的深度可达50~60 m。另外,由于扩底机具的不断更新,不但能在一般土层或强风化层扩底,而且能在中风化或微风化层扩底。所以单桩承载力最高可达40000 kN。故该桩型不论对高层建筑物或一般建筑物都适用。特别是居民密集区、旧城改造、狭小场地或有砂层、淤泥层、含水量大,会出现流泥或流砂现象时,该桩型更具优势。

 2、扩底钻头的种类及结构特点 

大口径钻孔扩底灌注桩采用一种特殊的扩底机械,在桩底部位扩底,即采用柱状钻头钻到持力层后,换上扩底钻头,撑开钻头的扩孔刀刃,使之旋转切削地层扩大孔底。达到设计要求的扩底直径后浇灌砼成桩,形成砼扩大头,提高桩端承载力。目前常用扩底钻头有3种:MRS系列扩底钻头、YKD系列油压扩底钻头和MRR系列基岩扩底钻头。

(1)MRS系列扩底钻头。该系列扩底钻头主要用于在各种土层、砂层、砂砾层、残积层和强风化层中扩底,其基本结构为三翼或四翼下开式,刀齿为硬质合金。主要部件由底翼、加压翼、底盘、连杆等组成。该系列钻头结构简单、使用方便、操作灵活、扩底准确可靠,同国内其他扩底钻头相比,其技术水平达到国内先进水平。

(2)YKD系列油压扩底钻头。该系列钻头主要由钻头体、回转接头、泵站、检测控制台等几部分组成。该系列钻头具有以下特点:①用油控制其张开和收缩,操作简单可靠;②钻孔和扩底用一个钻头完成,扩底时不用更换钻头;③可在地面直接控制扩底直径和控制扩底过程;④钻头装有副翼可调节桩身直径;⑤可采用正反循环施工;⑥采用活刀板连接,刀头磨损后可随时更换;⑦可施工多层扩底桩。该系列钻头为三翼下开式结构,刀头采用硬质合金,可钻进各种土层、砂层、砂砾层以及粒径小于50mm的卵石层。

(3)MRR系列基岩扩底钻头。该种钻头主要用在各种岩石中扩底,如砂岩、石灰岩、花岗岩等。在岩石中采用该种桩,同其他扩底桩相比具有以下特点:①稳定性好,可靠性高,桩的受力更加高;②经济效果更加明显;③由于基岩强度大,硬度高,施工难度相当大。

3、扩底钻头的扩底工艺 

以MRS钻头为例对扩底钻头的扩底工艺进行介绍。

(1)检查钻头收缩与张开是否灵活。将钻头用吊车钻机的卷扬机提起,然后再缓缓放下,扩底钻头的扩底翼将随之收缩和张开,如此的反复数次,使钻头动作灵活。

(2)根据工程所需要的扩底直径,确定其行程。

(3)当钻头下人孔底后,在钻盘以上的钻杆上用粉笔划上记号或其他方法做好最终行程记号,以便确定扩底终点。

(4)将扩底钻头提离孔底,使其处于悬吊状态。

(5)启动钻机和水泵,待钻机和水泵工作正常后即可开始扩底。

(6)扩底时利用卷扬机控制扩底钻头的扩底速度。为安全起见,扩底速度越慢越好。一般情况下,卷扬机的放绳速度应保证主动钻杆以10 mm・min-1的速度下移,如果钻机震动太大,可进一步减小扩底速度。

(7)在扩底完成行程后,可在原位继续回转直到清孔完结,即可迅速提钻。

(8)扩底结束后,为保证扩底可靠,可使用孔径检测器进行检测,确定扩底直径达到设计要求后,提起钻头,接着进行下道工序。

 4、扩孔检测手段和方法 

在施工中采用的检测手段以设备自检为主、井径仪检测为辅的手段,可达到预定的检测目的。

(1)设备自检YKD一600/1200型扩底设备具有一整套精密的地面检测系统,在地面通过联动装置直接显示钻头的收缩(扩孔)全过程,从而达到设备自检。

(2)MRS型机械钻头则主要利用钻杆的位移来检测钻头扩开情况。按每种不同规格的扩底钻头,通过计算出每种扩底钻头的扩开情况与钻杆位移尺寸的关系和具体数据,在施工扩底时,现场监理人员即可根据这个数据对扩底进行验收。

(3)扩底直径检测,除了使用以上方法外,为了进一步证实扩底直径是否达到设计要求,使用孔径检测器进行检测。它具有操作方便、简单、直观、时间短等优点。具体操作方法是:用该孔径检测器主杆,接至桩长相应长度,并根据孔径直径接好丈量直径杆,伸人桩底,由绳子作记号确定行程。

 5、扩底直径选定 

(1)在强风化层或以上土层扩底,现有机械能力最大桩身直径采用600―2500mm,扩底直径可选用800~4000mm,桩深度可考虑在50 m左右。

(2)如果选用中风化层作为持力层扩底,桩径可采用600~2000mm,扩底直径可选用:3000mm或以内,桩深度可考虑在40m左右。

(3)如果选用微风化层作为持力层扩底,桩直径可选用600~2000 mm,扩底直径可选用2800mm或以内,桩深度可考虑在40m以内。

最大扩底高度是根据扩底直径所采用的机具决定的,扩底角度最大不超过30度。

扩大头的检测可采用国产的桩基质量分析仪,采用反射法检测可得出定性的结论来完成扩大头指标的鉴定。

 6、结论 

从以上分析可看出,应用钻孔扩底灌注桩不仅节约资金,而且技术可靠、施工期短、扩底工艺简单、可操作性强。

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