方桩基础施工工法

2005年度参评三级工法方桩基础施工工法第1页共20页方桩基础施工工法1、前言：方桩一般用于楼房建筑基础，以预制桩为主。近几年方桩在桥梁工程基础中也得到广泛应用。方桩以其刚度大、承载力高、施工难度小的优越性将越来越多地应用于大型建筑物基础中，2004年中铁十三局集团公司第五工程有限公司承建京承高速公路（高丽营-沙峪沟段）工程第18#标段，其基础采用方形桩基础，在施工实践中，对方桩施工工艺不断完善，经总结形成本工法。方桩施工技术包括成孔工艺、钢筋笼加工及定位工艺、浇注水下砼工艺。该技术成果曾参加2004年度中铁十三局集团公司第五工程有限公司组织的科技成果评审，并获得一等科技成果奖。2、工法特点2.1施工难度小。2.2采用地下连续墙施工机械，液压抓斗成孔。机械单一，比较短缺。2.3适用复杂地质情况，尤其是河道内大直径鹅卵石。2.4可代替沉井基础施工2.5工序衔接紧凑，操作方便，加快进度，节约成本。2.6施工占地面积小。2.7施工过程中噪音小。3、适用范围3.1本工法适用于桥梁，楼房等大型建筑基础。3.2本工法适用于复杂地质情况，尤其是河道内大直径鹅卵石。4、工艺原理4.1开挖方桩基础开挖工艺原理与地下连续墙开挖施工工艺原理基本一致，根据方桩的厚度，液压抓斗选配100厘米厚的斗体靠液压系统提升靠抓斗自身重量进入岩体斗体自重11000kg。液压抓斗成孔是靠斗体重量和液压闭斗，抓取土体提出地面而成孔。4.1.1抓孔过程中质量通病及预防措施4.1.1.1坍孔原因：发生坍孔时，具体表现为孔内水位突然下降又回升，孔口冒细密水泡。坍孔多由泥浆性能不符合要求、孔内水头未能保证、机具碰撞孔壁等原因造成。预防措施：严格控制泥浆比重，确保水头高度，导墙埋至原状土层。处理方法：2005年度参评三级工法方桩基础施工工法第2页共20页ａ、查明坍孔位置后进行处理，坍孔不严重时，可回填土到坍孔位以上，并采取改善泥浆性能、加高水头、深埋护筒等措施，继续钻进。ｂ、严重时应立即将钻孔全部用砂类土或砾石土回填并应等待数日方可采取改善措施后重钻。若坍孔部位不深时，可采用深埋护筒法，将护筒填土夯实，重新钻孔。4.1.1.2偏孔、扩孔、缩孔原因：偏孔多是由地质松软不均、岩面倾斜、机械位移、安装未平或遇探头石等原因造成。扩孔多系孔壁小坍塌或抓斗摆动过大造成，缩孔常因地层中含遇水能膨胀的软塑土或泥质页岩造成，抓斗磨损过甚，亦能使孔径稍小。预防措施：ａ、抓孔过程中，要每抓3～5斗将抓斗旋转180度，再继续抓孔，同时严格控制抓斗提升及下落速度，减小抓斗摆动幅度，防止发生偏孔、扩孔，如出现偏孔，可在偏斜处用抓斗反复扫孔。偏斜、扩孔严重时，应回填粘质土到偏斜处顶面，待沉积密实后重新抓孔。ｂ、抓孔过程中，经常测量抓斗尺寸，磨损严重时及时焊补，遇到软塑土或泥质页岩时，应采用失水率小的优质泥浆护壁，防止发生缩孔。如发生时，可用抓斗上下反复扫孔，扩大孔径。4.2导墙与圆桩的护桶一样方桩需要砌筑导墙，导墙是保证方桩施工时平面位置的准确性、分散和承受一部分施工机械的重力以及防止地表土层的坍塌。4.3泥浆护壁本工程中因为当地地质情况砂石料较多，没有粘土，所以泥浆采用购买膨润土泥浆。泥浆在泥浆池内配制，容积120m3，底部及四周铺设塑料薄膜，防止泥浆渗漏。膨润土泥浆的主要成分为：膨润土粉、水、纯碱(含在成品膨润土中)。4.3.1泥浆配比泥浆生产及使用是按照：‘拌和生产→静置水化→使用→回收处理→再使用→…→废弃’的顺序进行。本工程的地质条件以细砂、卵石为主，对泥浆影响较大，但配比正确的膨润土泥浆应可使用三到四次。表1泥浆配合比材料名称单位数量水Kg/m3970膨润土（内含纯碱5Kg/m3）Kg/m3754.4钢筋笼变更2005年度参评三级工法方桩基础施工工法第3页共20页由于方桩基础钢筋笼N4筋间距仅为30cm左右，无法采用导管法灌注水下砼，经项目公司技术部、设计代表、总监办、驻地办、施工单位现场协商，钢筋笼中间N4筋间距调整为82cm，将N4筋位置做相应调整，根数不变，层于层之间交替布置。