一级公路现浇混凝土大直径管桩复合地基施工工法

1、 现浇混凝土大直径管桩复合地基施工工法1.前言国省干线联六线龙海浮宫至许林头段公路工程项目是我司与龙海市路桥建设开发公司签订的BT项目，项目全长20.43公里，属一级公路。根据地质勘查报告显示，全线分布大面积淤泥、淤泥质粘土，为软土地基，全线依据不同软土地基层后处理方式分别为塑料排水板、水泥搅拌桩、现浇混凝土大直径管桩。现浇大直径混凝土管桩主要是针对软土层厚大于12m的路段，全线共计28万延米。现浇混凝土大直径管桩，亦称现浇混凝土管桩，英文是large diameter pipe pile using cast-in-place concrete，简称pcc桩。是采用专用施工机械将内外双层套管

2、所形成的空心圆柱腔体在活瓣桩靴的保护下沉入地基，到达设计深度后，在腔体内浇注混凝土，然后分段振动拔管，在桩芯土体与外部土体之间形成的管桩。现浇混凝土大直径管桩是具有加固效果好、加固费用低、技术可靠且经济合理的复合地基处理新技术，现已在江苏、浙江、上海等省市推广应用，取得了良好的社会效益和经济效益。该工艺在由我司负责承建的国省干线联六线龙海浮宫至许林头段公路工程中得到了应用，亦是其在福建省公路工程中的首次应用。2.特点现浇混凝土大直径管桩地基处理具有如下特点：2.1 作为刚性加固土桩，其处理深度更大,可达25m；2.2 地基承载力较大，本项目成桩28天后设计单桩承载力可达800Kpa，复合地基承

3、载力最高可达205.5Kpa，同等条件下远高于水泥搅拌桩；2.3 工效较高，每根桩基从开始打设到成桩时间较短，后期不需进行堆载预压等处理；2.4 成桩效果好，在本项目成桩低应变检测、单桩静载荷试验检测合格率高达100%；2.5 施工成本低，具有柔性桩的成本，却具有刚性桩的加固效果；2.6 同等混凝土用量（即同等横截面积）条件下，现浇大直径混凝土管桩可提高承载力50以上。同等承载力条件下，现浇大直径混凝土管桩节省混凝土用量50以上，施工机械能耗减少50。3.适用范围3.1 适用土层主要适用于处理粘性土、粉土、淤泥质土、松散或稍密砂土及已完成自重固结的素填土等地基。3.2 适用对象主要适用于建筑、

4、高速公路、高速铁路、大型港口及机场等对地基沉降要求较高的工程：（1）高速公路、高速铁路、市政道路的路基处理；（2）重力式 HYPERLINK /s?wd=%E8%BE%B9%E5%9D%A1%E6%94%AF%E6%8A%A4&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1Y3PH79PWP-P1T3uWI9rjI-0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6K1TL0qnfK1TL0z5HD0IgF_5y9YIZ0lQzqlpA-bmyt8mh7GuZR8mvqVQL7dugPYpyq8Q1n

5、1PjfdPHc1Pf t _blank 边坡支护结构加固；（3）大型油罐及煤气柜基础处理；（4）污水处理厂大型瀑气池、沉淀池基础处理；（5）江河堤防的地基加固等；（6）多层及小高层建筑物地基处理；（7）港口码头、海堤、防波堤等海岸工程。4.工艺原理桩基复合地基技术的核心原理是“桩”，而桩的承载机理是桩端阻力和桩侧摩阻力的共同作用。具有同等横截面面积的管桩的侧摩阻P2和端阻力Q2远大于实心桩的侧摩阻P1和端阻Q1。因此，采用大直径混凝土管桩可以大大提高混凝土材料的功效。 图4.1 实心、空心混凝土桩基承载力对比4.1 模板作用在振动力的作用下环形腔体模板沉入土中后，浇注混凝土；当振动模板提拔时

