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45-含坚硬夹层软土地区PHC预应力混凝土管桩引孔静压施工工法.doc

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45 坚硬 夹层 土地 PHC 预应力 混凝土 管桩引孔 静压 施工
资源描述:
含坚硬夹层软土地区 PHC 预应力混凝土管桩引孔静压施工工法中铁十七局集团第四工程有限公司林睿1.前言近十年来,随着城区内高层建筑及环城公路等结构物大面积施工,为减少桩基施工污染,提高单桩单位承载力的性价比,减少基础施工过程中对周边建筑物的影响,城区结构物基础逐步大量引入预应力混凝土管桩静压施工工艺,但是城区部分地层中含有坚硬夹层,成桩速度缓慢,施工时大量出现桩长及贯入度无法满足设计要求,如强行提高压桩力进行压桩,会导致桩身破裂,甚至断桩。我们通过云南省昆明市西北片区(陈家营)保障性住房项目 5、6 栋楼及地下车库基础 PHC 预应力混凝土管桩引孔静压施工实践,取得良好效果。经总结形成本工法。2.工法特点2.1 通过引孔穿透坚硬夹层、成桩速度明显加快,减少截桩数量,避免爆桩。2.2 受地质条件影响小,成桩质量易于保证。2.3 单桩承载力高,单位承载力性价比高、造价低。2.4 静压施工无震动、无污染、无噪音,利于环保。2.5 设备操作简单方便、适用性广。3.适用范围适用于一般粘性土及回填土、淤泥和淤泥质土、粉(砂)性土、非自重湿陷性黄土质以及强风化(全风化)的岩层、坚硬的碎石夹层和砂土层中各类结构物基础加固处理,特别是适用于位于城市居民区的建筑 PHC 管桩施工。4.工艺原理PHC 管桩引孔静压法沉桩工艺原理为,桩位放线后,长螺旋钻机就位,利用螺旋钻杆取土,减小挤土效应,穿透坚硬夹层,提高成桩速度,保证桩长及贯入度,防止出现桩身破裂及断桩现象,解决了城区坚硬夹层静压桩施工的难题。管桩施工过程中,静压桩机利用自带的起吊设施吊起管桩进行喂桩,通过静压桩机中心的夹具对桩进行夹抱,借助自重及配重,液压互联动力系统,并通过送桩器将桩顶送到设计标高的一种成桩工艺。管桩在土层内通过与土体的之间的摩擦,在桩壁形成侧摩阻力,在桩底与土体作用下形成端承力,利用桩体侧摩阻力及端承力分散上部荷载, 达到承受上部荷载的作用。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程长 螺 旋 引 孔喂 桩压 桩送 桩 或 截 桩检 桩 桩 机 就 位桩 位 测 量 定 位调 整 桩 身 垂 直 度控 制 桩 顶 标 高图 5.1 PHC 管桩引孔静压法沉桩施工工艺流程图5.2 施工操作要点5.2.1 长螺旋引孔1、认真复核设计图纸及设计院交桩点位,将坐标控制点、水准控制点布设在施工现场,控制点每周要进行复测,防止挤土效应对其影响,标准控制点数量满足施工需要及测量点间互相复核的需要即可,然后依据设计图纸精确算出尺寸关系或各桩位坐标,对桩位进行精确测放。2、桩位放出后,在中心采用 0.3m 长 Ф8 钢筋或者木筷插入土中,根据需要做好标识:钢筋(或木筷)端头系上红布条或点上白灰,然后画出桩外皮轮廓线的圆周,便于对位引孔。3、孔位定好后,移动长螺旋钻机到达指定孔位对中,应用钻机塔身的前后左右的垂直标杆检查塔身导杆校正位置,使钻杆垂直对准孔位中心,确保垂直度小于 1%桩长。将钻头触及地面,启动马达钻进。一般应先慢后快,这样既减少钻杆摇晃,又容易检查钻孔的偏差,以便及时纠正。当钻至设计深度时,在动力头底面停留位置相应的钻机塔身做醒目标记,作为施工控制桩长的控制依据。钻头达到设计标高后,停止钻进,开始拔管至施工底面,移至下一孔位。4、有效引孔深度根据现场地质情况以穿透坚硬夹层确定,如地质层面不均匀以桩长的 2/3 为引孔深度。引孔采用长螺旋钻机,引孔直径为桩径减 0.1m,长螺旋引孔完成后,用小型装载机、铲车及时将引出的土集中堆积在基坑的预定位置,后用车辆将其运送至指定的弃土场。