发明内容
本发明的目的在于解决现有针对复杂的填海地质的管桩的施工方法不能很好地克服填石层质地坚硬,地基岩岩质致密坚硬,岩体标高分布不均的技术问题而造成的施工工期长、施工成本高、施工质量不佳的缺点,提供一种应用于填海地质的静压预应力管桩的施工方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:应用于填海地质的静压预应力管桩的施工方法,其特征在于,所述施工方法包括以下步骤:
施工准备:测量人员根据设计图纸所提供的平面控制点及高程控制点绘制放样详图,再根据所述平面控制点及所述高程控制点在施工场地预埋控制基点;
测量放线:根据设计图纸,在施工场地上测放桩位点;
钻孔准备:将具有高风压气动装置的长螺旋钻机引入施工场地,并对长螺旋钻机的钻具、空压机进行技术检测、安装和调试,保证长螺旋钻机设备完好率不低于90%;
钻孔施工:在所述长螺旋钻机的旋转和冲击的双重作用下对测放的所述桩位点进行钻孔并冲破岩层;
再次测量放线:再次根据施工图纸,在施工场地上复核已经钻孔完成的所述桩位点;
桩机就位:合理选择静压桩桩机,并且按照压桩顺序将静压桩桩机移至已经钻孔完成的所述桩位点上,使静压桩桩机的夹持口中心对准所述桩位点;
起吊预制桩:将预制桩吊至所述静压桩桩机的夹具中,并对准所述桩位点,夹紧并放入土中,并将所述静压桩桩机调至水平并稳定;
对桩:所述预制桩的桩尖插入所述桩位点后,测量所述预制桩的桩身垂直度,使所述预制桩的桩身垂直度偏差不超过0.5%;
压桩:将所述预制桩平稳压入土中,压桩时详细记录压桩过程中的压力、桩的入土深度、桩尖入持力层深度以及桩穿过各土层时的压力值;
接桩:待所述预制桩压至距离地面1M左右时,将另一根预制桩与已经压入土中的所述预制桩进行对接,两根相邻的所述预制桩通过焊接固定;
送桩:根据设计要求,将所述预制桩送到设计标高;
质量检查:对所述压桩步骤中终止压桩时的压力值(终压值Q)进行检测,并控制终压值Q的大小以确保压桩到设计深度;
转移桩位:移动所述静压桩桩机至下一个所述桩位点处;
封桩:对已完成质量检查合格的所述桩位点进行封桩处理。
进一步地,所述钻孔施工包括以下步骤:
启动高压风机:启动所述长螺旋钻机的高压风机,并将所述高压风机调整到施工要求的风机压力;
调整垂直度:调整所述长螺旋钻机的垂直度,并将所述长螺旋钻机的锤头对准所述桩位点;
开启动力装置:所述长螺旋钻机的动力装置包括高速旋转的钻头以及高风压风动冲击器,所述动力装置启动后,所述长螺旋钻机在旋转和冲击的双重作用下对所述桩位点进行钻孔直至穿过岩层达到桩位的设计深度。
进一步地,所述测量放线包括以下步骤:
基线测设:通过所述控制基点,利用全站仪测设十字型纵横基线;
轴线测设:以所述控制基点为基点,采用极坐标法分别测出所述十字型纵横基线的各轴线,并对所述轴线进行标示和编号;
桩位测放:根据施工图纸以及标示好的所述轴线对桩位点进行测放,并对所述桩位点进行标识和复核。
进一步地,所述再次测量放线包括以下步骤:
基线测设:通过所述控制基点,测设十字型纵横基线;
轴线测设:以所述控制基点为几点,采用极坐标法分别测出所述十字型纵横基线的各轴线,并对所述轴线进行标示和编号;
桩位测放:根据施工图纸以及标示好的所述轴线对桩位点进行测放,并对所述桩位点进行标识和复核。
进一步地,所述施工准备步骤之前还需要对所述预制桩进行试桩,所述试桩是指对所述预制桩随机选择10根进行钻孔试验,并在所述钻孔试验中详细记录压桩过程的钻孔深度和钻孔垂直度偏差值,保证钻孔合格率在98%以上。
进一步地,所述接桩中必须保证上下两节的所述预制桩的顺直,两个所述预制桩的桩心的错位偏差不能大于2mm,并且两个所述预制桩之间设置接桩导向箍。
进一步地,所述质量检查中终压值Q的控制方法(其中Rk为单个所述预制桩竖向承载力标准值):
