沖孔灌注樁與鋼管柱一體化施工創(chuàng)新

1、逆 作 法 施 工沖孔灌注樁與鋼管柱一體化施工創(chuàng)新廣東省第四建筑工程公司廣東省第四建筑工程公司一體化一體化QCQC小組小組2013年3月26日匯報人：吐爾洪太潘海爾丁簡要 一、 工程概況 二、 QC小組概括 三、 選擇課題 四、 設定課題目標 五、 提出方案并確定最佳方案 六、 制定對策 七、 對策實施 八、 效果檢查 九、 鞏固措施 十、 總結(jié)及今后打算一、工程概況 該工程總建筑面積為1088310883，地上7 7層主體結(jié)構(gòu)類型為鋼框架，地下三層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。建筑屋面標高28.55m28.55m；地下開挖深度21.821.8米。該工程采用整體逆作法設計施工。工程樁為沖孔灌注樁，直徑為1

2、200mm1200mm1800mm1800mm，設計長度9.89.8米16.16.米；共計2727根樁基；豎向承重結(jié)構(gòu)為鋼管混凝土柱，直徑為、600mm600mm630mm630mm，鋼管柱長度：19.0519.05米23.523.5米共計2727根鋼管柱。二、QC小組概況1. 1. QCQC小組簡介小組簡介 QCQC小組內(nèi)容簡介小組內(nèi)容簡介 （表2-1）審核人：審核人： 周宇周宇 制表人：制表人： 吐爾洪太吐爾洪太. .潘海爾丁潘海爾丁 制表時間：制表時間：20112011年年3 3月月2323號號2. QC小組成員小組成員 三、選擇課題、選擇課題 原逆作法設計圖紙中，要求沖孔灌注樁與鋼管柱

3、施工時，鋼管柱底部采用封底板，沖孔樁混凝土澆注至設計標高后，吊裝鋼管柱，利用地面定位井架定位后，插入樁頂混凝土內(nèi)，插入深度為樁頂標高以下1.0001.000米, ,如圖( (圖3-1)3-1)所示。圖3-13.1. 問題的提出問題的提出由于設計圖紙建議的由于設計圖紙建議的“插入法插入法”施工工藝存在鋼管柱定位及垂直施工工藝存在鋼管柱定位及垂直度控制、糾偏等方面的不足。度控制、糾偏等方面的不足。按照規(guī)范要求及設計說明，按照規(guī)范要求及設計說明，沖孔樁混凝土澆注至設計標高時，沖孔樁混凝土澆注至設計標高時，會出現(xiàn)會出現(xiàn)700mm800mm厚的浮厚的浮漿，因此，實際施工時，漿，因此，實際施工時， 如圖如

4、圖3-2所示。故此，鋼管柱底所示。故此，鋼管柱底端在水下定位及垂直度控制存在端在水下定位及垂直度控制存在隱患，并無從驗證垂直度。隱患，并無從驗證垂直度。鋼管柱封底板已插入混凝土1700mm1800mm;具體分析如下：具體分析如下：（1）原設計）原設計“插入法插入法”工藝，工藝，入深度為樁頂標高以下入深度為樁頂標高以下1.000米。米。鋼管柱封底板已插入鋼管柱封底板已插入1700mm1800mm， （2 2）原設計“插入法”施工工藝中，樁與鋼管柱混凝土分兩次澆注，進入導管法澆注鋼管柱內(nèi)混凝土時，需要分35次分段拆卸導管。因此，澆注鋼管柱時，澆注作業(yè)對已經(jīng)定位完畢的鋼管柱造成二次干擾。由于鋼管柱底

5、封底，鋼管柱內(nèi)注滿混凝土后，鋼管柱毛重達到19.6噸以上，若鋼管柱發(fā)生偏移，糾偏將十分困難。 3.2、 課題確定課題確定 為了保障鋼管柱底端平面定位精度及鋼管柱整體垂直度，避免澆注混凝土時的二次干擾問題，QCQC小組通過施工方案的對比，通過分析施工方案的質(zhì)量、安全、進度、經(jīng)濟等多項指標，選擇符合規(guī)范要求及設計說明的沖孔灌注樁與鋼管柱一體化施工方案。四、設定課題目標四、設定課題目標1. 1. 課題目標通過沖孔灌注樁與鋼管柱一體化施工創(chuàng)新，一次性完成樁與柱定位與澆注工序。2. 2. 目標可行性分析（1 1）可以通過設計驗算，降低鋼管柱內(nèi)混凝土標號，提高沖孔灌注樁混凝土標號，增加鋼管柱壁厚等手段，使

