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桩基础工程施工组织设计一、工程概况1工程特点本工程为郴州《城市广场》综合商住楼之分部工程－桩基础工程，占地面积为87.2×57.8米2。经由广东国厦建筑设计院设计，其基础采用人工挖孔灌注桩，设计工作量主要参数如下：1-1桩数量：共183根，其中φ900mm桩117根，φ1100mm桩59根，φ1200mm桩7根。1-2桩身砼及配筋：桩身砼为C30，钢筋笼通长配筋。1-3护壁：素混凝土结合钢筋混凝土护壁，砼等级为C20。1-4桩端持力层：持力层为微风化石灰岩，入岩深度为500mm。1-5桩深：平均深度为5.0米。2施工条件施工场地位于郴州市健康路和国庆北路交叉路口的东南角，地势低洼，周围建筑密集。现施工现场“三通一平”基本完成。据建方提供的工程地质勘察报告，桩井成井过程中从上至下依次穿越⑴人工填土层、⑵河、湖相沉积层包括淤泥、粉质淤泥和沉积粘土，⑶白云岩。就勘察资料表明，本桩基工程施工的岩土层地质条件较为复杂，从而给施工带来了较大困难，具体表现为：场地基岩白云岩岩溶裂隙较发育，含岩溶水丰富，且岩溶水与北湖水系连通，给桩基开挖入岩、降排水带来了较大困难。具体表现在：2-1场地内岩土层分布欠均匀，原地面下4.00米为人工填土及河、湖相沉积层淤泥等，结构松散，透水性强。2-2场地地下水位高，且施工正值春雨季节，各地质层含水较丰富，尤其是软塑粘土与灰岩层含极丰富的岩溶裂隙水、溶洞水，且其携带冲刷能力极强。其主要影响是：其一、施工降排水大，对周边建构筑物易产生不均匀沉降危害；其二、其水头压力及冲刷力极易冲垮土体，降低土体抗剪强度，形成空洞垮方，给成井护壁带来了极大难度。给施工降水带来较大困难。2-3灰岩岩溶较发育，主要表现为溶沟、溶槽和溶洞，溶洞大多为软－流塑含碎石粘土全充填，基岩埋深起伏较大。溶洞充填物开挖时极易流动垮方。而且基岩岩溶发育，给入岩嵌岩带来了相当困难。2-4周边建构筑物分布较多，且多数地基与基础脆弱，给施工排水带来了难题。当然，本桩基工程施工也有其有利条件，主要表现为。2-5基岩埋深较浅。2-6交通方便，场地“三通一平”己完成，有利于材料供应。二、施工方案根据本工程特点及施工条件，可将本工程分为探岩(注浆)、桩井开挖、钢筋笼制作、砼浇注四个相对独立的施工流程，此上四流程在工艺上是独立的，但在时间安排上却是局部交叉的。本工程的施工难度主要集中在桩井开挖，它将消耗70%的工期。以下就上述各阶段的施工顺序、施工方法等加以详细说明。1桩井探岩(注浆)1-1探岩由于岩溶发育的随机性及不可预测性，本工程在桩井开挖前须先进行探岩工作，用以检测岩体临空面走向以便确定桩的嵌岩位置。理由是：①先探岩可了解本桩井各岩土层分布埋藏情况，指导桩井开挖；②若发现岩溶异常情况及时报设计、监理会审，以便准确定桩井开挖终孔深度，确保桩基稳定；③探岩时遇岩石裂隙发育部位较深的桩，在入岩工作量太大而不便施工时，须采用注浆充填胶结裂隙，用以提高岩体的抗拉、抗剪强度及其整体性，以防桩体倾覆；④若发现桩基岩埋深较深、且地下岩溶极其发育，采用人工挖孔无法成桩或采用注浆仍难以满足桩基承载力要求时，便可及时调整施工成桩方案(采用冲击成孔灌注桩)。探岩为一桩一探，探岩深度为土层6米，入岩4.0米(若遇岩溶裂隙发育则加深入岩深度)。1-2注浆针对本桩基工程岩土层工程地质条件及水文地质条件，单纯靠提高护壁工艺水平及采取积极的降排水等措施是很难完成全部桩井成孔的，尤其是对于桩深较深，软流塑粘土埋藏深且厚度大，岩溶裂隙极其发育的单桩，因此开挖软流塑粘土及岩溶裂隙前必须对该两地质层实施注浆，其作用为有：a填充孔隙裂隙，提高地基土结构强度，防止涌泥垮方，使于开挖及护壁。b渗透固结地层，减少地质层地下水的渗透性，减少抽水量，直接保护邻近建筑物、城市水渠等市政设施的质量安全，提高掘进速度。c提高地层稳定性，防止了桩基成桩后因地质条件继续恶化破坏其三维约束机理的平衡，有利于桩基稳定。