水冲气举静压沉桩施工工法 工法编号：RJGF(闽)-37-2010

1水冲气举静压沉桩施工工法工法编号：RJGF（闽）-37-2010完成单位：福建省九龙建设集团有限公司浙江大东吴集团建设有限公司主要完成人：陈川沈舜民叶坤永钱金娥沈冬松1前言专业厂家生产的PHC管桩，具有质优、价廉和工期短的优点。在建筑工程中，近年广泛采用静压下沉PHC桩方法，大大降低桩基造价，但该法仅适用于软土地基，在软土中有砂碎卵石硬夹层的地基，因砂石层对沉桩阻力过大，静压沉桩无法通过砂石层达理想的持力层，软土地基中常遇到砂石硬层下还有第二软土层。荷载大或重要建筑物，其桩基要求通过砂石硬层后，再穿越硬层下的第二软土层，把桩端置于更深的理想持力层。静压下沉PHC桩通过砂石层是一具有相当重大的技术难题。福建省九龙建设集团有限公司开展了科技创新，取得了PHC桩水冲气静压沉桩技术的新成果。同时形成水冲气举静压沉桩施工工法，有效解决PHC桩通过砂石层的问题。经济效益、社会效益显著。2特点2.0.1形成一套完整、科学合理的水冲气举静压沉桩通过砂石层施工工法，有效指导施工，保证静压沉桩通过砂石层，确保施工的质量、速度。2.0.2解决了PHC桩通过砂石硬层和水冲沉桩降低桩承载力这两个现有沉桩技术难题。2.0.3在沉桩的PHC桩下端，电焊连接一个钢质空心倒锥型的桩尖，在钢质桩尖的前端开有出水孔，在钢质桩尖的侧面开有回水孔。在沉桩的过程中，防止泥土进入桩空心腔，在桩沉到砂石层时，停止沉桩，水气组合管可顺利插入至桩尖，桩尖设出水孔和回水孔，孔的前端分别设置出水孔活塞和回水孔活塞。2.0.4采取从桩顶向桩空心腔插入水气组合管，向组合管输入高压水和压缩空气，下放组合管使其伸出桩尖外，高压水直接射到桩尖前端的砂石层，冲散的砂石与水混合成砂石混合水，籍气举将混合水沿桩空气腔自下而目从桩顶排出。随混合水排出后，沉桩阻力大减，用较小的压桩力就能将桩穿过粗砾砂层。3适用范围2水冲气举静压沉桩法适用于表3.1各序号的PHC管桩，在软土地基中有砂碎卵石硬夹层的地质，静压下沉通过砂石硬层后，把桩端置于更深的理想持力层。表3.1PHC桩主要参数序号桩基型号外径mm内径mm壁厚mm砼强度等级主筋mm桩身结构竖向承载力最大特征值kN1PHC桩AB500250125C8010φ10.727002PHC桩A500300100C8010φ10.723003PHC桩AB550300125C8011φ10.730504PHC桩A550350100C8011φ10.726005PHC桩AB600340130C8013φ10.735506PHC桩A600380110C8013φ10.731504工艺原理在沉桩的PHC桩下端，电焊连接一个钢质空心倒锥形的桩尖，在桩尖的前端开有出水孔，桩尖侧面开有回水孔，分别设出水、回水孔活塞，防止泥水进入桩空心腔，冲气水时依靠气水压力冲开阀门。桩穿过粘土层后，到达粗砾砂层时，采取从桩顶向桩空心腔插入水气组合管，并向组合管输入高压水和压缩空气，高压水、气冲开桩尖阀门，下放组合管使伸出桩尖外，高压水直接射到桩尖前端的砂石层，射水冲散的砂石与水混合成为砂石混合水，籍气举法将该混合水沿桩空心腔自下而上从桩尖排出。随混合水排出砂石后，沉桩阻力大减，此时，用较小的压桩力就将桩沉入粗砾砂层，如此反复一边射水排出砂石，一边静压将桩穿过粗砾砂层。桩尖穿过粗砾砂层后，达下面的粘土层，停止射水排砂石。桩机静压穿过该粘土层沉桩达设计的持力层，因桩尖进入硬层，压桩力上升到设计的终压力，沉桩结束。本法射水管喷嘴虽伸出桩尖，但砂石混合水不会沿外壁涌出地面，不会产生内冲外排现象，桩基入土段均达理想的桩侧阻力和端阻力，确保了桩的承载力。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程3水冲气举静压沉桩施工流程见图5.1图5.1水冲气举静压沉桩施工工艺流程5.2操作要点5.2.1施工准备1沉桩场地平整，压实，确保静压桩机行走、沉桩不产生大的沉陷。2严格控制桩位测量精度，尽量用全站仪进行测量放线。3开动空压机，贮气罐压力0.4～0.6MPa，贮水罐备足水，高压水泵压力试调到0.4～0.6MPa。5.2.2电焊特制桩尖1桩尖原理：桩尖构造如图5.2.26MM图5.2.2桩尖构造图PHC42电焊：静压桩机将PHC桩准确就位，桩抬离地面1m，桩尖电焊于桩帽。