其钢筋布置详（见图1）。图1钢筋笼变更4.5浇注水下砼水下砼采用导管法灌注，砼采用商品砼，搅拌运输车入斗，吊车提斗，浇注工作必须连续进行。4.5.1导管法灌注4.5.1.1导管长度计算导管长度=孔深＋导管架高度－导管底距孔底高度其中：孔深＝导墙顶标高－孔底标高导管闭水试验1、试验压力的确定：根据《公路桥涵施工技术规范》规定，水密试验的水压不应小于导管壁可能承受灌注砼时最大内压力P的1.3倍。本桥8#墩导墙至桩底最深，导管的内压力也最大，因此取8#墩的导管内压力P作为代表值。P按下式计算：P＝γchc－γwHw式中：P――导管可能受到的最大内压力（kPa）；γc――砼拌和物的重量（取24kN/m3）hc――导管内砼柱最大高度（m）以预计最大高度计，为7.5m；100256,76,72506,76,78根均布N4N4N5桩基钢筋间距调整后布置图4N14N211N812N9根均布附：1、本图尺寸以厘米为单位。2、钢筋布置采用交替布置，即单数层左侧三根，右侧四根，双数层右侧三根左侧四根。2005年度参评三级工法方桩基础施工工法第4页共20页γw――井孔内泥浆的重量（取1.03kN/m3）；Hw----井孔内泥浆的深度（m），为34.36m。则：P=24×7.5-1.03×34.36=144.61kPa试验压力＝1.3×P=1.3×144.61=187.99kPa取试验压力P＝0.2Mpa4.5.1.2试验方法：将导管拼装，两端封闭，注满水，用手压泵进行加压，当压力表读数达到试验压力时，持压10分钟，然后撤压，在按试验压力加压、持压、撤压，反复加压3次，如导管接头无漏水，则证明此导管合格。（见图2）图2导管闭水试验4.5.2方桩在灌注过程中质量通病及预防措施4.5.2.1灌注过程中坍孔产生原因是：①导墙底漏水；②未保持所需水头；③地下水压超过原承压力；④孔内泥浆相对密度、粘度过低；⑤孔口周围堆放重物或机械振动。预防措施：灌注过程中要控制水头高度及泥浆比重，成孔后应立即下钢筋笼及灌注水下砼。处理方法：1、坍孔数量不大时采取措施后可用吸泥机吸出砼表面坍塌的泥土，如不继续坍孔，可恢复正常灌注。2、如坍孔仍不停止，且有扩大之势，应将导管和钢筋骨架拔出，将孔内用粘土或掺5％－8％的水泥填满，待数日后孔位周围地层已稳定时，再钻孔施工。4.5.2.2钢筋笼上升原因：主要是由于砼冲出导管底口后向上的顶托力造成的，预防措施：利用粗钢筋将钢筋骨笼挂在导墙上，并压重，同时，当砼灌注至距钢筋笼底部1m时，2005年度参评三级工法方桩基础施工工法第5页共20页放慢灌注速度，直至砼上升至钢筋笼底口4m以上时，提升导管，使导管底口高于钢筋笼底口2m以上，恢复灌注速度。4.5.2.3短桩原因：桩头高程低于设计高程，多由灌注过程中，孔壁断续发生小坍方，施工人员未发觉，未处理，测探锤达不到砼表面造成。预防措施：在灌注将近结束时，应核对砼的灌入数量，以确定所测砼的灌注高度是否正确。处理方法：可依据处理埋管的办法，插入一直径稍小的护筒，深入到原灌砼内，用吸泥机吸出坍方和沉淀土，拔出小护筒，重新下导管灌注，此桩灌注完成后，上下断层间应予以补强。超灌0.5～1.0m，确保桩头质量。4.5.2.4夹层原因：由于灌注过程中放生坍孔或首批砼封底失败造成。预防措施：灌注过程中要控制水头高度及泥浆比重，成孔后应立即下钢筋笼及灌注水下砼，严格控制首批砼数量及初凝时间。4.5.2.5砼严重离析原因：多由导管漏水引起水浸、地下水渗流等造成。预防措施：除灌注的砼拌合物符合规定要求外，灌注前应严格检验导管的水密性，灌注中应注意防止导管内发生高压气囊。4.2.6首批砼用量计算灌注前首先计算首批砼用量，确保封底成功。首批灌注混凝土得数量应满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要，本工程中8#墩首批砼用量最大，故按8#墩首批砼用量来控制。