砂衬齿形管桩施工工法

砂衬齿形管桩施工工法1.前言自1987年交通部三航局从日本全套引进预应力高强混凝土管桩（简称PHC管桩）生产线至今，PHC管桩在我国应用已20多年，随着改革开放和经济建设的发展，先张法预应力混凝土管桩开始大量应用于铁道系统，并扩大到工业与民用建筑、市政、冶金、港口、公路等领域。在我国很多地区特别是长江三角洲和珠江三角洲地区，由于地质条件适合管桩的使用特点，管桩的需求量猛增，从而迅速形成一个新兴的行业。但普通PHC管桩也存在承载力相对不高，施工过程中由于挤土效应，常发生桩体上涌脱离持力层，增大沉降，桩接头被拉断，桩体倾斜，甚至影响周边建筑安全的问题发生。XX住宅小区施工总承包（第三标段）地处XX。总建筑面积56762.78m2钢筋混凝土剪力墙结构，地下1层，地上35层，建筑总高98.9m。根据本工程的《地基勘察报告》分析，场地下伏基岩埋深变化大，采用普通PHC管桩引孔深度需要达50m，才能达到地基承载力设计要求。本工程采用的砂衬齿形桩是一种新兴的PHC管桩产品，通过砂衬与齿形桩相结合，形成复合承载体。桩承载力极限值高，砂衬具有排水及增大摩擦作用，使得孔隙水压力有效消散，降低挤土效应，一定程度上可取代常规减少挤土效应的专项措施，如设置砂井、排水板、碎石排水桩等，起到了简化施工、降低造价的效果。2.工法特点2.1成桩速度快、质量高。2.2环保特点突出，施工噪声小。施工现场干净。2.3由于桩身设计有环状齿和纵向肋，并且压桩过程中伴随砂衬带入桩周围土中，大大增强桩身与周围土壤的摩擦力，相对于其他形式桩，极限承载力大大增加。3.适用范围2.1砂衬齿形管桩施工一般适用粘土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层。3.2下列场地内不宜采用砂衬齿形桩：3.2.1工程环境条件、地质条件对混凝土有侵蚀性作用；3.2.2土层中有难以清除的孤石、障碍物；3.2.3土层中含有不适宜作持力层且难以贯穿的坚硬夹层；3.2.4其它不适宜采用混凝土预制桩的场地。4.工艺原理砂衬齿形管桩采用砂衬的特殊施工工艺具有排水及增大摩擦作用，使得孔隙水压力有效消散，降低挤土效应，一定程度上可取代常规减少挤土效应的专项措施，如设置砂井、排水板、碎石排水桩等，具有一定的简化施工、降低造价的效果。管桩的环状齿与土体存在机械咬合、局部端承、强化摩阻的效应，使砂衬齿形桩承载力与相同管径的管桩相比显著提高。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程：测量放线→定桩位用装载机清土→桩机就位→调整桩机的垂直度→把装砂衬的小容器摆放在桩位上→吊桩→沉桩对准桩位→把设置在桩身上早已用装载机装满的砂衬输送到砂衬小容器内→沉桩（沉桩过程中砂衬，保持容器内有一定砂衬）→接桩→送桩→桩机移位进入下根桩施工。当受地质条件影响，沉桩困难时，根据设计要求先进行引孔施工，引孔深度，孔径由于设计根据地质条件确定。需引孔的施工工艺流程：测量放线→定桩位→螺旋钻机就位→调整钻机的垂直度→螺旋钻机引孔→螺旋钻机移位→进入下根桩位引孔施工→用装载机清土→桩机就位→调整桩机的垂直度→把装砂衬的小容器摆放在桩位上→吊桩→沉桩对准桩位→把设置在桩身上早已用装载机装满的砂衬输送到砂衬小容器内→沉桩（沉桩过程中砂衬，保持容器内有一定砂衬）→接桩→送桩→桩机移位进入下根桩施工。5.2施工工艺流程图如下：5.3操作要点5.3.1测量放线根据施工平面图，用全站仪进行现场测量放线。并用双飞粉标注桩位置（）。5.3.25.3.3砂衬齿形桩施工5.3.4吊桩:5.3.4.1管桩起吊用桩机自身吊机，起吊要平稳，不能强拉，避免撞击。5.3.4.2吊桩使用的钢绳应质量良好，严禁使用带有安全隐患的钢绳。5.3.4.3插桩定位和接桩时均要用二台经纬仪或线垂在桩的正面和侧面两个方向做垂直观测，确保桩身的垂直度。第一节管桩起吊就位插入地面时的垂直度偏差不得大于0.2％，并用长条水准尺及其它测量仪器校正，必要时宜拔出重插。5.3.5沉桩:5.3.5.1在沉桩过程中施工，尽量减少中间休歇时间，且尽可能避免在接近设计持力层深度时进行接桩。