上海工业厂房入岩冲孔灌注桩施工工法

-PAGE16-入岩冲孔灌注桩施工工法中国xx集团有限公司xxx、xxx、xx1.前言随着我国的工业与民用建设发展速度不断加快，目前，国家的建设正在将一些先进的工业和城市建筑从各大城市逐步迁往沿海和山区。由于沿海的地基不是淤积而成、就是人工回填成的。而工业和民用建筑物的建设中，地基处理就要采用处理的方式进行加固，否则无法满足建筑物的稳定要求。而地基处理一般采用的方式一是采用打入混凝土桩和钢管桩提高地基的承载力；二是采用钻孔关注混凝土的钻孔灌注桩来提高地基的承载力；三是采用水泥旋喷、劈裂注浆、高压旋喷水泥的方式加固地基。以上的方法在一定的程度上能够满足设计要求。但是，在一些有振动、承载力较大的建筑物的作用下，无法满足其沉降的需要。由于在一些地方的地下持力层不是在一个标高上，持力层高低不一致，若在设计上不把持力层统一在一个平面上，将会出现建筑物沉降不一致而出现沉降裂缝或更严重的损坏现象。在xx集团宁钢新技术烧结机厂房及设备基础坐落在原山坡地带，土层(包括回填土、淤泥层、砂层)厚度在11～45m不等，一大部分桩坐落在地下陡峭的岩石边坡之上，地势十分复杂，相邻两根桩有的相差在10m以上。施工中，我公司采用了“入岩锤击法综合技术措施”的施工新工艺，入岩冲孔从2011年7月1日开始，到2011年11月16日新技术烧结机主厂房的入岩冲孔桩全部完成，共完成入岩冲孔桩389套。经浙江大学地基检测和静压试验，各入岩桩的承载力完全满足设计要求的两倍以上。检测鉴定结论为“优良”。2.工法特点（一）、入岩冲孔灌注桩，可有效解决地基承载力不均匀的现象，尤其是对地基持力层不在一个标高时的有效施工技术。（二）采用入岩冲孔施工方法，可有效解决在回填地基，尤其是在山体爆破回填的地基处理，在山体爆破时，因为有一批较大石体被填入地下，别的钻孔施工机械无法成孔入岩的优势，在成孔时，垂体可直接将大块石击碎并穿透看，保证桩体位置的准确。（三）采用入岩冲孔施工工艺，可准确将承载桩插入岩石层内，确保桩体在受压的情况下保持稳定。（四）入岩冲孔桩的承载力要远远大于钻孔灌注桩和锤击桩，它不会因承载过大而产生桩体在岩石坡上的滑移，承载性能稳定。（五）采用冲孔入岩灌注桩，在锤击桩孔时，锤击力量可将桩孔四周的土体挤密，减少桩孔壁坍塌，成孔质量容易保证。（六）采用入岩冲孔桩，要严格掌握好入岩层的深度，在锤击到岩层时，要随时记录岩层深度，然后根据岩层的深度再进行锤击，直至达到设计要求的入岩深度为止。此过程必须要有监理旁站，以便确定入岩的手续，防止锤击不到位而影响桩体的质量。3.适用范围本工法适用于工业与民用建筑工程中要求采用入岩桩基的工程，如：厂房柱基础、大型设备桩基础、高层建筑要求沉降控制比较严格入岩桩基础及道路桥梁基础土建等工程。4.工艺原理桩基在-8m～-40m以下遇到岩石时，采用钻机很难将岩石钻到设计的中风化岩层，即使可以钻到设计标高，是需要长时间才能满足设计要求。而采用重锤冲击(砸)，是采用锤的重量加合金刀口，将岩石一层一层的冲砸下去。在重锤冲砸岩石层的过程中，会产生大量的石渣(5～15mm)沉积在桩坑的底部，若不将石渣清除，势必影响冲击进度。为了将石渣排出桩孔，必须调整泥浆的表观密度(比重)，将石渣悬浮在泥浆中，利用反循环的措施将重锤冲砸碎的石渣排出桩孔外。5.