寒冷凍土地區(qū)靜壓樁施工工藝

-17-寒冷凍土地區(qū)靜壓樁施工工藝工法(QB/ZTYJGYGF-QL-0108-2014)第二工程有限公司楊偉才1前言1.1工藝工法概況預應力混凝土管樁是一種打入土中，長細比很大的管狀細長構(gòu)件。靜壓樁就是利用靜力壓樁機械將預應力高強混凝土管樁（簡稱PHC樁）壓入土層中的一種樁基礎(chǔ)施工方法。靜壓管樁具有多方面的優(yōu)越性，特別是在東北地區(qū)這種冬季較長的地區(qū)可以進行冬季施工，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。1.2工藝原理靜力壓樁法在樁壓入過程中，以樁機本身的重量（包括配重）作為反作用力，來克服壓樁過程中的樁側(cè)摩阻力和樁端阻力。當PHC樁在垂直靜壓力作用下沉入土中時，樁周土體發(fā)生急速而激勵的擠壓，土中孔隙水壓力急劇上升，土的抗剪強度大大降低，此時樁身很容易下沉。壓樁結(jié)束后，隨著時間的延續(xù)，樁周土體孔隙水壓力逐漸消散，土體發(fā)生固結(jié)，土體的抗剪強度逐漸恢復，并可能超過原來的強度，樁側(cè)摩阻力隨之逐步恢復和提高，從而使PHC樁獲得真正的承載能力。2工藝工法特點2.1預應力管樁能較好地適應各種軟弱地質(zhì)條件及荷載情況，樁端持力層可以取中密～密實的砂性土層、硬塑～堅硬的粘性土層、全風化巖層甚至強風化巖層；2.2不易偏心沉樁、樁身質(zhì)量可靠、強度高、穿透力強、抗腐蝕性強、節(jié)約材料、施工工效高、施工質(zhì)量易控制、造價低；2.3施工過程無噪音、無振動、無污染、無沖擊力，可減少打樁振動對地基鄰近建筑物、道路、管線等影響。3適用范圍適用于嚴寒地區(qū)地質(zhì)條件為一般黏性土及填土、淤泥和淤泥質(zhì)土、粉土、非自重濕陷性黃土等土層，提高建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)承載力。4主要引用標準《城市污水處理廠工程質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50334-2002《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50203-2009《靜壓預應力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》DB22/T497-2010《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2003《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》GB50300-20015施工方法PHC管樁靜壓法沉樁工藝原理，在樁機就位后，利用適合噸位的吊車（或壓樁機自帶的起吊設(shè)施）吊起管樁進行喂樁，通過靜壓樁機中心的夾具對樁進行夾抱，調(diào)整垂直后進行施壓。施壓時，靜壓樁機機身通過油缸支持安裝在大小步履上的小車，小車在大小步履軌道上由油缸控制運動，抱壓樁時，借助自重及配重，以液壓互聯(lián)動力系統(tǒng)方式通過夾頭相交壓力施加壓樁力，管樁在自重及配重靜壓力作用下逐漸將壓入地基土中，然后通過焊接將上下兩節(jié)管樁連接實現(xiàn)接長，并通過送樁器將樁頂送到設(shè)計標高的一種成樁工藝。6工藝流程及操作要點6.1施工工藝流程PHC管樁施工工藝流程見圖1。圖1PHC管樁施工工藝流程圖6.2操作要點6.2.1技術(shù)準備①認真熟悉設(shè)計圖紙，做好圖紙會審工作，及時解決疑難問題；按施工要求及有關(guān)規(guī)范規(guī)定做好施壓管樁前的準備工作。②認真閱讀工程地質(zhì)勘察報告，了解工程地質(zhì)情況，計算施壓管樁的配樁長度，做好管樁預購計劃工作。