如果沉桩过程中需要停歇时，应将桩尖停歇在软弱土层中，使继续沉桩时的启动阻力不致过大。图5.3.5-15.3.5.2施工过程中，应随时注意保持桩的同心度，若有偏移要及时调整。沉桩过程中控制沉桩速度，保证砂衬均匀的随桩进入地下。图5.3.5-2砂衬5.3.5.3当桩身倾斜率超过0.8％时，应找出原因，并设法纠正。当桩尖进入硬土层后，严禁用移动桩架强行回板的方法纠偏。5.3.5.4沉桩过程中，检查桩身垂直度、接桩数目控制、桩身有无断裂等。5.3.5.5检查接桩焊接质量，上下两节桩中心位置、偏差，节点弯曲失高以及点焊停歇时间。5.3.5.6压桩时应由专职记录员及时准确的填写管桩施工记录表，并经当班监理人员或建设单位签名后方可作为有效施工记录。5.3.6接桩接桩的方法一般采用焊接接桩。5.3.6.1接桩应保证上下节桩的轴线一致，并使接桩时间尽可能的缩短，否则可能导致桩压不下去。图5.3.6-1接桩5.3.6.2焊接桩应符合现行行业标准《建筑结构焊接规程》JGJ81的有关规定。5.3.6.3当管桩需要接长时，其沉入土中的桩段的桩头宜高出地面0.8—1.0M。5.3.6.4下节桩的桩头外宜设导向箍以方便上节桩就位。接桩时上下节桩应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm。接入第一节桩的允许偏差不能超过0.2%，如果超过则需采取有效措施，保证整根桩的允许偏差不超过1%。5.3.6.5管桩焊接前，上下端板表面应用铁刷子清刷干净，坡口处应刷至露出金属光泽。5.3.6.6焊接时宜先在坡口圆周上对称点焊4—6点，待上下节固定后拆除导向箍在分层时焊，施焊宜同两个焊工对称进行。5.3.6.7焊接层数不得少于两层，内层焊渣必须清理干净后方能施焊下一层，焊缝应连续饱满。5.3.6.8焊接好的桩应在自然冷却后才可继续压桩，自然冷却时间不宜少于8min，严禁用水冷却或焊完即压，防止高温的焊缝遇水变脆而被压坏。5.3.6.9尽量避免在桩尖到达或进入持力层时接桩。图5.3.6-2对接、焊接5.3.7送桩5.3.7.1送桩器及衬垫设置应符合下列规定:5.3.7.1.1送桩器宜做成圆筒形，并应有做够的强度、刚度，送桩的长度应满足送桩深度的要求。5.3.7.1.2送桩器上下两端面应平整，且与送桩器中心轴线相垂直。5.3.7.1.3送桩器上下端面开孔，使管桩内腔与外界连通。5.3.7.1.4送桩器应与管桩匹配，套筒式送桩器下端的套筒深度的套筒深度宜取250-350㎜，内径应比管桩外径大20-30㎜。5.3.7.1.5送桩作业时，送桩器与管桩桩头之间应设置1-2层麻袋或硬纸板作衬垫。5.3.7.2当桩施工不做长螺旋引孔而直接用静压桩机送桩时应注意以下几点：5.3.7.2.1送桩的规格和强度应能适应桩顶，其外形不致使贯入度阻力明显增大，且易于拔出，又尽可能少带起土。5.3.7.2.2送桩下端宜设置桩垫，要求厚薄均匀，并尽量与桩顶全断面接触，以免桩顶受力不均匀而发生桩顶破坏现象。5.3.7.2.3送桩时要结合地质报告判断桩尖入持力层深度。5.3.7.2.4桩在压入过程中，发生下列情况时，应及时与有关方面研究，确定能否继续施工压入过程中贯入度突然变小，桩身出现严重回弹；桩身突然发生显著的偏移和水平方向移动；桩身严重裂缝，产生漏筋或桩顶砼破碎；周围建筑或管线发现异常情况；地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大；5.3.7.2.5当桩压至接近设计标高时，不可过早停压，否则，在补压进时常会发生压不下或压入过少的现象。5.3.7.2.6当压桩阻力超过压桩能力，或者由于来不及调整平衡，以致使压桩架发生较大倾斜时，应立即停压并采取措施，以免造成断桩或其他事故。5.3.7.3将桩送到要求的持力层后，移动桩机打下一根桩。6、材料与设备6.1主要材料6.1.1齿形管桩：齿形桩分为先张法预应力高强混凝土齿形桩（T-PHC）和先张法预应力混凝土齿形桩（T-PC）两大类。齿形桩的规格按管径分为(mm)：1）．