沙漠地区振冲、夯扩桩复合地基施工工法090506(最新版本).doc

沙漠地区振冲、夯扩桩复合地基施工工法中建五局第三建设有限公司陕西龙海工程建设有限公司粟元甲 李立平 卿信强 刘清杰 王铁行1 前言西北沙漠地区，砂土地基承载能力较高，采用振冲或者夯扩处理的地基可作为多层建筑的地基基础，但其承载能力仍不能满足高层建筑对地基基础的要求，目前西北沙漠地区高层建筑大多数采用灌注桩，桩长一般都有几十米长，施工速度慢，造价高，产生的泥浆对环境有影响。在我公司总承包施工的榆林国际大酒店工程，我们通过反复试验、总结，改良和发明了夯扩砼大头桩机（已获得实用新型专利，专利号：ZL002 61370.0）,增加了起拔夯扩砼大头桩施工设备能力的装置，将振冲桩、夯扩桩有机地结合，形成了沙漠地区振冲、夯扩桩复合地基施工工法，并在榆林南寨商住小区、府谷城市风景住宅小区工程中成功地应用。2 工法特点2.1 经济实用：夯扩桩主要材料为素砼，无须配筋，且桩径较小，桩长较短；振冲桩身主要材料为碎石，无须水泥和钢筋。经济性好，易于在沙漠地区推广。2.2 快速高效：振冲、夯扩桩复合地基承载能力高，承载力特征值能够达到560 KPa以上，适于作为高层建筑的地基基础的持力层，且施工速度快。2.3 质量稳定：振冲和夯扩桩工艺成熟，施工质量易保证，无须护壁且不会形成塌孔和缩径，避免了采用泥浆护壁桩底沉渣不易清除等弊病，质量稳定可靠。2.4 节能环保：采用振冲、夯扩桩复合地基能节约钢材、水泥用量，节约水、电资源，并减少泥浆对环境的影响。3 适用范围本工法适用于沙漠地区中密粉细砂层等承载能力较高的砂土天然地基加固；也适用于上层土层为承载能力较低的湿陷性黄土、杂填土，下层持力层为承载能力较高的砂层、卵石层、强风化岩场地的地基加固。4 工艺原理先施工振冲碎石桩，通过振冲碎石桩对地基上层软弱土层进行了土质置换和挤密，提高了地基承载力和地基均匀性，然后在振冲碎石桩之间施工挤土夯扩素砼灌注桩（桩端进入下层承载能力较高的持力层），对振冲桩复合地基进行了二次挤密和二次“土质置换”（ 夯扩素砼灌注桩体积代替了砂土体积），振冲碎石桩、夯扩素砼灌注桩和桩间挤密土共同组成了承载能力很高的复合地基。5 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程 振冲、夯扩桩复合地基施工工法主要工艺流程如图5.1-1所示。图5.1-1振冲、夯扩桩复合地基施工工法工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 振冲碎石桩操作要点1 振冲器振冲成孔：起重设备就位后，依次启动高压水泵，振冲器，观测设备运行状况，高压水泵水压应在0.40.6Mpa，振冲器对桩应以振冲器中心射水与地面木桩对准，桩位偏差在允许范围内。振冲成孔过程中，振冲器下沉速度根据地质情况确定。2 分层填碎石料：填料，采用机械分次、分层加填料，填料厚度不宜大于500mm，将振冲器沉入填料中进行振密制桩，制桩密实电流一般在6075A之间,根据试桩试验结果调整确定，每层桩身振密后将振冲器提升500mm，重复填料振密工序。3 成桩移位：填料振冲达到规范要求值后，成桩移位。5.2.2 夯扩桩操作要点1 夯扩桩机就位：振冲碎石桩施工完毕后，在振冲碎石桩之间施工挤土夯扩素砼灌注桩。移动夯扩桩机到位，使其桩管垂直对准桩位点，调整地角，使机身水平，机架及护筒垂直，并测定垂直度，垂直度偏差应小于1%L。2 锤击双重套管成孔：用DD40A锤将外管沉至设计深度，终锤标准以最后10击贯入度不大于30mm为准。3 夯扩：根据设计扩大头尺寸计算第一次投料的方量，第一次投料（干料）后，锤击内管开始夯扩直至成型，扩大头的成型质量通过理论投料方量和最后10击贯入度来控制。4 灌注桩身砼成桩：灌注时采用导管直接灌入法（即用外夯管）。考虑到充盈系数及外管管壁所占体积，浇筑砼时（桩身砼坍落度为140180mm），保证桩身砼超灌高度，以便在内管下压过程中使砼密实，达到设计充盈系数，该高度应根据桩长、充盈系数根据现场实验确定。