③目測現(xiàn)場實際情況，做好現(xiàn)場場地樁機行走方便的有關(guān)工作，確定樁機施工順序及樁機行走路線。④做好施工前的技術(shù)交底及安全交底工作，建立工程交接班制度，制定工程質(zhì)量目標和安全措施，確保施工有序、安全地進行。本項目場區(qū)層由第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系中更新統(tǒng)沖洪積粘性土和砂土、白堊紀泥巖組成。地質(zhì)情況按照既有廠區(qū)地址勘查報告進行設(shè)計。⑤據(jù)設(shè)計要求和業(yè)主交接的坐標點，對建筑物坐標進行基礎(chǔ)放樣、軸線定位的施測工作，依照地質(zhì)資料的鉆孔號編制設(shè)計圖紙的樁號順序，并根據(jù)實際情況編制，經(jīng)審核后方可組織施工。⑥進場的施工機械設(shè)備，應符合設(shè)計規(guī)范及現(xiàn)場的施工技術(shù)要求和環(huán)境要求，如：有關(guān)樁機型號、滿載重量、沖程等技術(shù)要求和樁機燥音對環(huán)境的影響等都必須滿足現(xiàn)場施工的要求。并報請監(jiān)理單位檢查確認。⑦進場的材料必須符合設(shè)計要求及有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，施工前應先行采購聯(lián)系好，并根據(jù)地質(zhì)資料報告做好管樁的樁長配制工作，使預制廠生產(chǎn)的成品樁能夠滿足施工中的要求。管樁入場前必須具備出廠合格證、檢驗報告及生產(chǎn)廠家資質(zhì)證明；樁尖必須有出廠合格證及鋼材質(zhì)量證明書；接樁采用的焊條等材質(zhì)規(guī)格應符合設(shè)計要求，并具有焊條出廠合格證。⑧施工現(xiàn)場供水、供電、道路、排水、臨設(shè)等應滿足施工要求。并有足夠的防火、安全用電保護措施及防燥音環(huán)境保護措施。⑨根據(jù)現(xiàn)場目測，場地較為平整，為了能滿足樁機施壓，將較松軟的地塊回填磚碴壓實，以便滿足樁機施工行走。6.2.2試樁為了選擇合理的施工方法和施工機具；決定樁的入土深度，使樁有足夠的承載能力，為一系列沉樁施工提供準確的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，使管樁施工滿足設(shè)計要求，進行試樁。試樁過程中使用的各種測量儀器，在使用前應進行校驗。①驗證設(shè)計采用管樁品種、規(guī)格、型號的可行性選擇與設(shè)計樁身長度、規(guī)格相同的預應力管樁進行試樁，進入強風化巖。②驗證《地質(zhì)勘查報告》的準確性首先試壓樁的規(guī)格長度及地質(zhì)條件應具有代表性，試壓樁選在地質(zhì)勘查技術(shù)孔附近，試壓前應在樁身上劃出以1m為單位的長度標記，并按從下自上順序表明樁的長度，以便觀察樁的入土深度記錄該深度的壓力值，并做好試樁記錄。③判斷樁如持力層的壓力標準根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（GB50202-2002）要求，樁端承載力進入持力層深度不小于1.0m。所以必須對樁端進入持力層瞬間進行準確判斷，以保證樁端進入持力層足夠的深度。樁端是否進入持力層瞬間可根據(jù)三方面進行判斷：⑴根據(jù)《地質(zhì)勘察報告》管樁入土深度與地質(zhì)報告基本吻合；⑵進入持力層壓樁力短時間內(nèi)突變，表明進入持力層；⑶壓力表顯示壓樁力達到該持力層所應有的承載力標準。按試樁記錄表顯示，壓樁力在短時間內(nèi)壓樁反力發(fā)生突變，一分鐘內(nèi)由1312KN上升至2132KN,這時管樁入土深度為16米，與《地質(zhì)勘察報告》顯示持力層位置基本相符，故可以斷定管樁穿透第⑧層強風化泥巖后壓力達2132KN，按設(shè)計以2.4倍Ra即1032KN作為判斷管樁進入持力層的壓力標準。