咬合桩施工工法
.咬合桩(在基坑围护结构中的)施工工法
完成单位:深圳市工勘岩土工程有限公司
主要完成人:宋明智 高健康 肖克龙 郑磊 王伟
1前言
随着城市化进程的推进,社会对环境保护意识的增强,日渐紧缺的城市土地资源,对基础工程施工的环保性、安全性提出了更高的要求。
咬合桩施工工艺是在全套管桩基施工工法的基础上,结合了自身的技术特点,解决了关键技术难题后,经过多个工程实践而得以发展起来的,主要用于围护结构中的施工工法。“咬合”意为相邻桩之间的相互关系,即相邻桩之间利用二种混凝土的初凝时间差,实现无缝“咬合”。而传统排桩式挡土桩为桩桩相切,相邻桩之间由于新老混凝土界面的存在,使得桩之间有一定的缝隙,形成渗漏水通道,且大多数挡土桩内配置了相应数量的钢筋(或构造钢筋),当桩的抗弯强度满足要求时,就形成了一定的材料浪费。也有采用桩间设置止水桩(如高压旋喷桩或搅拌桩等),这在施工中需要另外增加设备投入,施工现场会出现多工种作业,质量监管工作量大增。
咬合桩吸收了国内外广泛使用的基坑围护结构形式的诸多优点,符合当前国家关于节能环保产业方面的相关政策,具有质量可靠、施工速度快、地层适应性强、平面连接形式多样、施工环保、节省造价、外观整齐等明显特点。
本工法通过多个工程的实际运用,取得了较好的社会效益和经济效益。
2工法特点
咬合桩成孔的实质是冲抓斗套管跟进法。即利用专门搓管钻机将套管旋入土体,对已成孔段进行保护,利用抓斗在桩尖取土,逐段取土、旋入套管,进而成孔。成桩的整个过程除桩尖局部取土段在套管端部进行外,其余的工序(如钢筋笼安装、混凝土灌注等)均在套管内进行,因此不需要泥浆进行护壁,现场不需要设置泥浆及泥浆循环系统,整个场地清洁,无需外运泥浆,这对于在环保要求日益提高和弃浆日益困难的城市中施工,是一个很好的回避和响应。也不需要担心孔壁的稳定对周围环境造成不得的影响。主要施工设备采用液压传动控制系统,施工中对液压马达进行一定的防护,施工噪音很小,不会对周围产生较大的影响。
目前,在基坑围护结构中使用较多的结构形式为:排桩式(刚性桩和柔性桩)的地下连续墙和墙式的地下连续墙。他们之间的比较见表2-1所示。
各工法的经济技术比较表 表2-1
经济开挖深度(m)
现场要求 施工占地 施工工艺
水泥土搅拌
桩 6~10 较少 较大 较简单 废土外运少,对环保影响较小
一般 较好 较好 熟练 临时结构 与主体结构抗浮无关
低
SMW工法桩 6~14 较少 小 较复杂 废土外运少,对环保影响较小
较大 较好 好 熟练 临时结构 与主体结构抗浮无关
低
钻孔灌注桩加止水措施形成的组合桩
6~15 一般 较大 较简单
全套管 钻孔咬合桩
10~20 一般 小 较复杂 噪声低,无泥浆,对环保影响小
较大 好 好 熟练 可作为永久结构的一部分 与主体结构拉结,对主体结构抗浮
有利
一般
地下连续墙 20~40 较高
大 复杂 泥浆对环保影响
大
大 好 好 较熟练 永久结构或其一
部分 与主体结构拉结,对主体结构抗浮
有利
高
环保要求 泥浆对环保影响大
整体刚度 抗渗漏 桩(墙)体质量 技术成熟程度 与永久结构关系 与结构 抗浮关系 费用
较大 一般 一般 熟练
可作为永久结构的一
部分 与主体结构拉结,对主体结构抗浮有利
一般
综合上述比较,本工法具有以下特点:
2.1 质量可靠,外观整齐
(1) 使用商品混凝土,套管内无泥浆,混凝土灌注基本不
会出现常规桩施工中出现的夹泥、断桩、离析等常规桩型中常见质量问题;
(2) 套管采用20mm-30mm的钢板卷制,套管底口镶嵌合金
刀刃,整体刚度大。在地面利用相互垂直的二个方向,校对套管下入过程中的垂直度,桩的垂直度可控制在3‰。
(3) 桩之间的咬合与混凝土固结同步,可起到完全的止水
作用。无泥浆施工,消除了“泥皮”对桩的承载力的负面影响。 (4) 开挖后的外露面整齐,美观,整体性强。如图“咬
合桩开挖后的效果图”所示。
2.2 地层适应性强
采用套管跟进技术,及时隔断地层(尤其是易坍塌砂、卵石层、流塑状淤泥等)的影响。可适用于人工(杂)填土、淤泥层及第四系地层和部分岩层(全风化和部分
强风化岩层)
,具有很强的地层适应性。
2.3 连接形式灵活
与排桩式地下连续墙相似,可以在已成的桩周围进行任意角度的连接,根据建筑物的平面结构特点,设计成与最有利的平面形状,从而可以最大化地利用有限空间。