当所述预制桩的桩端持力层为粘土、粉质粘土时,主要控制所述桩端达到的设计深度,终压值Q=(0.6~1.3)Rk;
当所述预制桩的桩端持力层为标贯击数较低、中密以下的粉细砂时,以控制所述桩端入持力层深度为主,终压值Q=(1.6~2.0)Rk;
当所述预制桩的桩端持力层为标贯击数较高、中密以上的中粗砂、砾砂时,以控制终压值为主,终压值Q=(1.8~2.5)Rk,此时长桩取低值,短桩取高值;击数低取低值,击数高取高值。
具体地,在质量检查步骤与转移桩位步骤之间,对于所述预制桩未达到设计深度要求的桩位需要对桩身进行至少一次复压,使得桩位在质量检查步骤中合格。
进一步地,所述封桩步骤中的封桩处理包括以下步骤:
切割桩头:切割所述预制桩的桩头,使得所述预制桩应伸入基础50~100mm,当需要截桩时,采用锯桩器截桩,截桩后的桩顶应平整无松动混凝土;
清理桩孔:清除压桩孔内的杂物和积水;
焊接交叉钢筋:用2根16钢筋交叉焊接于锚杆,以加强桩和基础的连接;
浇筑砼封装:在浇筑压桩孔砼时,在桩孔顶面上浇筑桩帽,厚度不得小于150mm,封桩采用C35微膨胀早强混凝土浇筑密实,使压桩与基础形成一个整体。
本发明的有益效果在于:本发明所提供的应用于填海地质的静压预应力管桩的施工方法主要针对具有填石层岩性为中风化及微风化花岗岩,其填石层分布范围广、且埋藏深度深以及地基岩为燕山期入侵花岗岩,岩质致密坚硬,岩体基本质量等级为Ⅱ~Ⅲ级,岩体标高分布不均的复杂地质环境下的管桩需求。本发明所提供的施工方法能够选择合理有效地桩基础施工方式,将地质条件对地基基础施工质量影响降到最低。不仅能够保证管桩震动小、噪音小等优良特质,并且在超深填石地质及燕山花岗岩地质下桩基础设施中断桩率大大下降,同时降低了施工成本,缩短了施工工期,彻底解决了在复杂填海地质下桩基础施工困难的问题,为类似填海地质条件下下桩基础提供了技术支持和参考。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
参见图1,为本发明所提供的应用于填海地质的静压预应力管桩的施工方法,该施工方法包括以下步骤:
试桩:对预制桩进行试桩,试桩是指对预制桩随机选择10根进行钻孔试验,并在钻孔试验中详细记录压桩过程的钻孔深度和钻孔垂直度偏差值,保证钻孔合格率在98%以上。
序号 |
钻孔编号 |
钻孔深度(m) |
钻孔垂直度偏差(mm) |
1 |
ZK1 |
41.1 |
+10 |
2 |
ZK2 |
40.7 |
+9 |
3 |
ZK3 |
40.3 |
+13 |
4 |
ZK4 |
40.6 |
+7 |
5 |
ZK5 |
41.5 |
+11 |
6 |
ZK6 |
40.8 |
+9 |
7 |
ZK7 |
41.6 |
+12 |
8 |
ZK8 |
41.2 |
+8 |
9 |
ZK9 |
40.4 |
+11 |
10 |
ZK10 |
40.1 |
+6 |
表1
在使用预制桩时,必须先对预制桩进行质量检查,并且进行试桩之后才能使用该预制桩。首先必须对桩尖进行查验、测量,按照管桩有关规范对于桩尖的构造要求和设计图纸要求,对所有到场的桩尖进行测量,不满足设计和管桩规范要求的,责令其更换;对所有到场的管桩进行仔细认真地查验,测量管桩的外径、壁厚、桩身、长度、桩身弯曲度等有关尺寸,并详细记录。特别是管壁厚度,由于静压法施工中的夹持力较大,壁厚不够很容易把桩夹碎。同时应对桩身外观质量进行仔细地查验,检查桩身是否粘皮麻面、内外表面是否露筋、表面是否有裂缝、是否断头脱头、桩套箍是否凹陷、表面砼是否坍落等情况,不符合管桩规范要求的,责令厂家退回。只有质检合格后的预制桩方可进行试桩,即对预制桩进行随机钻孔试验。该试验结果如表1所示,由表1所示的数据可以看出,该钻孔的合格率为100%,只有对预制桩的钻孔试验的合格率达到98%以上才可以使用该预制桩。