6、，混凝土从环形腔体模板下端注入环形槽孔内，空腹模板起到了护壁作用，因此不会出现缩壁和塌壁现象。从而成为造槽、扩壁、浇注一次性直接成管桩的新工艺，保证了混凝土在槽孔内良好的充盈性和稳定性。4.2 振捣作用环形腔体模板在振动提拔时，对模板内及注入槽孔内的混凝土有连续振捣作用，使桩体充分振动密实。同时又使混凝土向两侧挤压管桩壁厚增加。4.3 挤密作用PCC桩在施工过程中由于振动、挤压和排土等原因，可对桩间土起到一定的密实作用。挤压、振密范围与环形腔体模板的厚度及原位土体的性质有关。5.工艺流程及操作要点5.1 工艺流程场地平整测量放样、校核活瓣固定桩机就位振动沉管沉管至设计标高视要求润滑内外管壁沉管

7、腔内灌注混凝土混凝土制作及试块制作沉管上拔速度控制浇筑混凝土至设计标高0.5m低应变检测、单桩静载荷试验振动上拔成桩开挖、砍桩头砍桩头标高控制30cmC35素混凝土回填桩帽支模、绑扎钢筋网片、浇筑混凝土图5.1施工工艺流程图5.2 桩机组成（1）底盘：用I20工字钢焊接而成5000mm9000mm的矩形框架，用于支撑和摆放所有装置；（2）龙门塔架：内外钢套管沉、拔管的轨道；（3）振动锤：6t，是将套管压入土层的动力来源；（4）料仓口：通过料斗将混凝土浇筑的入口；（5）钢质内外套管空腔结构：压入土层形成环形腔体，起桩体模版作用；（6）活瓣桩靴结构；由长40cm8cm1cm的梯形钢板沿着外筒底部周

8、边活页连接，形成活瓣桩靴。（7）三台卷扬机：分别为30kW，用于提升振动锤，15kW，用于桩机移位，11kW，用于提升料斗。空腔结构活瓣桩靴结构料仓口图5.2 桩机组成5.3 施工方法及控制要点5.3.1 施工工艺参数试验（1）在正式施工前应打试桩，根据设计要求的数量进行施工工艺参数试验，以确定拔管速度、停止时间、位置等参数；（2）试打桩的规格、长度、数量及地质条件具有该场地的代表性，试验桩与工程桩的条件应一致；（3）根据试打桩的参数调整设计，并相应调整施工方案或施工组织设计。5.3.2 施工准备（1）清除表土，场地平整； （2）施工放样：测量确定桩位并标记；（3）桩机组装：桩机到达指定桩位进

9、行组装，控制桩机垂直度不得超过1%，桩管中心与桩中心偏差不大于200mm。5.3.3 振动沉管依靠上部振动锤头的振动力，将双层钢质套管组成的空腔结构及焊接成一体的下部活瓣桩靴沉入预定的设计深度。控制要点（1）沉管前用经纬仪对机架底盘水平度、机架垂直度进行复测，允许偏差不得超过1%，复测合格后方可沉管，同时检查机架刻度是否清晰；（2）严格控制沉管速度不超过2m/min，接近设计深度前，检查最后30s 的电流、电压值（数值根据试桩参数确定）；（3）沉管时如有地下水或泥浆进入，则在每次沉管前先在管腔内灌入高度不小于1m 的、与桩身同强度的混凝土，防止沉管过程中地下水或泥浆进入管腔内。图5.3 桩机振

10、动沉管5.3.4 混凝土浇筑在本项目采用自拌混凝土通过0.8m料斗从料仓口灌注，沉管到设计深度后及时灌注C25混凝土，尽量缩短停歇时间。混凝土灌注通过提升料斗的方法将混凝土送入成孔器壁腔内。首次灌注至1/3桩长处，即开始第一次上拔沉管。第一次拔管结束后，即开始第二次灌注混凝土，灌注至2/3桩长，然后开始第二次拔管，依此类推，直至成桩。在施工过程中，现场人员要经常敲击管壁，以判断是否加灌混凝土。控制要点（1）首盘混凝土灌注前应对进行塌落度检测，混凝土塌落度宜为8-12cm，泵送商品混凝土时塌落度应为16-20cm；（2）混凝土灌注过程要连续进行，且混凝土超灌不得小于0.5m，充盈系数不得小于1；