2.4 施工环保
施工无噪声、无振动,对地层及周边环境影响小,少或无泥浆作业,施工现场洁净,基本无泥浆外运。此外,该工法与柔性桩(如SMW)工法相比,无挤土效应。如右图所示。
2.5 降低工程造价
降低工程造价可以从三个方面说明:
① 由于咬合桩在基坑围护结构中使用是采用一荤桩间一素桩,即一根桩有钢筋笼(荤桩),相邻的桩采用素混凝土桩(素桩),因此,在围护结构整体刚度、稳定性满足要求的前提下,可实现钢筋用量减少,较墙式地下连续墙可大幅度减少钢筋用量。
② 施工成本降低,常规的排桩式或墙式连续墙基坑围护结构施工,往往采用泥浆护壁,泥浆的处理和弃置是构成成本的重要部分,目前的许多大城市扩容,原来较低洼和偏远地方都加以利用,弃浆困难问题尤其突出。而在咬合桩的施工中,采用的是抓土作业,护壁由套管完成,因此施工的这部分成本可大幅度降低。
③ 在地下水较丰富的地层中施工的咬合桩围护结构防渗效果好,无需另外增加辅助截水帷幕等防水措施。
2.6 施工工效高,占用场地小
全套管钻机是一种机械性能好,成孔深度大,成桩直径大的新型桩工机械,采用一套设备,可集取土、成孔、护壁、吊放钢筋笼、灌注混凝土等作业工序于一体,不需要另外增加防渗施工机械,效率高,工序辅助费用低。单套设备的占用场地小,可以根据工程的规模、工期要求尽量多
地投入设备,加快工程进度。如右图示。
2.7 劳动组织简单
成孔作业、混凝土灌注可由一个班组完成,一个钢筋制作班组负责3-4台套打桩机的钢筋供应,由于支护桩桩长不长,可在地面完成对接,孔口焊接作业可省去。相对常规的泥浆作业工序,可省去泥浆泵人员、场地清理人员、泥浆外运人员。整个工程的劳动组织相对简单。
3适用范围
(1) 主要应用于基坑围护结构,桩径可在0.8m-1.2m之间,最佳基坑开挖深度为10-20m。 (2) 可适用于人工填土层、淤泥层、粘性土层、粉砂层、透水性砂层、以及卵砾石层和风化岩石层等各种地层,
(3) 尤其是易坍塌,易缩径地层,对防渗性能要求高、不适宜采用井点降水的工程,更能显示出其优越性。
(4) 对于直径大于桩径的工程,需要对块石进行专门的处理,如无法处理,则咬合桩无法施工。 (5) 对于强透水砂层,由于砂受地下水的影响,砂较快地对抓空桩孔段的填充,施工时需要对这部分砂进行专门的固结处理,如无法处理,咬合桩也无法实施。
4工艺原理
咬合桩施工工法为全套管施工法。该工法利用摇动装置的摇动(或回转装置的回转)使钢套管与土层间的摩阻力大幅度减少,边摇动(或边回转)边压入,同时利用冲抓斗挖掘取土,直至套管下到桩端持力层为止。成孔后将钢筋笼放入,接着将导管竖立在钻孔中心,最后灌注混凝土成桩。如图4-1所示。
图4-1 成孔作业原理示意图一 如图4-2咬合桩成孔施工原理示意图二所示。
图4-2 咬合桩成孔施工原理示意图二 其结构形式,往往采用含钢筋笼桩(荤桩)与素混凝土桩(素桩)相互间隔的形式,即“一荤一素”。咬合桩施工采用“套管钻机+超缓凝混凝土”工艺,通过对超缓凝混凝土桩切割,形成挡土、止水围护结构。其结构形式如图4-2咬合桩的结构形
式示意图所示。 图4-2 咬合桩的结构形式示意图
实现咬合桩的实际应用须解决的几个技术难题:
① 第二序列桩(B桩)对第一序列桩(A桩)进行切割; ② 咬合桩孔垂直度的保证; ③ 超缓凝混凝土的配制。
咬合桩的成功实施须把握好的几个关键技术点: ① 超缓凝混凝土的配制; ② 第二序桩的施工时机; ③ 导墙的施工及精度保证; ④ 咬合桩的垂直度保证;
⑤ 多机施工结合点的有效衔接(分段部位的连接); ⑥ 常见问题的处理方法。
5施工工艺流程及操作要点 5.1施工工艺流程 5.1.1施工流程
5.1.2施工顺序
先施工相邻的素桩(A型桩),然后在已完成的素桩之间插入荤桩(B型桩),即施工顺序为在完成前后两根A桩后,施做第二序桩(B型),使之嵌入第一序桩体内,成为一个整体。作业顺序为An→An+1→Bn→An+2→Bn+2
→An+3→Bn+3……。
5.1.3单个桩的施工工艺
图5.1.3-1 咬合桩施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1导墙的浇筑
咬合桩的成孔、钢筋笼安装和混凝土浇筑都是在一套设备、一个平台上完成。因此,在平整后的场地上浇筑导墙,这有利于钻机的迅速就位和钻进过程中的机械稳定,提高钻孔的成孔精度和施工效率。右图为导墙模板安装。