6、沖孔樁與鋼管柱混凝土標號統(tǒng)一，可以為一體化施工創(chuàng)造連續(xù)施工的基本的技術(shù)條件。（2）特制液壓千斤頂組合定位器，提出新的定位工藝及垂直度控制措施，與現(xiàn)有的導管法澆注工藝結(jié)合，并編寫專項施工方案后予以實施。（3 3）嚴格把關(guān)施工團隊技術(shù)交底工作，可確保技術(shù)方案順利實施。（4 4）經(jīng)過定位精度質(zhì)量、施工安全、整體進度、經(jīng)濟造價等多項指標的對比分析，可驗證創(chuàng)新一體化施工工藝所擁有的實用價值。（5 5）本小組的技術(shù)力量強、創(chuàng)新意識強，施工團隊有多年豐富的沖孔灌注樁施工及地下鋼管柱安裝施工經(jīng)驗，能群策群力，可以完成QCQC課題任務。五、提出方案并確定最佳方案提出方案并確定最佳方案 QCQC小組成員通過“頭腦

7、風暴法”集思廣益對一體化施工方案進行討論，繪制親和圖加以歸類. . 親和圖如圖5-15-1所示。圖5-1沖孔灌注樁與鋼管柱一體化施工方法創(chuàng)新性HPE機械垂直插入法施工方案樁與柱一體化施工“插入鋼管柱”法施工HPE機械定位精定位精度高度高安全可靠安全可靠定位速度快定位速度快設備使用場所設備使用場所要求高要求高機械費用高機械費用高自制定位器定位精定位精度滿足規(guī)度滿足規(guī)范要求。范要求。施工速度快施工速度快安全可靠安全可靠施工工藝無先施工工藝無先例可借鑒，有例可借鑒，有風險。風險。經(jīng)濟適用經(jīng)濟適用易于工人掌握易于工人掌握定位原理簡單施工速度快機械投入較少經(jīng)濟性優(yōu)越定位精度低，垂直度控制時易造成質(zhì)量事故

8、（原設計建議施工方法）匯總共提出了三種主要施工方案：匯總共提出了三種主要施工方案： 方案一、HPE機械垂直插入法施工方案； 方案二、特制千斤頂組合定位器一體化施工方案； 方案三、原設計“插入鋼管柱”法施工方案；1. 方案對比、分析方案對比、分析3. 確定最佳方案確定最佳方案 3.13.1方案各項指標的論證過程 針對方案一、二、三的初步結(jié)論，從方案定位精度、施工進度、經(jīng)濟性進行進一步論證： A.A. 平面定位精度、垂直度控制指標對比論證: : 精度控制依據(jù)：鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（G GT T50205-200150205-2001規(guī)范 附錄表E.0.1E.0.1）本工程柱軸線垂直度按照本工

9、程柱軸線垂直度按照“單層柱，單層柱，H10m”考慮，如下表：考慮，如下表：A.A.結(jié)論：雖然方案一、二、三最終均能滿足規(guī)范要求，但方案實施過程中，只有方案一、二依靠定位器，而方案三則未通過定位器實現(xiàn)施工精度。方案三中，為了達到規(guī)范要求的施工精度，封底鋼管柱將插入至設計標高后復測平面定位、驗證垂直度、確認標高合格后方可澆注鋼管柱。在這三項指標中，假如有任一項達不到規(guī)范要求，則拔起鋼管柱重新插入至設計標高，然后再復測，直至施工精度滿足規(guī)范要求。因此，反復插入定位造成如下缺陷隱患：（1 1）水下樁頂（鋼管柱底）節(jié)點混凝土臨界層受反復擾動，水會比增大。鋼管柱封底板下附著浮漿，造成節(jié)點質(zhì)量出現(xiàn)隱患。（2

