CN113550300A - 复杂地层大直径灌注桩施工工法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地基施工领域，具体公开了一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，包括：1），根据桩孔设计图纸在施工场地定位画圈以形成桩孔圈线，在桩孔圈线外定位画圈以形成护桩孔圈线，护桩孔圈线沿着桩孔圈线周向设置若干以包围桩孔圈线；2），根据护桩孔圈线钻挖若干护桩孔并在护桩孔内插入外径与护桩孔孔径一致的护桩管，护桩孔孔深大于桩孔孔深；3），护桩管内注入护桩混凝土拌和料；4），静置7天后，根据桩孔圈线钻挖桩孔；5），桩孔内沉入钢筋笼；6），桩孔内注入灌注桩混凝土拌和料，养护成桩；护桩混凝土拌和料包括：水、水泥、粉煤灰、砂、石、减水剂、早强剂、抗裂剂，本发明具有减少塌孔发生的优点。
Description
技术领域
本发明涉及地基施工领域，尤其是涉及一种复杂地层大直径灌注桩施工工法。
背景技术
复杂地层是由一系列地质作用形成的，地层由于发生地质构造运动，会受到压力、张力、剪力、扭力等的作用，使岩层出现褶皱和断裂等现象，会对地层产生破坏，使得地层不再均匀连续。
地基是建筑的基础，由于地层有岩石和土壤形成，土壤的承载力不足，因此通常需要在地层中施工桩体，以利用桩体来形成支撑构件，从而实现对建筑的支撑，而对于大体积建筑，桩体的所需的直径较大，通常直径为两米以上的桩体被称作大直径桩，而由于大直径桩的直径大，若采用静压桩的施工方式，会对土壤产生非常严重的挤土效果，容易影响周边的建筑地基，因此大体积灌注桩的施工方式更为合适。
灌注桩施工时，难点在于钻挖桩孔，由于桩孔孔壁两侧土壤压力存在差异，且钻孔时会产生震动等作用力，若桩孔孔壁无保护措施，则很容易引起塌孔，因此，一般采用泥浆护壁工艺，通过泥浆增加桩孔孔壁朝向桩孔一侧受到的压力，以抵抗土壤对桩孔孔壁带来的压力，从而保护桩孔，减少塌孔发生，但是，在复杂地层中，由于地层会出现不连续的现象，当钻孔时到底断裂处，泥浆会从裂缝流出，由于泥浆有一定的黏度，对于细微或少量的裂缝，由于泥浆流失速度较慢，可通过及时补充泥浆，以保持泥浆压力，从而保持护壁的效果，但复杂地层中存在裂缝的数量比普通地层要多，而且大直径桩孔的孔壁面积大，从而使得裂缝与桩孔连通的面积也大，导致泥浆容易出现瞬间快速流失，导致泥浆补充不及时，从而使得桩孔内的泥浆压力快速降低，而钻孔仍在进行，且由于桩孔孔径越大，桩孔孔壁两侧压力差就越大，在钻孔时所产生的震动作用下，将容易引发塌孔现象，因此还有改善空间。
发明内容
为了减少塌孔发生，本申请提供一种复杂地层大直径灌注桩施工工法。
本申请提供的一种复杂地层大直径灌注桩施工工法采用如下的技术方案：
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，包括以下步骤：
步骤1)，根据桩孔设计图纸在施工场地定位画圈以形成桩孔圈线，在桩孔圈线外定位画圈以形成护桩孔圈线，所述护桩孔圈线沿着桩孔圈线周向设置若干以包围桩孔圈线；
步骤2)，根据护桩孔圈线钻挖若干护桩孔并在护桩孔内插入外径与护桩孔孔径一致的护桩管，所述护桩孔孔深大于桩孔孔深；
步骤3)，护桩管内注入护桩混凝土拌和料；
步骤4)，静置7天后，根据桩孔圈线钻挖桩孔；
步骤5)，桩孔内沉入钢筋笼；
步骤6)，桩孔内注入灌注桩混凝土拌和料，养护成桩；
所述护桩混凝土拌和料包括以下质量份数的组分：
水150-152份；
水泥510-515份；
粉煤灰38-40份；
砂680-690份；
石990-1000份；
减水剂2.4-2.6份；
早强剂19-21份；
抗裂剂9-11份。
通过采用上述技术方案，通过先施工深度大于桩孔深度的护桩，由于护桩插入地层中，使得护桩不易移动或倾倒，通过护桩包围桩孔以在钻挖桩孔时通过护桩抵抗桩孔孔壁外侧土壤传来的压力，使得桩孔中泥浆减少时，由于桩孔外围被护桩保护，桩孔孔壁两侧压力差不会突然变得非常大，因此不易出现塌孔现象，给予充足的时间补充泥浆，使得施工效果较好。