④確定管樁進入持力層深度控制標準當壓樁力達到1032KN時確定管樁以進入持力層。進入持力層后進行送樁，進入持力層深度以送樁長度為準。⑤選擇持荷方案（確定持荷力、持荷時間、持荷沉降量）采用靜壓樁法沉樁達到壓樁力要求以后必須持荷穩(wěn)定，若不能穩(wěn)定必須再持荷，一直到持荷穩(wěn)定為止?？紤]儀表精度、讀表誤差、安全保證等因素持荷力取稍大于樁的豎向承載力特征值的2.0倍。可采用兩種方法持荷：⑴持荷5分鐘；⑵二次持荷，每次2分鐘，間隔5分鐘，穩(wěn)定標準為壓力值不降低，樁身基本無沉降。持荷力選用1312KN。⑥確定配樁方案根據(jù)管樁的生產(chǎn)條件、施工條件及運輸條件確定，減少接樁，考慮可行性和經(jīng)濟性選用7+9m（PHC-400-AB-95規(guī)格管樁）。6.2.3測量放線（1）坐標控制點、高程控制點及建筑物場地內(nèi)的軸線控制點，均設(shè)置在打樁施工影響區(qū)域之外，距離群樁的邊緣不少于20米，并及時定期進行校核。（2）據(jù)提供的測量基準點用經(jīng)緯儀放出各軸線，由專職測量員定出樁位，樁位施放誤差不得大于20mm，樁中心插上鋼筋或竹簽，周圍撒上白灰線作標志，便于打樁時樁位的查找。（3）每根樁施工前均用經(jīng)緯儀進行復測，樁位中心相對于中間倒點的誤差不大于5mm，相對于行列線的誤差不大于10mm，并請監(jiān)理人員檢查驗收，合格后方可轉(zhuǎn)入下道工序施工。（4）施工過程中，對測量控制點定期核對，每5天不少于一次，施工過程中對樁位隨時檢查修正樁位，確保樁位準確無誤。（5）施工區(qū)附近設(shè)4個以上不受打樁影響的水準點，以便控制送樁時樁頂標高，每根樁送樁后均須作標高記錄。6.2.4樁機就位（1）靜力壓樁機移至樁位處，頂升牛腿油缸，使底盤處于水平狀態(tài)。（2）以導向壓樁架為準，用垂球?qū)蕵段?，并調(diào)整樁體垂直度。6.2.5插樁（1）管樁起吊就位：將吊索套在樁端0.35L(L為樁長)處單點起吊，由樁機自帶吊臂運送至樁機前，并喂入樁機夾持器內(nèi)。（2）操縱夾持橫梁內(nèi)的四個夾持油缸作夾持動作夾緊樁管。（3）啟動壓樁油缸，將樁壓入土中0.5m后，用雙向經(jīng)緯儀校正樁身垂直度。6.2.6壓樁（1）主油缸作伸程動作，當油缸達到最大行程后，夾持油缸、主油缸回程，重復上述夾持、伸程動作，將樁逐漸壓入土中。（2）沉樁時樁身應垂直，垂直度偏差不得超過05%L，距樁機不受影響范圍內(nèi)，成90°方向設(shè)置經(jīng)緯儀各一臺控制校準垂直度。（3）壓樁應連續(xù)進行，當壓樁力已達到控制終壓值時，應隨即進行穩(wěn)壓。穩(wěn)壓不少于3次，每1min，測定其最后各次穩(wěn)壓時的貫入度。6.2.7接樁當下節(jié)樁壓到露出地表1m左右時，應接上節(jié)樁。接樁前先將下節(jié)樁頂清洗干凈，加上定位板，然后把上節(jié)樁吊放在下節(jié)樁端板上，將上、下樁段接直，上焊條采用E4303，焊縫必須連續(xù)、飽滿，質(zhì)量不低于二級。焊縫自檢合格并經(jīng)監(jiān)理人員驗收后方可繼續(xù)壓柱。接樁采用2臺電焊機同時分層對稱焊接，上下樁中心線的偏差不大于5mm，節(jié)點彎曲矢高不得大于樁段的0.1%。6.2.8送樁（1）一根樁原則上應一次壓入，中途不得人為停頓，確需停壓時，亦應盡量縮短壓樁時間，壓樁至送樁的間隔亦不宜過長，必須連續(xù)完成整根樁的施工，以防停頓時間過長造成樁周土固結(jié)而出現(xiàn)壓樁困難或不能壓入。（2）送樁時預先算好送樁深度，在送樁器上作出明顯標志，用水準儀嚴格控制，以保證樁頂標高準確，樁頂標高允許偏差為-50～0mm。6.2.9終止壓樁根據(jù)設(shè)計樁端阻力特征預估值計qpa=1200Kpa，單樁豎向抗壓承載力特征預估值Ra=430KN，結(jié)合《巖土工程勘察報告》確定的大致范圍，施工中實際樁長以終壓值（2.4倍Ra，即1032KN）與預估樁長（12m）進行雙控。