嵌岩咬合桩施工方法的研究

1、LOGO 嵌岩咬合桩施工方法研究嵌岩咬合桩施工方法研究单单 位位 名名 称：中亿丰建设集团股份有限公司称：中亿丰建设集团股份有限公司QC小组名称：刘智东小组小组名称：刘智东小组二二0一四年三月一四年三月LOGO 中亿丰建设集团股份有限公司嵌岩咬合桩施工方法研究嵌岩咬合桩施工方法研究一、课题简介一、课题简介 本课题针对索山公园地下空间嵌岩咬合桩施工方法的研究，该项目位于苏州市高新区，项目位于高新区，周边环境复杂，场地北侧为狮山路，西侧为长江路，东侧为索山公园，南侧临近御庭酒店。 本工程总建筑面积约42469m2，地面结合公园内荷塘、索山进行景观升级设计。公园内设置了交通换乘空间、市民歌舞广场、青

2、少年游乐场所等；地下两层，基坑面积为22060 m2，基坑深度为12.4m。 基坑西北侧采用10001200钻孔灌注桩围护，桩长24m，插入比1.05；该侧止水帷幕采用850三轴搅拌桩，桩长23m。基坑东南侧因临近索山区域，围护结构下端嵌入基岩34m，常规搅拌桩止水帷幕无法在基岩中施工，采用900咬合灌注桩，桩长1621m，插入比0.360.79，基坑其余侧采用8501000钻孔灌注桩，桩长23m。LOGO NS 4 1S 4 3S 5 0S 5 6S 6 3S 6 6S 7 7S 8 1S 8 2S 8 3S 8 9S 9 0S 9 9S 1 0 0S 1 0 3图图1嵌岩咬合桩岩石等高线分

3、布图一嵌岩咬合桩岩石等高线分布图一 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO221133图图2嵌岩咬合桩岩石等高线分部图二嵌岩咬合桩岩石等高线分部图二 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO二、二、QC小组概况小组概况 由于索山公园地下空间项目东侧靠近山体，设计采用嵌岩咬合桩，岩石强度高，嵌岩深度深，且工期要求严。本工程在苏州地区无类似经验，急需研究、制定科学、经济、可靠、适宜的方案并实施，以确保嵌岩咬合桩施工的质量、安全和工期，在开工之初本公司成立了QC小组，QC小组概况详见表1、表2. 1、QC小组情况表小组名称刘智东QC小组课题名称嵌岩咬合桩施工方法的研究注册时间2013年11月1日课题注册号ZY

4、FJC-QC201301活动时间2013年11月2014年2月小组注册号ZYFJC-QCXZ-01课题类型创新型活动次数12表1 中亿丰建设集团股份有限公司QC小组情况表表1小组名称刘智东QC小组课题名称嵌岩咬合桩施工方法的研究注册时间2013年11月1日课题注册号ZYFJC-QC201301活动时间2013年11月2014年2月小组注册号ZYFJC-QCXZ-01课题类型创新型活动次数12表1LOGO 2、QC小组成员简介表 QC小组简介表 序号姓名性别年龄职务小组职称组内职务1韩树山男48基础分公司总经理技术顾问组织协调2程月红男38技术总工组长方案设计3宫万辉男34项目经理副组长落实方案

5、4周海斌男29项目工程师组员现场管理5牛洁雯女29技术科副科组员技术管理6李源辉男27施工员组员现场施工7刘智东男26质量员组员质量管理8张喜辉男28安全员组员安全管理9田可新男26材料员组员材料、仪器检测10温思泽男32桩机队长组员具体落实受受QC教育情况：小组成员均受教育时间教育情况：小组成员均受教育时间58小时以上小时以上制表：李源辉 复核：刘智东 时间：2013年11月2日表2 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO3、小组活动的概况 QC小组活动情况统计活动内容动活动次数应出勤人次出勤人次出勤率计划阶段（P）22020100实施阶段（D）44040100检查阶段（C）33030100总结

6、阶段（A）22020100合计11110110100表3 中亿丰建设集团股份有限公司制表：李源辉 复核：刘智东 时间：2014年2月1日LOGO 小组活动情况表 表4 中亿丰建设集团股份有限公司 制表：李源辉 复核：刘智东 时间：2014年2月1日LOGO三、课题的选择三、课题的选择1、问题的提出、问题的提出（1）本工程是苏州高新区重点工程之一。建成后成为市民的歌舞广场，青少年的游乐场所，工期紧，工程量大。本工程的关键线路是219根嵌岩咬合桩60天完成。（2）本工程基坑围护工程较为特殊，岩体复杂，咬合桩嵌入基岩315m，桩径900mm，考虑到嵌岩深度很深，对工期是一个大的考验。（3）嵌岩咬合桩