10、 2）封底鋼管柱澆注混凝土后重量可達1919噸，由于沒有定位器等輔助設備，若出現(xiàn)定位偏差，靠人力或地面機械設備“生拉硬拽”，無法完成定位糾偏，勢必出現(xiàn)質(zhì)量事故。故此，排除存在較大質(zhì)量隱患的方案三；對方案一、二進行下一步的施工進度論證。B B.方案一與方案二方案一與方案二施工進度論證：施工進度論證： 影響施工進度的主要因素有人、機、料、法、環(huán)。其中，在本次對比中，由于人、料、環(huán)因素對兩個方案的實施進度的影響是等效的，因此，可暫且忽略。根據(jù)方案一（HPEHPE直插法）方案與方案二（樁柱一體化施工）的設備機械特色、施工方法特點繪制出簡易流程圖及進度計劃對比圖：樁混凝土澆注完成。樁混凝土澆注完成。HP

11、E插入機插入鋼管柱。插入機插入鋼管柱。HPE垂直插入機械就位對中。垂直插入機械就位對中。吊裝鋼管柱。吊裝鋼管柱。調(diào)整調(diào)整HPE垂直插入機水平度。垂直插入機水平度。重力平衡。重力平衡。鋼管柱孔口固定。鋼管柱孔口固定。HPE插入機移位。插入機移位。鋼管柱四周回填砂石并排漿。鋼管柱四周回填砂石并排漿。鋼管柱內(nèi)澆注混凝土。鋼管柱內(nèi)澆注混凝土。拆除工具柱并回填孔口拔出干護筒。拆除工具柱并回填孔口拔出干護筒。沖孔灌注樁定位、沖孔清孔。沖孔灌注樁定位、沖孔清孔。復測定位、垂直度監(jiān)控。復測定位、垂直度監(jiān)控。樁鋼筋籠吊入孔口。樁鋼筋籠吊入孔口。下鋼管柱。下鋼管柱。特制定位器就位并平面定位。特制定位器就位并平面定

12、位。導管法澆注沖孔樁。導管法澆注沖孔樁。導管法澆注地下鋼管柱。導管法澆注地下鋼管柱。鋼管柱頂部溢出新鮮鋼管柱頂部溢出新鮮/清潔砼料。清潔砼料?；靥羁展芏??；靥羁展芏?。 方案一（方案一（HPE直插法）：施工簡易流程圖：直插法）：施工簡易流程圖：方案二（樁柱一體化施工）：施工簡易流程圖：方案二（樁柱一體化施工）：施工簡易流程圖： 方案一（HPEHPE直插法）：施工進度計劃如下圖所示：方案一預計完成天數(shù)為：方案一預計完成天數(shù)為：4天天12小時。小時。 方案二（樁柱一體化施工）：施工進度計劃如下圖所示： 方案二預計完成天數(shù)為：方案二預計完成天數(shù)為：4天天7小時。小時。B.B.結(jié)論：綜合施工施工理論進度

13、對比：兩個方結(jié)論：綜合施工施工理論進度對比：兩個方案完成案完成單樁所需時間差僅為單樁所需時間差僅為5小時小時，累計完累計完成成27根樁與鋼管柱施工后根樁與鋼管柱施工后，方案一比方案方案一比方案二提前二提前5天天7小時完成小時完成所有樁與柱的施工任務。所有樁與柱的施工任務。C.方案一與方案二的方案一與方案二的經(jīng)濟性對比論證：經(jīng)濟性對比論證：方案一（HPEHPE直插法）的經(jīng)濟性分析：HPEHPE液壓垂直插入定位機屬于專利設備，目前在建筑市場上不多見，佛山南海一項大型公共建設項目中引用該定位工藝設備，據(jù)資料顯示，定位費用在5 5至8 8萬元/ /鋼管柱。 該費用已包含人工回填碎石保護費用。應用該專利

14、設備定位，估算本工程定位費用單價約為6.36.3萬元/ /鋼管柱。合計定位費用為6.36.327=170.127=170.1（萬元）方案二（樁柱一體化施工）的經(jīng)濟性分析：鋼管柱定位費用： 包干價（以1400mm1400mm沖孔樁與鋼管柱一體化施工單價為例，包括的機械、人工、特制千斤頂定位器費用）；計：1150011500元/ /鋼管柱。回填碎石臨時定位費用：人工費計：12001200元/ /鋼管柱；機械配合費計：900900元/ /鋼管柱；該工藝費用主控項目費用計算方式：（鋼管柱定位費+ +回填碎石臨時定位費）鋼管柱數(shù)量= =（1.15+0.12+0.091.15+0.12+0.09）27=3

