挤扩支盘灌注桩在大型火电厂中的应用.pdf

第 4 5卷第 3期 2 0 1 4年 3月 Vo 1 ．4 5 No ． 3 Ma r ．2 0 1 4 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 2 2 3 挤扩支盘灌注桩在大型火电厂中的应用 许厚材 北京城建五建设工程 有限公 司，1 0 0 0 2 9 ， 北京 摘 要天津北疆发 电厂基础采用挤扩 支盘灌注桩 ， 与普通 钻孔灌注桩相比 ， 支盘灌 注桩单桩承载力较高 ， 桩基沉降小 ， 且可节约原材料 、 缩短工期、 降低造价 。介绍挤 扩支盘灌注桩 的施工工艺 ， 对施 工过程 中发生 的塌 孔 、 缩径 、 导管漏水及导管脱落等现象 ， 分析 了形成原因并提出预防和处理措施。 关键词 挤扩支盘灌注桩 ； 钻孔灌注桩 ； 塌孔处理 中图分类号 T U7 5 3 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 4 7 2 6 2 0 1 4 0 3 0 2 2 3 0 4 APPLI CATI oN oF CAS T I N- SI TU PI LE W I TH EXPANDED BRANCHES AND PLATES I N LARGE THERM AL PoW ER PLANT XU Hou -c ai B e ij i n g U r b a n C o n s t r u c t i o n G r o u p t h e F i f t h C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g C o ． ，L t d ． ，1 0 0 0 2 9 ，B e i j i n g ，C h i n a Ab s t r a c t C a s t i n s i t u p i l e w i t h e x p a n d e d b r a n c h e s a n d p l a t e s i s u s e d i n t h e f o u n d a t i o n o f T i a n j i n B e i j i a n g P o w e r P l a n t ．C o mp a r e d w i t h o r d i n a r y b o r e d p i l e ，c a s t - i n - s i t u p i l e wi t h e x p a n d e d b r a n c h e s a n d p l a t e s h a s h i g h e r s i n g l e p i l e b e a r i n g c a p a c i t y and s ma l l e r p i l e f o u n d a t i o n s e t t l e me n t ，i t c a n a l s o s a v e r a w ma t e ri als ， s h o r t e n c o n s t r u c t i o n p e r i o d a n d r e d u c e c o n s t ruc t i o n c o s t ．