5 拔外管：桩身混凝土浇注完毕后，应将内夯管及锤下压至外管内砼面上，边压边缓慢起拔外管，当外管起拔至桩顶标高时，控测超灌高度需大于0.5m，起拔速度11.5m/min。桩顶上部2m用振捣棒振捣密实。5.2.3 桩间距确定1 振冲碎石桩间距确定：用振冲碎石桩处理上层软弱土层后，振冲桩复合地基承载力特征值应满足设计要求，振冲桩之间的净距在满足夯扩桩施工要求的前提下由设计院根据振冲桩复合地基承载力特征值的要求计算确定，一般在1.4m至2.5m之间。2 素砼夯扩桩间距确定：由于振冲桩和夯扩桩在施工中的挤密作用，使得桩间土的承载力大大的提高（其承载力特征值可提高1.5倍以上），对于素砼夯扩桩，须根据桩径大小合理确定桩间距，一般在1.5m至1.8m之间，避免桩间距过小，由于施工挤密作用使桩上端出现横向裂纹。6 材料与设备本工法采用的主要材料与设备见表6-1。表6-1 主要材料与设备设备/材料名称规格型号汽车吊8t振冲器ZCQ/55KW装载机ZL-30配电补偿柜120KW高压水泵出口水压0.40.6MPa，流量2030m3/h夯扩桩机W1001搅拌机JS-350振动棒4M、插入式碎石最大粒径不大于50mm，符合建筑用卵石、碎石（GB/T14685-2001）的要求水泥P.0 42.5R，符合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB175-2007）的要求砂符合建筑用砂（GB/T14684-2001）的要求7 质量控制7.1 质量标准：本工法除严格遵循以下标准和规范外，还应执行项目所在地行政主管部门和相关行业的文件及要求：建筑地基处理技术规范 JGJ 792002建筑桩基技术规范 JGJ 942008建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB5020220027.2 质量控制措施：7.2.1 放线定桩尺寸与设计尺寸偏差不大于50mm，造孔制桩一次连续完成，若遇停电、停水等人力不可抗拒的因素，必须重新造孔制桩。7.2.2 制桩、造孔后根据实际情况进行一次清扩孔，也可带料同步完成，采用连续投料施工工艺，振冲器从桩底每500mm振密一次，逐层至桩顶，密实电流在6075A之间，单桩制桩时间应控制在812分钟，投料量满足设计要求，以总体控制为主。7.2.3 对施工中出现的特殊情况，如地质情况差异过大、机组故障等应及时处理。7.2.4 孔深：在振冲管上刻画记号，保证桩长满足设计桩长。7.2.5 垂直度：用铅锤测量振冲器，保证垂直度满足设计要求。7.2.6 密实度：用密实电流控制，密实电流6075A，水压0.40.6MPa。7.2.7 严格控制上提速率，每次上提振冲器不得超过500mm。7.2.8 夯扩桩机就位时，桩架立柱应与水平面调整垂直，打桩锤应派专人操作，严格按桩机使用说明书进行打桩锤的使用、维护和保养，以保证打桩锤的正常使用和成孔质量。7.2.9 根据设计扩大头尺寸计算第一次投料的方量，第一次投料后开始夯扩。7.2.10 拔管时拔管速度要均匀，控制在1m/min，拔管时内夯管和桩锤应施压于外管中的砼顶面，边压边拔，沉管全部拔出后，应用振动棒振捣能够到达深度的桩身砼。8 安全措施8.1 安全标准：本工法除严格遵循以下标准、规范和规程外，还应执行项目所在地行政主管部门和相关行业的文件及要求：施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46-2005）建筑施工安全检查标准（JGJ59-99）建筑机械使用安全技术规程（JGJ33-2001）8.2 安全管理措施：8.2.1 落实安全生产责任制，明确各级管理人员和各班组的安全生产职责，对各班组进行有针对性的安全技术交底（履行签字手续）。会后由专职安全员对各班组施工人员进行上岗前的安全教育和安全技能培训。8.2.2 严格按安全操作规程施工，对施工现场所有施工机械设备统一定期进行安全检查，发现问题及时解决。8.2.3 选择有经验的熟练工人，每班配备专业技术安检人员，配备专业电工。8.2.4 特殊或危险工序要有针对性的施工方案；特殊工种人员必须经过专门培训，持证上岗。