冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新

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一体化QC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10883㎡，地上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28.55m；地下开挖深度21.8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1200mm～1800mm，设计长度9.8米～16.米；共计27根桩基；竖向承重结构为钢管混凝土柱，直径为、600mm～630mm，钢管柱长度：19.05米～23.5米共计27根钢管柱。二、QC小组概况1.QC小组简介

QC小组内容简介（表2-1）审核人：周宇制表人：吐尔洪太.潘海尔丁制表时间：2011年3月23号2.QC小组成员

三、选择课题

原逆作法设计图纸中，要求冲孔灌注桩与钢管柱施工时，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1.000米,如图(图3-1)所示。图3-13.1.问题的提出由于设计图纸建议的“插入法”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。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，会出现700mm～800mm厚的浮浆，因此，实际施工时，如图3-2所示。故此，钢管柱底端在水下定位及垂直度控制存在隐患，并无从验证垂直度。钢管柱封底板已插入混凝土1700mm～1800mm;具体分析如下：（1）原设计“插入法”工艺，入深度为桩顶标高以下1.000米。钢管柱封底板已插入1700mm～1800mm，（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3～5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

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，QC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.目标可行性分析（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）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）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）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QC课题任务。五、提出方案并并确定最佳佳方案QC小组成员通通过“头脑脑风暴法””集思广益益对一体化化施工方案案进行讨论论，绘制亲和图加以归类.亲和图如图图5-1所示。图5-1冲孔灌注桩桩与钢管柱柱一体化施施工方法创创新性HPE机械械垂直插入法施工工方案桩与柱柱一体化化施工工“插入入钢管管柱””法施施工HPE机械械定位精精度高安全可可靠定位速速度快快设备使使用场场所要要求高高机械费费用高高自制定定位器器定位精精度满足足规范范要求求。施工速速度快快安全可可靠施工工工艺无无先例例可借借鉴，，有风风险。。经济适适用易于工工人掌掌握定位原原理简简单施工速速度快快机械投投入较较少经济性性优越越定位精精度低低，垂垂直度度控制制时易易造成成质量量事故故（原设设计建建议施施工方方法））汇总共共提出出了三三种主主要施施工方方案：：方案一一、HPE机械垂垂直插插入法法施工工方案案；方案二二、特特制千千斤顶顶组合合定位位器一一体化化施工工方案案；方案三三、原原设计计“插插入钢钢管柱柱”法法施工工方案案；1.方案对对比、、分析析3.确定最最佳方方案3.1方案各各项指指标的的论证证过程程针对方方案一一、二二、三三的初初步结结论，，从方方案定定位精精度、、施工工进度、经济性性进行进进一步步论证证：A.平面定定位精精度、、垂直直度控控制指指标对对比论论证:精度控控制依依据：：钢结结构工工程施施工质质量验验收规规范（（GT50205-2001规范附附录录表E.0.1）本工程程柱轴轴线垂垂直度度按照照“单单层柱柱，H>10m”考虑，，如下下表：：A.结论：：虽然然方案案一、、二、、三最最终均均能满满足规规范要要求，，但方方案实实施过过程中中，只只有方方案一一、二二依靠靠定位位器，，而方案三三则未未通过过定位位器实实现施施工精精度。。方案三三中，，为了了达到到规范范要求求的施施工精精度，，封底底钢管管柱将将插入入至设设计标标高后后复测测平面面定位位、验验证垂垂直度度、确确认标标高合合格后后方可可浇注注钢管管柱。。