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特殊地质水冲法辅助静压管桩沉桩施工工法.doc

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特殊 地质 水冲法 辅助 静压 管桩沉桩 施工
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特殊地质水冲法辅助静压管桩沉桩施工工法 中铁十二局集团有限公司中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 王国强 刘王 锋江河 王华 1.前言预应力管桩(包括普通预应力混凝土 PHC 管桩和高强预应力混凝土 PHC 管桩)由工厂按国家标准制作,桩身强度、桩身质量都有保证。由于管桩本身结构合理,且可根据实际工程地质情况选配桩长,施工方法(锤击法、静压法等)比较简单,近年已得到广泛的应用。静压法采用全液压静力压桩机对管桩施压,通过液压夹持机构夹住桩身,再利用主机油缸的液压力将桩压入地基土中。每个行程约 2m,整个过程为:夹紧→下压→松夹→ 上升→再夹紧,反复进行。压桩时可从油压表读出的油压值换算出压桩力,比较直观,具有无振动、低噪声、无污染等特点,符合环保的要求,成为预应力管桩的重要施工方法。《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)第 7.4.9 条规定:“静力压桩适用于软弱土层,当存在厚度大于 2m 的中密以上砂夹层时,不宜采用静力压桩 ”。由于较大吨位静压桩机的出现,最大压桩力比以前提高,夹持机构也有所改良,对砂层的穿透能力逐步提高。但穿过厚度较大、击数较高的砂夹层仍是静压管桩的施工难点。以往有的工地遇到这种情况先采用一台钻孔桩机钻穿砂夹层,再用静压桩机压桩,既不经济又不合理。新建龙岩至厦门铁路工程南靖站站房工程,站房为高填方,下部为平均厚度 2.5m 的砂层,采用水冲法配合静力压桩能够较好地解决这一问题,使静压管桩穿越砂夹层的能力大大增强,增加了管桩对地质条件的适应性。2.工法特点2.1 桩端可穿透深厚砂层。2.2 对桩身质量影响较小,施工方便,沉桩效率高、工期短,地基持力层层面起伏较大时能满足桩的设计标高要求。2.3 直接利用管桩内腔作为冲水孔,桩无需另外制作,减小了施工难度,提高了施工速度。3.适用范围本工法适用于水冲法辅助静压桩施工的 PHC 高强预应力管桩基础工程,在淤泥、砂、砂砾土、砂粘土、及粘土等土层中均可采用。4.工艺原理水冲法的原理是:在静力压桩过程中,通过高压水冲刷桩端砂层,并利用高压水、气混合物将泥砂排出桩外,以消除桩端砂层对桩端的阻力。另一方面,高压水在渗入砂层后,亦可减小砂层对桩身的摩阻力,使桩身在较小的压桩力下顺利进入持力层。5.施工工艺流程及要点5.1 工艺流程5.1.1 施工工艺流程(见图 5.1.1)5.2 各单项施工技术要点5.2.1 一般要求:1、桩位放样应二次核样。2、管桩内腔不得有过多的浮浆且空腔必须平滑顺直,管桩现场堆放不宜超过 4 层。3、接桩时焊缝要连续饱满,焊渣要清除干净; 焊接自然冷却时间应不少于 5 分钟,地下水位较高的冷却时间应不少于 8 分钟,避免焊缝遇水淬火易脆裂;接桩时桩间隙要用不超过 5mm 钢片填充,保证压桩时桩不受偏心力。4、冲水(气)管接管时,连接应紧密牢固,确保接头位置不漏水、漏气。