7、施工技术苏州地区从未实施，无施工经验借鉴。2、课题确定、课题确定 我们选择“嵌岩咬合桩施工方法研究”为创新课题，通过QC活动，总结一套成熟的嵌岩咬合桩施工技术，为公司提供企业工艺标准。 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO1、目标、目标 两台机械确保219根嵌岩咬合桩60天完成，不影响总工期。嵌岩咬合桩219根，入岩深度315m不等，根据岩石等高线图，测算平均每根桩嵌岩深度为5m，每天施工24个小时，岩石成孔钻进速度50cm/小时才能满足工期要求。 2、目标值、目标值 岩石成孔钻进速度50cm/小时3、目标可行性分析、目标可行性分析 本QC小组成员从事过苏州国际影视娱乐城嵌岩桩的施工，现场经验丰

8、富，能够提出预控措施，该咬合桩施工得到公司的大力支持。 综合以上情况，通过展开QC小组活动，本小组一致认为：目标完全能够实现。四、设定目标及可行性分析四、设定目标及可行性分析 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO 五、提出方案并确定最佳方案五、提出方案并确定最佳方案1、方案的提出、方案的提出 根据苏州国际影视娱乐城的施工经验及本工程的岩石强度高、工期紧等因素采用头脑风暴法提出如下三种方案。 方案一：方案一： 采用GPS-20型主机，钻头采用金刚钻，并在钻杆上增加重量，在钻杆周边焊接直径25的钢筋，达到直径小于孔径的10cm。钻头为平底实心、牙轮，保证自重，适用于软质岩，如强风化坚硬岩、弱风化强风

9、化的较坚硬岩、未风化微风化的凝灰岩、泥灰岩、粉砂岩、页岩等，岩石强度1520MPa。 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO 图图3牙轮钻头牙轮钻头 图图4 钻杆配重钻杆配重 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO方案二：方案二： 采用旋挖机施工，针对不同的地层、岩层，采用不同的钻头施工，土层采用回旋钻头，岩石层牙轮钻头，适用于较坚硬岩，如弱风化的坚硬岩、未风化微风化的容积凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石 灰 岩 等 ， 岩 石 强 度80MPa以下。 图图5 旋挖机钻头旋挖机钻头 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO方案三方案三： 采用全套管全回旋钻机施工（冲抓斗+潜孔锤），全套管底部合金齿刀，能粉碎

10、岩石，适应不同的土层岩石层，在土层采用冲抓斗，作业时冲抓斗沿套管内壁自由下落下落速度快、冲击力强。 中亿丰建设集团股份有限公司在岩层采用潜锤反复冲击，破碎后用冲抓斗挖掘。适用于属坚硬岩岩石强度大于80MPa的岩石，本工程的岩石为中等未风化花岗斑岩，强度大于80MPa。 图6 合金刀齿 图7 冲抓斗LOGO 中亿丰建设集团股份有限公司 图9 潜孔锤头2 、选择方案、选择方案 针对以上三种方案，我们召开了多次方案论证会，综合现场的地质情况和工期要求等特点，从技术的可行性、经济合理性、安全性、工期等方面进行分析论证，见下表。 图8 潜孔锤LOGO 方案对比分表方案对比分表 表表5方案方式方案一方案二

11、方案三技术可行性1、遇岩石陡破或相邻桩初凝后，钻杆不稳定，垂直度不能保证2、咬合搭接250mm和止水不能保证3、产生泥浆，容易塌孔4、配重质量大，能源消耗大1、遇岩石陡破或相邻桩初凝后垂直度2、咬合搭接250mm和止水很难保证3、容易塌孔1、成孔能满足要求，遇岩石陡坡或相邻桩初凝后垂直度能控制在1/5002、咬合搭接250能够得到保证3、有套管保护，保证成孔质量，成孔直径标准，充盈系数小4、不使用泥浆，作业面干净，环保性好，并避免了泥浆进入混凝土中的可能性，成桩质量高，有利于提高混凝土对钢筋的握裹力5、取出的岩石很直观的判别岩石的特性。经济合理性1、钻头损伤率高2、机械台班便宜3、能源损耗大1

12、、钻头遇岩石磨损大，容易损坏。2、产生泥浆，需泥浆外运3、钢筋笼安放、混凝土浇筑需要履带吊配合1、冲抓斗和潜孔垂损耗很小2、不产生泥浆，减少泥浆外运的费用3、钢筋笼安放、混凝土浇筑需要履带吊配合4、节约混凝土施工安全性安全性一搬安全性好安全性很好工期钻进速度慢，工期不能保证钻机速度一般，工期很难保证潜孔锤冲击速度快，工期能得到保证。 中亿丰建设集团股份有限公司制表：李源辉 复核：刘智东 时间：2013年11月23日LOGO 中亿丰建设集团股份有限公司方案评价表方案评价表 表表6制表：李源辉 复核：刘智东 时间：2013年11月23日LOGO 分析结论：分析结论： 根据分析对比，我们认为方案三“