5、引孔采用跳桩方式,以免相邻桩位施工时对桩位挤土产生偏移,达到有效引孔深度后提钻,慢速提钻防止孔壁坍塌,及时清理桩孔弃土,保证弃土不掉入引孔内。施工中为防止出现塌孔现象的发生,应随钻随打,长螺旋引孔 8h 内必须沉桩,减少因土应力恢复而导致孔径变小及孔壁塌落的现象,如发现塌孔严重的孔洞,需进行复引。5.2.2 喂桩1、桩机就位施工场地内的表层土质确保承载力满足静压机械施工及移动过程中不至于出现沉陷,对局部软土层可采用砖渣换填处理。桩机进场后,检查各部件及仪表是否灵敏有效,确保设备运转安全、正常后,按照打桩顺序,移动调整桩机对位、调平、调直。2、管桩的进场验收管桩进场后,对管桩的外观、桩径、长度、壁厚、桩身弯曲度、桩端头板的平整度、桩身强度以及桩身上的材料标识等按规范进行验收,并审查产品合格证明文件,把好材料进场验收关。根据设计及施工规范要求等级将不符合要求的管桩清退出场。3、管桩的堆放现场管桩堆放场地应平整,采用软垫(木垫) 按二点法做相应支垫,且支撑点大致在同一水平面上,见图 5.2.2-1。当管桩在场地内堆放时,不宜超过 3 层;当在桩位附近准备施工时宜单层放置,桩头垂直打桩路线,方便吊桩,且必须设支垫。管桩堆放要按照不同型号、规格分类堆放,并在桩身上标示长度,以免调运施工过程中发生差错。管桩在现场堆放后,需要二次倒运时,易采用吊机及平板车配合操作。如场地条件不具备时,采用拖拽的方式,需要采用滚木或者对桩头端头板采取一定的保护措施,以免在硬化地面上滑动时磨损套箍及端头板。图 5.2.2-1 二点支垫示意图4、喂桩单根管桩吊运时可采用两头勾吊法,竖起时可采用单点法,见图 5.2.2-2。管桩起吊运输过程中应免平稳轻放,以免受振动、冲撞。管桩吊起后,缓缓将桩一端送入夹桩器中,待管桩扶正就位后,根据需要焊接开(闭)口型桩尖,然后将桩插入土中 0.5m-1.0m 的深度后,用两个线锤进行双向控制桩垂直度。通过桩机导架的旋转、滑动进行调整,确保管桩位置和垂直度符合要求后压桩。5.2.3 压桩1、压桩前,根据地基土质情况,桩基平面布置,桩的尺寸、密集程度、深度,桩移动方便以及施工现场实际情况等因素确定合理的压桩顺序,图 5.2.3 中(a) 、 (b) 、 (c) 、 (d)为几种打桩顺序对土体的挤密情况。当基坑不大时,打桩应逐排打设或从中间开始分头向周边或两边进行,根据设备尺寸限制,可先施工边,角桩。L0.21LL0.21L 0.21L图 5.2.2-2 管桩起吊示意图对于密集群桩,自中间向两个方向或向四周对称施打,当一侧毗邻建筑物时,由毗邻建筑物处向另一方向施打。当基坑较大时,应将基坑分为数段,而后在各段范围内分别进行(图 5.2.3 中(e) 、 (f ) 、 (g ) ,但打桩应避免自外向内,或从周边向中间进行,避免中间土体被挤密,桩难以打入,或虽勉强打入,但使邻桩侧移或上冒。对基础标高不一的桩,宜先深后浅,可使土层挤密均匀,以防止位移或偏斜;在粉质粘土及粘土地区,应避免按着一个方向进行,使土体一边挤压,造成入土深度不一,土体挤密程度不均,导致不均匀沉降。若桩距大于或等于 4 倍桩直径,则与打桩顺序无关。如由于地质原因或临近建筑物、地下管线、道路交通,可采用引孔取土方式,按小于桩径0.1m 孔径和小于有效桩长 2m 的孔深先用钻机钻孔,钻出的土体排出地面外运,后在孔内将桩压入设计持力层标高,此方法把排挤土桩改良为低排挤土桩,大大减少了土的排挤量,有效的防止土体隆起和位移,以及超孔隙水压力的上升,可保证邻近建筑物、地下管线、道路交通的安全;但需两部机具设备,增加一道工序。2、压桩前在每节单桩桩身上划出以米为单位的长度标记,以便观察桩的入土深度及记录对应压力值,并通过实地高程测量,在送桩器上做好最后 1m 及最终送桩深度标记,通过水准仪配合控制。3、在压桩开始阶段,压桩速度不能过快,应根据地质报告显示的土质情况选择压桩速度,一般以 2.0m/min 速度为宜。在初期 2m 的压桩范围内应重点观察控制桩身、机架垂直度,垂直度控制应重点放在第一节桩上,垂直度偏差不得超过桩长的 0.5%。