首批所需混凝土数量可按下面公式计算：V≥A×B（H1＋H2）＋πd2h1÷4V----灌注首批混凝土所需数量（m3）；A----桩截面长度（m），为2.5m；B----桩截面宽度（m），为1.0m；H1---桩孔底至导管底间距（m），取0.40m；H2---导管初次埋置深度（m），取2m；d---导管直径（m），为0.26m；h1---桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外泥浆压力所2005年度参评三级工法方桩基础施工工法第6页共20页需的高度（m）。h1＝γwHw/γc＝1.03×32.063/24＝1.38m则：首批砼用量V＝2.5×1.0×（0.4＋2.0）＋3.14×0.262×1.38÷4＝6.07m3各部尺寸见图3。图3首批砼确定5、工艺流程及操作特点5.1工艺流程图（见附图一）。5.2操作特点5.2.1导墙砌筑方桩的导墙相当与圆桩的护桶，因此导墙的制作必须保证精度。根据现场实际情况，导墙采用砖混结构，底板及顶板采用20cm厚C20钢筋砼，中间砌筑37cm砖墙，两导墙内侧间距比方桩厚度大4～6cm，导墙深2～3m，以导墙底板座在原始地层为准。5.2.1.1砌筑方法a、场地平整后，用经过标定的全站仪测设出桩位中心及轴线，报请监理工程师复测合格后，放出导墙开挖边线。b、导墙基坑开挖后，再精确测设出导墙内边线。c、导墙施工完毕后，在顶板上测设出桩位控制点及高程控制点，并以此控制桩基施工。导墙沟槽开挖后，重新精确测设出导墙边线，然后浇筑底板砼，待底板砼具有一定强度后，砌筑导墙竖墙，然后将导墙后用土分层夯填至原地面高度，浇筑顶板砼。(见图4)Hh1WH2H1导管架2005年度参评三级工法方桩基础施工工法第7页共20页图4导墙图5.2.1.2导墙的质量标准：导墙的内墙面应竖直，顶面应水平。两导墙内墙面间的距离允许偏差为5mm，导墙顶面高程允许偏差±10mm。5.2.2抓孔施工5.2.2.2调制护壁泥浆本工程中因为当地地质情况砂石料较多，没有粘土，所以泥浆采用购买膨润土泥浆。泥浆在泥浆池内配制，泥浆池设在9#墩上游桥梁红线以外，容积120m3，底部及四周铺设塑料薄膜，防止泥浆渗漏。膨润土泥浆的主要成分为：膨润土粉、水、纯碱(含在成品膨润土中)。5.2.2.3泥浆生产泥浆生产采用BE-10型立轴泥浆搅拌机，平均生产效率为10m3/h，生产时按水→土。泥浆贮存采用泥浆池。为防止渗入地下及便于清渣，泥浆池要进行防渗处理，在泥浆池底部铺设塑料布。所生产的泥浆应达到以下标准：表2泥浆生产标准标称数值比重1.03-1.10粘度18-24Pa.s含砂量4%30分钟失水量20ml泥皮厚2-3mm/30minPH值8.5-10.5胶体率98%5.2.2.4泥浆使用在成孔过程中，泥浆用泵送注入孔内,随着土体的抓进，槽孔内补入泥浆保证孔内稳定，在钻进过程中要保证浆面高度，防止槽孔坍塌并随时检查孔的垂直度。维持孔稳定,悬浮钻屑。在浇注混凝50cm50cm104～106cm2005年度参评三级工法方桩基础施工工法第8页共20页土的同时对泥浆进行回收，底层与淤积物接触并受混凝土污染的泥浆则废弃。5.2.2.5挖孔利用意大利抓斗成孔，装载机出碴。24小时倒班作业，为保证垂直度，施工时随抓随测，并每抓2～3抓将斗体旋转180度。表3成孔质量标准项目允许偏差孔的中心位置（mm）100孔径（mm）不小于设计桩径（2500×1000）倾斜度小于1％孔深不小于设计规定（26m）槽孔抓到设计孔深后，停滞1小时，待泥浆中的悬浮物沉入到孔底后，用抓斗把孔内淤积清出，达到规范要求。砼浇筑之前，一定要保证泥浆的主要性能指标参数符合要求，孔底淤积物厚度应小于设计要求（20cm）。在钢筋笼下放后如果孔内泥浆及沉淀层超标，采取反循环泥浆泵排浆法进行二次清孔，即将反循环泥浆泵连接到导管上，将孔内沉渣吸出。表4清孔后质量要求5.2.2.6地质情况统计在钻进过程中及时对地层变化情况进行记录，并取具有代表性的土样按顺序放至取样盒内，标明每段样品所代表地层的起始、终止标高和