通过护桩管与护桩混凝土拌和料制成的护桩，结构强度高，护桩不易断裂，配合在护桩混凝土拌和料中加入早强剂，使得护桩前期强度较高，无需长时间养护即可具有很强的结构强度，从而稳定地保护桩孔，并且通过在护桩混凝土拌和料中加入抗裂剂，使得混凝土自身的抗裂强度提升，与护桩管相互配合，使得护桩抗断裂的效果较佳，以保障保护桩孔的效果，使得桩孔不易出现塌孔现象，施工安全且质量较佳。
优选的，所述护桩孔圈线与桩孔圈线之间最小距离为8-10mm。
通过采用上述技术方案，通过限制护桩与桩孔的距离，使得护桩抵抗了地层土壤的压力，而钻挖桩孔时不易伤及护桩，同时也不易因护桩与桩孔距离太远导致桩孔孔壁未必护桩抵抗压力的土壤较多而导致桩孔孔壁受到的土壤压力较大的情况，使得护桩保护桩孔的效果较佳。
优选的，相邻所述护桩孔圈线之间最小距离为8-10mm。
通过采用上述技术方案，通过限制相邻护桩的间距，避免钻挖护桩孔时因为孔壁处土壤太少而因钻孔的震动出现坍塌，同时又能保证对外围土壤压力的抵抗，保证对桩孔的保护效果，使得桩孔不易出现塌孔现象，质量较佳。
优选的，所述步骤2)中，每钻挖形成一个护桩孔后，先在该护桩孔中插入护桩管后，再施工下一护桩孔。
通过采用上述技术方案，通过先插入护桩管在钻下一护桩孔，利用护桩管对现有的护桩孔孔壁进行加固，使得钻挖下一护桩孔时不易出现塌孔现象，保证护桩孔的施工质量。
优选的，所述护桩孔孔径为80-120mm。
通过采用上述技术方案，通过限制护桩孔的孔径，使得护桩孔孔径较小，使得护桩孔不易出现塌孔现象，易于施工，而且还能使得护桩用材较少，减少成本。
优选的，所述抗裂剂为氯化镁、硫酸镁、硝酸镁的复配。
通过采用上述技术方案，通过氯化镁、硫酸镁、硝酸镁的配合，与混凝土中的氢氧化钙反应，生产氢氧化镁晶体，通过氢氧化镁晶体替代氢氧化钙晶体，增加了水泥石与骨料的连接稳定性，使得骨料与水泥石不易剥离，从而增加了抗裂的性能，具体的，由于氢氧化钙富集于水泥石与骨料界面处，而氢氧化钙晶体强度较低，容易破坏，使得骨料与水泥石的界面处容易形成薄弱点，而当氯化镁、硫酸镁、硝酸镁同时存在时，易于与氢氧化钙反应并生成结晶状的氢氧化镁，通过氢氧化镁连接水泥石与骨料，使得水泥石与骨料界面连接十分稳定，减少薄弱点，使得混凝土材料从宏观上体现出更强的抗开裂性能，从而不易断裂，更好地配合护桩管，以实现稳定抵抗桩孔外围土壤的压力，保护桩孔，不易出现塌孔现象。
优选的，所述氯化镁、硫酸镁、硝酸镁的质量比例为1：0.3：0.5。
通过采用上述技术方案，通过氯化镁、硫酸镁、硝酸镁以特定比例配合，生成的结晶体占比更多，从而使得水泥石与骨料的连接更为稳定，混凝土的抗开裂性能更强。
优选的，所述护桩混凝土拌和料还包括以下质量份数的组分：
钢纤维3.8-4.2份。
通过采用上述技术方案，通过加入钢纤维，可有效增加混凝土的抗开裂性能，而由于混凝土通过了氯化镁、硫酸镁、硝酸镁的改良，使得少量的钢纤维配合，就可获得很高的抗裂能力，有效减少钢纤维的用量，降低成本，而且制成的混凝土的抗裂能力更强，质量更佳。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请通过先施工深度大于桩孔深度的护桩，由于护桩插入地层中，使得护桩不易移动或倾倒，通过护桩包围桩孔以在钻挖桩孔时通过护桩抵抗桩孔孔壁外侧土壤传来的压力，使得桩孔中泥浆减少时，由于桩孔外围被护桩保护，桩孔孔壁两侧压力差不会突然变得非常大，因此不易出现塌孔现象，给予充足的时间补充泥浆，使得施工效果较好。
2、本申请中优选通过护桩管与护桩混凝土拌和料制成的护桩，结构强度高，护桩不易断裂，配合在护桩混凝土拌和料中加入早强剂，使得护桩前期强度较高，无需长时间养护即可具有很强的结构强度，从而稳定地保护桩孔，并且通过在护桩混凝土拌和料中加入抗裂剂，使得混凝土自身的抗裂强度提升，与护桩管相互配合，使得护桩抗断裂的效果较佳，以保障保护桩孔的效果，使得桩孔不易出现塌孔现象，施工安全且质量较佳。