施工工艺流程及施工要点场地平整场地平整桩位放线挖坑埋设护筒钻机就位锤击桩孔检查确认入岩面的确定确定冲孔深度的时间一次清孔及成孔检测安放钢筋笼建立测量控制网二次清孔并测孔内沉渣安装混凝土导管检查钻机平整度、垂直度桩孔泥浆循环制作钢筋笼浇灌混凝土桩机移位检查冲孔入岩的深度5.1冲桩前的准备5.1.1设置好泥浆池:泥浆池分为中转池和循环池，每个泥浆池的大小要根据现场单根桩的体积来确定，一般每个泥浆池的容积要大于单根桩的容积1.5~2倍，防止泥浆池外溢而污染施工场地。中转泥浆池是将各个泥浆池多余的泥浆集中起来，只要够一车，就可以用泥浆罐车运到业主或泥浆运输单位的制定地点排放；5.1.2测量放样:基础桩准确与否，测量放线是关键，放线时要在技术人员的指导协助下，测量人员根据施工图纸放出桩位，在经过监理复测无误后方可开挖埋设桩头护筒，安装桩机；5.1.3为保持施工现场的文明施工，防止泥浆在施工场地滥流，安装护筒时，护筒的埋深一般在1.5m左右，同时在护筒外挖出一个1.5～2m3泥浆坑，便于集中在钢灌混凝土时突然冲出的泥浆，并用泥浆泵通过输送管道将泥浆排到泥浆坑内，确保施工现场的文明施工；5.2泥浆配置入岩冲孔桩与摩擦桩不同，因为摩擦桩只达到设计深度即可，在钻孔或冲孔过程中所产生只是泥浆，在浆体循环时很容易被置换出桩孔，而入岩桩却不同。在桩体进入岩石层后，不论是强风化岩或是中风化岩，冲锤将岩石击成颗粒状碎石硝，直径一般5～15mm，要保证碎石硝被置换出桩孔，需要泥浆的表观密度要高于一般的泥浆表观密度。采用入岩冲孔灌注混凝土桩的泥浆表观密度，根据试验确定为r=1.4±0.2，在此表观密度的条件下，>5mm的碎石硝才能被置换出桩孔。避免因泥浆表观密度太低而造成桩底的沉渣层过厚而影响桩体的质量。若在冲桩过程中，自身造浆的表观密度不能满足以上要求时，一是在孔内添加粘土块；若当地没有粘土块，可在孔内添加膨润土，以提高泥浆的表观密度。5.3接触岩面的确定5.3.1确定岩面根据设计图纸的要求，首先要对每个基础、在有山坡的地方，有时甚至每根桩进行地基勘测，以确定岩石面及岩石面的风化程度，作为入岩的接触面。在接触到岩层面时，现场技术人员要及时与设计人员或地勘人员进行入岩面的确定，便于下一步检查入岩深度的依据。5.3.2入岩后的岩样确定岩样的确定是判定是否入岩的一项关键步骤，它需要有经验和技术人员共同进行判定。在冲孔时，根据设计要求，持力层一般设计在中风化层内，要求施工时冲孔要穿透强风化层，从如中风化层开始再往下冲击多少深，才能满足要求，这是施工中的关键。为了有效判定是否进入中风化层，需要做好如下工作:eq\o\ac(○,1)、加工一个直径150～200mm、高为30～50mm、孔径为2.5～5.0mm的筛框，捞取泥浆中悬浮的碎石颗粒，便于冲洗碎石颗粒物；在捞取碎石颗粒时，一般将冲桩锤从孔底提出孔后，在锤尾部捞取。因为此时的碎石颗粒一般会落在锤的尾部，捞取方便；eq\o\ac(○,2)、将捞取的碎石硝装在筛框内，立即用清水反复冲洗，将碎石硝上的泥浆冲洗干净，碎石硝表面不得沾有泥浆，便于人的查看；eq\o\ac(○,3)、施工人员将冲洗干净的碎石硝，提供给技术人员及现场监理工程师共同确定岩石的风化程度(岩石的风化程度预先有地勘技术人员交底并留有样品，作为参照物)，同时测量出当时的深度，决定再继续往下冲打的深度；eq\o\ac(○,4)、将确定完的岩石样用留样袋留好样，并在留样袋上编上号，注明桩位、冲打深度、完成时间、日期及验样人以便被查。5.3.3入岩深度的确定入岩深度是设计根据桩体的受力情况而确定的，在不同地区、不同的岩石，在采用冲击锤冲砸时，入岩的速度是不一样的，需要进行首根桩试验，以确定每小时冲岩的深度，根据冲岩的速度，来确定入岩的时间；同时配合用绳尺进行入岩深度的检查。