11、（3）在每次拔管前，先开振动锤头振动10s，再开始拔管，边振边拔，每拔1m应停拔并振动5s-10s，如此反复，直至沉管全部拔出。图5.4 混凝土浇筑、塌落度检测5.3.5 振动拔管成桩拔管是影响桩身质量的关键工序，也是造成扩、缩颈甚至断桩的关键，其质量控制要点如下：（1）开始上拔沉管时，首先开启振动锤振动10秒，再开始拔管，应边振动边拔管，以保证混凝土有良好的密实度；（2）拔管速度应根据不同的土层控制，在软弱土层内拔管速度宜为（0.6-0.8）m/min；在松散或稍密砂土层内宜为（1.0-1.2）m/min；（3）每拔1m应停拔并振动10秒，如此反复，直至沉管全部拔出。在拔管过程中根据土体的实

12、际情况添加混凝土，以满足桩顶混凝土标高；（4）距离桩顶 5.0 m 时宜一次性成桩。图5.5振动拔管沉桩5.3.6 开挖砍桩头桩身混凝土灌注结束14d后，及时开挖桩芯土，开挖深度从桩顶算起50cm。开挖时，先在距离桩位1米附近用挖掘机将周边土开挖至桩顶设计标高，后采用人工清土挖出桩头，以防挖掘机将桩头挖断。图5.6 开挖桩头5.3.7 桩端素混凝土回填封口桩芯开挖后对桩头进行外观检查，检查内容包括其壁厚、完整性、浇筑质量等，后借助试验仪器对桩头进行低应变检测和单桩静载荷试验，检测桩身混凝土质量且达到要求后，应灌注与桩身同强度等级的素混凝土封口。 图5.7 素混凝土回填封口5.3.8 桩顶覆盖和

13、加筋垫层以1.5m1.5m0.3m正方形桩帽示例：共设立上下两层钢筋网片，采用12的钢筋以纵横向20cm间距布置成钢筋网片，将纵横向钢筋交叉处进行点焊处理，设立12道10、长20cm的架立钢筋与两排钢筋网片进行焊接，形成钢筋立体骨架。将骨架放到素混凝土回填顶面上，支模浇筑C35混凝土，就形成桩帽。5.3.9 成桩检测（1）外观检测：观察其桩头质量及完整性，壁厚不得小于设计要求；开挖数量不得少于0.2%-0.5%，且不少于3根；（2）低应变检测：将桩头表面磨平，检测桩身完整性及桩长，桩长不得小于设计要求；检测数量不得少于总桩数的30%；（3）单桩静载荷试验：成桩28d后，检测其单桩承载力，检测数

14、量宜为0.2%-0.5%，且单项工程不得少于3根； 图5.8 低应变检测、单桩静载荷试验5.3.10 质量检验标准质量检验标准如下表所示：序号检查项目允许偏差或允许值检查方法1桩长+300mm测桩管长度，查施工记录2混凝土充盈系数1计算每根桩的实际灌注量3桩体质量检验-外观检查、低应变检测4混凝土强度标准养护下28天的强度不低于25Mpa/mm2试块报告5承载力800kpa单桩静荷载试验6桩位200mm开挖后量桩中心7垂直度1%测桩管垂直度8桩径-20mm开挖后实测桩头直径9壁厚-10mm开挖后测量管壁厚，每个桩头取三点平均值10桩顶标高-50mm+30mm需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体11拔管速

15、度软弱土层0.6-0.8m/min测量机头上升距离和时间其他土层1.0-1.2m/min表5.1 PCC桩质量检验标准5.4 工程质量验收5.4.1 当桩顶设计标高与施工场地标高相近时，基桩工程的验收应待成桩完毕后进行；当桩顶设计标高低于施工场地标高时，应待开挖至设计标高后进行验收；5.4.2 PCC 桩构成桩基子分部工程的一个分项工程，其检验批原则上按相同机械、相同规格的桩、轴线等来划分。检验批按主控项目和一般项目验收；5.4.3 PCC桩桩基的分项、子分部工程质量验收，均应在施工单位自检合格的基础上进行。施工单位自检合格后提出工程验收申请，并应提供下列资料：（1）工程地质勘测报告、桩基施工