3、本申请中优选通过通过氯化镁、硫酸镁、硝酸镁的配合，与混凝土中的氢氧化钙反应，生产氢氧化镁晶体，通过氢氧化镁晶体替代氢氧化钙晶体，增加了水泥石与骨料的连接稳定性，使得骨料与水泥石不易剥离，从而增加了抗裂的性能，具体的，由于氢氧化钙富集于水泥石与骨料界面处，而氢氧化钙晶体强度较低，容易破坏，使得骨料与水泥石的界面处容易形成薄弱点，而当氯化镁、硫酸镁、硝酸镁同时存在时，易于与氢氧化钙反应并生成结晶状的氢氧化镁，通过氢氧化镁连接水泥石与骨料，使得水泥石与骨料界面连接十分稳定，减少薄弱点，使得混凝土材料从宏观上体现出更强的抗开裂性能，从而不易断裂，更好地配合护桩管，以实现稳定抵抗桩孔外围土壤的压力，保护桩孔，不易出现塌孔现象。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下制备例及对比制备例中所用原料的来源信息详见表1。
表1
| 原料 | 来源信息 |
| 水泥 | 燕新控股集团有限公司，钧牌普通硅酸盐水泥PO42.5R |
| 粉煤灰 | 杭州质诚钙制品有限公司，一级粉煤灰 |
| 砂 | 灵寿县恒展矿产品加工厂，河砂 |
| 石 | 灵寿县耀泰矿产品有限公司，平均粒径8mm |
| 减水剂 | 湖南先锋建材有限公司，聚羧酸高效减水剂 |
| 早强剂 | 济南众琪化工有限公司，甲酸钙，含量98％ |
| 氯化镁 | 营口巨隆能源化工有限公司，含量99％ |
| 硫酸镁 | 济南夜青生物科技有限公司，含量99％ |
| 硝酸镁 | 湖北万业医药有限公司，含量99％ |
制备例1-3
一种护桩混凝土拌和料，包括以下组分：
水、水泥、粉煤灰、砂、石、减水剂、早强剂、抗裂剂。
其中，抗裂剂由氯化镁、硫酸镁、硝酸镁以质量比例为1：0.3：0.5复配而成。
制备例1-3中各原料的具体投入量(单位Kg)详见表2。
表2
| 单位(Kg) | 制备例1 | 制备例2 | 制备例3 |
| 水 | 150 | 152 | 151 |
| 水泥 | 510 | 510 | 511 |
| 粉煤灰 | 38 | 40 | 39 |
| 砂 | 680 | 690 | 688 |
| 石 | 990 | 1000 | 991 |
| 减水剂 | 2.4 | 2.6 | 2.5 |
| 早强剂 | 19 | 21 | 20 |
| 抗裂剂 | 9 | 11 | 10 |
制备例1-3中护桩混凝土拌和料的制备方法如下：
将水、水泥、粉煤灰、砂、石投入搅拌釜中，转速60r/min，搅拌15min，然后投入减水剂、早强剂、抗裂剂，转速60r/min，搅拌20min，获得护桩混凝土拌和料。
制备例4-6
一种护桩混凝土拌和料，与实施例3相比，区别仅在于，还包括以下组分：
钢纤维。
制备例4-6中，钢纤维的具体投入量(单位Kg)详见表3。
表3
| 单位(Kg) | 制备例4 | 制备例5 | 制备例6 |
| 钢纤维 | 3.8 | 4.2 | 4 |
制备例4-6的护桩混凝土拌和料的制备方法中，钢纤维与水、水泥、粉煤灰、砂、石一起投入搅拌釜中搅拌。
制备例7
一种灌注桩混凝土拌和料，制备方法如下：
将将水100Kg、水泥250Kg、粉煤灰34.2Kg、砂421.3Kg、石717.4Kg投入搅拌釜中，转速60r/min，搅拌15min，然后投入减水剂1.23kg，转速60r/min，搅拌20min，获得灌注桩混凝土拌和料。
对比制备例1
一种护桩混凝土拌和料，与制备例3相比，区别仅在于：
抗裂剂中，由氯化镁等量代替硫酸镁、硝酸镁。
对比制备例2
一种护桩混凝土拌和料，与制备例3相比，区别仅在于：
抗裂剂中，由硫酸镁等量代替氯化镁、硝酸镁。
对比制备例3
一种护桩混凝土拌和料，与制备例3相比，区别仅在于：
抗裂剂中，由硝酸镁等量代替氯化镁、硫酸镁。
对比制备例4
一种护桩混凝土拌和料，与制备例3相比，区别仅在于：
由砂等量代替抗裂剂。
实施例1
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，包括以下步骤：
步骤1)，施工场地整平，然后根据灌注桩的设计图纸，定位桩孔位置，然后在施工场地定位画圈以形成桩孔圈线，本实施例中，桩孔直径为2m，桩孔孔深为15m，然后在桩孔圈线外定位画圈以形成护桩孔圈线，护桩孔圈线沿着桩孔圈线周向设置若干以包围桩孔圈线，本实施例中，护桩孔圈线的直径为80mm，护桩孔圈线与桩孔圈线之间的最小距离为8mm，相邻护桩孔圈线之间的最小距离为8mm。