图 5.1.1 静压管桩水冲法施工工艺流程静压管桩入土到一定深度且压力将近管桩极限承载力无法下压从桩顶空心处伸入导管(气、水管)至桩尖处,启动设备进行冲水从桩顶空心处伸入导管(气、水管)至桩尖处,启动设备进行冲水冲水到一定程度,停止设备运转,继续静力压桩穿过砂层,沉桩至持力层,结束穿不过砂层5、 冲水应根据现场实际情况确定,但必须在压桩力等于桩身极限承载力之前进行,且冲水(气)管应不停地上下小幅度运动,以防卡管。6、冲水结束后必须留 1~2 米的桩长单独静压施工,防止冲水破坏桩端持力层。5.2.2 桩尖制作桩尖采用圆锥形开口钢桩尖(长 400mm),在距桩尖 250mm 处开设四个 DN40回水孔。回水孔的作用是:当孔中心正面的高压水冲出时,部分砂水混合物从回水孔进入桩身空腔并通过空腔排出桩外。开口桩尖上端直径为 320mm, 下端直径为 140mm,在下端口焊两根 Ф16 钢筋,其作用是将粒径大于 30mm 的硬颗粒挡在桩尖外,防止在冲水过程中冲水管被卡住。5.2.3 冲水施工1、静压桩机就位后进行吊喂桩,桩起吊前应将桩身空腔内杂物清除干净。2、当桩压入土中 0.5~1.0m,暂停下压,从桩的两个正交侧面校正桩身垂直度,待桩身垂直度偏差小于 0.5%时才可正式压桩。3、为防止高压水(气)从桩接头四周的水平缝喷出,焊接接桩时,焊缝应焊满焊牢。4、施工前应进行试桩,以确定冲水基准压桩力 N。当压桩力达到管桩极限承载力时,必须立即停止压桩,采用冲水法辅助沉桩;当压桩力小于管桩极限承载力且大于基准压桩力 N 时,在桩顶高出地面 1 米左右时停止压桩,采用冲水法辅助沉桩;当压桩力小于基准压桩力 N 时,无需冲水,采用单独静压沉桩5、冲水准备:用吊车起吊冲水(气)钢管,将冲水(气)钢管分节吊入管桩空腔内,再将输水(气)软管与冲水(气)钢管联接,检查各处接头严密程度,准备冲水。6、冲水:冲水时先开启空气压缩机,当有一定的气压时再开启离心清水泵。冲水过程中用吊车吊住冲水(气)管并不断小幅上下运动,以防止卡管。冲水时应根据桩端冲出泥砂的高度及时调整冲水压力,一般以泥砂混合物冲出桩端500mm 为宜。当管桩空腔中的土塞被全部冲出,冲水管头达到管桩桩尖后,停止冲水,拆除冲水(气)管,继续压桩或送桩。7、二次冲水:在压桩或送桩过程中压桩力达到管桩极限承载力前,压桩力没有出现回落及反弹的过程(表明未穿过砂层),则还需采用二次冲水。进行二次冲水时,应边压桩边冲水,并根据沉桩阻力相应调节冲水压力。冲水结束条件应根据压桩力变化、返浆颜色及地勘报告来判断,表现为压力骤减及反浆颜色变为黑色或褐色。此时应立即停止冲水,以减少对土层的扰动,单独静力压桩直至成桩。8、送桩器选择:当冲水在送桩过程中进行时。采用普通送桩器将无法进行冲水。可采用 PHC 管桩做为送桩器进行送桩,管桩间垫上橡胶垫,以防止冲水时高压水从桩间喷出。9、冲水所需的水由蓄水池提供,蓄水池大小由冲水时每根桩所需水量决定,一般不小于 30m3。蓄水池应放在不受压桩影响的地方,避免因挤土效应破坏蓄水池。10、现场挖临时排水沟和集水坑,冲水时先将水排到集水坑,沉淀后再将水用水泵抽到蓄水池中,这样对水进行循环使用,既节约用水,又减少了污水的排放。6.材料、机具设备及仪器本工法材料与设备详见表 6.1、表 6.2 所示。6.1 主要材料表材料表 表 6.1序号 材料名称 规 格 用 途1 高强预应力管桩 Ф600MM2 钢制桩尖 Ф600MM6.2 主要设备表设备表 表 6.2序号设备名称 规格型号 数量 单位 用 途1 静压桩机 ZYC-700B-B 1 台 用于管桩施工2 保护焊机 CO2/NAE/NIE(KR)5001 台 桩尖焊接3 高压水泵 150TSWA 1 台 测量放线4 空气压缩机 11㎡∕MIN 1 台 测量放线5 冲水管路 Ф75㎜×200M 1 台 测量放线6 储水箱 容量 20M³ 1 台 冲水设备7 全站仪 托普康 GPS722 1 台 冲水设备8 经纬仪 苏光 DJ2 1 台 冲水设备9 水准仪 1 台 冲水设备7.