Co n s t ruc t i o n p r o c e s s o f c a s t i n s i t u p i l e wi t h e x p a n d e d b r a n c h e s a n d p l a t e s i s i n t r o d u c e d ，c a u s e s o f h o l e c o l l a p s e ，h o l e s h rin k a g e ，p i p e l e a k a g e a n d s h e d d i n g ，e t c ．are a n aly z e d ，a n d p r e v e n t i o n a n d t r e a t me n t me a s u r e s a r e p u t f o r wa r d ． Ke y wo r ds c a s t - i n s i t u p i l e wi t h e x p a n d e d b r a n c h e s a n d p l a t e s ；b o r e d p i l e ；h o l e c o l l a p s e t r e a t me n t 支盘灌注桩是在钻孔灌注桩基础上发展的 、介于 摩擦桩和端承桩之间的一种新型变截面桩。支盘桩 由 主桩 、 底盘 、 中盘 、 顶盘及数个分支组成【 l 】 。 按土质情况 ， 在持力层中设置分支及承力盘。支盘桩的主桩施工与 普通混凝土灌注桩毫无区别 ，而承力盘和分支则是通 过专 门的液压分支设备在主桩桩孔 内挤扩成 空腔后 ， 充填混凝土而成[2 1 。 支盘灌注桩不受地下水位的限制， 适用于粘性土 、 粉 土、 砂土、 砾石 、 碎石 、 强风化岩、 回填 土 、 湿陷性土 、 膨胀性土等地层 ，能被挤扩 的地基土均可以做 支盘桩 的持力层f3 】 。与普通钻孔灌注桩相比， 支盘灌注桩具有 单桩承载力较高 ， 桩基沉降小 、 节约原材料 、 缩短工期 、 降低工程造价等优点[4 J ， 在桩基工程中得到了越来越多 的应 用 。 1 工程概况 天津北疆发 电厂位于天津市东部 、渤海湾 西北岸 的汉沽区双桥子乡， 厂址属于Ⅳ类场地， 处于Ⅷ度地震 区。规划三期建设4 x l 0 0 0 MW燃煤发电机组和每 E4 0 收稿 日期 2 0 1 3 一 l 1 一 o 9 作 者简 介 许 厚材 1 9 7 4 一 ， 男 ， 江西赣 县人 ， 高级工程 师 ， 北京城 建五 公 司市政 基础工程公 司总 工程师 ，硕士 ， e m a rl h o u c a i x u 8 8 8 s o h u ． com ． 万t 海水淡化 装置。一期工程建设2 x l 0 0 0MW发 电机 组 ， 并 同步建设 日产2 0 万t 淡水 的海水淡化 工程 ， 项 目 首创 “ 发 电一 海水淡化一 浓海水制盐一 土地节约整理一 废 物资源化再利用”五位一体的循环经济模式 ，总投资 1 2 1 亿元。一期厂房基础主要采用挤扩支盘灌注桩 ， 少 量采用普通灌注桩 ， 混凝土强度等级为C 3 5 ， 桩径8 0 0 m m的钢筋混凝土支盘灌注桩长5 0 m。 三支盘 ， 盘径 1 ． 5 m； 桩径6 0 0 m m的钢筋混凝土支盘灌注桩长约2 7 m， 一 支盘 ， 盘 径 1 ． 4 m。 2工程地质与水 文地质 2 ． 1工程 地质 厂区原为晒盐池兼作养虾池 ， 地层为第四系陆相 、 海相 、 海陆交互相沉积层 ， 根据土层的沉积成 因及物理 力学性质 ， 土层 自上而下分为五大层 ， 各土层性质分述 如下 ①层为陆相沉积物， 以黄褐色粉质粘土为主， 在该 层 的顶 部分布 有素填 土或淤泥 ，属高压 缩性土 ， 厚 1 ． 5 0 - 4． 9 0 m 。 ②层为海相沉积物 ， 以灰色粉质粘土为主 ， 夹有粉 土 、 粘土 、 淤泥质粉质粘土和粉细砂层 。埋深为1 7 ． 6 ～ 2 2 ． 0 m， 平均厚1 9 ． 8 m。 ③层为陆相沉积物 ， 以黄褐色粉质粘土为主， 局部 2 2 4 建筑技术 第 4 5卷第 3期 夹有粘土 、 粉土或粉砂层 。底板埋深为2 6 ． 6 3 5 ． 5 m， 平 均埋深为3 1 ． 6 m， 层厚 1 ． 5 7 ． 8 m， 平均厚3 ． 7 m。 ④层以海陆交互相沉积的粉质粘土层为主 ．夹粘 土、 粉土和粉细砂层。粘土、 粉土和粉细砂层的分布和 厚度在水平 向变化较大 ，无明显的规律性。底板埋深 4 3 ． 0 ～ 5 4 ． 0 m， 平均埋深 为4 7 ． 6 m， 厚9 ． 9 ～ 2 0 ． 0 m， 平 均厚 1 4． 9m 。 ⑤层由陆相沉积的黄褐色粉细砂 、 粉质粘土 、 粉土 互层组成 ， 局部有粘土层。钻孔揭露的厚度大于2 0 m， 未揭穿， 在厂区内均有分布。 2 ． 2水 文地 质 厂区地下水位埋深约为2 ． O O ～ 2 ． 2 0 m，地下水类型 为潜水 。 地下水对混凝土结构具强腐蚀性 ． 对钢筋混凝 土结构中的钢筋具有弱腐蚀性 ，对钢结构具中等腐蚀 性 。 3施工工艺 本丁程灌注桩成孔 主要采 用K Q 9 0 0 和K Q 1 0 0 0 潜水钻机 ， 泥浆护壁钻进 ， 利用潜水钻机 中的密封 的电 动机和变速机构 ， 直接带动钻头在泥浆中旋切泥土 ． 同 时用泥浆泵压送高压泥浆 ， 使其从钻头低端射出、 与钻 头底部切出的土粒混合 ，以正循环方式不断从孔底向 孔 口溢出， 将泥渣排出。 如此边连续钻进边连续排出泥 浆， 直到形成需要深度的桩孔后换浆清孔 ， 采用液压支 盘器在设计标高位置挤扩孔壁形成支盘空腔 ，再灌注 混凝土成桩 。 3 ． 1施工 工艺 流程 测量定位一护筒埋设一安装潜水钻机一钻进一第 一 次清孔一测定孔深一挤扩支盘 测量盘径一下放钢 筋笼及导管一第二次清孔一灌注混凝土一清洗导管一 起拔护筒 图1 。 释 够 霉 图1 支盘灌 注桩施 工示意 a 成孔 ； b 挤扩 支盘 ； c 下钢筋笼 ， 下导管； d 灌注混凝 土； e 成桩 1 一 钻杆 ； 2 一 护 筒； 3 一 电缆 ； 4 一 潜水电钻； 5 一 输水胶管 ； 6 一 泥浆 ； 7 一 钢筋笼 ； 8 一 导管 ； 9 一 料 斗； 1 0 一 混凝土； l 1 一 隔水栓 ； 1 2 一 支盘器 3 ． 2测 量定 位 1 桩位测量定位采用全站仪放样 ，要求误差小 于5 m m； 2 孔 口附近地面标高和护筒顶标高采用S 3 型水 准仪进行测定 ， 要求误差小于1 0 m m。 3 ． 3 护 筒埋 设 护简 采用4 ～ 6 mi ll 厚钢 板卷 制而 成 ，护 筒 内径 0 ． 9 1 1 1 ，上部开设2 个溢浆孔 ．护简顶 应高出地面2 0 ～ 2 5 c m， 埋设深度 1 ． 0 1 ． 5m， 周围用粘性土回填并夯实 。 要求护筒中心与桩位 中心的偏差不得大于5 0 m m， 护 筒倾斜度不大于l ％。 3 ． 4钻 孑 L 1 钻机就位时， 钻头中心对准桩位中心 ， 对位偏 差不得 大于2 0 m m， 整机垂直度偏差小于0 ． 3 ％； 根据 规范 3 1规定桩孔 的垂直度允许偏差不大 于1 ％， 桩孔径 偏差不大于5 0 BIT I 。 2 采用泥浆护壁回转钻进 ． 合理利用泥浆 。 控制 泵量 ； 钻进速度与地层 、 制浆和排泥能力相适应。 3 钻进过程 中， 应经常检查钻机 的平整度 ； 为保 证桩径准确 ， 应时常检查钻头直径 。 