步骤2)，根据护桩孔圈线钻挖护桩孔，每一护桩孔钻挖完毕后，先在该护桩孔中插入外径与护桩孔孔径一致的护桩管，然后再钻挖下一护桩孔，直至所有护桩孔钻挖完毕并全部插入护桩管为止，其中护桩孔孔深为桩孔孔深的110％。
步骤3)，朝向护桩管内注入护桩混凝土拌和料至护桩混凝土拌和料与护桩管顶部平齐，静置30min后，再次注入混凝土拌和料至与护桩管顶部平齐。
步骤4)，静置7天后，根据桩孔圈线钻挖桩孔至桩孔标定深度，钻挖过程中遇到孔内泥浆下降时，及时补充泥浆，以保持桩孔持续反出泥浆。
步骤5)，抽出泥浆，在桩孔内沉入钢筋笼。
步骤6)，桩孔内注入灌注桩混凝土拌和料，养护28天，形成大直径灌注桩。
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用制备例1制得的护桩混凝土拌和料。
本实施例中，灌注桩混凝土拌和料采用制备例7制得的灌注桩混凝土拌和料。
实施例2
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，与实施例相比，区别仅在于：
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用制备例2制得的护桩混凝土拌和料。
实施例3
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，与实施例相比，区别仅在于：
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用制备例3制得的护桩混凝土拌和料。
实施例4
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，与实施例相比，区别仅在于：
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用制备例4制得的护桩混凝土拌和料。
实施例5
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，与实施例相比，区别仅在于：
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用制备例5制得的护桩混凝土拌和料。
实施例6
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，与实施例相比，区别仅在于：
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用制备例6制得的护桩混凝土拌和料。
对比例1
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，与实施例相比，区别仅在于：
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用对比制备例1制得的护桩混凝土拌和料。
对比例2
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，与实施例相比，区别仅在于：
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用对比制备例2制得的护桩混凝土拌和料。
对比例3
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，与实施例相比，区别仅在于：
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用对比制备例3制得的护桩混凝土拌和料。
对比例4
一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，与实施例相比，区别仅在于：
本实施例中，护桩混凝土拌和料采用对比制备例4制得的护桩混凝土拌和料。
采用实施例1-6的复杂地层大直径灌注桩施工工法各进行10根灌注桩施工，均无塌孔现象。