在这三三项指指标中中，假假如有有任一一项达达不到到规范范要求求，则则拔起起钢管管柱重重新插插入至至设计计标高高，然然后再再复测测，直直至施施工精精度满满足规规范要要求。。因此此，反反复插插入定定位造造成如如下缺缺陷隐隐患：：（1）水下下桩顶顶（钢钢管柱柱底））节点点混凝凝土临临界层层受反反复扰扰动，，水会会比增增大。。钢管管柱封封底板板下附附着浮浮浆，，造成节节点质质量出出现隐隐患。。（2）封底底钢管管柱浇浇注混混凝土土后重重量可可达19吨，由由于没没有定定位器器等辅辅助设设备，，若出出现定定位偏偏差，，靠人力力或地地面机机械设设备““生拉拉硬拽拽”，，无法法完成成定位位纠偏偏，势必出出现质质量事事故。。故此，，排除存存在较较大质质量隐隐患的的方案案三；对方方案一一、二二进行行下一一步的的施工工进度度论证证。B.方案一一与方方案二二施施工进进度论论证：：影响施施工进进度的的主要要因素素有人人、机机、料料、法法、环环。其其中，，在本本次对对比中中，由由于人人、料料、环环因素素对两两个方方案的的实施施进度度的影影响是是等效效的，，因此此，可可暂且且忽略略。根根据方方案一一（HPE直插法法）方方案与与方案案二（（桩柱柱一体体化施施工））的设设备机机械特特色、、施工工方法法特点点绘制制出简易流流程图图及进度计计划对对比图图：桩混凝凝土浇浇注完完成。。HPE插入入机插插入钢钢管柱柱。HPE垂直直插入入机械械就位位对中中。吊装钢钢管柱柱。调整HPE垂直直插入入机水水平度度。重力平平衡。。钢管柱柱孔口口固定定。HPE插入入机移移位。。钢管柱柱四周周回填填砂石石并排排浆。。钢管柱内拆除工具柱柱并回填孔孔口拔出干干护筒。冲孔灌注桩桩定位、冲冲孔清孔。。复测定位、、垂直度监监控。桩钢筋笼吊吊入孔口。。下钢管柱。。特制定位器器就位并平平面定位。。导管法浇注注冲孔桩。。导管法浇注注地下钢管管柱。钢管柱顶部部溢出新鲜鲜/清洁砼砼料。回填空管段段。方案一（HPE直插法）：：施工简易易流程图：：方案二（桩桩柱一体化化施工）：：施工简易易流程图：：方案一（HPE直插法）：：施工进度度计划如下下图所示：：方案一预计计完成天数数为：方案二（桩桩柱一体化化施工）：：施工进度度计划如下下图所示：：方案二预计计完成天数数为：4天7小时。B.结论：综合合施工施工工理论进度度对比：两C.方案一与方方案二的经经济性对对比论证：：方案一（HPE直插法）的经济性分析：HPE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至8万元/钢管柱。该费用已包含人工回填碎石保护费用。应用该专利设备定位，估算本工程定位费用单价约为6.3万元/钢管柱。合计定位费用为6.3×27=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Ф1400mm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：11500元/钢管柱。回填碎石临时定位费用：人工费计：1200元/钢管柱；机械配合费计：900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+0.09）×27=36.72（万元）C.结论：方案案一与方案案二费用差差价高达133.HPE液压垂直插插入定位机机是高度机机械化的现现代化自动动定位设备备，其功能优越、、快速而精精确定位、、安全又有有质量保障障。但目前，作作为现代化化定位设备备的参考设设备，其设备研发发、使用成成本过高。。中小型钢结结构建设项项目中应用用与推广工工作还有一一定的阻力力。综合以上施施工精度、、工期以及及经济性等等指标的分分项论证结结论，结果果归纳如下下表所示：：3.2最佳方案的的确认经过针对方方案一、二二、三的初初步结论，，从方案定定位精度、、施工进度度、经济性性进行进一一步论证得得出：一体化施工工方案二-----------特制千斤顶顶组合定位位器定位一一体化施工工方案为最最佳施工方方案。六、制定对对策1.关键工序确确定冲孔桩与钢钢管柱一体体化施工工工艺流程图图：一体化施工工工艺流程程动画演示：：钢管柱桩基钢筋笼笼冲孔桩孔液压千斤顶顶定位器预定位预定位初定位定位器微调调回填法校正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；混凝土料斗斗回填碎石钢管柱内砼砼顶升砼浮浆、杂质从管口溢出！回填法校正正综合考虑工工期、质量量、安全等等因素确定定了如下关关键施工工工序：（1)特制千斤顶顶进行精确确定位；（2)混凝土灌注注至钢管柱柱底;（3)钢管柱与桩桩孔之间回回填碎石兼兼测量监控控；（4)钢管柱内继继续浇筑砼砼至柱顶泛泛洁净砼;2、绘制对策策表针对施工过过程中的关关键工序，，小组成员员采用“5W1H”的方法制定定了具体的的施工对策策。对策表（续续）七、对策实实施1.实施一特特制千斤顶顶进行精确确定位;编制冲孔灌灌注桩与钢钢管柱一体体化施工专专项方案，，并根据审审批方案图图纸特制千千斤顶组合合定位器、、做好定位位器平台硬硬化.