8.2.5 执行施工现场临时用电安全管理制度，实行三相五线制，做到一机一闸一保护，配备专职电工，施工中的所有电气线路的安装、拆卸和维修统一由电工操作。电工必须对电器及电气线路经常进行检查，定期测试并认真记录。8.2.6 编写安全管理应急预案，主要包括：预防机械伤害应急预案、预防漏电伤害应急预案等。9 环保措施严格遵循建筑施工现场环境与卫生标准（JGJ 146-2004），执行项目所在地行政主管部门和相关行业的文件及要求，并制定以下措施：9.1 对施工现场的噪音、废水、建筑垃圾等进行监测，均需达到国家和地方环保标准要求。9.2 施工现场的主要道路进行硬化处理，裸露的场地采取覆盖措施。9.3 施工现场的出入口设置洗车槽、沉淀池，车辆出工地大门前都冲洗干净。9.4 搭设封闭的水泥棚存放水泥，砂集中堆放防止扬尘。9.5 搅拌站搭设封闭的防护棚并采取隔音措施。9.6 施工现场设置密闭式垃圾站，施工垃圾和生活垃圾进行分类存放，并及时清运出场。对于废油采取集中存放，统一处理。9.7 防止施工噪音、夜班灯光和点焊弧光对周围居民正常生活产生影响。10 效益分析10.1 经济效益 相比西北沙漠地区高层建筑大多数采用的钻孔灌注桩，本工法产生的经济效益具有极大优势，现以一个10000m2(边长为100m的正方形)场地为例分析：如采用钻孔灌注桩，桩间距约2400mm2400 mm,共需设置直径800mm、桩长35m的桩1737根，预算造价约3500万元。如采用振冲、夯扩桩复合地基，振冲桩间距约1600mm1350mm,共需设置直径900mm、桩长45 m的桩6012根，预算造价约360万元。夯扩桩间距约 1600mm1350mm, 共需设置直径350mm、桩长78m的桩6150根，预算造价约1900万元。采用振冲、夯扩桩复合地基处理比采用钻孔灌注桩每10000 m2可节约 1240万元。10.2 社会效益10.2.1 节能：振冲、夯扩桩复合地基主要采用当地建筑材料，节约钢材、水泥用量，节约水、电资源，降低了能耗。10.2.2 环保：振冲、夯扩桩成孔时无须护壁，施工现场无泥浆，减少了对环境的影响。11 应用实例沙漠地区振冲、夯扩桩复合地基施工工法在榆林国际大酒店等三个工程应用后，均证明质量优良、经济效益较好，分别为：11.1 榆林国际大酒店本工程位于榆林市经济开发区，总建筑面积约65000m2，地上有27层主楼，地下有1层地下室，基坑深度为7m，主楼建筑高度98.8m(室外地坪至结构屋面板)，主楼结构类型为框架-核心筒结构，主楼采用振冲、夯扩桩复合地基施工工法进行地基处理，地基处理面积约1600 m2，复合地基开工日期为2007-8-2，竣工日期为2007-10-3。碎石振冲桩桩径：900mm，桩长：45 m，共计962根，造价约58万元；挤土夯扩砼灌注桩桩径为350mm，桩长：78m，共计984根，造价约305万元，振冲桩和夯扩桩总费用共计363万元，施工工期60天。原设计拟采用的正循环钻孔灌注桩，桩径800mm，桩长35m，共布桩数为278根，总费用为562万元，工期100天。与原设计相比，可节约费用199万元，缩短工期40天。11.2 府谷城市风景住宅小区本工程位于榆林市府谷县，总建筑面积约23780m2，由1栋高层建筑和3栋多层组成，其中高层为短肢剪力墙结构，地上18层，地下1层，基坑深度为7m，高层采用振冲、夯扩桩复合地基施工工法进行地基处理，地基处理面积约820m2，复合地基开工日期为2007-11-2，竣工日期为2007-12-23，碎石振冲桩桩径为800mm，桩长：45 m不等，挤土夯扩砼灌注桩桩径为350mm，桩长：89m，振冲桩和夯扩桩共布桩972根，总费用共计188万元，施工工期49天。原设计拟采用钻孔灌注桩，桩径800mm，桩长30m，共布桩数为141根，总费用为276万元，工期70天。与原设计相比，可节约费用88万元，缩短工期21天。11.3 榆林南寨商住小区本工程位于榆林市榆阳中路，总建筑面积32075 m2，由1栋高层建筑和5栋多层组成，其中高层为框架核心筒结构，