冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新

1、逆 作 法 施 工冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新广东省第四建筑工程公司广东省第四建筑工程公司一体化一体化QCQC小组小组2013年3月26日汇报人：吐尔洪太潘海尔丁简要 一、 工程概况 二、 QC小组概括 三、 选择课题 四、 设定课题目标 五、 提出方案并确定最佳方案 六、 制定对策 七、 对策实施 八、 效果检查 九、 巩固措施 十、 总结及今后打算一、工程概况 该工程总建筑面积为1088310883，地上7 7层主体结构类型为钢框架，地下三层为钢筋混凝土结构。建筑屋面标高28.55m28.55m；地下开挖深度21.821.8米。该工程采用整体逆作法设计施工。工程桩为冲孔灌注桩，直径为1

2、200mm1200mm1800mm1800mm，设计长度9.89.8米16.16.米；共计2727根桩基；竖向承重结构为钢管混凝土柱，直径为、600mm600mm630mm630mm，钢管柱长度：19.0519.05米23.523.5米共计2727根钢管柱。二、QC小组概况1. 1. QCQC小组简介小组简介 QCQC小组内容简介小组内容简介 （表2-1）审核人：审核人： 周宇周宇 制表人：制表人： 吐尔洪太吐尔洪太. .潘海尔丁潘海尔丁 制表时间：制表时间：20112011年年3 3月月2323号号2. QC小组成员小组成员 三、选择课题、选择课题 原逆作法设计图纸中，要求冲孔灌注桩与钢管柱

3、施工时，钢管柱底部采用封底板，冲孔桩混凝土浇注至设计标高后，吊装钢管柱，利用地面定位井架定位后，插入桩顶混凝土内，插入深度为桩顶标高以下1.0001.000米, ,如图( (图3-1)3-1)所示。图3-13.1. 问题的提出问题的提出由于设计图纸建议的由于设计图纸建议的“插入法插入法”施工工艺存在钢管柱定位及垂直施工工艺存在钢管柱定位及垂直度控制、纠偏等方面的不足。度控制、纠偏等方面的不足。按照规范要求及设计说明，按照规范要求及设计说明，冲孔桩混凝土浇注至设计标高时，冲孔桩混凝土浇注至设计标高时，会出现会出现700mm800mm厚的浮厚的浮浆，因此，实际施工时，浆，因此，实际施工时， 如图如

4、图3-2所示。故此，钢管柱底所示。故此，钢管柱底端在水下定位及垂直度控制存在端在水下定位及垂直度控制存在隐患，并无从验证垂直度。隐患，并无从验证垂直度。钢管柱封底板已插入混凝土1700mm1800mm;具体分析如下：具体分析如下：（1）原设计）原设计“插入法插入法”工艺，工艺，入深度为桩顶标高以下入深度为桩顶标高以下1.000米。米。钢管柱封底板已插入钢管柱封底板已插入1700mm1800mm， （2 2）原设计“插入法”施工工艺中，桩与钢管柱混凝土分两次浇注，进入导管法浇注钢管柱内混凝土时，需要分35次分段拆卸导管。因此，浇注钢管柱时，浇注作业对已经定位完毕的钢管柱造成二次干扰。由于钢管柱底

5、封底，钢管柱内注满混凝土后，钢管柱毛重达到19.6吨以上，若钢管柱发生偏移，纠偏将十分困难。 3.2、 课题确定课题确定 为了保障钢管柱底端平面定位精度及钢管柱整体垂直度，避免浇注混凝土时的二次干扰问题，QCQC小组通过施工方案的对比，通过分析施工方案的质量、安全、进度、经济等多项指标，选择符合规范要求及设计说明的冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工方案。四、设定课题目标四、设定课题目标1. 1. 课题目标通过冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新，一次性完成桩与柱定位与浇注工序。2. 2. 目标可行性分析（1 1）可以通过设计验算，降低钢管柱内混凝土标号，提高冲孔灌注桩混凝土标号，增加钢管柱壁厚等手段，使

6、冲孔桩与钢管柱混凝土标号统一，可以为一体化施工创造连续施工的基本的技术条件。（2）特制液压千斤顶组合定位器，提出新的定位工艺及垂直度控制措施，与现有的导管法浇注工艺结合，并编写专项施工方案后予以实施。（3 3）严格把关施工团队技术交底工作，可确保技术方案顺利实施。（4 4）经过定位精度质量、施工安全、整体进度、经济造价等多项指标的对比分析，可验证创新一体化施工工艺所拥有的实用价值。（5 5）本小组的技术力量强、创新意识强，施工团队有多年丰富的冲孔灌注桩施工及地下钢管柱安装施工经验，能群策群力，可以完成QCQC课题任务。五、提出方案并确定最佳方案提出方案并确定最佳方案 QCQC小组成员通过“头脑