浇筑的导墙混凝土强度应采用C20或以上的,同时在导墙内要布置一 定数量的钢筋。导墙的结构形式如图5.2.1-1、图5.2.1-2所示。
图5.2.1-1 导墙结构形式(平面)
图5.2.1-2 导墙结构形式(剖面)
5.2.2钻机就位
移动钻机至正确位置,使钻机套管中心与导墙对应的孔位中心重合。
5.2.3抓土钻进成孔
在钻机就位后,吊装第一节套管至钻机钳口中,调正套管垂直度后,反复旋转磨压套管,压入深度约为2.5~1.5m,然后用抓斗从套管内取土,一边抓土,一边继续向下压入套管,始终保持套管底口超前于抓土面不小于1.5m。第一节套管全部压土中后,检测垂直度,如超标则进行纠编,垂直度合格后,安装下一节套管下压取土,直至达到设计孔深。
5.2.4钢筋笼安装
围护结构桩长一般均在30m左右,因此可以采取钢筋笼在地面制作,连接成整体后整体进行吊装,钢筋笼吊装可以利用自身的履带吊和增加一台吊车,以多点起吊形式进行安放,这样可以节省孔口焊接工序,加快工程施工进度。钢筋笼制作、安装按设计要求进行。如右图所示(图中笼长为20m,采取一次性制作、吊装)。
5.2.5混凝土浇筑
为确保桩的质量,混凝土浇筑仍然采用水下混凝土灌注法进行。灌注导管尽量采用单节长度较大的,一般长度控制在4~5m,并配以
一定数量不同长度的短导管,以减少导管装拆的次数。埋管深度按规范要求进行控制即可。灌注量按1.05左右的充盈系数进行控制。
对于是否采用水下导管灌注混凝土,主要取决于地层的地下水情况,一般情况下,在取土作业过程或钢筋笼安装完成后待混凝土期间,会有地下水进入套管内,如不采用导管或串筒,混凝土从孔口倒入,会造成混凝土在灌注过程中的离析,对桩的质量不利,因此一般情况下,采用导管法灌注混凝土。如地下水被隔离,孔底呈无水状态,则导管起到串筒的作用,此时,对埋管深度不作要求。
5.3关键技术
5.3.1超缓凝混凝土配制
钻孔咬合桩得以实现,是以有效切割素桩混凝土为标志的,超缓凝混凝土配制后的初凝时间,这个指标是否符合施工要求直接决定了钻孔咬合桩施工的成败。目前,国内外虽已有切割混凝土完成初凝的经验,但其存在新老混凝土界面的融合问题,而本工法,则是在被切割桩的混凝土尚未完成初凝阶段实现了二桩的结合,因此其止水、防渗效果更好,是本工法的得以实现的前提。
(1) 超缓凝混凝土基本时间的确定
超缓凝混凝土的基本时间是指完成单个有代表性桩所需的时间,这个时间需要结合工程的具体地点、结构形式、钻孔所需穿越的地层情况,现场测定或根据以往的施工经验确定。根据我公司的实践,总结出基本时间t=12~15小时,为保险,实际操作中一般取上限值,即t=15小时。
(2) A型桩混凝土缓凝时间的确定
A型素桩混凝土缓凝时间的确定主要考虑成桩时间(基本时间)和相应的安全时间。根据成桩的顺序,确保B型桩能顺利地切割A型桩要求,成桩时间为相邻的二个素桩和一个钢筋混凝土桩(B型荤桩)的成桩时间,一般为3个基本时间。安全时间是出于实际施工中可能出现的其它停顿因素(如停电、设备维修等)影响的考虑。
因此,可根据下式计算确定A型桩的缓凝时间:
T=3t+S (5.3.1-1)
式中:T-----A型桩混凝土的缓凝时间(初凝时间)。 t------为一个具体工程有代表性桩的成桩时间。
S-----安全时间,一般取一个基本时间,即1.0t。
上式也可表示为:
T=4t (5.3.1-2)
(3) 混凝土坍落度及其它
按规范要求执行,坍落度控制在18-22cm之间,如施工时会出现“管涌”时,可采用小值。骨料的使用,A型桩采用20-40mm,B型桩采用20mm左右的。
(4) 混凝土3天强度值要求
控制混凝土早期强度的主要目的是防止工程出现意外情况,如暂时的停工、断电、设备维修等因素,再施工时,A型桩的早期混凝土强度不至于上升太快,有利于切割的顺利进行和前后施工桩的紧密结合,有利于提高围护结构的整体防水、防渗效果。
通过多次的施工实践,提出3天强度值R3d不大于3MPa。 综上所述,超缓凝混凝土的技术要求如表5.3.2-1所示。
超缓凝混凝土技术要求表 表5.3.2-1
技术参数 要 求
砼强度(MPa) 满足设计要求
坍落度(cm) 16-22
初凝时间(h)
60
3天强度(MPa)
3