3 ． 5清子 L 1 钻孔达到设计深度后， 进行第一次清孔。 第一 次清孔后 ，孔内排出泥浆相对密度达 1 ． 2 ～ 1 ． 3 g ， c m ， 或 用手触泥浆无颗粒感时 ， 即可认为清孔 已合格。 2 钢筋笼和导管下放完成后， 进行第二次清孔 。 第二次清孔后 ，应满足孔底沉渣厚度小于1 0 0 mm， 孔 底5 0 0 m m内泥浆密度小于1 ． 2 5 g ／ c m 。 3 ． 6挤扩 支盘 1 按设计要求支盘位置标高 ，在支盘成型机伸 缩接长杆醒 目处标注挤扩支盘深度标志。 2 挤扩设备下人孔内前 ，应检查油管 、液压装 置 、 弓压臂分合情况 ， 一切正常方可投入运行。 3 挤扩设备入孔前应将设备正对孔位中心 ， 缓 缓下放且不碰撞孔壁。 4 挤扩支盘 自下而上进行 ，每个盘的挤扩次数 不少于8 次 ， 每次转动2 2 ． 5 。 。每次挤扩支盘时 ， 弓压臂 压出或回收过程中要求认真读取表压值 、设备起浮高 度 、 液压油位差 、 孔 口泥浆下降高度 、 盘位标高和起 止 时间等 ， 及时根据有关规范内容进行对照判别 ， 发生异 常应及时停机 ， 查明情况后正确处理 。 5 挤扩成型一个承力盘后及支盘成型机从孔内 提升过程 中， 应及时补充泥浆 ， 保持泥浆面高度 挤扩 支盘结束后应及时清除孔 口拖带泥皮、泥块 、防止回 落 2 0 1 4年 3月 许厚材 挤扩支盘灌注桩在大型火 电厂 中的应用 2 2 5 6 挤扩成型支盘完成后应清理检查设备，发现 问题及时处理 。 7 挤扩成型支盘完成后 ，采用专用的盘径测量 仪进行测量[ 5 ． 6 j 。 3 ． 7 钢 筋 笼制 作与 安装 3 ． 7 ． 1钢 筋笼制 作 钢筋笼分节制作 ， 采取孔 口搭接焊 的方法 ， 纵向钢 筋采用单面焊 ， 搭接长度不小于l O d 。各节钢筋笼制作 时 ， 纵向钢筋的接头采用对焊 ， 螺旋箍筋采用点焊 。钢 筋笼的焊接质量如直径 、 间距等外形尺寸 、 焊缝长度 、 高度及钢筋笼断面接头间距等 ，均应符合设计及技术 标准的要求。 制作钢筋笼前， 应先进行钢筋原材料的验收、 复验及 焊接试验； 若钢材表面有污垢、 锈蚀应清除 ， 主筋应调直。 3 ． 7 ． 2钢 筋 笼安 装 1 钢筋笼采用专用运输车运送 至孔 口附近 ， 采 用起重机安放 。 2 用毛竹加 固已加工成形的钢筋笼，以防吊放 过程中弯曲变形 ，起吊钢筋笼前应检查吊点牢固程度 及笼上的附属物。 3 钢筋笼应对准孔位垂直缓慢下放 ，避免碰撞 孔壁引起孔壁坍塌 。 3 ． 8下导 管 1 导管使 用前应试拼装并做压力充水试验 ， 试 验压力为0 ． 6 ～ 1 ． 0 MP a 。 2 根据 每个钻孔深度提 前做好选管及 配管工 作 ， 按导管距孔底3 0 0 ～ 5 0 0 mm范围控制。 3 导管应对准钻孔中心缓慢下放 ，避免碰撞钢 筋笼 ；起吊导管时应注意卡口是否卡牢 ．避免脱卡事 故。 3 ． 9混凝 土浇 筑 1 开始浇筑前 ， 应先检查孔底沉渣厚度 ， 不满足 要求时应通过导管清孔 ；浇注时应保证导管底部距孔 底0 ． 3 ～ 0 ． 5 m。 2 混凝土浇筑前， 应在导管内放置隔离塞 ， 准备 足够的混凝土， 保证开灌后导管的埋置深度大于l D m。 3 随时抽查混凝土坍落度及和易性 ，严禁使用 不合格的混凝土。 4 浇筑过程 中应确保 导管埋入混凝土面2 ～ 6 m， 严禁将导管提出混凝土面。 5 为保证桩头质量 ，混凝土浇筑应保证桩头长 度 不小于5 0 e m。 6 混凝 土灌筑过程中应按要求取样做试件 。 