13、全套管全回旋钻机（冲抓斗+潜孔锤）施工”在技术可行性、经济合理性、施工安全性、工期等方面具有优势，因此我们采用了方案三“全套管全回旋钻机（冲抓斗+潜孔锤）施工”。3、方案的优化、方案的优化 确定“全套管全回旋钻机（冲抓斗+潜孔锤）施工”方案后，需解决两个问题：问题一、问题一、施工浇筑完素桩A桩后施工B桩时，由于A桩已经初凝有一定的强度，直接施工B桩，B桩中间为土两侧为混凝土，同时钻土、钻岩强度差异大会导致钻进时偏位，会导致B桩定位不准确, 所以B桩的定位是解决的问题；问题二、问题二、套管与桩之间的接缝的处理，小组成员进行了讨论，各提出两种可供选择的方案。 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO 问

14、题一方案一：问题一方案一： 第一阶段由A桩开始，A桩先施工，A桩成孔，施工临近B桩5m，然后跳两桩施工A桩，先施工的A桩安放钢筋笼，浇筑混凝土前，B桩安装B桩5 m 定 位 导 管 ， PV900，L=5.0m。 中亿丰建设集团股份有限公司A 1A 2A 3A 4A 51 286咬 合 桩 第 一 阶 段 成 孔 顺 序B 1B 2成 孔 顺 序 说 明 ： 第 一 阶 段 成 孔 由 A 桩 开 始 ， A 桩 采 用 跳 孔 施 工B 桩 预 先 成 孔 5 m ， 待 两 边 A 桩 成 孔 结 束 、 灌 注 之 前 安 装 B 桩定 位 导 管 （ 上 部 5 m ） 。B 3B 4

15、自 然 地 坪桩 底 标 高1236834545791 07911 0A 桩 成 孔 段B 桩 成 孔 段B 桩 未 成 孔 段图图10咬合桩第一阶段成孔顺序咬合桩第一阶段成孔顺序LOGO A1A2A3A4A5A6B1B2B3B4B5135咬 合 桩 第 二 阶 段 （ B 桩 ） 成 孔 顺 序成 孔 顺 序 说 明 ： 第 二 阶 段 成 孔 为 B 桩 5m 以 下 部 位 成 孔 ， 在 两 侧 A 桩 灌 注 完 成60 h 后 进 行 ， 成 孔 前 拔 除 上 部 5 m 安 放 的 定 向 导 管 ， 成 孔 由 B 1 桩 开 始 顺 序 施 工 。自 然 地 坪桩 底 标

16、高116246A1A2A2A2A2A1234523455m定位段A 桩 灌 注 段B 桩 成 孔 段B 桩 定 位 段 图图11 咬合桩第二阶段成孔顺序咬合桩第二阶段成孔顺序 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO 问题一方案二：问题一方案二：第一阶段由A桩开始，A桩采用跳孔施工，A桩施工完毕后，对B桩进行重新定位。成 桩 顺 序A1A2A3A4A5A6A7B1B2B3B4B5B612345678910111213 图图12 施工顺序定位施工顺序定位 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO 方案比选表方案比选表 表表 7方案方式方案一方案二优点定位准确、保证要和度，施工速度快简单可行缺点费用较高定位不

17、准确，不能保证咬和度，导致漏水选择选择不选择 问题二方案一：问题二方案一：先浇筑A桩采用C20混凝土（加缓凝剂），浇筑B桩采用水下C30混凝土加入膨胀剂，浇筑完成后，缓慢拔出全套管。 中亿丰建设集团股份有限公司制表：李源辉 复核：刘智东 时间：2013年11月24日LOGO 问题二方案二：问题二方案二：先浇筑A桩采用C20混凝土（加缓凝剂），后浇筑B桩采用普通水下C30混凝土，浇筑完成后，缓慢拔出全套管，让新浇筑B桩的混凝土和素桩A桩的混凝土自由结合 方案比选表方案比选表 表表 8方案方式方案一方案二优点保证搭接效果，止水效果好新旧混凝土自由结合、造价低缺点费用略高容易漏水选择选择不选择 中亿