施工准备:测量人员根据设计图纸所提供的平面控制点及高程控制点绘制放样详图,再根据平面控制点及高程控制点在施工场地预埋控制基点。具体地,该施工准备中主要需要准备以下五个部分:
1.测量人员进场后认真阅图,熟悉整个设计图纸,全面了解设计意图,根据现场总体布置,施工进度安排制定放线方案;
2.测量、复核甲方提供的平面控制点及高程控制点,检查无误后办理好交点手续;
3.根据设计图纸和控制点坐标计算测设数据,绘制放样详图;
4.根据现场情况,建立测量控制方格网,利用坐标转换计算测量坐标;
5.根据现场布置,建立平面控制点和高程控制点,并按要求预埋控制基点。
在完成以上五个部分的施工准备之后,方可进行测量放线步骤,根据设计图纸,在施工场地上测放桩位点。具体地,该测量放线包括以下步骤:
基线测设:通过施工准备中所预埋的控制基点,利用全站仪测设十字型纵横基线;本发明所提供的施工方法中,该基线测设中的十字型纵横基线如图2所示,具体地,该十字型纵横基线的测设过程如下:
首先,选定待建建筑物上的一个有坐标的点A,同甲方给定的两个点组成三角形,利用余弦定理计算出相应的角度和距离,使用全站仪测设出A点,同理再测设出点B及点0,水平角测量不少于二个测回。
然后,三点测量完成后,以0点为测站,后视B点检查角度BOA,若角度误差超出10秒,必须对三点重新定位,角度误差在规范围内时,则采用反方向把误差平差到各点,再移动各点位并固定,然后以O点为测站,后视B点,向左右测试90°,测得C、D点(测点需设置在未施工区域,且土质较为坚硬,便于保护测点)。
最后,该控制基点作法一般采用不小于φ20,长度不小于30cm的钢筋打入地面,四周用砼保护,外露长度约10—20mm,并刻画十字丝作为标志。
在通过基线测设得到十字型纵横基线后,再进行轴线测设。
轴线测设:以控制基点为基点,采用极坐标法分别测出十字型纵横基线的各轴线,并对轴线进行标示和编号;本发明中所涉及的轴线测设设主要是工程桩轴线测设。工程桩采用水泥搅拌桩及预应力管桩,施工前必须施测出主要的轴线,然后依照轴线测量出各承台的桩位。为了方便测量减少计算量,先按设计图纸各轴线间的尺寸把施工坐标转换为测量坐标。测量时以基线控制点为基点采用极坐标法分别测出纵横各轴线点,检查无误后引测到四周的龙门板上的小铁钉上,用红油漆作好标志并标明轴线编号。
桩位测放:根据施工图纸以及标示好的轴线对桩位点进行测放,并对桩位点进行标识和复核。桩位测放要根据己测放出的建筑物轴线(即上述的轴线测设处的轴线),认真准确的在施工场地上测设出来,并用木桩或钢筋头固定,测位测放后应进行认真复核,无误后请监理及业主进行复核,桩机就位后还要对桩位进行复核,无误后才能施工,在施工过程中也要对桩位进行监测,看桩位在施工中是否产生变动,在施工一部分工程桩后要对己施工的桩位进行复核,以检查桩位偏移是否满足规范要求,若发现部分桩位偏移过大,要立即分析原因,并采取纠正和预防措施,以防止以后的桩位偏移超过规范要求,并对桩位偏移过大的桩会同有关单位研究处理方案。
当完成测量放线步骤,在施工场地上测放出桩位点之后,就可进行钻孔准备。本发明所提供的钻孔准备是指将具有高风压气动装置的长螺旋钻机引入施工场地,并对长螺旋钻机的钻具、空压机进行技术检测、安装和调试,保证长螺旋钻机设备完好率不低于90%。而本发明正是采用了具有高风压气动装置的长螺旋钻机才能针对具有填石层岩性为中风化及微风化花岗岩,其填石层分布范围广、且埋藏深度深以及地基岩为燕山期入侵花岗岩,岩质致密坚硬,岩体标高分布不均的复杂地质进行静压力管桩施工。由于其填石层分布范围广、且埋藏深度深、岩性质地坚硬、标高分布不均导致管桩在桩端持力层的施工造成很大的困难。而采用了长螺旋钻机后,对桩位点进行钻孔,能够有效地解决该困难,提高下桩基础设施中断桩率大大下降,并且因此可以降低静压预应力管桩的施工成本,缩短施工工期,彻底解决了在复杂填海地质下桩基础施工难题,为类似填海地质条件下下桩基础提供了技术支持和参考。
