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1、精选优质文档-倾情为你奉上DX挤扩桩在沿海特大桥桩基础中的应用摘 要：通过DX挤扩桩在唐山至曹妃甸高速公路工程南堡盐场特大桥水下软土桩基础中的应用，介绍DX挤扩专利技术的施工方法，施工中遇到的问题及质量控制措施。关键词：DX桩 水下软土地基 措施基本原理DX多节挤扩灌注桩(以下简称DX桩),是一种变截面桩,是在钻(冲)孔后,向孔内下入专用的DX挤扩装置,通过地面液压站控制该装置的弓压臂的扩张和收缩,按承载能力要求和地层土质条件,在桩身不同部位挤压出3岔分布或3岔分布的扩大岔腔或近似的圆锥盘状的扩大头腔后,放入钢筋笼,灌注混凝土,形成桩身、分岔、分承力盘和桩根共同承载的桩型。其主要特点，一是单桩
2、承载力高。与普通直杆灌注桩相比，单桩承载力可提高152倍。二是节约成本，缩短工期，与普通灌注桩相比，可节约原材料25，节省桩基总造价20左右。三是设计灵活，适应性强。可在多种土层中成桩，不受地下水位限制。四是与普通灌注桩相比，DX桩利用多层端阻、多段侧阻的共同作用，沉降变形小，可以减小桩径，缩短桩长，提高桩基承载力，施工效率高，有显著的技术、经济、环境效益。专利单位（北京中阔地基基础技术有限公司）通过大比例尺的现场模型DX桩静荷载试验，对DX桩的抗拔性能和荷载传递机理进行了研究。结果表明，DX桩的抗拔承载力明显大于同等条件下的等截面桩，且DX桩的荷载一上拔位移关系呈缓变形；DX桩的承力盘发挥的
3、端承阻力在总抗拔承载力中占有较大比例；由于DX桩承力盘发挥了挤压效应，DX桩桩身的平均单位抗拔侧阻力值也明显大于等截面桩。承力盘应设置在可塑硬塑状态的粘性土或稍密密实的粉土和砂土中，也可设置在中密密实的卵砾石层的上层面上，底承力盘也可设置在强风化岩或残积土层的上面层上。1 工程概述1.1 工程概况1.2 工程地质及水文地质条件A、地形地貌：沿海地带冲淤积平原区的滨海滩涂，地形较平缓。B、地层岩性： 南堡盐场特大桥地层为第四系全新统Q4mc+m，其成因为滨海相沉积层，出露地层为淤泥质粘土及淤泥质亚粘土，以下为亚粘土和粉细砂称互层状分布，夹有软土、软弱土层。C、水文地质：地下水为第四系平原孔隙潜水
4、，较发育。1.3 设计指标A、软土及软弱土（亚粘土）：流塑软塑状态，属高压缩性土，该土层厚1.89.8m,容许承载力0=90120 KPa，极限侧摩阻力i2025KPa。B、亚粘土及亚砂土：该土层厚2.09.1m,容许承载力0=140160 KPa，极限侧摩阻力i3540KPa。B1、粉砂：该土层厚2.5m,容许承载力0=110 KPa，极限侧摩阻力i30KPa。C、亚粘土及亚砂土：软塑硬塑状态，该土层厚9.716.3m,容许承载力0=130200 KPa，极限侧摩阻力i3045KPa。D、亚粘土及亚砂土：软塑硬塑状态，该土层厚4.79.1m,容许承载力0=140180 KPa，极限侧摩阻力i
5、4045KPa。D1、软土及软弱土：该土层厚2.06.4m,容许承载力0=120 KPa，极限侧摩阻力i2530KPa。D2、粉细砂：该土层厚1.313.5m,容许承载力0=180220 KPa，极限侧摩阻力i4045KPa。E、亚粘土：该土层厚4.59.8m,容许承载力0=140200 KPa，极限侧摩阻力i3545KPa。F、粉细砂：该土层厚2.85.4m,容许承载力0=220240 KPa，极限侧摩阻力i4555KPa。G、亚粘土：软塑硬塑状态，该土层厚5.310.3m,容许承载力0=180220 KPa，极限侧摩阻力i4550KPa。H、粉细砂：该土层厚9.45m,容许承载力0=220