并在压桩过程中需要经常观测桩身是否发生位移、偏移等情况并做好过程记录,并详细记录每入土 1m 时压力表的压力值。4、接桩将首节管桩压至桩头距地面 0.5-1.0m 左右高度时停止压桩,开始进行接桩作业。接桩采用CO2气体保护焊,桩头数量不得超过 2 个,接桩前将端板及桩套箍端板坡口处表面的锈蚀用钢丝刷清除干净,当表面呈金属光泽后方可焊接。上下两节端头板对齐并初步调整垂直后,拉设桩机下部挡风篷布,采用气体保护焊接焊在坡口周围点焊 4-6 点,然后再次进行垂直度的调整,若端头板间隙过大,应加塞铁片。为减少焊接变形引起节点弯曲,焊接时由两名工人对称施焊,焊接层数不少于两层且焊缝应均匀饱满(焊缝与坡口平) 。焊接完成后,自然冷却 5min 以上,继续压桩。如果有多节管桩,重复以上工序即可。(a)逐排单向压桩;(b)两侧向中心压桩;(c)中部向两侧压桩;(d)分段相对压桩;(e)逐排压桩;(f)自中部向边沿压桩;(g)分段压桩1-压桩方向;2-土的挤密情况;3-沉降量大;4-沉降量小图 5.2.3 打桩顺序和土体挤密情况图5.2.4 送桩或截桩当桩顶设计标高较自然地面低时必须进行送桩。送桩时选用的送桩器的外形尺寸要与所压桩的外形尺寸相匹配,并且要有足够的强度和刚度,一般为一圆形钢柱体。送桩时,送桩器的轴线要与桩身相吻合。送桩器上根据测定的局部地面标高,事先要标出送桩深度,通过伺候在现场的水准仪跟踪观测,准确地将送桩送至设计标高。同时送桩器上要标出最后 1m 的位置线,详细记录最终压力值。当管桩露出地面或未能送到设计桩顶标高时,需要截桩。截桩要求必须用专门的截桩器,严禁用大锤横向敲击、冲撞或强行扳拉截桩,导致桩身受损。5.2.5 检桩压桩结束后,需要对桩基进行检测,桩基检测依据设计要求采用《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)及《基桩低应变动力检测规程》 (JGJ/T93-95)进行。检测的项目主要有桩身的完整性质量检测、单桩竖向抗压极限承载力检测。桩身质量检测,主要通过现场低引变反射波法进行,目的是对桩身缺陷进行判定,对桩身质量进行分级。根据规范分为四个等级,分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类桩。其中Ⅰ类桩为桩身质量优良桩;Ⅱ类桩为合格桩;Ⅲ类桩为明显质量缺陷桩,需要与相关单位研究,确定处理方案或继续使用,按要求修补后或经研究可继续使用的视为合格桩;Ⅳ类为不合格桩。小应变动力检测数量,按规范要求抽检不少于 20%且不少于 10 根。单桩承载力检测,主要通过现场静荷载试验以及高应变动力检测进行,主要检测单桩承载力是否满足设计要求。静荷载试验检测数量,按规范要求随机抽检总桩数的 1%且不少于 3 根。由于管桩施工完毕后,土体尚未恢复,单桩承载力没有完全达到设计承载力强度,需要 7 天以上的嵌固期,故单桩承载力检测宜在成桩后 10-20 天范围内进行。6.材料与设备6.1 主要设备表 6.1 主要设备表序号 名称 规格型号 数量 备注1 长螺旋钻机 CFG-B31 12 静力压桩机 ZYJ600BB 13 电焊机 400A 14 切割机 J3GY-LD-400 15 全站仪 拓普康 GTS-602 16 水准仪 苏州一光 DSZ2 17 线锤 2一根桩基作业所需数量7.质量控制7.1 质量标准PHC 静压管桩施工质量验收标准,执行设计要求和国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 (GB50202-2002) 、 《先张法预应力混凝土管桩》 (GB13476-2009)及桩基施工的相关技术规程的规定。PHC 静压管桩质量检验标准见表 7.1。Comment [U1]: 应写出具体要求。Comment [U2]: 同上。