在确保长螺旋钻机设备完好率不低于90%就可进行钻孔施工,在长螺旋钻机的旋转和冲击的双重作用下对测放的桩位点进行钻孔并冲破岩层。其中该钻孔施工包括以下步骤:
启动高压风机:启动长螺旋钻机的高压风机,并将高压风机调整到施工要求的风机压力;
调整垂直度:调整长螺旋钻机的垂直度,并将长螺旋钻机的锤头对准桩位点;
开启动力装置:长螺旋钻机的动力装置包括高速旋转的钻头以及高风压风动冲击器,动力装置启动后,长螺旋钻机在旋转和冲击的双重作用下对桩位点进行钻孔直至穿过岩层达到桩位的设计深度。
本发明所提供的长螺旋钻机可以调整运转速度来适应不同情况的地址,动力组成部分包括了高风压风动冲击器,在旋转和冲击的双重作用下穿过超深(最深处可达到14m)的填石层,进入桩持力层(燕山期侵入花岗岩)完成钻孔。通过采用长螺旋钻机进行钻孔技术,使得压桩工序变得简单,也可以在压桩工序中大大降低断桩率,降低施工成本、提高施工效率。
当钻孔深度达到桩位的设计深度之后,就可以进行静压预应力管桩施工。在进行静压预应力管桩施工之前还需要再次进行测量放线。再次根据施工图纸,在施工场地上复核已经钻孔完成的桩位点。由于放线的准确与否直接影响建筑物的位置是否符合“规划”要求,而桩位点的准确与否又直接影响着整个工程的结构,因此,测量放线这个工序的重要性不容忽视。根据建筑物与结构桩位图逐位校核,发现不符合要求的及时纠正。该再次测量放线包括:基线测设、轴线测设、桩位测放三个步骤。该三个步骤如上测量放线步骤所述,在此不再赘述。
经过再次测量放线后的已经钻孔处理的桩位点方可进行静压预应力管桩施工。
桩机就位:合理选择静压桩桩机,并且按照压桩顺序将静压桩桩机移至已经钻孔完成的桩位点上,使静压桩桩机的夹持口中心对准桩位点。在桩机的选择时候必须根据具体工程的地质资料和设计的单桩承载力要求,准确地选择静压桩桩机。如果静压桩桩机吨位过小,可能出现桩压不下的情况,因而无法达到设计承载力要求;反之,如果静压桩桩机吨位过大,易发生陷机情况。所以应该会同各有关部门合理地选择静压桩桩机,尽量采用超载施工。一般情况下,静压桩桩机的压桩力应不小于单桩竖向极限承载力标准值的1.2倍。
起吊预制桩:将预制桩吊至静压桩桩机的夹具中,并对准桩位点,夹紧并放入土中,在起吊预制桩时,需要移动静压桩机调节桩垂直度,使其垂直度轴线与桩顶水平面垂直度的轴线一致。同时静压桩机应水平、稳定、桩尖与桩身保持在同一轴线上。在静压桩桩机符合以上要求后再将静压桩桩机调至水平并稳定。
对桩:预制桩的桩尖插入桩位点后,测量预制桩的桩身垂直度,使预制桩的桩身垂直度偏差不超过0.5%。
压桩:将预制桩平稳压入土中,压桩时详细记录压桩过程中的压力、桩的入土深度、桩尖入持力层深度以及桩穿过各土层时的压力值。在压桩的过冲中需要保证期施工质量需要注意以下两点:
一、底桩(第一节入土的桩)的定点
虽然在放线与定桩位时已经核查过,但是经验不足或技术水平不高的施工技术人员往往在放底桩时偏离原定的桩位,从而导致成桩的偏位。建议在每个桩位处用石灰或贝灰以原定的桩心为圆心、以该桩的桩径为直径画一圆圈,压底桩时以此圆圈为准,控制桩不偏离该圆圈,使成桩的偏位尽可能减小。
二、桩身垂直度的控制
由于静压管桩桩机驾驶室内一般会悬挂一吊有重锤的绳线,由开机员以此线为准控制桩一个方向的垂直度,因而另一方向的垂直度必须另外控制,方法就是在垂直于桩与此绳线连接的地方(即另一正交方向)另设一吊重锤的绳线(视线要通透),以这两条绳线来控制桩的垂直度。当桩在两个方向都已经垂直的情况下方允许压桩,而且在压桩过程中要经常检查桩身垂直度。