6、240 KPa，极限侧摩阻力i4555KPa。1.4 DX桩设计参数特大桥55#59#桥墩采用DX桩，桥墩由双柱四桩改为双柱双桩形式， DX桩为20根/1000米，桩长50m，桩径150cm，设4个挤扩盘，砼与灌注桩砼一致。经专利单位检算各盘的盘位及首扩压力值见下表1盘2盘3盘底盘标高m首扩压力值MPa标高m首扩压力值MPa盘径cm标高m首扩压力值MPa标高m首扩压力值MPa-24.312-31.39248-38.36-45.362 设备选择施工主要设备有：回旋钻机（正循环）、液压挤扩设备、装载机ZL30D一台,汽车起重机25T一台、混凝土运输车4辆，根据工程需要，随时调整配套设备的数量。3
7、DX桩施工方法3.1 DX桩施工工艺流程采用循环钻机钻孔，钻机按桩位间隔布置。施工工艺流程：围堰施工桩位放样埋设护筒钻机就位制备泥浆钻孔成孔挤扩承力盘及盘径检测清孔钢筋笼的安装就位安放导管二次清孔水下混凝土灌注清理场地。具体施工工序钢护筒制作DX钻孔灌注桩施工工艺流程图桩位放样围堰、平整场地埋设护筒安装钢筋笼清 孔挤扩承力盘及盘径检测钻机就位钢筋笼加工钻孔成孔制备泥浆拔出护筒、清理场地成桩检测灌注混凝土清孔检测二次清孔安放导管泥浆运输至指定地点拼装检验导管砼搅拌运输流程见下图：3.2 施工工艺要点A 桩位放样根据设计提供的测量基准点和桩位平面布置图，首先认真复核原始设计数据，确认无误后由专职测
8、量人员进行放线，桩位用钢钎打灰桩，不宜打钢筋钉。放线结束后，会同建设方、监理及设计人员共同验线，确认无误并签字认可后方可进行下一道施工工序。B 埋设护筒护筒采用钢护筒。根据规范要求，护筒埋置深度为810m，根据现场实际需要将上部易塌孔土层全部用护筒防护，高度宜高出地面0.3m或水面12m，并且必须保证护筒顶面标高低于桩顶标高，埋设护筒时用水平尺检查垂直度。为增加抗腐蚀能力，每根桩钢筋笼上部增加永久钢护筒。C 钻机就位钻机就位时，要做到机座平稳，用铅锤测定钻机桅杆的垂直度，钻头中心与桩位偏差不得大于10mm。D 制备泥浆钻孔用的泥浆，采用优质粘土在泥浆池内制备。泥浆池的容积不小于8立方米，并设两
9、个容积为6立方米的沉淀池，串联并用。泥浆性能指标应符合下列技术要求：泥浆相对密度（1.201.45）； 粘度（19s28s）； 含砂率（8%4%）； 胶体率96%； 失水量15ml/30min;E 钻进成孔钻机就位后检查机械的性能是否良好，并对钻头的位置进行检查是否有偏差。钻机安置平稳后，在钻孔过程中保持孔内有1.52m的水头高度。钻机作业必须保持连续性，升降钻头时要平稳，不得碰撞护筒和护壁，经常检查垂直度，每小时对钻进深度进行检查，拆除和加接钻杆时力求迅速。孔低预留500mm，待挤扩后清孔一并清出。每台钻机配备人员7名，其中指挥1人，卷扬机1人，机电工兼记录员2名，装拆钻杆及清渣3人。桩孔钻