Comment [U3]: 其他地方均写 5min表 7.1 管桩质量检验标准允许偏差或允许值项 序 检查项目单位 数值 检查方法1 桩体质量检验 按桩基检测技术规范 按桩基检测技术规范2 桩位偏差 见规范相关标准 用钢尺量主控项目3 承载力 按桩基检测技术规范 按桩基检测技术规范外观无蜂窝、露筋、裂纹、色感均匀、桩顶处无空隙直观桩径 mm ±5 用钢尺量管壁厚度 mm ±5 用钢尺量桩尖中心线 mm <2 用钢尺量顶面平整度 mm 10 水平尺量1成品桩质量桩体弯曲 <1/1000L 用钢尺量,L 为桩长焊缝质量 见规范相关标准 见规范相关标准电焊结束后停歇时间 min >1.0 秒表测定上下节平面偏差 mm <10 用钢尺量2接桩节点弯曲矢高 <1/1000L 用钢尺量,L 为两节桩长3 电焊条质量 设计要求 查产品合格证书4 压桩压力(设计有要求时) % ±5 查压力表读数一般项目5 桩顶标高 mm ±50 水准仪测量7.2质量控制要点7.2.1进场材料质量验收与控制施工前应对成品管桩做外观尺寸及外观质量验收,并查看合格证明文件及相关外加剂的含量证明,必要时索要管桩的抗弯、抗裂性能检验报告;接桩用焊条等应有产品合格证书并送样复检,压桩用压力表也应进行检查。对于堆放在施工场地内的成品管桩,要加强成品保护,严禁机械碰撞,合理安排管桩堆放场地及进场次序,减少二次倒运,并在二次倒运的过程中平稳、轻放,减少对桩身的振动损伤。7.2.2场地土承载力要求场地要平整坚硬,在较软的场地中适当铺设砖渣,不能使桩机在打桩过程中产生不均匀沉降,静压桩桩机对施工场地要求较高,由于桩机及配重重量较大,为防止桩机下陷而造成桩身倾斜、桩机挤压对桩位的影响,影响施工质量及施工安全,必须对施工场地进行局部回填平整,采取必要的措施提高地基承载力,使其达到静压桩施工要求。7.2.3桩位、垂直度及标高控制在打桩前应调查场地土土质情况,尤其是地表土层是否有大量的废弃混凝土块等杂填土质、是否有地下废弃混凝土结构、构筑物及地下管线等障碍。需将地下障碍物清除干净,并分层回填夯实后再进行管桩施工。障碍物的存在、地表土质松软均易导致桩位偏移。为了更好的控制成桩垂直度,采用双控,首先控制引孔垂直度,将长螺旋钻机塔身的前后左右的垂直标杆检查塔身导杆校正位置,使钻杆垂直对准孔位中心,确保垂直度小于 1%桩长。其次控制桩身垂直度,重点应控制第一棵桩身的垂直,从十字交叉的两个方向进行观测,及时发现偏差后,拔出管桩回填后重新施工,不得强行回扳校正,以免将桩扳裂以致断桩。桩身的不垂直沉入,偏心受力容易将桩体压裂而降低桩体的承载力。标高控制,通过正确引测到施工现场附近的水准控制点进行观测。将水准仪安放在离开桩机5m 左右以外的位置,测定此时水准线下需要的送桩长度,并标记在送桩器上,送桩时,设专人进行观测,当送桩器上的刻度将与水准仪的水准线重合时,放慢压桩速度直至两线重合,并结合设计要求的稳定终压值停止压桩。在群桩及短桩位置,设置观测桩,由于观测桩顶均在地表以上,在打桩过程中可通过测量标高变化,反映出土层中桩顶标高是否发生变化,是否发生浮桩现象,如出现,及时进行复压处理。7.2.4 桩尖及接桩焊接质量控制桩尖焊接时不能只点焊了事,需进行一周满焊。在设计需要桩尖的地层,如桩尖焊接不牢而发生脱落,会影响管桩穿透土层的能力。接桩焊接质量为管桩施工质量控制的一个重点环节。焊接前需清理干净端头板上的铁锈、泥污等,对称、分层焊接,减少焊接变形而引起的节点弯曲,并保证焊缝均匀饱满。现阶段焊接均采用气体保护焊,为防止焊接时外界对保护气体的影响,均加设挡风篷布。焊接结束后,确保足够的冷却停歇时间,一般不应小于 5min,压桩过程中还需对电焊接头作 10%的焊缝探伤检查,单桩焊接接头不得超过 2 个,且接头不得设置于软弱土层。7.2.5 沉桩到位率控制管桩没有沉入到设计位置,需要截桩,既浪费材料,增加额外的桩头处理费用,而且会导致桩身承载力降低。设计及施工过程中,采取长螺旋引孔取土。在满足承载力的要求下尽可能的将管桩沉入到设计标高位置。选择合适型号的压桩机械。根据正式工程桩施工前的试验桩资料、地质土层分布情况、桩端持力层土质情况选择合适的压桩力,避免压力较小导致管桩压不到设计标高。