5.3.2垂直度控制
目前,咬合桩尚没有对应的规范要求,主要根据使用的工程归属类别,套用相应的标准,如工民建基坑工程常采用桩的垂直度为1%,而《地下铁道工程施工及验收规范》规定桩的垂直度为3‰。而采用本工法完全可达到3‰的要求。
成孔垂直度控制措施:
(1) 套管的顺直度检查和校正
钻孔咬合桩施工前,在平整的地面上进行套管顺直度的检查和校正,先检查和校正单节套管的顺直度,然后将按照桩长配置的套管全部连接起来,套管顺直度偏差控制在1‰-2‰。
(2) 成孔过程中桩的垂直度监测和检查
①、地面监测:在地面选择两个相互垂直的方向采用线锤监测地面以上部分的套管垂直度,发现偏差随时纠正。这项检查在每根桩的成孔过程中应始终进行,不中断。
②、孔内检查:每节套管压完后安装下一节套管前,都要下入孔内检查孔底的垂直度,不合格时,需进行纠偏,直至合格才能进行下一 节套管施工。
(3) 纠偏
纠偏的常用方法有以下三种:
①、利用钻机油缸进行纠偏:如果偏差不大于或套管入土不深(5m以内),可直接利用钻机的竖向和水平油缸调节套管的垂直度,可达到纠偏的目的。
②、A型桩纠偏:如A型桩在入土5m以上发生较大偏移,可先利用钻机油缸直接纠偏,如达不到要求,可向套管内填砂或粘土,一边填土一边拔超套管,直至将套管顶升至上一次检查合格的地方,然后调直套管,检查其垂直度合格后再重新下压。
③、B型桩纠偏:B型桩与A型桩不同之处:在于填入的是与A桩相同的混凝土,否则有可能在桩间留下土夹层,影响围护结构的防水效果。
5.3.3咬合量的控制
相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取,桩长越短咬合厚度越小(但最小不宜小于100mm),桩长越长咬合厚度则要求越大,可按下式进行计算:
d−2(kL+q)≥50mm (5.3.4-1)
式中:L--桩长(mm); k--桩的垂直度;
q--孔口定位允许误差值;
d--钻孔咬合桩的设计咬合厚度。其值按表5.3.4中各对应参数选择。
孔口定位误差允许值表 表5.3.4
桩 长 咬合厚度 允许误差值
10m以内 100mm ±20mm
10m-15m 150mm ±15mm
15m-30m以上 200-250mm ±10mm
5.3.4被切割桩的混凝土涌入的控制
A型桩(素桩)被切割时,其混凝土还未初凝,呈可流动状态,因此在施工B型桩时,A桩的混凝土有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内,引起A桩的混凝土流失,称之为“管涌”。克服“管涌”有以下几个方法:
①A桩混凝土的坍落度应选取小值,不宜超过18cm,骨料选用2-4cm,以便于降低混凝土的流动性。 ②套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离,以增加其涌入的路径和阻力,这个距离越大越好,一般不小于1.5m。
③如有必要(如遇地下障碍物,套管底无法超前时),可向套管内注入一定量的水,以减小套管内外的压差。
④B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面的变化情况,如发现A桩混凝土面下降,应立即停止B桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向B桩内填土或注水,直到完全制止住“管涌”为止。
⑤应考虑A桩比B桩的桩长短50cm。
5.3.5施工段间接头的设置
在实际的施工中,一般一台套钻机负责某一段的施工或多机同时作业,待机械返回再施工连接部位的桩时,该段最早施工的桩已经终凝,致使切割无法进行。此时,可在开始施工的桩侧设置砂桩(即成孔用砂回填),待后施工段到此接头时掏出砂,灌入相应的混凝土即可。因砂桩相邻桩的凝结已完成,强度较高,后施工的连接桩与其连接不可避免产生施工缝,基坑开挖后坑壁会出现渗漏现象。因此在有些基坑渗水要求严格的场合,建议在基坑开挖前所施工的砂桩接缝外侧另增加一根旋喷桩作防水处理。其设置如图5.3.5、图5.4.4-1所示。
图5.3.5 砂桩设置示意图
5.4 常见问题的处理方法 5.4.1地下障碍物的处理措施
采用套管法施工,一般孔内的水都能隔绝,孔内呈无水或少量的水的状态,因此,其遇地下障碍物时,处理则较为方便和安全。如出现其它地下障碍物时,可采用以下方式处理:
(1) 遇较硬的障碍物时,可采用冲击锤,将其砸碎,然后抓取出来; (2) 可将人员送入孔底(一般桩的孔深在25m以内),进行人工清理。
(3) 如遇地下水较丰富时,可先降低地下水水位,然后再冲击、抓取;或强透水砂层中,可投入粘土,将其混合后抓取出来。
(4) 如遇有比桩径大的石块或整板状的障碍物时,一般采用移机,更换冲击钻机将其击碎或击穿后,再由咬合桩机就位施工。
(5) 工程如场地内大面积存在(4)的情况,则不宜采用咬合钻机施工,施工工效相对较低。
5.4.2 “砂土管涌”的预防及措施
砂土管涌产生条件:
(1) 在桩孔较深处存在松砂层时,且又作用着向上的渗透水压力,如果由此产生的动水坡度大于砂土层的极限动水坡度时,砂土颗粒就会处于冒出、沸涌状态形成砂土管涌;
(2) 在桩孔挖掘过程中,如果软土层深厚,地下水位高,且砂质粉土层或粘性土与粉土层中夹薄层粉砂时,极易在渗透水压作用下产生砂土管涌;
(3) 在持力层有大量的承压水而孔内水却很少或无水的状态下,套管一接近持力层附近的承压水时,承压水就突然把套管超前部分的孔内不透水层突破,向孔内喷水,带走持力层附近的砂和砂砾,使桩端持力层松动。
针对上述三种产生砂土管涌的条件,可分别采取以下三种不同的克服砂土管涌的技术措施; (1) 随时观察孔内地下水和穿越砂层的动态,按少取土多压进的原则操作,做到套管超前,充分发挥全套管跟进的钻孔工艺特点。
(2) 依据套管的最大切割下压能力,做到套管始终超前,抓土在后,抓土面离套管底的最小距离应保持在1m以上,使孔内留足一定厚度的反压土层,防止管涌的产生。
(3) 往孔内灌水,直灌到相当于承压水头的高度后再钻进。
5.4.3 超缓凝混凝土管涌的预防及措施
在B桩成孔过程中,由于A桩混凝土未凝固,还处于流动状态,A桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内,称之为“管涌”。
(1) 桩混凝土的坍落度应尽量小一些,不宜超过18cm,以便于降低混凝土的流动性。
(2) 套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离,即依据全套管钻机的最大切割下压能力,做到套管始终超前,抓土在后,以便于造成一段“瓶颈”,阻止混凝土的流动,如果钻机能力许可,这个距离越大越好,但至少不应小于2.5m。
(3) 如有必要(如遇地下障碍物套管底无法超前时)可向套管内注入一定量的水,使其保持一定的反压力来平衡A桩混凝土的压力,阻止“管涌”的发生。
(4) B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面,如发现A桩混凝土下陷应立即停止B桩开挖,并一边将套管尽量下压。一边向B桩内填土或注水,直到完全制止住“管涌”为止。
5.4.4事故桩补救处理
在钻孔咬合桩施工过程中,往往会因为现场管理失误、操作不当、材料不及时或不合格、机械故障等原因造成一些后续施工无法正常衔接的情况,对于该情况的出现,可采用以下方法进行处理:
(1)平移桩位单侧咬合补救
未预先设置砂桩的情况,方式进行补救,如图5.4.4-1所示。(2)平行补强
在两端都有桩,且空间不足或连接不方便的情况,可采用在外侧平行施工连续的咬合桩的形式进行补强。如图5.4.4-2所示。
图5.4.4-2 平行补强示意图
6材料与设备 6.1材料
咬合桩施工的材料可采用设计、规范的要求进行施工。与常规有区别的是超缓凝混凝土这一部分。其技术要求主要是初凝时间、早期强度、骨料选择和坍落度。典型的配合比见表6.1。
6.2设备
钻孔咬合桩施工的主要设备是全套管钻机,可供选择的设备主要有:国内的MZ系列钻机、日本的MT系列。
钻孔咬合桩施工的能力和效率主要反映在设备所能提供的扭矩和场地适应性、工序的综合能力以及操作的便捷性等。目前,所使用的咬合桩钻孔机械以国产MZ系列较优,主要表现在它设备提供的扭矩大(1255-2650KN.m)、设备轻便(14-28T)、移机快捷、工序综合能力好(可将钻孔、下笼、砼灌注等一整套作业综合在一起完成)、占用场地小、操作简便、施工速度快,进而使得综合成本降低等。设备轻是其优点,也影响了它的向下切入的能力。
配套设备见表6.2。