7、风暴法”集思广益对一体化施工方案进行讨论，绘制亲和图加以归类. . 亲和图如图5-15-1所示。图5-1冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工方法创新性HPE机械垂直插入法施工方案桩与柱一体化施工“插入钢管柱”法施工HPE机械定位精定位精度高度高安全可靠安全可靠定位速度快定位速度快设备使用场所设备使用场所要求高要求高机械费用高机械费用高自制定位器定位精定位精度满足规度满足规范要求。范要求。施工速度快施工速度快安全可靠安全可靠施工工艺无先施工工艺无先例可借鉴，有例可借鉴，有风险。风险。经济适用经济适用易于工人掌握易于工人掌握定位原理简单施工速度快机械投入较少经济性优越定位精度低，垂直度控制时易造成质量事故

8、（原设计建议施工方法）汇总共提出了三种主要施工方案：汇总共提出了三种主要施工方案： 方案一、HPE机械垂直插入法施工方案； 方案二、特制千斤顶组合定位器一体化施工方案； 方案三、原设计“插入钢管柱”法施工方案；1. 方案对比、分析方案对比、分析3. 确定最佳方案确定最佳方案 3.13.1方案各项指标的论证过程 针对方案一、二、三的初步结论，从方案定位精度、施工进度、经济性进行进一步论证： A.A. 平面定位精度、垂直度控制指标对比论证: : 精度控制依据：钢结构工程施工质量验收规范（G GT T50205-200150205-2001规范 附录表E.0.1E.0.1）本工程柱轴线垂直度按照本工

9、程柱轴线垂直度按照“单层柱，单层柱，H10m”考虑，如下表：考虑，如下表：A.A.结论：虽然方案一、二、三最终均能满足规范要求，但方案实施过程中，只有方案一、二依靠定位器，而方案三则未通过定位器实现施工精度。方案三中，为了达到规范要求的施工精度，封底钢管柱将插入至设计标高后复测平面定位、验证垂直度、确认标高合格后方可浇注钢管柱。在这三项指标中，假如有任一项达不到规范要求，则拔起钢管柱重新插入至设计标高，然后再复测，直至施工精度满足规范要求。因此，反复插入定位造成如下缺陷隐患：（1 1）水下桩顶（钢管柱底）节点混凝土临界层受反复扰动，水会比增大。钢管柱封底板下附着浮浆，造成节点质量出现隐患。（2

10、 2）封底钢管柱浇注混凝土后重量可达1919吨，由于没有定位器等辅助设备，若出现定位偏差，靠人力或地面机械设备“生拉硬拽”，无法完成定位纠偏，势必出现质量事故。故此，排除存在较大质量隐患的方案三；对方案一、二进行下一步的施工进度论证。B B.方案一与方案二方案一与方案二施工进度论证：施工进度论证： 影响施工进度的主要因素有人、机、料、法、环。其中，在本次对比中，由于人、料、环因素对两个方案的实施进度的影响是等效的，因此，可暂且忽略。根据方案一（HPEHPE直插法）方案与方案二（桩柱一体化施工）的设备机械特色、施工方法特点绘制出简易流程图及进度计划对比图：桩混凝土浇注完成。桩混凝土浇注完成。HP

11、E插入机插入钢管柱。插入机插入钢管柱。HPE垂直插入机械就位对中。垂直插入机械就位对中。吊装钢管柱。吊装钢管柱。调整调整HPE垂直插入机水平度。垂直插入机水平度。重力平衡。重力平衡。钢管柱孔口固定。钢管柱孔口固定。HPE插入机移位。插入机移位。钢管柱四周回填砂石并排浆。钢管柱四周回填砂石并排浆。钢管柱内浇注混凝土。钢管柱内浇注混凝土。拆除工具柱并回填孔口拔出干护筒。拆除工具柱并回填孔口拔出干护筒。冲孔灌注桩定位、冲孔清孔。冲孔灌注桩定位、冲孔清孔。复测定位、垂直度监控。复测定位、垂直度监控。桩钢筋笼吊入孔口。桩钢筋笼吊入孔口。下钢管柱。下钢管柱。特制定位器就位并平面定位。特制定位器就位并平面定