5.4钢筋笼的制作与安装5.4.1钢筋笼的制作应符合设计图纸和《建筑地基基础施工质量验收规范》(GB50202--2002)的要求。在钢筋笼外侧要设置保护层垫环，保护层垫环可用Φ6～10的钢筋加工或用3mm的钢板条加工焊接在钢筋笼的圆周外侧。其竖向间距2m，每一横向园周不得少于4处，保护层的厚度一般要求不少于60mm。5.4.2在加工钢筋笼时防止出现大的偏差，其钢筋笼制作允许偏差见表1:钢筋笼加工允许偏差表:表1:序号项目名称允许偏差(mmm)1主筋间距±102箍筋间距或螺旋旋筋螺距±203钢筋笼直径±104钢筋笼长度±503、灌注桩的钢筋笼必须采用焊接的形式，不得进行绑扎钢筋笼，因为在安装钢筋笼时采用吊装，采用绑扎容易发生散架或钢筋笼扭曲变形。4、钢筋笼安装时要保持垂直安装，安装起吊时，将钢筋笼吊垂直吊离桩孔300～500mm，便于施工人员方便操作，防止在安装钢筋笼时的钢筋插在孔壁上而影响成桩质量；5.5一、二次循环清孔及安放混凝土导管5.5.1在桩孔冲打到设计深度并经过技术人员和监理确认后，立即进行第一次清孔，将桩孔内的碎石渣利用泥浆的浓度将其悬浮在泥浆中排出桩孔外，并逐步降低泥浆浓度，再检查泥浆中的碎石硝含量和孔底的深度，若桩孔的泥浆中含碎石硝含量很少时及桩孔深度与前期深度误差小于50mm时，认为第一次清查完成，就可以安装钢筋笼。反之进行进行清孔。5.5.2在钢筋笼安装到位后，立即安放混凝土导管。导管安放时必须保证持中，不得偏移。在安放导管时，可将导管一次放到孔底，导管放置后，根据实际情况向上提离孔底300～500mm，然后根据沉渣情况进行第二次清孔。5.5.3第二次清孔是在钢筋笼安装完毕后进行的，因为在安装钢筋时，含在泥浆中的少量碎石硝，在其自身的质量下会自动下沉到孔底，使孔底的沉渣加厚，超过设计和规范的要求，需要进行二次清孔。另外，在安装钢筋笼时，避免不了会出现钢筋笼碰到桩孔壁，由于钢筋笼碰撞和在孔壁摩擦的作用，会出现孔壁的坠落泥块沉积在孔底，造成孔底的沉渣加厚。所以需要进行二次清孔。为了保证清渣效果，清孔时，可以用调节泥浆浓度的方法将孔底的渣层排出，以达到设计要求的沉渣厚度。5.6灌注水下混凝土5.6.1灌注桩混凝土一般要求采用水下浇灌混凝土，其灌注桩混凝土的技术要求为:1、胶结料——水泥应尽可能采用泌水量较低42.5级普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，若采用普通硅酸盐水泥，可在混凝土中掺入适量的粉煤灰或磨细矿粉，以减少水泥的单位用量；2、细骨料——黄砂尽量选择细度模数在2.4—2.8的中粗砂，砂含泥量≤2.0%，泥块含量≤0.5%。3、粗骨料——碎石选用5—25mm或5—31.5mm石子，在施工条件允许的情况下，尽量选用粒径较大的石子，减少粗骨料的比表面积，降低包裹粗骨料水泥浆体的用量，减少混凝土的体积收缩。要求石子的含泥量≤1.0%；针片状含量≤15%、泥块含量≤0.5%（按重量计），级配符合要求。4、掺和料采用符合混凝土用的粉煤灰或磨细矿粉，以减少混凝土单位水泥用量，保证混凝土和易性和粘聚性，保证混凝土拌合物在浇灌过程中不出现离析现象。5、外加剂冬期选用有缓凝早强作用的泵送剂、夏季选用有缓凝作用的减水剂，以减少用水量和水泥用量，改善混凝土的和易性和可泵性，延长水泥的凝结时间。