在压桩的过程中,根据设计需要,有时需要进行接桩,在接桩时,待预制桩压至距离地面1M左右时,将另一根预制桩与已经压入土中的预制桩进行对接,两根相邻的预制桩通过焊接固定。接桩中必须保证上下两节的预制桩的顺直,两个预制桩的桩心的错位偏差不能大于2mm,并且两个预制桩之间设置接桩导向箍。该相邻两预制桩接桩时采用焊接接桩法,在焊接前应该把两节桩的端头板用钢刷清刷干净,直至坡口露出金属光泽,而且应该保证上节桩已经垂直后方能焊接。焊接时最好两个焊工同时进行,先在坡口圆周上对称点焊4-6点,焊接层数不少于2层,每层焊渣必须清理干净,保证焊缝连续饱满,自然冷却约8~10分钟(严禁用水冷却或焊完即压),防止高温的焊缝遇水变脆而被压坏。
在压桩的过程中,根据设计需要,有时需要进行送桩,即将预制桩送到设计标高。
在压桩完成后,需要对压桩完成的桩位进行质量检查。对压桩步骤中终止压桩时的压力值(终压值Q)进行检测,并控制终压值Q的大小以确保压桩到设计深度。若质量检查中预制桩未达到设计深度要求的桩位需要对桩身进行至少一次复压,使得桩位在质量检查步骤中合格。在质量检查中该终压标准(终压值Q)应该以质监部门、设计单位、施工单位、建设单位、勘察单位及监理单位等有关部门在试桩会议中根据试桩的实际情况确定的标准为准则。一般情况下,除保证桩长及桩尖入持力层深度应该满足设计要求外,还要控制终压值Q的大小。终压值Q与单桩竖向承载力标准值Rk存在着某种比例关系,具体地关系如下:
当预制桩的桩端持力层为粘土、粉质粘土时,主要控制桩端达到的设计深度,终压值Q=(0.6~1.3)Rk;
当预制桩的桩端持力层为标贯击数较低、中密以下的粉细砂时,以控制桩端入持力层深度为主,终压值Q=(1.6~2.0)Rk;
当预制桩的桩端持力层为标贯击数较高、中密以上的中粗砂、砾砂时,以控制终压值为主,终压值Q=(1.8~2.5)Rk,此时长桩取低值,短桩取高值;击数低取低值,击数高取高值。
当质量检查中该终压值Q能够达到要求时,该桩位的深度就基本能够满足设计要求深度。而为了控制终止压力的终压值Q,必须详细记录压桩过程的压力与桩入土深度,桩尖入持力层深度是否满足设计要求以及桩穿过各土层时的压力。因此需要随机抽取10根静压桩施工记录对比如下表2示:
表2
由上表2可以看出,该表格记录了每个桩位上的压桩过程中的各个数值,其中包括了每个桩位上的桩长,桩顶的实际标高以及与设计桩顶标高的差值,同时由表2可以看出,该压桩过程的施工状况良好。
当压桩过程达标后,即可进行下一步骤工序,即转移桩位,移动静压桩桩机至下一个桩位点处,并对下一个桩位点进行管桩施工。
当管桩施工完成后的桩位点需要对其进行封桩处理。即进行封桩步骤,对已完成质量检查合格的桩位点进行封桩处理。具体地,该封桩步骤中的封桩处理包括以下步骤:
切割桩头:切割预制桩的桩头,使得预制桩应伸入基础50~100mm,当需要截桩时,采用锯桩器截桩,截桩后的桩顶应平整无松动混凝土;
由于桩与上部结构的连接主要通过桩的承台,因此桩头嵌入承台的长度不宜太短,有关管桩技术规范规定不宜小于10cm.从日本桩基的典型震害实例调查中可知,有不少是由于桩嵌入承台长度不足,抗拔不够,因此在地震设防区有必要把桩嵌入承台的长度加长,且桩头的插筋长度也应加长及增加配筋量,桩头填芯砼的强度等级应满足规范要求和设计要求。这一环节的重要性显而易见,工程有关技术管理人员应该加强这一环节的质量控制。
清理桩孔:清除压桩孔内的杂物和积水;
焊接交叉钢筋:用2根16钢筋交叉焊接于锚杆,以加强桩和基础的连接;
浇筑砼封装:在浇筑压桩孔砼时,在桩孔顶面上浇筑桩帽,厚度不得小于150mm,封桩采用C35微膨胀早强混凝土浇筑密实,使压桩与基础形成一个整体。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。