16、图、图纸会审及设计交底纪要、设计变更等；（2）原材料的质量合格证和复检报告；（3）桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单；（4）混凝土试块试验报告；（5）施工记录及隐蔽工程验收报告；（6）监督抽检资料；（7）桩体质量检测报告；（8）复合地基和单桩承载力检测报告；（9）基础开挖至设计标高的基桩竣工平面图；（10）工程质量事故及事故调查处理资料。5.4.4 PCC 桩分项工程质量“验收合格”应符合下列要求：（1）各检验批工程质量验收合格；（2）应有完整的质量验收文件；（3）有关结构安全的检验及抽样检测结果应符合要求。5.4.5 验收工作应符合下列规定：（1）检验批工程的质量验收应分别按主控项目和

17、一般项目验收。（2）PCC桩分项工程的验收应在各检验批通过验收的基础上，对必要的部分进行见证检验。6.材料6.1 主要材料技术指标序号材料名称材料规格、外观主要技术指标1混凝土规格：C25试验室配合比：水泥：砂：碎石：水：粉煤灰：矿粉：外加剂=1.00：4.13：5.47：0.88：0.25：0.41：0.0172钢筋10和12HRB335冷拉率（%）1%屈服强度：335MPa3土工格栅TGDG80HDPE拉伸强度（kN/m）80标称伸长率（%）11.52%伸长率时的拉伸强度（kN/m）21.05%伸长率时的拉伸强度（kN/m）40.0表6.1 主要材料规格指标一览表6.2 主要工程材料工程量

18、表本工程共有PCC现浇大直径混凝土管桩28万延米，主要材料用量如下：钢束格栅/钢筋/tC25混凝土/mC35混凝土/m112945.78694.7995658.1621033.27表6.2 PCC桩主材用量统计表7.机具设备序号设备名称规格及型号单位数量备注1PCC桩机ZJ-120套6每台桩机组4人2装载机小松pc240-7台23挖掘机Sk230台24平地机Py160台15自卸汽车辆86砼罐车10m辆87发电机200KW台17.1 主要设备一览表8.劳动组织及安全8.1 建立安全生产保证体系贯彻国家有关安全生产和劳动保护方面的法律、法规，定期不定期地召开安全生产会议，研究项目安全生产工作，发现

19、问题，及时处理解决。逐级签订安全责任制，使各级明确自己的安全目标，制定好各自的安全规划，达到全员参加，全面管理的目的，充分体现“安全生产、人人有责”。按“安全第一，预防为主”的原则组织施工生产，做到消除事故隐患，实现安全生产的目的。8.2 制定安全生产管理制度（1）安全生产负责制在项目经理部领导下，安全员、机长、班组长、操作工人，逐级建立安全管理责任制度。分工明确、责任到人。管理者坚持安全生产“五到位”：即“健全机构到位，批阅安全文件到位，深入现场到位，检查到位，处理问题到位”。实行“四全”管理，即：“全员、全过程、全方位、全天候”安全管理。 （2）建立安全教育制度对所有进场的职工、民工进行入

20、场安全教育，针对不同工种分别进行安全操作规程教育，建立安全教育卡片。需持证上岗的特殊工种工人首先经过培训考试，在取得有关部门颁发的合格证书后上岗。每天上班前，由机长进行安全施工教育。 （3）坚持安全交底制度技术人员在编制施工方案、技术措施时，同时编制详细的、有针对性的安全措施，并向操作人员进行书面交底。 （4）安全预防制度在编制施工组织设计，制定施工方案和下达施工计划时，同时制定和下达施工安全技术措施。对机具设备经常进行保养和定期维修，消灭一切安全隐患。施工现场设安全标志。（5）坚持安全检查制度每周由项目副经理牵头对工地进行一次安全大检查，专职安全员每天进行检查。对检查出的问题做好文字记录，落