12、位。导管法浇注冲孔桩。导管法浇注冲孔桩。导管法浇注地下钢管柱。导管法浇注地下钢管柱。钢管柱顶部溢出新鲜钢管柱顶部溢出新鲜/清洁砼料。清洁砼料。回填空管段。回填空管段。 方案一（方案一（HPE直插法）：施工简易流程图：直插法）：施工简易流程图：方案二（桩柱一体化施工）：施工简易流程图：方案二（桩柱一体化施工）：施工简易流程图： 方案一（HPEHPE直插法）：施工进度计划如下图所示：方案一预计完成天数为：方案一预计完成天数为：4天天12小时。小时。 方案二（桩柱一体化施工）：施工进度计划如下图所示： 方案二预计完成天数为：方案二预计完成天数为：4天天7小时。小时。B.B.结论：综合施工施工理论进度

13、对比：两个方结论：综合施工施工理论进度对比：两个方案完成案完成单桩所需时间差仅为单桩所需时间差仅为5小时小时，累计完累计完成成27根桩与钢管柱施工后根桩与钢管柱施工后，方案一比方案方案一比方案二提前二提前5天天7小时完成小时完成所有桩与柱的施工任务。所有桩与柱的施工任务。C.方案一与方案二的方案一与方案二的经济性对比论证：经济性对比论证：方案一（HPEHPE直插法）的经济性分析：HPEHPE液压垂直插入定位机属于专利设备，目前在建筑市场上不多见，佛山南海一项大型公共建设项目中引用该定位工艺设备，据资料显示，定位费用在5 5至8 8万元/ /钢管柱。 该费用已包含人工回填碎石保护费用。应用该专利

14、设备定位，估算本工程定位费用单价约为6.36.3万元/ /钢管柱。合计定位费用为6.36.327=170.127=170.1（万元）方案二（桩柱一体化施工）的经济性分析：钢管柱定位费用： 包干价（以1400mm1400mm冲孔桩与钢管柱一体化施工单价为例，包括的机械、人工、特制千斤顶定位器费用）；计：1150011500元/ /钢管柱。回填碎石临时定位费用：人工费计：12001200元/ /钢管柱；机械配合费计：900900元/ /钢管柱；该工艺费用主控项目费用计算方式：（钢管柱定位费+ +回填碎石临时定位费）钢管柱数量= =（1.15+0.12+0.091.15+0.12+0.09）27=3

15、6.7227=36.72（万元）C.结论：方案一与方案二费用差价高达结论：方案一与方案二费用差价高达133.38万元万元。HPEHPE液压垂直插入定位机是高度机械化的现代化自动定位设备，其功能优越、快速而精确定位、安全又有质量保障。但目前，作为现代化定位设备的参考设备，其设备研发、使用成本过高。中小型钢结构建设项目中应用与推广工作还有一定的阻力。综合以上施工精度、工期以及经济性等指标的分项论证结论，结果归纳如下表所示：3.2最佳方案的确认最佳方案的确认 经过针对方案一、二、三的初步结论，从方案定位精度、施工进度、经济性进行进一步论证得出：一体化施工方案二-特制千斤顶组合定位器定位一体化施工方案

16、为最佳施工方案。六、制定对策1. 关键工序确定关键工序确定冲孔桩冲孔桩与钢管与钢管柱一体柱一体化施工化施工工艺流工艺流程图：程图：一体化施工工艺流程动画演示：动画演示：钢管柱桩基钢筋笼冲孔桩孔液压千斤顶定位器预定位预定位初定位定位器微调回填法校正回填法校正初定位下一页垂直度监控：两台全站仪平面成90度角布置。全程监测定位垂直度；混凝土料斗回填碎石钢管柱内砼顶升砼浮浆、杂质从管口溢出！回填法校正回填法校正 综合考虑工期、质量、安全等因素确定了如下关键施工工序： （1)1)特制千斤顶进行精确定位； （2)2)混凝土灌注至钢管柱底; ; （3)3)钢管柱与桩孔之间回填碎石兼测量监控； （4)4)钢管

17、柱内继续浇筑砼至柱顶泛洁净砼; ;2、绘制对策表、绘制对策表针对施工过程中的关键工序，小组成员采用“5 5W W1H”1H”的方法制定了具体的施工对策。 对策表（续）七、对策实施七、对策实施 1. 1. 实施一 特制千斤顶进行精确定位; ; 编制冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工专项方案，并根据审批方案图纸特制千斤顶组合定位器、做好定位器平台硬化. .图图7-1 模拟图模拟图图图7-2 特制千斤顶现场特制千斤顶现场图图7-3 施工现场全站仪施工现场全站仪复核平面定位及复核平面定位及标高标高.图图7-4施工现场全站仪施工现场全站仪复核平面定位及复核平面定位及标高标高.实施一效果： 20122012年1

