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重庆卓典建设工程有限公司主讲：陈超鋆中国螺杆桩技术系列讲座——旋转挤压灌注桩技术国家级一级工法建设部科学技术项目计划全国建设行业科技成果推广项目目录一．旋转挤压灌注桩技术概述二．施工流程三．质量控制措施四．成桩设备要求及特殊技术措施五．单桩承载力的计算与确定六．重庆地区工程实例第一节螺杆桩与旋转挤压灌注桩概述•螺杆桩基本桩型是一种“上部为圆柱型，下部为螺丝型”的组合式新型桩。螺杆桩技术简介螺杆桩技术简介七种核心技术四种工法三种设备核心技术四种桩型《中国螺杆桩技术》螺杆桩基本型浅螺纹桩旋转挤压灌注桩桩端带有扩大头四种专利桩型螺杆桩技术简介1.旋转挤压灌注桩是一种现浇混凝土灌注桩2.采用专用成桩设备旋转挤压土体成孔3.采用钻具管内连续泵送混凝土技术成桩4.采用后插筋工艺对桩体配筋旋转挤压灌注桩及成桩原理桩及成桩工法特点旋转挤压灌注桩特点1.钻具护壁，不塌孔，不取土，施工非常安全2.工法简单，成孔成桩一次性完成3.机械化、智能化、1小时一根桩4.承载力高、沉降小5.无泥浆、无噪音、无震动旋转挤压灌注桩工程参数•可施工桩径：300～800mm•可施工桩长：35m常用桩径(mm)400500600700单桩承载力极限值(kN)1800~35002800~55003600~80004500~9500建议最大桩长(m)20253035旋转挤压灌注桩三大正效应1.挤密效应–下钻和提钻过程中，钻具对土体产生合理挤密2.护壁效应–钻具对桩周土体有良好护壁作用，不塌孔，也无需泥浆，不产生泥皮和沉渣3.胶结效应–桩端持力层为卵石或岩层时，桩与土体在泵压作用下胶结为整体解决了传统桩型的三大负效应•松弛效应–取土成孔，孔壁土体应力释放，从而产生松弛效应，甚至塌孔•泥皮效应–采用泥浆护壁时，孔壁产生泥皮，隔断桩侧与土体的良好接触•沉渣效应–取土成孔和泥浆护壁产生的渣土落到桩底，形成难以清除的虚土和沉渣三大正效应的作用与效果•作用1.有效提高和充分发挥桩侧阻力的作用2.有效保证桩端阻力的发挥3.调整了桩的侧阻力与端承阻力的应力分摊比•效果：同等条件下缩短了桩长、减小了桩径有限元仿真结果螺杆桩应力泡取土灌注桩应力泡•充分开发和提高了土体侧摩阻力，改善了应力分摊比，桩侧与桩端形成完整的大应力泡护壁效应、挤密效应——钻具护壁、合理挤压形成的桩孔钻孔过程中不产生临空面，不会塌孔•成桩过程不使用泥浆，桩侧没有泥皮，桩端没有沉渣，桩土结合度良好，桩身垂直度和桩位偏差良好桩土结合形成胶结状共同体，像岩石一样牢不可破提供极高侧阻力在卵砾石、裂隙岩层中尤为明显胶结效应适用范围旋转挤压灌注桩适用范围适用基础形式1.独立承台2.条形、桩筏基础3.复合地基施工不受地下水影响适用土层1.深厚回填土2.软塑~坚硬粘性土3.砂性土4.粉土5.卵石、碎石土6.全~中风化岩（软岩或较软岩）应用于独立承台应用于桩筏基础应用于复合地基地下水丰富地区成桩卵石层强风化岩中风化岩第二节施工流程施工前试桩并制订单项工程施工质量控制标准试验、检测项目•检查与调试1.钻具尺寸检测2.同步控制调试•成孔试验1.孔深、孔径是否满足设计要求2.成孔过程中电流及加压荷载变化情况3.成孔所需时间4.挤土效应观测•试桩，记录泵数参数最小值建议值外径设计桩径设计桩径螺纹厚度(mm)端部4050根部80100钻尖厚度(mm)4560钻具尺寸要求同步控制调试•同步控制调试包含两个方面：1.双电机同步：不同步将使输出扭矩衰减，加剧机械损耗2.钻具旋转速度与钻进速度同步：形成良好同步有利于在土层中钻进，可节约施工时间和能耗试成孔试验成孔试验•成孔试验是试验前试验的关键环节，既是对之前的钻具尺寸检查、同步控制调试等环节的检验，又是后续环节的重要前提。由于岩土工程的特殊性，地质勘察资料有时难以描述复杂的地质情况，应在场地内进行数次试孔，摸清楚场地情况。成孔试验要点1.孔深、孔径是否满足设计要求2.成孔过程中扭矩电流及加压荷载的变化情况3.