21、实到人限期整改，对危及人身安全的隐患立即整改，整改完毕后由安全员进行验证。（6）安全事故处理制度现场发生任何安全事故，都本着“三不放过”的原则进行处理，查明事故原因、事故责任者。对事故的直接责任者进行处罚，达到教育大家的目的。制定整改及预防措施，避免以后再次发生类似事故。重大事故发生后及时向上级部门及地方有关部门汇报，积极配合和接受有关部门的调查和处理。8.3 现场施工安全保证措施8.3.1 一般规定 （1）进入现场人员一律佩戴安全帽，不准穿拖鞋、高跟鞋，不得赤脚作业。高空作业人员佩带并系好安全带，穿防滑鞋。施工时严禁嬉戏、打闹； （2）进入施工现场人员一律佩带安全上岗证8.3.2 施工用电安

22、全 （1）所有电力线路和用电设备由持证电工安装。由专职电工负责日常检查和维修保养，禁止其他人员私自乱接、乱拉电线； （2）现场施工用电线路一律采用绝缘导线。移动式线路使用胶皮电缆。使用时提前认真检查确保电缆无裸露现象。地上线路架空设置，以绝缘固定； （3）现场所有电动机械设备使用前按规定进行检查、试运转，作业完拉闸断电锁好电闸箱，防止发生意外事故。8.3.3 机械施工安全措施 （1）机械驾驶员上岗要经过考核，持证上岗。严格按机械操作规程作业； （2）机具停放不得侵入建筑物接近限界，并要停放平稳； （3）实施中设专职安全员进行机械移动指挥。9.质量要求9.1 施工准备：（1）确保施工场地“三通一

23、平”；（2）进场设备配置齐全，无重大外观质量缺陷；（3）每台桩机配备不少于4个工人，桩机工人持证上岗。9.2 材料保证： 进场原材料（砂、碎石、水泥、钢筋、土工格栅、外加剂等）应具备产品合格证，经试验室复检其性能满足第六章相关规定后方可投入生产。9.3 施工质量检查要点（1）沉桩施工前机架底盘是否水平，机架垂直度不得大于1%；（2）桩间距是否满足施工图纸及规范要求，原则上应为2.5-4d；（3）对现场混凝土供料进行塌落度抽检，对不符合要求产品应予以退回，班组不得私自添加减水剂和水等混凝土原材料；（4）桩机刻度盘读书是否清晰、准确，桩长是否满足要求；（5）开挖后检查桩头完整性，是否存在泥浆混入桩

24、头混凝土的现象；（6）开挖后用卷尺测量桩径、壁厚是否满足要求；（7）定期检查套管底部管腔内是否有泥沙进入，并及时清理；（8）现场施工是否采用跳打；（9）混凝土实际用量是否满足施工图纸及规范中对充盈系数要求；（10）合理组织混凝土供料，确保距离桩顶5m时一次性成桩，不宜停拔；（11）不定期检查施工记录，检查其施工时间是否满足要求。10.安全与环境措施成立环境保护小组，专人专门负责监督施工现场环保工作，制定环境保护规划并严格执行。10.1 粉尘控制（1）现场定期撒水，减少灰尘对周围环境的污染;（2）严禁在施工现场焚烧有毒、有害、有恶臭气味的物质;（3）装卸或清理有粉尘的材料时，提前在现场撒水;（4

25、）严禁向现场周围抛掷垃圾。10.2 噪声控制（1）加强机械设备的维修保养工作，确保机械运转正常，降低噪声；（2）夜间施工时，监督职工不得敲打钢管等，尽量减小噪音，施工时严禁大声喧哗；（3）进出施工现场的所有车辆不得鸣笛，车辆出厂前应将车底泥土清除后方可出场。（4）现场各种材料合理堆放，做到整齐美观，保证场区道路畅通。10.3 文明施工（1）建立以项目经理为组长的现场文明施工管理小组，建立岗位责任制，制定文明施工规划及奖罚措施。文明施工管理小组每周进行一次全面检查，奖优罚劣。（2）施工现场分区设卫生负责人，派专人进行管理，责任到人。生产及生活区垃圾分区堆放并及时清运。11.效益分析11.1 不同