T-PHC桩：300、400、500、600、800；2）．T-PC桩：300、400、500、600。齿形桩按混凝土有效预压应力值分为：A型、AB型和B型6.1.2砂衬砂衬材料一般为碎石与砂的混合物，碎石与砂的质量配比宜为6：4，碎石的粒径宜为2~5㎝，砂的粒径宜为0.5㎝以下。条件适宜时，也可采用废弃混凝土块或废弃砌体经机械破碎加工后形成的类似材料。6.2主要设备ZD120长螺旋钻机；YYZ400静压机；装载机1台配合加砂衬施工；二氧化碳保护焊设备一套。7.质量控制本工法必须遵照执行下列标准、规范：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18-2003、J253-2003)；《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)；《建筑桩基检测技术规范》(JGJ106-2003)；《砂衬齿形管桩应用技术规程》（DBJ53/T-43-2011）；《预应力混凝土管桩》10G409。8.安全措施8.1劳动力组织情况表8.1-1劳动力组织情况工种长螺旋引孔机静压桩机操作工人24焊工2装载机司机11放样工1测量员18.2安全注意事项及具体措施8.2.1地面条件：由于长螺旋引孔机和静压桩机的自重大，应平整场地，清除杂物，换除软土，以防不均匀沉降。8.2.2现场的地上、地下管线，包括市政、自来水、天然气管道、电力、电讯等部门的各种地下管线应及时弄清并排除。8.2.3严格执行《设备使用说明书》中有关设备检查、保养规定，严禁野蛮施工。8.2.4现场所有用电线路严禁裸露，防止漏电，现场电工应随时检查，确保用电安全8.2.5设备运转时，各部门间隙中严禁放入工具、零件及其它物品8.2.6检修时必须停机，严禁在设备运转时进行修理，严禁将手足等身体部分伸入间隙中8.2.7桩机安装完成后，应组织相关人员进行检查验收。主要检查各部件在空载时运转是否自如，有无异常响声，有无振动破坏现象，配重铁块是否锁紧，并检查用电没备是否安装了漏电保护开关，电缆是否有乱搭、乱接及拖地现象等。

8.2.8压桩作业时，非工作人员须离桩机20m以外：施工人员应配齐各就各位,不得随意串岗或进行与作业无关事情。

8.2.9施工完毕的送桩孔上面要回填，以防行人或杂物等掉入。9.环保措施9.1安排专人定时清扫现场，防止扬尘，做到工完场清。9.2施工过程中尽量降低噪音，防止扰民。9.3施工现场的齿形管桩、砂衬及施工产生的土均堆放整齐。10.效益分析砂衬齿形管桩施工方法在节省材料和缩短工期方面与其他预应力管桩相比，有着很大的经济效益优势。下面就以昆铁盛和家苑项目工程实例为例，从上述两方面进行分析对比：10.1材料及费用方面根据本工程的《地基勘察报告》分析，场地下伏基岩埋深变化大，高层建筑端承桩设计引孔深度需要达50m，才能达到地基承载力设计要求。而设计方通过考虑对比，桩基工程采用砂衬齿形管桩施工工艺，根据现场地质条件，通过计算只需引孔30m就可达到承载力设计要求。目前市场条件，如采用普通预应力混凝土管桩进行施工，材料费、机械费和人工费总和应在每米230元左右，每根桩费用应在230*50=11500元。本工程采用砂衬齿形管桩，材料费、机械费及人工费总和为每米270元，所以每根桩的费用为270*30=8100元。因此，采用砂衬齿形管桩施工每棵桩就比普通预应力管桩节省3400元，经济效益是相当可观的。10.2工期方面如采用端承预应力混凝土管桩施工，需引孔50-60米（且大部分工程设计方有入岩一定尺寸的要求），根据施工经验及查阅相关案例资料，每套设备每个工作日能完成6-8跟桩。而通过本工程实例了解，采用砂衬齿形管桩施工，每套设备每个工作日能完成15跟桩左右。通过比较，工期方面大约能节省一半。综上所述，砂衬齿形管桩施工方法无论在材料节省及缩短工期方面都有相当高的经济效益；此外，次施工方法施工噪音小、施工质量好、文明施工好控制，得到了监理和建设单位的一致好评。11.应用实例工程名称：XX项目；地点：XX；工期：60天；D栋采用ST-PHC-AB-500-100-600齿形管