6、混凝土配合比选择采用灌注混凝土的砂率，一般选择为38—45%之间，在满足施工要求的条件下，尽量降低砂率。灌注桩混凝土的坍落度一般控制在180±20mm，在满足灌注要求的前提下，应尽量选择坍落度的下限值，以减小混凝土拌合物的离析。7、灌注桩混凝土供应要尽量保持连续供应，尽量保证中途不中断，防止出现断桩或出现导管提升困难影响桩体的质量。8、混凝土的出机温度、入模温度和坍落度控制:混凝土使用的各种原材料，尤其在夏季施工时的碎石和搅拌用水，对混凝土的出机温度影响较大，这时可在砂、石堆上搭设简单遮阳棚，必要时可以往碎石上喷水降温等措施，确保混凝土的出机温度。5.6.2桩孔灌注施工时，要严格控制混凝土坍落度，因为坍落度与用水量有密切关系，坍落度越大，混凝土用水就越多，影响混凝土的粘聚性就越大，若水下混凝土拌合物粘聚性劣，在入水后会出现离析，泥浆会进入混凝土内部而影响灌注桩的质量。所以在混凝土拌和物运到现场后的前几车要逐车进行测试，使浇灌时的坍落度控制在180±20mm以内。若有超差，立即采取以下措施：eq\o\ac(○,1)、将不符合坍落度要求的混凝土退回；eq\o\ac(○,2)、将坍落度不符合要求的混凝土用于不重要的工程部位，如基础垫层、填充混凝土或抗渗无要求非钢筋混凝土等工程中；eq\o\ac(○,3)、增加混凝土坍落度检测密度，连续测测试相邻搅拌的五罐运输车的混凝土坍落度；eq\o\ac(○,4)、不定时到混凝土供货单位对混凝土坍落度进行随机抽查测试，将坍落度不符合要求的混凝土控制在浇灌之前、搅拌之中。6材料与设备6.0.1满足施工用的冲击桩机，灌混凝土的导管，排泥浆的排污泵、钢筋垂直运输、焊接钢筋笼的焊机，运输泥浆的车辆及所需的机具设备。6.0.2根据灌注桩施工时混凝土浇灌量的大小，配备足够的混凝土浇灌运输车辆。6.0.3在现场安装钢筋笼时，配备足够的焊接设备，保证安装钢筋笼的顺利进行。7.质量控制质量标准：按现行《建筑地基基础施工质量验收规范》、《混凝土结构工程施工质量验收规范》及《混凝土质量控制标准》中的有关规定，同时做到：7.1冲孔的质量保证7.1.1桩机就位时，将底座转盘调平，找正中心，起吊滑轮边缘、桩锤和护筒中心应位于同一中心上，防止出现偏差。但出现的偏差不得大于20mm，桩身的垂直度偏差≤1.0%。7.1.2在桩孔进行冲击时，泥浆的表观密度要保证在设计要求，中途不得随意停止作业，防止因孔壁在泥浆中浸泡时间过长而造成坍孔。7.1.3在冲孔时，要调整好桩锤绳的长度，防止起吊桩锤的钢丝绳太长产生来回摆动碰撞孔壁而产生坍孔而影响扩孔，造成孔径加大而增加混凝土的用量。7.1.4在连续冲桩工程中，要始终保持孔内的泥浆面的标高，以保证泥浆对孔壁有足够的压力，避免出现孔壁的坍塌。7.2入岩的质量保证7.2.1在冲桩预计要达到岩层面时，现场施工人员要随时捞取翻出的泥浆进行观测，以及时掌握进入强风化岩的时间和深度以及与中风化岩的深度，同时在桩锤上提取泥浆内的岩石样，并及时报业主或监理予以确认。7.2.2在确认进入中风化岩后，与业主或监理一道用测量绳测出中风化岩与地面的深度，并予以记录，继续进行入岩的冲桩施工。7.2.3按照开始试验入岩的时间，连续进行冲岩施工，此时并加大泥浆的循环流量，将冲碎的岩石颗粒用泥浆大量排出，以减少桩孔底的沉渣量而增加锤击时的工作能量，保证每锤都能击到岩石面上，直至将桩孔冲击到设计及施工规范要求的入岩深度再次提交业主或监理确认。7.2.4在桩孔达到入岩要求后先进清孔循环清渣，确保桩孔底的沉渣厚度≤50mm。