成孔所需时间4.挤土效应检查试钻孔的直径成孔终孔控制电流检测•制订每米钻进电流变化表•如实记录，并取三个孔的数据•根据电流变化表核对地质柱状图挤土效应检测•按不同施工间距成孔，检查孔与孔之间的影响程度•观测挤土效应，确定适当的最小施工间距施工前试桩并制订单项工程施工质量控制标准•根据地质勘察资料和设计要求进行试桩•试桩时全程观测并记录施工参数并形成试桩参数记录表，并结合静载试验结果制订单桩工程数据表。简称“一表一压”。•结合检测结果形成工程桩施工流程，制订出满足单桩承载力的施工质量控制标准。整理试桩参数•通过施工前试验和检测项目收集和整理下列数据1.成孔直径、深度、时长2.钻进过程中的电流与加压荷载，可与勘察报告比对以判断持力层3.最小施工间距4.场地充盈系数破坏性静载试验检测承载力静载试验证明承载力满足设计要求后，以试桩参数形成单项工程施工质量控制标准成桩时间安全系数终孔参数充盈系数施工间距试验检测六大关键质量控制点单项工程质量控制标准工程桩施工流程第一步、做好施工前的准备工作第二步、钻杆下钻第三步、钻杆上提，同时泵送混凝土第四步、后置法放置钢筋笼第五步、桩的检测第六步、基础开挖第一步：做好施工前的准备工作施工前准备事项1.施放桩位并在打桩前复核2.试打1泵混凝土后回泵3.设置用于观测桩位偏差的基准点4.检查钻杆的双向垂直度桩位复核设置测量基准点检查钻杆垂直度第二步：钻杆下钻下钻步骤及注意事项1.检查阀门后，关门下钻，操作人员应蹲在桩机挡板下以保障人身安全2.正向旋转挤压土体下钻，直至设计标高关闭钻头门，准备下钻旋转挤压土体下钻钻杆钻至设计深度、准备泵送混凝土第三步：钻杆上提，同时泵送混凝土注意事项1.应先开泵，后开机提钻，防止提钻瞬间土体回涌2.连续泵送混凝土成桩3.泵送完成后，观察提出地面的钻杆头部是否被混凝土包裹4.每台班随机做至少一组试块先开泵，后开机提钻混凝土通过输送管道泵入空心钻杆至钻头泵送混凝土——混凝土浇筑完成每天每台班至少做一组试块检测砼强度第四步：后置法放置钢筋笼相关规范对后插筋工艺的说明•《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第310页强调：灌注桩后插钢筋笼工艺近年有较大发展，插笼深度提高到目前20～30m，较好地解决了地下水位以下压灌桩的配筋问题。后插筋工艺的质量控制要点•解读：后插筋工艺在灌注桩的推广过程中取得了比较多的经验和数据，“桩基规范”对后插筋工艺持肯定态度，但同时也提出了三个核心控制指标：1.钢筋笼导向2.垂直度3.保护层厚度后插筋工艺注意事项1.钢筋笼采用全节点焊接制作2.主筋上加焊耳筋以保证保护层厚度3.一人指挥、三人插筋4.卷扬或吊车应慢下、点动5.借助平板振动器插筋6.钢筋笼较长时用内导管辅助插筋钢筋笼焊接制作一人指挥、三人插筋采用振动器后置法放置钢筋笼采用内导管辅助插筋钢筋笼安装完成桩施工完成第五步：桩的检测检测桩径检测桩位偏差动测法检测桩的完整性静载试验检测单桩承载力第六步：基础开挖注意事项1.破除桩头时应用风炮凿桩头，不得横向锤击或用挖机撞击2.如不慎破除至桩顶标高以下，应以高标号早强混凝土接桩至桩顶标高以上基础开挖前施工现场基础开挖凿桩头切忌横向锤击已形成的桩基础独立柱基桩基础独立柱基与地梁结构第三节成桩设备要求及特殊技术措施一、专用成桩设备采用卓典集团与武船重工联合研制的专用产品选择专用成桩设备——螺杆桩机旋转挤压灌注桩专用成桩设备——螺杆桩机钻杆总成立柱总成动力头部分链轮机构卷扬机构桩架部分行走机构12345678电控操作系统9液压系统II.结构简介行走机构该机构由驱动机构、行走机构机架、履带部分及旋转机构组成。履带行走传动通过电机-减速机带动履带实现整个设备的前进、后退和转向动作；旋转传动通过电机-减速机-小齿轮驱动回转支撑大齿轮实现桩机的绕中心旋转，从而方便地实现同一作业场地的工位转化1桩架部分桩架是设备承载的主体部分，其结构主要由桩架主体、前后支撑腿部分、配重及驾驶室组成。