26、软基加固处理方案经济效益分析现按照正三角形打设条件下，将现浇大直径混凝土管桩与振冲碎石桩、水泥搅拌桩在长200m，宽50m路基处理段施工在质量、工期、成本等方面进行经济效益对比分析。方案一：现浇大直径混凝土管桩桩径1000mm，壁厚12cm,桩身采用C25砼。方案二：CFG桩桩径500mm。方案三：水泥搅拌桩桩径500mm，42.5硅酸盐水泥，水灰比0.45。以上软基处理完成后，上均摊铺50cm碎石层，并加铺3层土工格栅。11.1.1 质量方面现浇大直径混凝土管桩软基加固深度可达25米，桩身强度高，工后沉降小，由于受力以摩擦为主，大直径内外摩阻，承载力高。在桩基施工质量控制方面，在地基中先沉模

27、，后浇混凝土，再拔管，施工过程清晰，一次沉桩，质量易于控制。CFG桩软基加固深度可达25米，桩身强度较水泥搅拌桩高，较现浇大直径混凝土管桩低，工后沉降小，由于受力以端承为主，没有持力层时承载力较低。在桩基施工质量控制方面，长螺旋沉孔方式容易造成混凝土堵管，软土强度低不易成型。水泥搅拌桩加固处理深度不宜超过15米，桩身强度低，工后沉降较小，由于受力以摩擦为主，没有持力层时承载力较低。在桩基施工质量控制方面，泵送喷灰浆量分布不易均匀，局部固结差。施工隐蔽性强，现场质量监管困难。故在质量方面，无论是加固深度、桩身强度，还是承载力，施工质量控制，现浇大直径混凝土管桩软基加固处理方案优于其他方案。11.

28、1.2 进度方面假设同等地质条件，同等桩长15m，正三角形布置，对比如下：现浇大直径混凝土管桩每天（10小时）单台机可施工平均约12根桩，处理面积为120m2；CFG桩每天（10小时）单台机可施工平均约30根桩，处理面积为90m2；水泥搅拌桩每天（10小时）单台机（单钻杆）可施工平均约20根桩，处理面积为40m2；故从进度方面，现浇大直径混凝土管桩是CFG桩的1.3倍，水泥搅拌桩的4倍。11.1.3 成本方面采用控制变量法，假设同等地质条件，同等桩长15m，正三角形布置，单位加固面积以长200m、宽50m长方形区域进行计算，单价套用2014年9月份的漳州建设工程材料信息中龙海市材料信息价，具体

29、对比如下：现浇大直径混凝土管桩桩径1000mm，壁厚12cm,桩间距为3m，桩身采用C25砼，每延米综合单价为374.87元，单位加固面积费用为606.73元。CFG桩桩径500mm，桩间距为1.8m，每延米综合单价为108.72元，单位加固面积费用为538.07元。水泥搅拌桩桩径500mm，桩间距为1.4m，每延米综合单价为57.77元，单位加固面积费用为447.31元。现浇大直径混凝土管桩CFG桩水泥搅拌桩每延米综合单价374.87元108.72元57.77元单位加固面积费用606.73元538.07元447.31元表11.1 PCC桩、CFG桩、水泥搅拌桩施工成本对比一览表成本方面，现浇

30、大直径混凝土管桩造价较高。但同样地质条件，同样桩长提供的单桩及复合地基承载力是水泥搅拌桩的2倍，是CFG桩的1.5倍。本项目沿线特殊岩土主要为软土、饱和砂土、淤泥及淤泥质粘土，局部深度达25m，若使用水泥搅拌桩处理无法达到预期效果。根据地质勘察报告显示，沿线软基普遍存在大量流塑性土质，若采用CFG碎石桩，碎石无法对周边土进行挤密，地基承载力不足，上部荷载作用下，会导致碎石将下层流塑土下压分散，产生较大沉降变形，故也不适合使用。 结论：在质量、进度、成本等方面综合考虑，现浇大直径混凝土管桩软基加固处理方案优于其他方案，有着良好的经济效益。现浇大直径混凝土管桩专利技术已广泛应用于我国江苏、浙江、上海、安徽、天津、河北等多个省市高速公