采用对比例1的复杂地层大直径灌注桩施工工法进行10根灌注桩施工，有一个出现轻微塌孔现象。
采用对比例2的复杂地层大直径灌注桩施工工法进行10根灌注桩施工，有一个出现轻微塌孔现象。
采用对比例3的复杂地层大直径灌注桩施工工法进行10根灌注桩施工，有一个出现轻微塌孔现象。
采用对比例4的复杂地层大直径灌注桩施工工法进行10根灌注桩施工，有一个出现轻微塌孔现象。
实验1
根据《普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2016》检测制备例1-6、对比制备例1-4制得的护桩混凝土拌和料制成的混凝土试样的抗压强度及劈裂抗拉强度。
实验1的检测数据详见表4。
表4
根据表4中，制备例3与对比制备例1-4的数据对比可得，在护桩混凝土拌和料中单独加入氯化镁、硫酸镁、硝酸镁对制成的混凝土试样的抗压强度以及劈裂抗拉强度均有一定提升，且当氯化镁、硫酸镁、硝酸镁以特点比例配合后，制成的混凝土试样的抗压强度以及劈裂抗拉强度提升十分明显，可见氯化镁、硫酸镁、硝酸镁相互配合后，形成的氢氧化镁晶体数量更多，提高水泥石与骨料连接稳定性的效果更佳。
根据表4中，制备例3与制备例4-6的数据对比可得，加入少量钢纤维，能有效提高制成的混凝土试样的劈裂抗压强度，使得制成的护桩不易断裂。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1），根据桩孔设计图纸在施工场地定位画圈以形成桩孔圈线，在桩孔圈线外定位画圈以形成护桩孔圈线，所述护桩孔圈线沿着桩孔圈线周向设置若干以包围桩孔圈线；
步骤2），根据护桩孔圈线钻挖若干护桩孔并在护桩孔内插入外径与护桩孔孔径一致的护桩管，所述护桩孔孔深大于桩孔孔深；
步骤3），护桩管内注入护桩混凝土拌和料；
步骤4），静置7天后，根据桩孔圈线钻挖桩孔；
步骤5），桩孔内沉入钢筋笼；
步骤6），桩孔内注入灌注桩混凝土拌和料，养护成桩；
所述护桩混凝土拌和料包括以下质量份数的组分：
水150-152份；
水泥510-515份；
粉煤灰38-40份；
砂680-690份；
石990-1000份；
减水剂2.4-2.6份；
早强剂19-21份；
抗裂剂9-11份。
2.根据权利要求1所述的一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，其特征在于：所述护桩孔圈线与桩孔圈线之间最小距离为8-10mm。
3.根据权利要求2所述的一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，其特征在于：相邻所述护桩孔圈线之间最小距离为8-10mm。
4.根据权利要求1所述的一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，其特征在于：所述步骤2）中，每钻挖形成一个护桩孔后，先在该护桩孔中插入护桩管后，再施工下一护桩孔。
5.根据权利要求1所述的一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，其特征在于：所述护桩孔孔径为80-120mm。
6.根据权利要求1所述的一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，其特征在于：所述抗裂剂为氯化镁、硫酸镁、硝酸镁的复配。
7.根据权利要求6所述的一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，其特征在于：所述氯化镁、硫酸镁、硝酸镁的质量比例为1：0.3：0.5。
8.根据权利要求7所述的一种复杂地层大直径灌注桩施工工法，其特征在于：所述护桩混凝土拌和料还包括以下质量份数的组分：
钢纤维3.8-4.2份。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 刘东等: "《建筑材料》", 30 June 2010, 中国计量出版社 * |
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