桩架主体是设备的主体承载部件，桩架主体上连接立柱部分、链轮机构、卷扬机构、控制柜；前后支撑腿部分的支腿油缸在设备工作时起支撑整个设备和调平设备的作用；配重调整设备的重心处于回转中心上；驾驶室是设备的操作室，操作人员在驾驶室操作各控制按钮完成设备的整个打桩工作。2链轮机构链轮机构由电机、减速机、二级齿轮传动、链轮加载系统组成，安装在桩架上。链轮机构实现动力头的提升、下降加载动作，完成螺杆桩的成型。3立柱总成LGZ-I-50型螺杆桩机的立柱为可折混合式（板焊箱+桁架）结构，由四节立柱、顶部滑轮架、斜支撑、顶升油缸组成。立柱上的导轨与动力头形成滑接；链轮机构通过第三节立柱上的链轮实现动力头的提升、下降加载动作；卷扬机构通过顶部滑轮架上的滑轮（两套）实现钻杆和钢筋笼（或震动头）的升降；斜支撑上、下分别与立柱和桩架铰接，起支撑立柱的作用。4钻杆总成钻杆由灌浆器、花键杆、螺纹钻杆、钻头组成。灌浆器上的动滑轮与卷扬机连接，实现钻杆部分的提升、下降；花键杆与动力头连接，实现钻杆扭矩及加载力的传递，钻杆通过动力头完成螺杆桩的成型。5动力头部分动力头由减速机（含电机）、加载机构、动力头外架组成。旋转扭矩由电机-减速器-内花键轴-输出旋转扭矩，轴向加载由电动推杆-加载机构-实现轴向加载。动力头与立柱上的导轨形成滑接，实现动力头扭矩的承载和上下滑动功能。6卷扬机构卷扬机构由一个8吨主卷扬机和5吨副卷扬机组成，分别安装在桩架上。8吨卷扬用来提升钻杆，5吨卷扬用来提升钢筋笼（或平板振动器），完成设备的相关辅助工作7电控操作系统主要由控制柜、操作台组成。控制柜安装在桩架上，是电控操作系统的核心部分；操作台安装在驾驶室里，通过操作台面板上的按钮及手柄完成桩机的操作和控制。8液压系统为二个顶升油缸和四个支腿油缸提供液压动力和控制。顶升油缸完成立柱的升降；支腿油缸实现设备工作时支撑设备和调平设备的作用，所有油缸顶升可通过液压系统和电控系统实现操作和控制。9二、合理配套设备混凝土泵合理参数1.60B或60C泵2.S阀3.混凝土缸行程1.4~1.6米4.最大泵送压力10~13Mpa5.每分钟8~12泵•应禁用60A泵，慎用80C泵60A泵使用60A泵导致严重堵管平板振动器合理参数1.转速≤3000r/min2.禁止使用振动锤、高频振动器3.插短钢筋笼时，在平板振动器上焊接短护筒，护筒长≥50cm，内径比钢筋笼大2cm4.插长钢筋笼时，在平板振动器上焊接导管，导管壁厚宜≥6mm，导管端部打磨平整后焊接在平板振动器上，焊接好后应校正振动锤导致钢筋笼偏斜高频振动器导管混凝土离析加导管放置钢筋笼三、特殊地质条件中的技术措施一．回填土二．硬质岩层一、回填土•重庆地区回填土中的技术难点与问题主要为以下几点1.塌孔2.固结产生负摩阻力3.大粒径孤石、建筑垃圾中难以成孔（与硬质岩层合并阐述）1、防塌孔•旋转挤压灌注桩技术在整个成桩过程中均具有“护壁效应”，利用钻具的刚度平衡主动土压力，防止塌孔2、通过挤密使填土迅速固结•松散填土的负摩阻力，主要是由于欠固结土体的固结而产生的•旋转挤压灌注桩具备传统桩型所不具备的“挤密效应”，可使土体在成桩过程中被挤密而迅速完成固结旋转挤压灌注桩土体挤密试验•针对旋转挤压灌注桩“挤密效应”的效果，在重庆进行了土体挤密试验•经旋转挤压灌注桩挤密处理（φ600桩距1.5m），土体孔隙率比天然状态降低15%左右WoρoGseSrWLWpIpILCφav0.1-Es0.1-0.2%kPa(°)MPa-1MPaTZY1-124.01.942.740.75187.634.019.614.40.313114.330.335.31TZY14-123.11.862.730.80778.133.019.213.80.282615.470.306.02TZY27-123.91.972.740.72390.633.919.514.40.313514.550.325.38TZY35-124.51.932.740.76887.434.219.614.60.343014.130.355.05TZY50