15、6.7227=36.72（萬元）C.結(jié)論：方案一與方案二費用差價高達結(jié)論：方案一與方案二費用差價高達133.38萬元萬元。HPEHPE液壓垂直插入定位機是高度機械化的現(xiàn)代化自動定位設備，其功能優(yōu)越、快速而精確定位、安全又有質(zhì)量保障。但目前，作為現(xiàn)代化定位設備的參考設備，其設備研發(fā)、使用成本過高。中小型鋼結(jié)構(gòu)建設項目中應用與推廣工作還有一定的阻力。綜合以上施工精度、工期以及經(jīng)濟性等指標的分項論證結(jié)論，結(jié)果歸納如下表所示：3.2最佳方案的確認最佳方案的確認 經(jīng)過針對方案一、二、三的初步結(jié)論，從方案定位精度、施工進度、經(jīng)濟性進行進一步論證得出：一體化施工方案二-特制千斤頂組合定位器定位一體化施工方案

16、為最佳施工方案。六、制定對策1. 關(guān)鍵工序確定關(guān)鍵工序確定沖孔樁沖孔樁與鋼管與鋼管柱一體柱一體化施工化施工工藝流工藝流程圖：程圖：一體化施工工藝流程動畫演示：動畫演示：鋼管柱樁基鋼筋籠沖孔樁孔液壓千斤頂定位器預定位預定位初定位定位器微調(diào)回填法校正回填法校正初定位下一頁垂直度監(jiān)控：兩臺全站儀平面成90度角布置。全程監(jiān)測定位垂直度；混凝土料斗回填碎石鋼管柱內(nèi)砼頂升砼浮漿、雜質(zhì)從管口溢出！回填法校正回填法校正 綜合考慮工期、質(zhì)量、安全等因素確定了如下關(guān)鍵施工工序： （1)1)特制千斤頂進行精確定位； （2)2)混凝土灌注至鋼管柱底; ; （3)3)鋼管柱與樁孔之間回填碎石兼測量監(jiān)控； （4)4)鋼管

17、柱內(nèi)繼續(xù)澆筑砼至柱頂泛潔凈砼; ;2、繪制對策表、繪制對策表針對施工過程中的關(guān)鍵工序，小組成員采用“5 5W W1H”1H”的方法制定了具體的施工對策。 對策表（續(xù)）七、對策實施七、對策實施 1. 1. 實施一 特制千斤頂進行精確定位; ; 編制沖孔灌注樁與鋼管柱一體化施工專項方案，并根據(jù)審批方案圖紙?zhí)刂魄Ы镯斀M合定位器、做好定位器平臺硬化. .圖圖7-1 模擬圖模擬圖圖圖7-2 特制千斤頂現(xiàn)場特制千斤頂現(xiàn)場圖圖7-3 施工現(xiàn)場全站儀施工現(xiàn)場全站儀復核平面定位及復核平面定位及標高標高.圖圖7-4施工現(xiàn)場全站儀施工現(xiàn)場全站儀復核平面定位及復核平面定位及標高標高.實施一效果： 20122012年1

18、010月2525日完成了地下室底板開挖工作，利用系統(tǒng)抽樣法對一體化施工的2323支鋼管柱抽選復測(G1#G23#(G1#G23#鋼管柱，分三組，每組抽選兩個鋼管柱進行復測），復測數(shù)據(jù)如下：實施二：為了確保一體化施工工藝中的樁與柱混凝土一體化澆注作業(yè)安全可靠，根據(jù)鋼管柱與定位器標高，按照一體化施工方案措施內(nèi)容，現(xiàn)場焊接混凝土澆注專用卸料操作平臺，如圖所示：圖圖7-6用卸料操作平臺及頂部示意圖用卸料操作平臺及頂部示意圖 圖圖7-7現(xiàn)場卸料平臺的使用情況現(xiàn)場卸料平臺的使用情況 實施2 2效果：通過地基樁基礎及地下鋼管柱鉆芯法檢測，超聲波透射法檢測樁身完整性，受檢樁基樁身完整，其統(tǒng)計結(jié)果見下表： 圖7