d充填并胶结局部岩石裂隙，提高岩石地基承载力。为提高工程进度，保护邻近建筑物、城市水渠等市政设施的质量安全，同时尽可能降低工程造价，我施工队拟采取如下注浆措施。1-2-1注浆施工时序安排工程队进驻工地探岩时便开始注浆，注浆时遵循先周围后中间的原则。即对场地周围邻近其它建筑物、城市水渠等市政设施边桩，若遇岩溶裂隙发育，便先实施注浆，尔后向中间延伸。1-4-2注浆施工范围主要是针对场地内地下涌水量大，基岩埋深较深且地下岩溶极其发育的各单桩实施注浆。1-2-3注浆工艺1-2-3-1注浆方案针对岩土层特征，特采用渗透性注浆结合充填性注浆两种方法，对空洞及孔隙发育地段用浆液充填固结，对其他地段则用浆液渗透固结。1-2-3-2注浆用料采用素水泥浆及水泥砂浆，另添加少许速凝剂，水泥用早强型水泥，其作用旨在缩短浆液凝固时间，减少浆液的过度流失，避免人为浪费，节省投资。1-2-3-3注浆技术参数本桩基注浆主要是为桩井开挖服务的，它是一种手段而不是目的，因此注浆要考虑从经济角度出发，浆液的浓度及浆液的泵送压力及泵送时间应尽量减稀和减少，以减少浆液的无用渗透扩散而造成浪费，但一定的渗透扩散量又是必不可少的，否则未产生效果而形成新的浪费。其各项具体参数如下：素水泥浆水灰比：0.7：1~1.2：1，各单孔注浆时先采用稀浆后采用稠浆，适当时候可加入少量粘土成浆。水泥砂浆配合比：0.65：1：1.5（水、水泥、砂）注浆压力：在500Kpa~1000Kpa之间，初始注浆压力取低值，终注压力取高值，但不能大于1000Kpa，以免浆液过分流失浪费。注浆速率：注浆速率控制在20L/min之内。复灌次数：为减少浆液过分流失与浪费，本次注浆孔复灌2－3次，第二次复灌时须待第一次灌浆液初凝后，复灌次数太多则会耽误工期。终灌标准：①每孔至少复灌两次以上，②终注压力不低于800Kpa；③孔口出现冒浆，④注浆量超出计算量。以上各参数将根据实际注浆情况适当调整。1-4-3-5注浆工艺流程本次注浆采用由下至上注浆法，钻机钻进至微风化基岩面时便实施注浆，注浆前，用套管隔住第四系土层，其一是方便封住孔口，以利于压力传递，其二为阻止浆液渗入回填土层、淤泥层及粘土层，节省浆液量。注浆时遵循先稀后浓，先低压后高压，先砂浆后素水泥浆的原则，每次注浆时间不能少于一小时。在注浆工程中边注边提管，提管时速度要均匀上提一段后再注浆，由设计桩端标高向上提管，逐段注浆，直至软塑粘土上部。桩孔内注浆主要是为桩井开挖服务的，因此注浆既不能占用太多时间，消耗过多工期，必须尽可能在第一批桩井硬塑粘土开挖完毕时注浆完毕，这样既不与桩井开挖相冲突，也留有足够的时间让浆液凝固；也不能使浆液凝固后强度太高，使开挖难度增大。2桩井开挖为缩短工期，保障开挖的稳定连续性，我公司拟从以下几个方面入手。2-1沉降观测桩井开挖降排水易引起周边建、构筑物的差异沉降，为防止公害发生，指导桩井开挖过程中的降排水工作，必须对周边建、构筑物进行沉降观测。工程进场开工前，对场地周边的建筑物、城市水渠等市政设施设立沉降观测点，用高精度的水准仪配以高水平的测量工程师组织实测。沉降观测始终贯穿整个工程始末，实测次数密度在时间上实行两头疏中间密的方案。尤其集中在桩井开挖大量降排水时段。一且发现沉降异常便及时通报建方、监理会审，及时调整桩井开挖顺序及降排水措施，必要时设立地下水回灌体系，以维系周边建、构筑物地下水局部的相对平衡，从而指导桩井的有序连续开挖(详见沉降观测施工组织设计)。2-2桩井开挖顺序及工艺2-2-1桩井开挖顺序本桩基工程岩土层结构复杂，地下水丰富，为避免一次性过量抽取地下水从而扰动原状土的结构强度，桩井开挖时遵循两条基本原则，其一为分批开挖原则，其二为先易后难原则。本桩基拟分两批开挖，即每批分别开各半，各批开挖桩井在空间上是跳开的。这里需要特别强调的是第一批开挖桩与第二批桩开挖时段相隔长短的问题，并不是说待第一批桩井开挖完毕或浇灌混凝后才实施第二批开挖。