混凝土配合比设计报告 表6-1
单位自检 报告编号:08090701
见证人单位 委托单位 工程名称 工程部位
深圳市工勘岩土工程有限公司
深圳机场新航站区轨道交通枢纽北段区间围护结构I标
强度
超缓凝咬合桩
等级
抗渗等级
见证人 送检日期 报告日期
抗折等
/
级
2008.09.07 2008.09.07
/
试深圳市凯山建材实业有限公司验试验室 单位
设计规
JGJ55-2000
程
C25
水泥产地厂名牌号 广东云浮亨达利“银羊” 品种、强度等级 普通硅酸盐P.O 42.5R 28天预测强度 532.8 MPa 1.砂子产地 东莞 表观密度 2630 kg/m 堆积密度 1430 kg/m 细度模数 2.9 含泥量 1.2 % 泥块含量 0.5 % 2.砂子产地 / 表观密度 / kg/m 堆积密度 / kg/m 细度模数 / 含泥量 / % 泥块含量 / % 1.石子产地 中山 针片状含量 6.8 % 压碎指标 7.3 % 含泥量 0.7 % 泥块含量 0.3 % 最大粒径 25 mm 原
材2.石子产地 / 针片状含量 / % 压碎指标 / % 含泥量 / % 泥块含量 / % 最大粒径 / mm 料
性粉煤灰产地 妈 湾 名称规格 粉煤灰 掺量 12.8 % 取代方式 超量取代 超量系数 1.6 能
掺合料产地 / 名称规格 / 掺量 / % 取代方式 / 超量系数 /
1.外加剂产地 五山 名称规格 超缓凝减水剂 掺量 1.75 % 2.外加剂产地 / 名称规格 / 掺量 / %
混凝土坍 180-220 mm 表观密度 2380 kg/m3 拌合方法 机械 振捣方法 机械 设计配合比
名称 材料用量(kg/m3) 比例
水 180 0.53
水泥 340 1.00
1.砂 780 2.29
2砂
1.石993 2.92
2.石
1.掺合料
80 0.2353
2.掺合料
1.外加剂7.350 0.0216
2.外加剂
水灰比0.46
备注
混凝土在标准养护条件下:初凝时间60±5小时,终凝时间70±5小时。
3
3
3
3
钻孔咬合桩主要机具设备表 表6.2
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
设备名称 全套管钻机 履带吊车 挖掘机 潜水泵 冲击锤 电焊机 钢筋切割机 钢筋弯曲机 钢筋对焊机 空压机 自卸车 发电机
型号及规格
50T 120KW
数量 1 1 1 1 1 1
成孔
移机、下笼、砼灌注(MZ系列钻机,可与钻机合并) 平整场地、渣土清运 抽排水 处理地下障碍物 钢筋笼制作 钢筋加工 钢筋加工 钢筋加工
清孔及障碍物处理 渣土外运
备用,停电时的应急之用
备 注
7劳动力组织
除项目管理班子外,单台套设备每班的作业人员投入情况见表7-1所示
劳动力组织表 表7-1
序号 1 2 3 4
工种 机长 班长 司机 普工
人数(人)
1 1 2 4
主要工作内容
全面负责成孔、下笼、砼灌注等全套工序的指挥,以及设备的维护使用 现场分班进行作业,
履带吊车驾驶,须持“特殊工种证”
垂直度监测、套管拆装、砼灌注及其它辅助作业等
8质量安全 8.1质量安全标准
没有专门的钻孔咬合桩的施工质量安全控制标准条款,目前所使用的咬合桩工程执行工程归属的部门或行业标准。主要执行的标准如表8-1所示。
本工法应执行的相应标准 表8-1
行业
标准
备注
及其它的钢筋施工检测、检验要求
其它的混凝土制配检验要求,如耐久性、抗渗等
其它行业的相关要求,如化工、铁路、水利以及专门的项目技术文件
《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008) 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002) 通
《建筑基坑处理技术规范》(JGJ120-99)
用
《桩基低应变检测规程》(JGJ/T93-95)
标 《桩基高应变检测规程》(JGJ106-97)
《钢筋机械连接通用技术规程》(JGJ107-20030)
准
《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000) 《建设工程文件归档整理规范》(GB/T50328-2001)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50108-2006)