10、至设计标高后，对成孔的孔径、孔深和倾斜度等进行检查。满足设计要求后，填写钻孔桩终孔检验记录表，报请监理工程师检查，检验合格后进行下道工序。开孔时，将钻头两活瓣合拢，钻头对准桩位，经检查合格后进行钻进。在钻进过程中，随时检查钻机的平稳度和垂直度，确保桩孔垂直度1到达设计深度。F 挤扩承力盘及盘径检测 （1）挤扩机入孔前测量孔深。挤扩机入孔时注意保护护筒的标高。 （2）将挤扩机下至底盘设计位置，自下而上实施挤扩。盘的位置和数量按照要求施工，并认真记录每次的挤扩压力值。为取得较高的首次挤扩压力值，允许将盘位在设计深度1.5m范围内坐适当调整，以使承力盘设置于同一持力层。若地层变化较大，经调整仍不能获
11、得较高压力值时，应及时向监理报告，并经设计单位会签解决。（3）每盘挤扩11次，每次转动约11，依次挤扩完成盘腔。第一次挤扩后，每次参照孔口角度盘转角约11再进行挤扩，每盘共完成10次转角，11次挤扩，最后形成承力盘腔。挤扩次数数据为：设计盘径2.5m，挤扩臂宽0.25m。挤扩次数=（2.5*3.14）/（3*0.25）=10.46次11（次）（4）在挤扩过程中，要随时检测稳定液的液面高度，当下降时要及时补充稳定液。（5）挤扩设备 出孔后量测孔深，并记录沉渣厚度。同时用DX盘径检测器对承力盘成型效果进行检测。DX盘径检测器（如图）的三对测杆与挤扩施工专用的DX挤扩设备挤扩臂尺寸、张开角度相等，检
12、验方法是利用该装置的三对测杆在盘腔处张开下滑时的副绳与主绳零点（始点）的落差，与三对测杆张开角度的几何关系而测得盘腔直径。检测时，提紧主、副绳将盘径检测器缓慢放至孔内被测盘腔深度，松开副绳，三对测杆自重下落，主副绳稍做调整，测杆即张开位于挤扩盘腔内，此时，观察记录主、副绳零点（始点）落差，并根据落差和盘径换算关系表（实际量测检测器获取），查得实际挤扩盘腔直径。盘径允许偏差为-50mm。G 复钻清孔挤扩设备出孔量测孔深后，利用成孔钻机复钻清空，使孔深达到偶设计要求，清孔要求同成孔，清孔时应继续保持稳定液相对密度及液面高度。清孔后泥浆性能指标应符合下列技术要求：泥浆相对密度（1.031.1）； 粘
13、度（17s20s）； 含砂率2%; 胶体率98%；I 钢筋加工及安装钢筋笼加工场地设在K72+610K72+660段左侧，钢筋作业必须在钢筋加工场完成。（1）本桥钢筋笼设计40m长，分两节进行加工，即每节长度20m,接头错开预留，同一截面的接头50%，间距大于1米。焊条采用5字头焊条。焊接要求主筋顺直，焊缝饱满，搭接长度5d，并按试验规程取焊接试样，进行抗拉强度试验和冷弯试验。组装时，先做四个固定支架，加强筋固定在支架上，按设计图纸要求在加强筋上画安装主筋的位置，用点焊的方法将主筋与加强筋焊接牢固，按从中间开始先上后下的顺序依次安装。安装完毕后对主筋的间距进行检查，检验合格后再安装螺旋筋。从第
14、一节钢筋笼的下部开始成螺旋状绑扎，绑扎时应注意间距，要求每个断面检查4处，加工好的半成品放在高出地面20cm的方木支架上，用盖布盖严，避免雨水进入锈蚀钢筋。（2）加工场的钢筋笼半成品，用专用钢筋运输车运至现场组装。现场组装钢筋笼：采用吊车起吊入孔，用两台电焊机单面焊接，焊接质量符合规范要求。桩基检测管的安装：桩基检测管下端用钢板封底焊牢，并牢固绑扎在加强筋内侧，随钢筋笼接长，再用套管焊接密封。最后一节焊好后灌满净水，用钢板焊接赌死。第一段入孔后用钢管或型钢临时放在护筒口，再起吊第二段，对正位置焊接，焊好后慢慢放进孔中，放到设计标高后，将上面一段的挂环挂在孔口，并临时与护筒焊牢，如放入困难，应查