为缩短工期提高进度，待第一批桩开挖硬塑粘土层几近尾声时便可实施第二批开挖，此后第一批开挖桩与第二批开挖桩可同步开挖桩井，这样有利于桩井分批开挖成桩。理由是硬塑粘土及其以上岩土层赋含的是丰富的孔隙潜水，而其下软塑粘土与石灰岩赋含的是丰富的岩溶裂隙水。而此两水尽管局部相通而却是相对独立的，上述的开挖时序尽量避免了同一时间大量抽取同一含水层的地下水，尽量维持地下水及土体的相对稳定，同时确保了施工安全，有利于提高施工进度。这样待第二批桩硬塑粘土层开挖完毕时第一批桩基本上桩井开挖完毕以便浇灌砼成桩。2-2-2成井工艺2-2-2-1挖掘对于普通粘性土包括人工填土、淤泥、硬－可－软塑粘土均用锹锄掘进，尤其对于软塑粘土及淤泥层掘进速度要快，以避免长时间孔壁松驰造成垮方，且一次掘进深度不宜过大。对于硬可塑粘土，一次掘进深度为1.00米，对于软塑粘土及淤泥一次掘进深度一般为0.50米，甚至更浅。因为嵌岩桩设计要求入岩深度0.50米，而实际入岩深度将会更大，因石灰岩坚硬致密，必须采用爆破手段入岩，爆破时控制药量，既不能药量放得太多炸毁护壁以影响施工安全，也不能放得太少而起爆不明显以影响进度。2-2-2-2护壁桩井开挖是否能顺利进行，关键看护壁工艺。本工程将根据不同的地质层及其涌水量而调整护壁工艺。主要采用钢模板素混凝土护壁及钢筋砼护壁两种，极个别地段采用钢筒护壁。人工填土：采用与设计图完全一致的护壁工艺，每模支护长度1.00米，护壁砼为细石砼（C20）。淤泥层：因大部为软流塑状，故采用短模支护，每模支护长度为0.50米，护壁砼同上。硬塑粘土层：该层结构相对紧密，成孔条件好，基本上采用与人工填土相同的护壁工艺。软塑粘土及岩溶：主要采用短模钢筋砼护壁结合钢护筒护壁工艺，对于流塑状岩土层，必须采用钢护筒护壁。本工程进度的快与慢关键取决于该层护壁工艺的施工状况。现就将该两地质层详细护壁工艺细述如下：对于钢筋砼护壁地段，除留置泄水孔外，且须视具体情况适当增加护壁厚度与护壁砼强度，护壁砼强度为C25、厚度最大为200mm，也不宜过大，以防止护壁自重过大而滑落与增加造价，每模砼之间必须用钢筋搭接以形成护壁整体。且桩井开挖时间不能过长，以免长时间土壁松驰效应而垮方。每模高度不能大于500mm。对于流塑状地段，则采用钢护筒护壁，钢护筒长度不宜过大，也不能太厚，以免自重过大而难以操作，当壁厚不够从而影响其强度不够时可采用内设加劲钢筋环方法弥补，从而降低工程造价。因岩溶裂隙发育，软流塑粘土含有风化灰岩碎石，这会给钢护筒沉井护壁带来很大困难，而且对于溶洞高度大、软流塑粘土厚的地段，单纯采取钢护筒护壁及钢筋砼护壁是无法完成成井的。因此施工中应采取有效措施尽量减少钢护筒护壁的使用。这些措施包括降排水和注浆等。以上采用钢筋砼护壁时，为尽量减少拆模周期，提高生产效率，本施工队拟采用下列有效措施a、采用早强型普通硅酸盐水泥做胶凝剂b、使用速凝剂譬如水玻璃、缩短砼凝结时间2－3施工降排水措施为确保桩井的顺利开挖及护壁的顺利施工，尤其是确保软流塑粘土及岩溶裂隙发育段的成井工艺的实施，施工中必须采取行之有效的降排水措施。降排水必须遵循两条基本准则，准则一是有利于桩井开挖，准则二是尽量减少对周边建筑安全的影响。2-3-1采用在开挖桩井内直接抽排水，降水点分布较均匀，避免集中降水形成降水漏斗，尽量减缓桩井间的水头落差，从而减少地下水径流速度，减少地下水冲刷及携带能力，从而减少了流泥流砂及垮方事故的发生，提高掘进速度。2-3-2避免在同一含水层大面积抽取地下水，因桩井是分批开挖。第一批桩在抽排土体下部岩土层岩溶裂隙水时，其上部的孔隙潜水己基本由护壁止水，而仅由第二批桩井开挖时才抽取上部土体孔隙潜水，这样避免了同一含水层在同一时间的大量降水，有利于地面及周边建筑物的稳定，提高了开挖工作效率。2-3-3合理利用地下水的连通性原理，采用此桩开挖临桩降水方案，提高挖掘进度。2-3-4尽量避免间隙性反复抽水，减少地面沉降。2-3-5结合沉降观测成果资料，对地面沉降较大及周边建构筑物变形明显地段实施地下水回灌方案。杜绝公害事故的发生