行业地
《港口工程地基规范》(JTJ250-98)
方标准
《堤防工程施工规范》(SL260-98)
《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》(SJG05-96)
其它地方技术规范
行业
标准
备注
《中华人民共和国建筑法》
国家地
《安全生产法》
方法令
《特种设备安全监察条例》
除执行上述相应的要求外,主控的质量标准如表8-2所示
钻孔咬合桩施工过程中主要质量控制标准 表8-2
序号 1 2 3 4 5
混凝土 钢筋笼
桩位
3天强度小于3MPa 坍落度16±2cm
桩垂直度 主要控制项目
各项指标
允许偏差(mm)
±10 ±10 ±10% ±10 3‰
检验方法 钢尺检查 全站仪检查 取样试验 坍落度筒 垂线观测
8.2 质量管理要求
1) 要建立起质量管理的一系列规章制度,如质量否决制、技术交底制、工程质量检查验收制、技术质量资料归档制、工程质量事故报告制等。
2) 工程隐蔽要在“三检”的基础上,合格后方可进入下一道工序的施工。
3) 认真研读桩基施工所在地的地质勘察报告,就地层、地下水、周边管线等情况,有针对性地提出具体的施工技术措施。
4) 重点加强桩的垂直度、导墙的浇筑(咬合量的控制)、混凝土浇筑以及特殊地段的现场施工技术管理。
5) 加强机械设备的日常维护管理,确保施工机械在施工中的正常工作,避免不必要的停工,减少机械事故给咬合桩施工带来的停机过长问题。
6) 控制好超缓凝混凝土的配制,并根据需要调整超缓凝混凝土的初凝时间,使咬合施工能顺利进行。
7) 制订有针对性的施工应急预案。
8.3安全管理要求
1) 安全教育和交底制。所有人员都要接受“三级安全教育”和岗前安全技术交底。采用书面形式进行,交底人、被交底人签字留存。
2) 管理人员和特殊工种持证上岗制度,包括项目管理人员、试验人员、资料管理员及电工、焊工、机械起重工、司机等,所有人员上岗前需经过专门培训,实行持证上岗。
3) 建立安全监测、巡视制度。支护桩是基坑工程施工的前期工作,建立好基坑变形、地下水位变化的监测网,按设计要求对工程以及工程周边环境进行监测,并及时汇总、分析监测数据,对可能出现的不利情况采取相应的应对措施。
4) 定期安全检查制,每周组织进行安全检查。
5) 用电专人管理制,所有施工用电设备均由专业人员管理,并保证用电设备的“一机、一漏、一闸、一箱”。
6) 突出危险源管理,有专门的施工应急预案。
9环保措施
咬合桩的环保性表现在以下几个方面:
(1) 咬合桩施工采用全套管施工,不采用泥浆护壁,所抓取的土为原土,未加入任何外来物质,不会对环境构成污染;无泥浆外运,有利于现场文明施工的达标。
(2) 主要机械为液压控制,施工时不会产生噪声扰民问题;振动小;
(3) 咬合桩的质量好、连接性能好,不会出现大量的渗漏,引起周围地面的显著沉降; (4) 咬合桩占用场地小,可大量地投入机械设备,尽快完成施工,有利于减少长时间施工带来的不利社会影响。
10效益分析
钻孔咬合桩垂直度高、外形标准、防渗能力强、无需泥浆护壁、扩阵发性系数小、配筋率低、地层适应性强、不受地下水的影响、施工速度快、造价相对低廉,具有良好的经济和社会效益。
10.1 案例一:深圳机场新航站区轨道交通枢纽北段区间围护结构I标工程
该工程基坑围护工程采用咬合桩+锚索或支撑的支护方案,基坑宽度40m,基坑周长1856.0m,基坑开挖深度10-17.5m,基坑开挖面积为75680m。整个工程造价1.39亿元人民币。
咬合桩为“一荤一素”相互咬合形式,设计桩径1000mm,咬合厚度为200mm。钢筋砼桩砼强度为C30,桩长为18-23m,素桩采用超缓凝的C25商品混凝土(缓凝时间不少于60小时),桩长16-19m。
整个工程共完成咬合桩2274根,其中荤桩1137根,素桩1137根,灌注C30混凝土20970.28m,C25超缓凝混凝土17001.65m,使用钢筋3188T。桩经小应变和抽芯检测,桩身强度和完整性等各项指标均满足设计和规范要求。
工程施工投入MZ-1、MZ-2型咬合桩机9台套,挖掘机6台、铲车2台、推土机2,土方运输车15辆。围护结构咬合桩施工于2008年8月15日开始至2009年2月12日如期完成工程节点进度。