18、010月2525日完成了地下室底板开挖工作，利用系统抽样法对一体化施工的2323支钢管柱抽选复测(G1#G23#(G1#G23#钢管柱，分三组，每组抽选两个钢管柱进行复测），复测数据如下：实施二：为了确保一体化施工工艺中的桩与柱混凝土一体化浇注作业安全可靠，根据钢管柱与定位器标高，按照一体化施工方案措施内容，现场焊接混凝土浇注专用卸料操作平台，如图所示：图图7-6用卸料操作平台及顶部示意图用卸料操作平台及顶部示意图 图图7-7现场卸料平台的使用情况现场卸料平台的使用情况 实施2 2效果：通过地基桩基础及地下钢管柱钻芯法检测，超声波透射法检测桩身完整性，受检桩基桩身完整，其统计结果见下表： 图7

19、-9 桩基抽芯检测芯样完整从钢管柱内侧实施导管法浇注作业时，根据连通器原理，当钢管柱内的混 凝土顶升至设计桩顶以上时，钢管柱外的桩顶混凝土也随之一并顶升，使其保持钢管柱内、外的浆液面同步提升。为了防止管外混凝土超出设计标，根据一体化施工方案对策，对管外混凝土达到设计标高后，经测量绳测量管外混凝土标高确认无误后，将安排人工同步回填碎石，防止混凝土从钢管柱外顶升。实施三：实施三： 钢管柱与桩孔之间回填碎石兼测量监控钢管柱与桩孔之间回填碎石兼测量监控; 实施三效果：经过对策方案的顺利交底与实施，防止顶升措施发挥效力，反压碎石效果显著，有效保护了冲孔灌注桩与钢管柱水下节点的施工质量。图图7-11 回填

20、效果显著，成功压住了桩顶混凝土。回填效果显著，成功压住了桩顶混凝土。1. 1. 实施四 钢管柱内继续浇筑砼至柱顶泛洁净砼; ;在一体化施工浇注现场，如何验证桩顶混凝土质量？怎么区分桩顶混凝土及钢管柱顶升混凝土与浮浆？这是一体化施工课题所面临的问题，也是本课题要解决的问题。根据QCQC小组以小组成员“头脑风暴法”会议上提出问题与解决方法中，“浮浆也同步上升”理念是解决浮浆问题的关键所在。通过QCQC会议，进一步优化一体化施工方案，方案中明确提出，在施工现场通过人工同步回填碎石至孔口， 使钢管柱内混凝土顺利顶升至地面以上的钢管柱口，并从管口溢出。这是管内浮浆的最佳排泄通道。通过目测溢出浆料的颜色，

21、接近泥土颜色的浆料排尽后，观察溢浆口是否有混凝土粗集料翻出，或无法确认颜色及粗集料时盛取一些样本混凝土，现场试验塌落度，塌落度接近搅拌车进场时的塌落度试验数据，则判断桩顶混凝土及钢管柱顶升混凝土预计能满足设计强度要求。 实施四的效果：通过一体化施工方案认真实践，达到了预期处置浮浆的目的，成功解决了“怎样区分桩顶混凝土及钢管柱顶升混凝土与浮浆？”难题。课题实践成果对比图详看如下图。图图7-14尚未硬化的溢出混凝土；尚未硬化的溢出混凝土； 图图 7-15达到设计强度时的管口混凝土达到设计强度时的管口混凝土八、效果检查八、效果检查1. 1. 目标完成情况通过冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新与反复论证

22、，利用定位原理，通过特制千斤顶组合定位器精确而快速完成定位工序。采用导管法浇注工艺，通过组合应用，完成冲孔桩与钢管柱浇注工序。各项指标的完成情况： 2. 2. 经济效益一、采用创新性一、采用创新性“冲孔桩基础与钢管混凝土冲孔桩基础与钢管混凝土柱连续柱连续( (同步同步) )施工工艺施工工艺” 费用费用36.7236.72（万元）（万元）二、若本工程采用二、若本工程采用“电气液压定位、静压设电气液压定位、静压设备备”法（法（HPEHPE工法）定位工法）定位170.1170.1（万元）（万元）三、施工工艺经济效益对比：三、施工工艺经济效益对比：工艺应用对比值：工艺应用对比值：=170.1-36.72=133.38（万元）（万元）所产生的直接经