每 根桩1 组。 4 特殊情况处理 4 ． 1 塌孔 4 ． 1 ． 1原 因分析 1 泥浆浓度不足 ， 在孔壁形成 的泥皮质量不好 ， 起不到护壁的作用或没有及时向孔内补充泥浆 ，孔内 泥浆低于孔外水位 。 2 护筒埋深不合适 ，护筒周围未用粘土填封紧 密而造成漏水 。 3 提升钻头或下放钢筋笼时碰撞孔壁破坏了泥 皮和孔壁 的土体结构 。 4 在较差的土质如软淤泥、 破碎地层 、 松散砂层 中钻进时 ， 进尺太快或停在某～高度空转时间过长 ， 形 成大空洞而漏水致使孔壁坍塌 。 4 ． 1 ． 2预 防措 施 1 控制成孔速度 。成孔速度应根据土层情况选 取 ， 在松散砂土或流沙中钻进时 ， 应控制进尺 ， 并选用 较大密度 、 粘度、 胶体率的优质泥浆 。 2 护筒埋深要合适 ， 一般应贯入粘土中0 ． 5 i n 以 上， 周 围用粘性土回填并夯实。 3 小心提升钻头，下放钢筋笼时应保持垂直上 下， 避免碰撞孔壁破坏泥皮和孔壁土体结构。 4 ． 1 ． 3 处理措 施 1 发现塌孔 ， 应先保持孔内的泥浆面位置。 2 如为轻度塌孔 ， 应先查明坍塌位置 ， 将砂和粘 土混合物回填到坍塌位置以上1 ． O ～ 2 ． 0 m。 3 对于因护筒埋设不合适造成 的塌孔 ，应重新 埋设护筒或用粘性土在护筒周围回填并夯实。 4 如塌孔严重应全部回填 ，待回填物沉淀密实 后采用低转速钻进 。 4 ． 2 缩 径 4 ． 2 ． 1原 因分析 钻孔钻穿②。层粉质粘土时， 由于该层以软塑状态 为主 ， 局部呈流塑状态 ， 破坏 了地层原有的压力平衡 ， 地层 应力释放 ； 泥浆密度太小 ， 孔内压力不平衡 。 4 ． 2 ． 2预 防措施 在孔内相应地层用钻机上下反复扫孔 ，扫除缩径 部分； 合理使用泥浆， 保持地层压力平衡， 避免钻孔缩径。 4 ． 2 ． 3处理措 施 缩径影响到灌注桩质量时可采用回钻 。对缩径孔 段 ， 用钻头上下反复钻进 ， 扩大缩径部分钻孔的直径。 4 ． 3 导管漏水 4 ． 3 ． 1原 因分析 1 连接 部 位 垫 圈挤 出 ， 损 坏 ； 螺栓 松 紧程 度 2 2 6 - 建筑技术 第 4 5卷第 3期 不 一 。 2 导管磨损严重或损坏 ， 造成漏水 。 3 连续灌筑时， 未将管内空气排出， 致使管 内产 生高压气囊， 将密封垫圈挤破。 4 ． 3 ． 2预 防措 施 1 导管组装前应检查 ， 弃用破损的导管 ， 选用完 好的导管。 2 经常检查连接部位垫圈以确保其完好 ，及时 更换老化的垫圈 ；采用法兰者连接时应注意均匀拧紧 所有螺栓。 3 浇筑混凝土前 ， 对导管进行密封试验 ， 若发现 导管 口漏水 ， 应即提起导管进行检查 ， 对漏水部位进行 严格的防水处理后再重新放入桩孔。 4 ． 3 ． 3处理措 施 1 漏水量小时 ， 采用集中数量较多 、 坍落度相对 较小的混凝土拌合物一次灌入 ，依靠混凝土下落的压 力将水泥砂浆挤入渗漏部位 ， 封住底 口以防渗入。 2 漏水严重时 ，应提起导管检查连接处的密封 圈垫 ， 重新均匀上紧螺栓 ， 准备足量的混凝土拌和物 ， 重新开始灌注。 3 若孔内已灌注少量混凝土 ，应将混凝土清除 干净后方可灌注。 4 灌入混凝土较 多造成清除 困难时应暂停灌 注 ． 下放比原孔径小一级的钻头钻进一定深度后 ， 用高 压水将混凝土面冲洗干净并将沉渣吸出，再将导管下 至中间J I , ；I L 内恢复灌注。 4 ． 4 导 管脱 落 4 ． 4 ． 1 原 因分析 1 4 6 号桩在混凝土灌注过程 中发现导管脱落 ， 此时 孔内已灌注混凝 土约2 ． 