5.2.3粘土层沉桩仅籍桩机静压将桩压至桩尖粗砾砂层顶。5.2.4粗砾砂硬层沉桩1桩尖穿过粘土层后，到过粗砾砂硬层，从桩顶向桩空心腔插入水气组合管，向组合管输入高压水和高压气。在一般的情况下高压水、高压气压力控制在0.4～0.6MPa。高压水、气冲开桩尖出水孔和回水孔活塞。2下放组合管使其伸出桩尖外，高压水直接喷射桩尖前端的砂石层，射水冲散的砂石与水混合或砂石混合水，输入的高压气将该混合水沿桩空心腔自下而上从桩顶排出。边输入高压水、高压气，静压桩机边压桩，将桩穿过粗砾砂层。水冲气举静压工作示意图如图5.2.4。杂填土地面砂质粘土层PHC管桩桩尖回水孔活塞打开高压水气喷嘴高压汽水粗砾砂硬层出水孔活塞打开排出砂石混合水图5.2.4水冲气举静压工作示意图3停止射水排砂石，桩机静压将桩穿过硬层下的粘土层，沉桩至设计持力层，压桩力上升到设计的终压力，沉桩完成。5.2.5内冲内排法工艺的改进51现有的内冲内排法规定射水管喷嘴不得伸出桩尖，喷嘴位于桩尖内1m左右处，如喷嘴伸出桩尖或喷嘴在桩尖内10cm时，砂石混合水会沿桩外壁涌出地面，出现内冲外排现象，降低桩承载力。2本法第一步沉桩静压入土相当尝试后（入土10～20cm），在桩尖沉至粗砾砂硬层时，开始喷射高压水、气。砂石混合水无法冲破上部粘土层，上部桩侧阻力阻止砂石混合水沿桩外壁涌出地面，只能从桩空心腔自下而上从桩顶排出。3本法高压水、气压力控制在0.4～1.0MPa，随砾砂层的地质、颗粒大小、软硬程度在本范围内逐步调整。5.3劳动力组织劳动力组织情况如表5.3表5.3劳动力组织情况表序号单项工作所需人数备注1管理人员22技术人员23空压机操作工14高压水泵操作工15高压水气喷嘴操作工26桩机操作工2合计106材料与设备主机机具设备如表6.1表6.1主要机具设备序号设备名称设备型号单位数量用途1静压（液压）桩机500T台1沉桩机械2电焊机BX-300台1电焊3空气压缩机容量100L台1喷射高压气4高压水泵台1喷射高压水5高压气喷嘴自制个1喷射高压气6高压水喷嘴自制个1喷射高压水7贮水箱2m3个2贮备水8高压导管φ50、φ30套1输送高压气水9特制桩尖自制厚6mm钢板套每桩1个沉桩闭合、输气水时活塞打开10吊车利用桩机吊杆台1吊水气管、喷嘴7质量控制67.1质量控制标准桩基施工质量执行《地基与基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002，桩允许偏差按表7.1执行。表7.1PHC静压桩允许偏差表序号项目允许偏差检查方法1桩放样允许偏差单排桩10mm按测量技术要求群桩20mm2桩位偏差（每台）用钢尺测量①桩数1～3根100mm②桩数4～16根1/2桩径或边长3桩数大于16根①最外边的桩1/3桩径或边长②中间桩1/2桩径或边长4盖有基础梁的桩（H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离）用吊锤、钢尺测量①垂直基础梁的中心线100+0.01H②中间桩150+0.01H5桩体质量检验按桩基检测技术规范6承载力按桩基检测技术规范7成品桩质量：外观表面平整、颜色均匀，蜂窝面积小于总面积0.5%直观外形尺寸强度查产品合格证或钻心取样8接桩、焊桩尖、焊缝质量①上下节端部错口≤2mm用钢尺检查②焊缝咬边深度≤0.5mm焊缝检查③焊缝外观质量无气孔、无焊瘤、无裂缝直观④电焊结束后停歇时＞0.1mm秒表测定9节点弯曲矢高≤10mm＜1/1000L用钢尺量，L为二节桩长10电焊条质量设计要求查产品合格证书11压桩压力（按设计要求）±5%查压力表读数12桩顶标高±50mm水准仪7.2质量保证措施7.2.1桩基施工前，必具备完整的地质勘察资料及工程附近管线、建筑物、构筑物和其他公共设施构造情况。7.2.2对勘察资料中场地工程地质及水文地质条件进行核查，对详勘阶段遗留问题或地基处理设计中的特殊要求进行有针对性勘察，提供地基处理所需的岩土工程参数，评价现场施工条件。7.2.3当地基处理施工中发生异常情况时，进行施工勘察，查明原因，为调整变更施工处7理方案提供岩土工程参数，并提供处理的技术措施。7.2.4应在正式施工前进行试验桩施工、论证施工参数及水冲气举效果，为验证处理效果所进行的载荷试验，其施加载荷不应低于设计载荷的2倍。