7.3钢筋笼制作及安装质量保证7.3.1灌注桩的钢筋笼必须采用焊接的施工工艺，不允许采用绑扎的方法，采用绑扎的钢筋笼在安装时容易发生散架或扭曲变形，在焊接时，焊肉必须饱满，不得点焊或花焊。7.3.2在组对安装钢筋笼时，上下钢筋笼要对齐，钢筋搭接一是要垂直搭接、二是搭接焊时采用单面焊要保证焊接长度不小于10倍d，双面焊时焊接长度不少于5倍d。7.3.3安装钢筋笼时要保持垂直安装，防止在下钢筋笼时钢筋头直接插入孔壁上，造成孔壁的泥土坍落到庄内而引起沉渣加厚而无法清除。所以在安装桩体钢筋笼时必须保持垂直状态，它不但保证钢筋笼的安装顺利，也不会因为钢筋笼偏心将孔壁的泥土带到孔内。7.4混凝土灌注的质量保证混凝土配合比应该合理，搅拌计量准确，混凝土抗压强度应不低于设计强度等级。7.4.1钢筋笼安装完成后，要随后安装混凝土导管，导管是灌注桩的关键，安装的混凝土导管必须保持在钢筋笼的中心且要求垂直，不得将导管安装在钢筋笼边缘，防止在提导管时导管头连接头钩挂钢筋笼而无法向上提起或将钢筋笼提起。7.4.2运至现场的混凝土坍落度应严格控制，波动范围应保持在180±20mm，超过设计要求的混凝土拌合物，应退回。7.4.3运达现场的混凝土要保证有较好的和易性和粘聚性，对混凝土出现离析现象的混凝土在未浇灌之前，要在搅拌车内进行强制搅拌2～5分钟，使搅拌灌内的混凝土拌合物保持良好的和易性。7.4.4浇灌混凝土时要保持其连续型，在混凝土供应中断时，要保证混凝土导管插入混凝土拌合物内500～1000mm，防止混凝土桩体出现断层、夹渣(泥)而影响桩体的质量。8.安全施工措施8.0.1现场使用的锤击桩机的电源胶皮线要经常检查，防止破损，在桩机移动时的操作人员时要戴绝缘手套，穿绝缘胶鞋，防止触电。8.0.2夜晚施工的电器照明线路要架空拉设，不得在桩机的金属架上拉扯，照明不得使用碘钨灯，要有专人负责值班。8.0.3桩机使用的电缆线不得随意摆放在场地上，要用支架搭设起来离开地面，在有车辆来回穿插的地方，要将电缆线穿管道埋设，没设深度不小于500mm，防止工程车辆来回碾压而损坏电缆。8.0.4浇灌混凝土现场的道路要平整，路基要坚实，防止大型混凝土搅拌车陷车和发生翻车事故，车辆进出现场要设专人指挥。8.0.5由于冲击桩要产生大量泥浆，现场挖有泥浆坑，在泥浆坑四周必须进行维护，架设栏杆，防止施工人员调入泥浆坑内。同时在泥浆坑的栏杆上，夜晚要设置警示灯，便于行人和夜晚泥浆的运输。8.0.6在桩孔浇灌完混凝土后，由于混凝土尚未硬化，要有防坠落措施，防止行人吴入未硬化的混凝土中。9.环保措施9.0.1冲击灌注桩现场不得随意挖排浆沟，由于排浆沟会严重影响车辆通行，造成灌注桩混凝土的浇灌。9.0.2在安装桩护筒时，应在护筒边挖一个1.5m3的集浆坑，便于收集泥浆，保证在浇灌混凝土初始时一次冲灌混凝土量所排出的泥浆不被流出坑而污染施工场地。9.0.3在挖桩坑埋设完护筒、设置好泥浆收集坑后，多余的图要及时清运出去，避免桩基打完桩后在现场形成一堆一堆的土包。9.0.4在灌注混凝土桩时，排出的泥浆在桩边泥浆坑内用污泥泵随时抽到泥浆排放池内，多余的泥浆用泥浆罐车运到指定的排放场地排放。9.0.5在混凝土灌注完毕、混凝土导管抽出后应在桩坑边冲洗，防止在冲洗导管时的泥浆水流到其它场地而影响场地环境。10.效益益分析10.0.1采采用冲击入入岩的施工工方法，可可以减少桩桩基的数量量，可根据据承载力加加大或减小小桩的直径径，