0 m。 ， 经分析发生导管脱落的原 因是 1 混凝土坍落度较小 ， 大部分混凝土存储在导 管内 ，混凝土重量及导管自身重量使导管连接薄弱处 脱开 ； 2 天气寒冷 ， 连接导管时丝扣连接不牢固。 4 ． 4 ． 2预 防措 施 1 加强混凝土质量控制 ，保证坍落度及和易性 满足浇筑要求 。 2 加强对作业人员的教育，连接导管前将导管 丝扣内混凝土等杂物清除干净。 3 每次浇筑结束后应仔细检查导管 ，找 出陈旧 老化 的导管不再使用。 4 导管连接时应拧紧连接丝扣 ，以保证导管间 的连接强度。 5 对 用法兰连接 的导管 应及 时更换老化 的螺 栓 。 确保安全 。 4 ． 4 ． 3处 理 措 施 立即用钢 筋导向装置将 钢丝绳下入孔 内套住 导 管 ， 用钢丝绳将导管从孔内捞出 ， 然后进行二次开盘 ， 利用反插法处理。 5 施工检测 本工程施工结束后 ，由业主委托第三方对支盘灌 注桩进行高应变动力检测和低应变检测 。选取支盘灌 注桩总数的3 0 ％进行低应变完整性检测 ，结果一类桩 占8 9 ％， 二类桩 占1 1 ％， 未发现三类桩 ， 说明桩身完整 性满足规范和设计要求 ， 质量 良好。 选取支盘灌注桩总 数 的1 0 ％进行高应变动力检测 ，单桩竖向极限承载力 满足设计要求。 基础开挖后 ， 现场检查结果表明 1 所有支盘灌 注桩位准确 ， 桩位偏差均在规范要 求内； 2 钢 筋笼混 凝土保护层厚度满足设计要求 ， 无露筋现象 ； 3 钢 筋 笼定位准确 ， 没有上浮和下沉现象 ； 4 支盘灌注桩 无 桩身夹泥 、 缩径 、 表面蜂窝等缺陷 ， 桩身质量 良好 ； 5 桩头保护桩长度均大于5 0 C l q tl ， 桩头质量良好。 6结 语 1 本 工程 施工过程 中对特殊情 况进f 及 时处 理 ， 施工结束后的质量检测结果表明 ， 处理措施有效。 2 支盘灌注桩施工时应严格按规程操作并做好 详细记录。 3 施工前应分析 工程实际情况并制定常见 问题 的预防措施和处理措施， 以预防常见问题的发生 ， 及时 处理施工中出现的问题。 4 支盘灌注桩具有适用范围广 、 单桩承载力高 、 桩基沉降小 、 节约原材料 、 缩短工期 、 降低 工程造价等 优点 ， 值得推广应用。 参考文献 [ 1 ] 王新字， 王立军， 贺利．带支盘的灌注桩简介【 J 1 ． 平顶山工程学院学报， 2 0 0 3 3 7 2 7 4． 【 2 ] 宰金珉 ， 宰金璋． 高层建 筑基 础分析 与设计【 M 】 ． 北 京 中国建筑 工业 出版社， 1 9 9 3 ． 【 3 】 C E C S 1 9 2 2 0 0 5 ， 挤扩 支盘灌注桩技术规程f s J ． 【 4 】 徐忠钧 ， 张晓玲 ． 挤扩 支盘桩 的施 工与 应l l l [ S 1 ． 建 筑技 术，2 0 0 3 ，3 4 2 1 0 6 1 07 ． 1 5 ] 刘建 涛， 张广亮， 苏冠英．挤扩 支盘桩在厂 房基础 中的E l l [ J ] ． 探矿 工程 岩土钻掘工程 ,2 0 1 1 ， 3 8 5 4 2 4 4 ． f 6 】 杨 国俊 ， 张全荣 ， 渠名新 ， 等．挤扩支盘桩在郑州7 O 万吨氧化铝 种子 分解工程 中的应用 『J 1 _ 探矿 工程 岩土钻掘 工程 , 2 0 0 6 ， 3 3 1 0 2 5 - 2 6 ． 【 7 】 许厚材． 钻孔灌注桩施工常见问题原因分析及防治措施【 G 1 ． 2 01 2 第 二届深基础 工程新技术与新设备发展论坛论文集．北京 知识产权 出版社 ． 2 o l 2 3 9 4 5 ．