降低挤土效应带来的不良影响。压桩作业在进入硬土层时,应控制施工停歇时间,避免由于停歇时间过程中土的磨阻力增大影响桩机施工,造成沉桩困难。7.2.6 终压值的确定引孔静压法沉桩方式要注意最终压力值的控制。对于停止压桩的控制一般有两个指标,一个是设计桩顶标高,一个是最终压力值。两个指标可双控也可实现某一值即可停止压桩,一般摩擦桩以控制桩长为主,端承桩以控制压力值为主。7.2.7 降低挤土效应危害的措施管桩在压入土中后,会将桩身周围的土体向旁侧挤压,而占据原来地基土的空间,尤其在桩位较密集或者靠近既有结构的位置,容易因原土体被扰动而产生土体隆起,导致管桩上浮,同时挤土效应产生的水平压力容易导致桩身产生水平方向的挠曲变形,影响桩体承载力。如果附近有建筑物或地下管网,容易遭到破坏。预制桩挤土效应是无法完全消除的,通过一定的引孔取土措施降低挤土效应带来的危害,施工中合理安排施工顺序,先施工中间后施工四周位置的管桩、先施工靠近建筑物一侧的管桩后施工远离建筑物的管桩、先施工长桩后施工短桩,或采用间隔跳打法。8.安全措施8.1 长螺旋钻机及静压机械进场前,需要对场地土进行预压,确保桩机平稳施工,避免发生桩机倾斜,注意场内排水工作,防止场地浸泡。8.2 操作手等相关操作人员必须持证上岗,进行安全教育培训与班前安全教育。8.3 长螺旋钻机及静压桩机入场后,需提供桩机配套相关合格证明文件及年检报告,每天上班前需要对钢丝绳及液压轮轴等易磨损部分加强检查,确保制动灵活,试机正常后方能施工。施工过程中加强对桩机各部件的日常检查与维修保养。8.4 长螺旋钻机引孔、管桩吊装运输及桩机起吊喂桩时,需要专人指挥及监护,隔离操作,严禁人员通行。8.5 送桩完毕后,遗留下的孔洞上面要加盖或回填,以防人员掉陷。8.6 机电设备维修时必须要切断电源后无电方能操作。8.7 因露天作业,需注意安全用电防护,实行三相五线制,做好机械漏电保护,防潮防雨设施,一机一闸,闸箱上锁。确保用电作业安全。9.环保措施9.1 对长螺旋引孔产生的弃土以及施工垃圾采取集中定点堆放,定期清运原则,保证施工场内环境卫生。9.2 管桩材料根据现场施工需求,采取定点堆放。9.3 在基坑四周设立截水沟,对基坑四周雨水进行有序集中排放。9.4 生活污水处理设化粪池,不直接排放。9.5 对施工场地道路进行硬化,并在晴天经常对施工通行道路进行洒水,防止尘土飞扬,污染周围环境。10.效益分析10.1 与混凝土灌注桩比较具有单桩承载力高、单位用钢及混凝土量少、质量易检测控制、环保无污染、施工速度快,工序简便等优点。10.2 与传统静压桩施工工艺比较采用引孔静压桩施工工艺,提高了施工速度,特别是含硬土层及坚硬夹层地区,传统工艺不但速度慢,而且由于土层过硬,导致爆桩和截桩的现象频频发生,采用引孔静压施工工艺即(既)加快了施工进度,又缩短了施工工期。桩长均能达到设计要求,截桩量少,并避免了爆桩现象的发生,节约了施工成本,保证了施工质量。11.应用实例云南省昆明市西北片区(陈家营)保障性住房项目 5、6 号楼,建筑面积约 61200㎡,下部为桩筏基础,上部为剪力墙结构。基础设计的高强预应力混凝土管桩(简称 PHC 桩) ,编号为 PHC A 500 125,设计桩长分别有 21m,28m,36m。长度由 10m、11m、13m、15m 两至三节搭配组合而成,共计 36000m。桩基施工要求时间为 2012 年 2 月 15 日~2012 年 4 月 20 日,实际于 2012 年 4 月 10日完成,缩短了施工工期,为后期主体施工创造了条件,加快了工程总体进度。管桩施工完成后,通过对成桩后的基桩进行了低应变与静载检测,单桩承载力均能够满足设计要求;桩身完整性判定均为 2 类桩以上,1 类桩占 90%,确保了工程质量;截桩、爆桩数量很小,节约材料及截桩等各项费用约 5 万元,获得了良好的社会和经济效益。
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