质量控制7.1 静压管桩施工质量控制标准为《地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002 及企业标准。7.2 对进场的水冲法专用开口带锥型桩尖进行自检,在桩尖端部开口处焊接用 Ф8 钢筋制作的过滤方格网,同时将桩尖端部包扎密封,保证不会因为压桩中桩端开口大量进土及杂物而造成水冲法失败。7.3 静压桩施工至第二节管桩顶面压至高出地面约 1 米左右时,水冲法施工班组将第一节水气管用钢丝绳绑扎牢固后,由专职吊机指挥员指挥履带式起重机将该节水气管起吊插入管桩空心腔内,用牢固的横档将第一节水气管管阀兰固定于管桩顶面以上,以便于与第二节水气管连接。7.4 按第 3 点要求的步骤将第二节水气管起吊插入并与第一节水气管连接。7.5 检查第一节与第二节水气管连接牢固后,由专职吊机指挥员指挥履带式起重机将水气管稍吊起后取出横档,将水气管吊放入管桩空心腔内并放到底。7.6 预先将第三节水气管插入第三节管桩的空心腔内,底部用活塞堵牢以防管桩起吊时水气管伸出管桩底部造成水管被压弯。7.7 起吊第三节管桩置于第二节管桩顶上方,去处管桩底部活塞,让第三节水气管伸出管桩底部,将第三节水气管与第二节水气管连接牢固。7.8 在第二节与第三节管桩接头电焊结束再间歇 10 分钟后,向水气管送入高压水和压缩空气,此时将有大量的砂泥混合污水从第三节管桩顶部排出。7.9 排出的水若变为清水时,专职吊机指挥员必须指挥履带式起重机将水气管稍微吊起或放下,以保证水冲的效果。7.10 水冲后继续压桩若仍有振动必须立即暂停压桩,继续进行冲水直至压桩无振动为止。7.11 建立健全质量管理体系,制定针对性的质量管理目标计划,分工负责,责任到人,强化过程监控,实行质量创优劳动竞赛,奖优罚劣,确保桩基工程施工质量。8.安全措施8.1 工人进入工地后应进行三级安全教育和职业健康安全教育。各工种结合培训进行安全操作规程教育后方能上岗,桩机及起重机机长、电焊工等特殊工种必须持证上岗,新工人应进行上岗教育。8.2 桩机及起重机等机械及设备组装和使用前应根据《建筑机械使用安全技术规程》检查各部件工作是否正常,确认运转合格后方能投入使用。8.3 施工现场的临时用电必须按照施工方案布置完成并根据《施工现场临时用电安装技术规范》(JGJ46-88)检查合格后才可以投入使用。9.环保措施9.1 采用水冲法虽然能减少桩的排土量,从而降低沉桩对地基土体的挤土影响程度,但仍应对周边建筑物、管线进行监测。对沉桩施工顺序和施工进度应进行有效控制,以减小对邻近建筑物的危害影响。9.2 桩基施工材料设备多,现场材料合理安排,集中堆放,减少占地,设置排水沟有组织排水,防止水土流失。9.3 及时对施工和生活垃圾外运处理。9.4 桩基施工尽量选择公休时间,对设备采取消音处理,减少噪音污染。10.效益分析按照上述施工顺序及控制要点、措施施工,桩基施工得以顺利进行,工期比预计提前 40d,施工质量、安全得到了保证,通过在特殊地质条件下采用水冲法配合静压桩的技术措施相比冲(钻)孔桩效益显著,节约费用约 189 万元。11.应用实例新建龙岩至厦门铁路工程南靖站站房工程总桩数 211 根,桩长 11~15m,持力层为粗砂层,桩基必须穿过厚达 1.8m~2.5m 的砂层。通过采用水冲法辅助静力压桩施工工艺,成功地解决了静压法施工深厚砂层穿透难的问题。工程质量满足现行规范要求。
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