15、明原因，不得强行插入，钢筋笼安放后顶面和底面标高应符合设计要求，其误差控制在5cm之内。钢筋笼中心和桩基中心应重合误差控制在2cm以内。并经监理工程师检验合格后再进行下道工序，二次清孔。J 二次清孔（1）导管采用直径为300mm的无缝导管，接头为丝扣螺旋接头，分节长度13m,最下端一节长4m,最上端设有一个二次清孔泥浆专用接头。导管在使用前需进行水密压和接头抗拉试验。（2）清孔：导管安装完后把泥浆泵转管接在导管二次清孔专用接头上，导管最下端离桩底设计标高控制在20cm之内,开启泥浆泵进行二次清孔。清孔时，用吊车吊住导管，慢慢移动，使孔底周围的沉渣浮上孔口进行清理，清孔完毕后，对孔中泥浆进行检测
16、，符合设计及规范要求后，再进行下道工序混凝土灌注的施工。灌注混凝土之前，应对储料斗、漏斗检查，导管应居中，轴线顺直，下口至孔底高度控制在2540cm.K 水下混凝土灌注（1）钻孔桩混凝土要求本桥所用混凝土，全部在搅拌站集中拌和，灌车运输到现场，搅拌站设在K72+700左侧。水胶比为1：0.45,坍落度为1822cm，混凝土到现场后必须经项目试验人员检测，必须符合设计要求。（2）灌注过程用吊车把混凝土吊进储料斗内，打开储料斗马上吊入第二斗放入导管内，检查混凝土高度，大于1米时，拆除储料斗改用罐车直接导入导管内进行灌注，每灌注完一车混凝土，检查混凝土上升高度，计算混凝土埋深情况，以便拔管，导管埋深
17、一般控制在26米为宜，特殊情况不得小于2米，大于7米，整个灌注过程要连续进行，不得间断，随时检查钢筋笼是否有上浮现象，如有上浮现象，马上采取措施，混凝土接近桩顶时改用吊车倾倒，以便混凝土顺利下道桩基里和增加对下层混凝土的压力。同时，混凝土灌注时项目部结构工程师全过程旁站，为确保桩顶混凝土的质量，混凝土到桩顶标高后要超灌80100cm，拔出上部活动钢护筒，清理好场地。（3）导管要求导管内径为200350mm,视桩径大小而定。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，严禁用压气视压。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力p的1.3倍，p
18、可按下式计算：Pchc-wHw式中：p导管可能承受到的最大内压力（kPa）；c混凝土拌和物的重度（取24KN/m3）；hc导管内混凝土柱最大高度（m），以导管全长或预计的最大高度计；w井孔内水或泥浆的重度（KN/m3）；Hw井孔内水或泥浆的深度（m）。3.3 清理弃土长螺旋管内泵压DX桩施工生产的弃土必须及时清理，清土包括DX桩钻孔弃土和保护土层清运两部分，根据施工场地特点，本工程采用机械和人工联合清运，清运土时要注意以下几点：不可对设计桩顶标高以下的桩体造成损害；不可扰动桩间土；不能破坏工作面未施工的桩位场地。4 施工中遇到的问题及质量控制措施4.1 堵管本工艺在施工中出现最多的故障就是泵送
19、砼中途堵管，一旦堵管需要重新成孔，这样即造成材料的浪费，又因地层不稳定再次成孔困难。产生堵管有以下几点原因：弯头的曲率半径设计不合理，常常发生弯头堵管，弯头与钻杆垂直联结处也会堵管。混凝土输送管清洗不彻底，管内会凝结块体，妨碍砂浆的流动，造成堵管，管接头不牢固，垫圈破损，导致水泥浆液流失，造成堵管。钻头设计不合理，在地下高压水头的作用下，钻头阀门进水，泵入混合料后，使混合料离析，在钻头的外部形成碎石散体堵塞阀门。混合料搅拌质量有缺陷，DX桩的施工过程中，混合料由砼泵通过刚性管、高强柔性管、弯管到达钻杆芯管，塌落度太大的混合料，易产生泌水、离析，在管线内水浮在上面，在泵的作用下水先流动，骨料与砂