19、-9 樁基抽芯檢測芯樣完整從鋼管柱內(nèi)側(cè)實施導管法澆注作業(yè)時，根據(jù)連通器原理，當鋼管柱內(nèi)的混 凝土頂升至設計樁頂以上時，鋼管柱外的樁頂混凝土也隨之一并頂升，使其保持鋼管柱內(nèi)、外的漿液面同步提升。為了防止管外混凝土超出設計標，根據(jù)一體化施工方案對策，對管外混凝土達到設計標高后，經(jīng)測量繩測量管外混凝土標高確認無誤后，將安排人工同步回填碎石，防止混凝土從鋼管柱外頂升。實施三：實施三： 鋼管柱與樁孔之間回填碎石兼測量監(jiān)控鋼管柱與樁孔之間回填碎石兼測量監(jiān)控; 實施三效果：經(jīng)過對策方案的順利交底與實施，防止頂升措施發(fā)揮效力，反壓碎石效果顯著，有效保護了沖孔灌注樁與鋼管柱水下節(jié)點的施工質(zhì)量。圖圖7-11 回填

20、效果顯著，成功壓住了樁頂混凝土。回填效果顯著，成功壓住了樁頂混凝土。1. 1. 實施四 鋼管柱內(nèi)繼續(xù)澆筑砼至柱頂泛潔凈砼; ;在一體化施工澆注現(xiàn)場，如何驗證樁頂混凝土質(zhì)量？怎么區(qū)分樁頂混凝土及鋼管柱頂升混凝土與浮漿？這是一體化施工課題所面臨的問題，也是本課題要解決的問題。根據(jù)QCQC小組以小組成員“頭腦風暴法”會議上提出問題與解決方法中，“浮漿也同步上升”理念是解決浮漿問題的關(guān)鍵所在。通過QCQC會議，進一步優(yōu)化一體化施工方案，方案中明確提出，在施工現(xiàn)場通過人工同步回填碎石至孔口， 使鋼管柱內(nèi)混凝土順利頂升至地面以上的鋼管柱口，并從管口溢出。這是管內(nèi)浮漿的最佳排泄通道。通過目測溢出漿料的顏色，

21、接近泥土顏色的漿料排盡后，觀察溢漿口是否有混凝土粗集料翻出，或無法確認顏色及粗集料時盛取一些樣本混凝土，現(xiàn)場試驗塌落度，塌落度接近攪拌車進場時的塌落度試驗數(shù)據(jù)，則判斷樁頂混凝土及鋼管柱頂升混凝土預計能滿足設計強度要求。 實施四的效果：通過一體化施工方案認真實踐，達到了預期處置浮漿的目的，成功解決了“怎樣區(qū)分樁頂混凝土及鋼管柱頂升混凝土與浮漿？”難題。課題實踐成果對比圖詳看如下圖。圖圖7-14尚未硬化的溢出混凝土；尚未硬化的溢出混凝土； 圖圖 7-15達到設計強度時的管口混凝土達到設計強度時的管口混凝土八、效果檢查八、效果檢查1. 1. 目標完成情況通過沖孔灌注樁與鋼管柱一體化施工創(chuàng)新與反復論證

22、，利用定位原理，通過特制千斤頂組合定位器精確而快速完成定位工序。采用導管法澆注工藝，通過組合應用，完成沖孔樁與鋼管柱澆注工序。各項指標的完成情況： 2. 2. 經(jīng)濟效益一、采用創(chuàng)新性一、采用創(chuàng)新性“沖孔樁基礎與鋼管混凝土沖孔樁基礎與鋼管混凝土柱連續(xù)柱連續(xù)( (同步同步) )施工工藝施工工藝” 費用費用36.7236.72（萬元）（萬元）二、若本工程采用二、若本工程采用“電氣液壓定位、靜壓設電氣液壓定位、靜壓設備備”法（法（HPEHPE工法）定位工法）定位170.1170.1（萬元）（萬元）三、施工工藝經(jīng)濟效益對比：三、施工工藝經(jīng)濟效益對比：工藝應用對比值：工藝應用對比值：=170.1-36.72=133.38（萬元）（萬元）所產(chǎn)生的直接經(jīng)