6.2.10樁體施工允許偏差，如表1。表1樁體施工允許偏差序號項目允許偏差（mm）1樁身垂直度1％2截樁后的樁頂標高±103樁頂平面柱下單樁80單排或雙排條型樁樁基(1)垂直于條形形樁基縱向軸軸的樁(2)平行于條形形樁基縱向軸軸的樁1001504承臺樁數(shù)為2―――4根的樁1005承臺樁數(shù)為5―――16根的樁周邊樁中間樁100D/3或150兩兩者中較大者者6承臺樁數(shù)多于166根的樁(1)最外邊的樁樁(2)中間樁150D/27勞動力組織預制管樁施工勞動力組織見表2。表2施工勞動力組織表序號工種數(shù)量備注1管理人員1人負責現(xiàn)場施工組織織2技術(shù)人員1人負責施工記錄，過過程分析及質(zhì)質(zhì)量控制3機械操作人員2人按1個工作日配置4電工、修理工1人5電焊工2人接樁6其他工人1人8主要機械設(shè)備主要機械設(shè)備配置見表3。表3主要機械設(shè)備配置表設(shè)備名稱型號功率生產(chǎn)能力數(shù)量抱壓式液壓壓樁機機DZY800128KW良好1電焊機BX-30025KVA良好1水泵QJ105.5KW良好1配套系列設(shè)備：水水準儀，全站站儀各一套。9質(zhì)量控制9.1易出現(xiàn)的質(zhì)量問題9.1.1因存在冰凍土層，易造成斷樁及樁的偏斜。9.1.2東北地區(qū)冬季降雪量較大，管樁的定位點尋找困難。9.1.3氣溫低，樁的焊接質(zhì)量不易保證。9.1.4氣溫特別低時，液壓油易凝固。9.2保證措施9.2.1第一合理設(shè)計，設(shè)計管樁基礎(chǔ)時應根據(jù)現(xiàn)場實際情況，詳細分析地質(zhì)資料和勘察周邊環(huán)境，采用最合適的樁距。第二合理安排施工順序，應堅持先中間后四周的對稱施工方法，且先施工承載力較大或較長的樁。第三取土引孔法，當施工中發(fā)現(xiàn)基樁難以壓入時應立即采取措施，最有效的方法時取土引孔壓樁法。但應注意以下幾點：①在壓縮性較差的土體中施工，引孔孔徑應比樁徑小50~100mm；②引孔深度既要考慮土層性質(zhì)，又要注意估計實際壓入樁長，以保證不會因為引孔過深過大而減弱樁的端承力和摩阻力，一般控制在樁長的30%~50%；③引孔時應合理組織施工，做到隨引孔隨壓樁，不能讓空孔暴露時間過長，以免地下水滲入孔內(nèi)硬氣榻孔或地下水泡軟樁端土層使樁端土承載力降低。第四局部融化凍土，利用東北地區(qū)種植莊稼的大量冬儲秸稈燃燒所釋放的熱量融化凍土層，然后清理灰燼，樁機就位開始壓樁。9.2.2靜壓樁在施工之前，定位點應選取顏色反差較大的材料做出標識。9.2.3樁接長焊接時，一方面要做好防護措施，應有擋風保溫圍擋結(jié)構(gòu)，環(huán)境溫度低于-20℃不易施焊，，焊后未冷卻的接頭嚴禁碰到冰雪。另一方面采用工人輪換作業(yè)制，提高工人的操作水平，使工人處在最好的工作狀態(tài)，最大限度地減少不必要的時間損失。9.2.4為使靜壓樁機處于正常的工作狀態(tài)，首先應做好主機的保溫工作，選取操作室內(nèi)配有電暖器的樁機，不工作時開啟電暖器可以使得下次工作時樁機比較容易啟動。其次在開始壓樁前提前開動樁機，使樁機預熱，壓樁時就可以正常工作。最后采用加有防凍液的液壓油可以減少液壓油的凝固程度。10安全控制10.1主要安全風險分析預制打入樁施工的主要風險源有高空作業(yè)、物體打擊、機械傷害等。10.2保證措施10.2.1組織措施堅持執(zhí)行施工前的安全技術(shù)交底會議制度、定期召開安全工作會議，開展安全活動，認真執(zhí)行安全規(guī)程和操作要求，嚴禁違章作業(yè)，杜絕各類事故發(fā)生。每天記錄安全日記。10.2.2用電措施①所用配電箱采用建設(shè)部規(guī)定的建筑施工統(tǒng)一的配電箱，實行“一機、一閘、一漏、一箱、一鎖”。