7.2.5施工前应对成品桩做外观检查及强度检验，接桩、焊桩尖用焊条应有产品合格书，压桩、水冲气举设备压力表应进行检定。7.2.6压桩过程中应检查压力、桩垂直度，接桩间歇时，桩的连接质量及压入深度、重要工程应对电焊接头做10%探伤检查，对承受反力的结构应力加强观测。7.2.7施工结束后，应做桩的承载力及桩体质量检验。7.2.8沉桩过程中对砂石层以上和以下的软土层不射水、气，仅籍静压入土，桩基在静压入土段达理想的桩侧阻力和端阻力，确保桩的承载力。在粗砾砂硬层射高压水气确保砂石混合水无法冲破桩侧阻力沿桩外壁涌出地面，只沿桩空心腔从桩顶排出。本法其射水和排水都不扰动沉桩过程中非粗砾砂硬层，使该段土保持理想的侧阻力。8安全措施8.0.1认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工现场实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员、操作组安全员及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。8.0.2施工现场封闭，杜绝非施工人员的进入，防止高压气、水、砂石混合水伤害。施工场地应平整，排水管道，沉淀井完备。8.0.3施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善各种安全标识。8.0.4施工现场临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规定执行。8.0.5电缆线路应采用“三相五线”接连方式，电气设备、线路必须绝缘良好。施工现场使用的手持照明灯使用36V电压。8.0.6室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置。8.0.7每天班前检查输气、水管道、破损及时更换。8.0.8现场设指挥员，用手语进行操作指挥。8.0.9建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。89环保措施9.0.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对工地施工的设备、材料、废水、生产和生活垃圾，弃渣的控制和治理。9.0.2将施工场地布置合理，规范围档，做到标牌清楚、齐全、各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.0.3喷射水气完毕，应清除废物，清除砂土，现场要保持完好，废水经沉淀后方排入管道，以避免造成污染。9.0.4对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实地措施，加强实施中的监测。将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。9.0.5设立专用的排浆沟、集浆坑、对废砂石混合水、污水进行集中处理，从根本上防止废浆乱流。9.0.6定期清除沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其他工程材料运输过程中防散落和沿途污染措施，废水按环境卫生指标进行处理，并按环保要求的指定地点排放，弃渣按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处置。9.0.7对施工场地道路进行硬化，同时尽可能避免夜间施工。10效益分析10.0.1本工法解决了PHC桩通过粗砾砂硬层的有效沉桩方法，使质优、价廉、工期短的PHC桩在有砾石硬层地质得到成功应用。10.0.2适合地质有粗砾砂硬层的桩型有冲钻孔灌注桩和预钻孔法辅助静压PHC桩。冲钻孔桩工程造价比PHC桩高出一倍以上，工期比PHC桩长二倍以上。预钻孔辅助静压PHC桩因预钻孔与静压桩的垂直度不一致或塌孔原因，常出现桩端沉降的入土深度比钻孔深度小，形成桩端下卧钻孔留下松散土和软弱层，由于两者的垂直度不一致发生断桩事故，预钻孔辅助静压沉桩同引孔很大的减小了PHC桩的侧压力，降低了桩的承载力。水冲气举沉桩解决了预钻