开挖出来的咬合桩外观整齐,挡土、防渗、止水的总体效果良好,达到设计和使用要求。
3
3
2
10.2案例二:深圳深圳机场新航站区轨道交通枢纽车围护结构工程
工程场地地质条件较为复杂,上部为5.0~6.0米的密实中粗砂层,在场地以下形成了与海水连通的强透水层,场地淤泥层处于欠固结状态,超静孔隙水压力未基本消散,淤泥强度低,处于一种不稳定的状态。同时在地层条件上,陆域形成填筑了5.0~6.0米的密实中粗砂层,在场地以下形成了与海水连通的强透水层。所以支护桩(墙)方案不仅必须起挡土和截水作用,而且要考虑施工的可行性。为保证施工安全的要求,本工程围护结构采用咬合桩+锚索或支撑的支护方案。工程造价4036.00万元人民币。
本标段主要工程为围护结构工程,基坑的开挖深度13.0~17.5米,围护结构采用咬合桩+锚索或部分支撑的支护方案。结构形式为“一荤一素”相互咬合形式,设计桩径1000mm,咬合厚度200mm.,荤桩混凝土强度为C30,桩长25-35m,素桩混凝土采用超缓凝C25商品混凝土(缓凝时间大于60小时),桩长16-20m。定位误差20mm,垂直度误差小于0.5%;桩顶冠梁设置一排支撑或锚碇板,桩的中部设置
2~4道锚索;桩的嵌固深度8.5m~9.5m。
工程计划施工时间为2009年2月16日至2009年7月15日,实际施工时间为2009年3月16日至2009年6月12日。实际施工完成咬合桩工程量14627米,深层搅拌桩3992米,锚索施工约30300米。投入咬合桩配套设备6台套,挖掘机3台以及其它配套设备。投入劳动力约120人。
10.3案例三:东门61
号大院基坑支护工程
拟建场地位于深圳市罗湖区东门,用地红线南北向长约118.0m,东西向宽约61.0m,周长372m,红线占地面积5879m2。地下室四层,建筑设计底板相对标高-16.7m,基坑开挖深度17.0m,地下室占地面积4152m2。基坑北侧为30层奥运城,西侧和南侧为深中路,东侧为东门中路,周边环境特别复杂,施工难度很大。工程采用咬合桩+内支撑(2道),内墙面挂网喷砼,工程由深圳市瑞产置业有限公司投资兴建,深圳地质建设工程设计,深圳市工勘岩土工程有限公司施工。工程造价1980.00万元人民币。
咬合桩A桩桩径1.20m,为素混凝土桩,混凝土采用超缓凝混凝土,要求必须在A桩混凝土初凝前完成B桩施工。施工顺序为:A1-A2-B1-A3-B2-A4-B3。混凝土缓凝时间≥60小时,混凝土强度为C15,混凝土塌落度为14cm,混凝土3d强度R3d不大于3MPa。桩位偏差不大于10mm,桩的垂直度误差小于
3‰,设计咬合桩厚度为350mm。B桩桩径为1.20m,为钢筋混凝土桩,混凝土强度为C30,初凝时间为10小时。咬合桩数量为210根,桩长30m。
由于场地地下有相邻基坑施工时留下的预应力锚索,因此,该工程还有部分区段设计了冲击钻成孔的咬合桩,桩直径为1.20m,桩间距1.70m。桩定位偏差不大于1cm,垂直度偏差不大于5‰。桩芯砼采用水下商品混凝土C30。冲击钻成孔咬合桩50根,桩间配合直径550mm的高压旋喷桩止水。
基坑开挖后,咬合桩的整体效果好,未出现地下水漏出现象,墙面有少量的湿印;冲击钻成孔的部位出现有小股水流,并在1天内形成大股的水柱,外部出现少量的地陷,经高压旋喷桩和墙面植筋紧急处理,工程安全渡险。
本工程采取了二种形式的咬合桩,实例证实了咬合桩在基坑围护结构的使用效果,经对比,咬合桩的咬合效果好、开挖面整齐、后期无需额外处理,且施工现场清洁、工序少、工种单一,施工管理效率高。
11施工照片
左图:1台套设备施工情况,单机整套机械占用场地很小,抓取的土就近堆放。现场文明施工维护方便
,且可以多
机在相对小的地方同时作业。
左图:咬合桩正常作业操作场景 设备为全液压控制,操作简便。
右图:混凝土灌注场景,MZ系列钻机集成孔、下笼、砼灌注等全套工序于一体,
减少辅助机械,加快施工进度。
左图:施工人员测量孔深
上左图:咬合桩抓土作业,从图中可看出,施工对
场地要求不高,所有作业均是干作业状态,履带吊既是施工机械,也可替代钢筋安装、混凝土灌注等专门机械。
上右图:咬合桩钻机在浇筑好的混凝土导墙上退着施工。
..
上左图:套管接长作业 上右图:砂桩开挖出来的效果