主要電纜沿四周圍墻架空安設(shè)。主要配電箱均作接地，以防止感應電傷人。②照明線路不能與動力線路混用，樁機使用的電纜，必須嚴格檢查，不能使用絕緣性能差的或有破損的電纜。③電器檢修時必須斷電操作，嚴禁帶電操作，并掛下警示牌。樁機移位時，須有專人指揮，專人照看電纜，防止電纜壓壞損傷。④移動電器、修理電器由專業(yè)電工進行，非專業(yè)人員嚴禁操作。10.2.3防火措施鉆機、食堂、宿舍及材料倉庫均設(shè)置滅火器。施工現(xiàn)場禁止明火，禁止用電爐、電熱棒燒開水。10.2.4樁工機械運輸安全①合理選用運輸車輛，裝車堆放要捆牢，避免超高、超寬。②裝卸要明確分工，統(tǒng)一指揮，吊卸所用索具要經(jīng)常檢查，如有問題應立即更換或妥善處理。③起吊物件時，應遵守安全操作規(guī)程，要環(huán)視四周不得碰撞。10.2.5裝拆樁工機械安全①工作前，班機長應進行安全交底。②裝拆前應詳細檢查各部機件是否安全可靠。③安拆機架時，底盤應放在平坦堅實的地面上，重大機件應運到距機身2m范圍內(nèi)，避免斜拉。④高空作業(yè)要掛安全帶，地面作業(yè)要戴安全帽。10.2.6打樁作業(yè)安全①作業(yè)前，工長要向班組進行全面交底，并有交底手續(xù)。②各個工序均應遵守安全操作規(guī)程。③班機長作業(yè)前，要明確分工，統(tǒng)一信號，統(tǒng)一指揮。④起吊樁構(gòu)件，不得碰撞，吊物下不得有人穿行。⑤作業(yè)人員禁止酗酒，操作時精神要集中，發(fā)現(xiàn)異常應立即停機，遇有惡劣氣候，按規(guī)定停止作業(yè)。⑥打樁作業(yè)時不得進行維修保養(yǎng)，所有電器非電工人員不得亂動，以防觸電。⑦打樁作業(yè)停止時，應立即切斷電源，樁機停放在合適的位置。⑧新工人進場要進行安全教育。安全人員應經(jīng)常到現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)不安全因素及時解決。11環(huán)保措施11.1加強對現(xiàn)場職工進行文明施工與環(huán)境保護意識教育，保持良好的施工環(huán)境和施工秩序。11.2加強現(xiàn)場管理，各種建材及周轉(zhuǎn)材料及半成品合理安置，整齊堆放。11.3現(xiàn)場懸掛各種施工標志牌，安全警示牌等，各項管理管理制度操作規(guī)程張貼上墻，展示清楚。11.4建立防火責任制和防火管理制度，重點部位配備合適的滅火器材。11.5運輸車輛采取遮蓋措施，防止遺留、楊塵。出場車輛沖洗干凈，不得帶泥上路。11.6做好設(shè)備維修保養(yǎng)，盡量降低設(shè)備工作噪聲，現(xiàn)場施工人員不得高聲喊叫，敲打各類金屬器具，嚴格控制人為噪聲。安排好施工人員食宿、洗澡等生活設(shè)施，加強食堂和生活區(qū)的管理，保障飲食衛(wèi)生和生活環(huán)境衛(wèi)生，生活設(shè)施要符合衛(wèi)生部門的要求。生活廢水、廢渣集中堆放，不得污染周圍水體及環(huán)境衛(wèi)生。11.7管樁堆放場地應堅實、平整并有排水措施。堆放時按規(guī)格長度分類堆放。12應用實例12.1工程簡介長春市北郊污水處理廠擴建及提標改造工程位于長春市環(huán)城北路北郊污泥處理廠兩側(cè)，原污水處理廠現(xiàn)有規(guī)模為38.2×104m3/d，實際運行出水水質(zhì)滿足國家一級B排放標準。新建污水處理廠經(jīng)改擴建后處理能力達到原規(guī)劃規(guī)模78×104m3/d及污水經(jīng)深度處理后出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的一級A標準，污水進廠后經(jīng)三級處理設(shè)施后直接排放入伊通河。建筑物基礎(chǔ)采用靜壓預應力混凝土管樁，采用