20、浆分离，摩擦力剧增，从而导致堵管。塌落度太小的混合料，在管内流动性差，也容易堵管。因此塌落度必须控制在160mm200mm，根据情况可适量掺入泵送剂。混合料配合比不合理，当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较小时，混合料和易性不好，发生堵管，在施工中对混合料配合比要注意这两种材料的掺入量，特别是粉煤灰掺入量宜在7278Kg/m3。粗骨料较粗也易堵管，因此粗骨料的粒度不宜大于30mm。4.2 窜孔在DX桩施工中，发现在打完A号桩，再施工相邻的B号桩时，随着钻杆的钻进，发现已打完尚未结硬的A号桩桩顶突然下落，有时达2米以上，当B号桩泵入混合料时能使A号桩下降的桩顶开始回升，泵入B号桩混合料足够时，A号桩
21、顶恢复到桩顶标高（有时恢复不到），发生窜孔现象。A 分析本工程发生窜孔的因素主要有以下几点：桩体穿过的地层中有两层间隔的较厚的饱和粉土。打桩时，一次移机施打周围的桩数过多。B 对于窜孔现象采取的措施：减少在窜孔区域内打桩的推进排数，如一次打4排桩改为打2排或者1排。尽快离开已打完的桩，减少对已打桩扰动能量的积累。采用隔桩隔排的跳打方案，跳打时及时清理成桩时排出的弃土，否则一方面会影响桩的施工，另一方面有窜孔现象不能及时发现。根据施工前的地质复查报告，及在施工过程中仔细观察，判断发生窜孔的地层部位，当提钻灌注混合料到发生窜孔的土层时，停止提钻连续泵送混合料直到窜孔的混合料面上升至原位为止。对未能
22、及时发现的窜孔桩或发现但没有上升至原位的桩进行补桩。对窜孔桩必须进行低应变桩身质量检测。4.3 桩顶上部存在气窝在挖凿桩头时，发现个别桩桩顶部存在不大的空心。主要原因是在施工过程中排气阀不能正常工作造成。钻杆成孔的过程中，管内充满空气，钻到设计标高开始泵送混合料，排气阀必须正常工作将管内的空气排出，若排气阀混合料浆液堵塞，不能正常工作，管内的空气无法排出，导致桩体内存气并形成空洞。在施工中要经常检查排气阀是否发生堵塞，若发现堵塞必须及时采取措施加以清洗。4.4 弃土清运措施在清运弃土时，为保证桩顶质量及桩顶土不扰动，要采取以下措施：挖掘机清运弃土时，挖掘机进入施工范围禁止在打桩工作面上行走。如
23、果行走时必须用打桩弃土在打桩工作面上再铺行走垫层，垫层面到桩顶厚度不小于1米。挖掘机工作时必须严格控制标高，防止挖断桩和扰动桩间土。余留0.5米的保护土层采用人工开挖。运土车辆禁止进入处理范围内，由挖掘机将弃土倒至基坑边后，再装车运走。4.5 接桩头在基坑开挖和凿除桩头的过程中有时会造成桩体断至桩顶设计标高以下；在成桩过程中有时个别桩顶达不到设计标高，必须采取补救措施。如果断裂面距桩顶较近，可接桩至设计标高，在接桩头的过程中保护好桩间土。5. 结束语DX桩复合地基具有承载力提高幅度大、地基变形小、施工速度快等特点，在软土地基处理中得到广泛应用。在施工中还应该注意以下几点：A. 开工前认真分析设计提供的工程地质和水文地质资料，不同的土层采取不同的施工措施，对容易发生窜孔的土层要提前拿出应对措施。B. 在施工过程中，做好施工钻孔成桩记录，从极大桩群数据中寻找规律，逐步完善施工工艺中的操作细节。专心-专注-专业