图7-1模拟图特制千斤顶现场图7-3施工工现现场场全全站站仪仪复复核核平平面面定定位位及及标标高高.图7-4施工工现现场场全全站站仪仪复复核核平平面面定定位位及及标标高高.实施施一一效效果果：：2012年10月25日完完成成了了地地下下室室底底板板开开挖挖工工作作，，利利用用系系统统抽抽样样法法对对一一体体化化施施工工的的23支钢钢管管柱柱抽抽选选复复测测(G1#~G23#钢管管柱柱，，分分三三组组，，每每组组抽抽选选两两个个钢钢管管柱柱进进行行复复测测）），，复复测测数数据据如如下下：：实施施二二：：为为了了确确保保一一体体化化施施工工工工艺艺中中的的桩桩与与柱柱混混凝凝土土一一体体化化浇浇注注作作业业安安全全可可靠靠，，根根据据钢钢管管柱柱与与定定位位器器标标高高，，按按照照一一体体化化施施工工方方案案措措施施内内容容，，现现场场焊焊接接混混凝凝土土浇浇注注专专用用卸卸料料操操作作平平台台，，如如图图所所示示：：图7-6用卸卸料料操操作作平平台台及及顶顶部部示示意意图图图7-7现场场卸卸料料平平台台的的使使用用情情况况实施施2效果果：通通过过地地基基桩桩基基础础及及地地下下钢钢管管柱柱钻钻芯芯法法检检测测，，超超声声波波透透射射法法检检测测桩桩身身完完整整性性，，受受检检桩桩基基桩桩身身完完整整，，其其统统计计结结果果见见下下表表：：图7-9桩基基抽抽芯芯检检测测芯芯样样完完整整从钢钢管管柱柱内内侧侧实实施施导导管管法法浇浇注注作作业业时时，，根根据据连通通器器原原理理，当钢钢管管柱柱内内的的混混凝凝土土顶顶升升至至设设计计桩桩顶顶以以上上时时，，钢钢管管柱柱外外的的桩桩顶顶混混凝凝土土也也随随之之一一并并顶顶升升，，使使其其保保持持钢钢管管柱柱内内、、外外的的浆浆液液面面同同步步提提升升。。为了了防防止止管管外外混混凝凝土土超超出出设设计计标标，根据据一一体体化化施施工工方方案案对对策策，，对对管管外外混混凝凝土土达达到到设设计计标标高高后后，，经经测测量量绳绳测测量量管管外外混混凝凝土土标标高高确确认认无无误误后后，，将将安安排排人人工工同同步步回回填填碎碎石石，，防止止混混凝凝土土从从钢钢管管柱柱外外顶顶升升。。实施施三三：：钢钢管管柱柱与与桩桩孔孔之之间间回回填填碎碎石石兼兼测测量量监监控控;实施施三三效效果果：经过过对对策策方方案案的的顺顺利利交交底底与与实实施施，，防防止止顶顶升升措措施施发发挥挥效效力力，，反反压压碎碎石石效效果果显显著著，，有有效效保保护护了了冲冲孔孔灌灌注注桩桩与与钢钢管管柱柱水水下下节节点点的的施施工工质质量量。。图7-11回填填效效果果显显著著，，成成功功压压住住了了桩桩顶顶混混凝凝土土。。1.实施四四钢钢管柱柱内继继续浇浇筑砼砼至柱柱顶泛泛洁净净砼;在一体体化施施工浇浇注现现场，，如何验验证桩桩顶混混凝土土质量量？怎怎么区区分桩桩顶混混凝土土及钢钢管柱柱顶升升混凝凝土与与浮浆浆？这这是一一体化化施工工课题题所面面临的的问题题，也也是本本课题题要解解决的的问题题。根据QC小组以以小组组成员员“头头脑风风暴法法”会会议上上提出出问题题与解解决方方法中中，““浮浆浆也同同步上上升””理念念是解解决浮浮浆问问题的的关键键所在在。通通过QC会议，，进一一步优优化一一体化化施工工方案案，方方案中中明确确提出出，在在施工工现场场通过过人工工同步步回填填碎石石至孔孔口，，使使钢管管柱内内混凝凝土顺顺利顶顶升至至地面面以上上的钢钢管柱柱口，，并从从管口口溢出出。这这是管管内浮浮浆的的最佳佳排泄泄通道道。通过目目测溢溢出浆浆料的的颜色色，接接近泥泥土颜颜色的的浆料料排尽尽后，，观察察溢浆浆口是是否有有混凝凝土粗粗集料料翻出出，或或无法法确认认颜色色及粗粗集料料时盛盛取一一些样样本混混凝土土，现现场试试验塌塌落度度，塌塌落度度接近近搅拌拌车进进场时时的塌塌落度度试验验数据据，则则判断断桩顶顶混凝凝土及及钢管管柱顶顶升混混凝土土预计计能满满足设设计强强度要要求。。实施四四的效效果：：通过过一体体化施施工方方案认认真实实践，，达到到了预预期处处置浮浮浆的的目的的，成成功解解决了了“怎怎样区区分桩桩顶混混凝土土及钢钢管柱柱顶升升混凝凝土与与浮浆浆？””难题题。课课题实实践成成果对对比图图详看看如下下图。。图7-14尚未硬硬化的的溢出出混凝凝土；；图7-15达到设设计强强度时时的管管口混混凝土土八、效效果检检查1.目标完完成情情况通过冲冲孔灌灌注桩桩与钢钢管柱柱一体体化施施工创创新与与反复复论证证，利利用定定位原原理，，通过过特制制千斤斤顶组组合定定位器器精确确而快快速完完成定定位工工序。。采用用导管管法浇浇注工工艺，，通过过组合合应用用，完完成冲冲孔桩桩与钢钢管柱柱浇注注工序序。各项指指标的的完成成情况况：2.经济效效益一、采采用创创新性性“冲冲孔桩桩基础础与钢钢管混混凝土土柱连连续(同步)施工工工艺””费费用36.72（万元元）二、若若本工工程采采用““电气气液压压定位位、静静压设设备””法（（HPE工法））定位位170.1（万元元）三、施施工工工艺经经济效效益对对比：：工艺应应用对对比值值：△△=170.1-36.72=133.38（万元元）所产生生的直直接经经济效效益约约为13