18、丰建设集团股份有限公司制表：李源辉 复核：刘智东 时间：2013年11月24日4、确定最佳方案、确定最佳方案 采用全套管全回旋（潜孔锤+冲抓斗），A桩先施工，B桩预先成孔5m，跳打A桩，浇筑A桩混凝土前安装B桩定位导管， PVC900，L=5.0m，浇筑B桩采用水下C30混凝土加膨胀剂后，浇筑完成缓慢拔出全套管。LOGO5、全套管全回旋、全套管全回旋（潜孔锤（潜孔锤+冲抓斗）施工工艺冲抓斗）施工工艺 中亿丰建设集团股份有限公司平 整 场 地测 放 桩 位施 工 咬 合 桩 顶 部 混 凝 土 导 墙钻 机 就 位 对 中调 控 垂 直 度吊 放 钢 筋 笼浇 筑 混 凝 土灌 注 混 凝 土

19、、 逐 次 拔 导 管 和 套 管校 核 垂 直 度 是 否 满足 要 求否冲 抓 斗 抓 土测 量 孔 深清 除 虚 土 、 检 查 孔 底成 桩安 装 全 套 管潜 孔 锤 冲 击 岩 石冲 抓 斗 抓 岩 石施 工 B 桩 5 m施 工 5 m 安 装 B 桩 定 向 套 管B 桩 加 入 膨 胀 剂图图13 全套管全回旋施工工艺全套管全回旋施工工艺制图：李源辉 复核：刘智东 时间：2013年11月24日LOGO嵌岩咬合桩施工全站仪定位5m定位导管混凝土的浇筑定位咬合度的控制嵌岩咬合桩成孔潜孔锤施工速度冲抓斗的施工速度6、方案实施需解决的问题、方案实施需解决的问题 根据确定的最佳方案，小

20、组成员针对设定的目标，近一步对影响嵌岩咬合桩施工的进度的因素进行分析，通过分析共有4个问题需要解决，分析过程如图所示 ： 中亿丰建设集团股份有限公司制图：李源辉 复核：刘智东 时间：2013年11月24日图图14 嵌岩咬合桩施工问题分析嵌岩咬合桩施工问题分析嵌岩咬合桩成孔潜孔锤施工速度冲抓斗的施工速度LOGO 中亿丰建设集团股份有限公司六、制定对策六、制定对策 小组成员按照5W1H 的原则，制定了有针对性、可实施性的对策措施，见表 对策表对策表 表表7序号对策目标措施地点完成时间负责人1套管定位安装桩位的咬合搭接长度符合250mm1、采用南方测绘激光全站仪初测、复测；2、A桩施工完,B桩先施工

21、5m，A桩浇筑混凝土前B桩安装定位导管施工现场11月25日1月25日李源辉刘智东张喜辉2套管下沉垂直度控制在1/300用两台经纬仪东西南北两个方向进行调整施工现场11月25日1月25日刘智东李源辉3潜孔锤施工每小时80cm增加潜孔锤的自重施工现场11月25日1月25日刘智东宫万辉4充抓频次高3min/次1、履带吊操作人员要机智；2、作业时充抓头沿套管内壁自由落下，下落速度快，冲抓力强，斗刃圆弧形，内置滑轮组，抓紧力随起吊力的增加成倍增加。施工现场11月25日1月25日刘智东周海斌5混凝土浇筑保证新旧混凝土搭接浇筑完成后30min内缓慢拔出导管施工现场11月25日1月25日刘智东田可新制表：李源

22、辉 复核：刘智东 时间：2013年11月24日 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO七、按照对策表实施七、按照对策表实施 实施一：实施一：套管定位安装 在施工前对桩位进行激光全站仪定位，做好定位导墙，重新测放桩位并在导墙上用红漆标注每个桩位的中心点。 桩机就位，初次定位，安装套管，调整垂直度。 图图15 测量定位和调整垂直度测量定位和调整垂直度 中亿丰建设集团股份有限公司图图16 安安装装套套管管LOGO 对策实施检查：对策实施检查：2013年11月25日测量定位完成，2013年11月25日进行全套管的安装完成，由小组成员对测量定位和安装垂直度进行检查，均符合设计要求。 实施二：套管下沉实施二：

23、套管下沉 大功率 的发动机可以提供巨大的扭矩，传递给套管强大的回旋力。在切削岩石时，通过电脑的自动控制，能够很好的保护刀头及有效地提高切削效率。图图18 套套管管下下沉沉 图图17 自自动动控控制制系系统统 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO 实施三：潜孔锤锤击实施三：潜孔锤锤击 由空压机提供的具有一定压力的空气，带动潜孔锤缸体内的活塞作轴向反复运动，使潜孔锤体端部的刀头在旋转的同时，产生冲击效能，冲击能量大，破岩效率高，达到入岩效果。 图图19 潜孔锤安装潜孔锤安装 图图20 潜孔锤施工潜孔锤施工 中亿丰建设集团股份有限公司 对策实施检查：对策实施检查：2013 年11 月25 日全套管下沉

24、，小组成员进行检查下沉速度，下沉速度满足70cm/h 。 LOGO 对策实施的检查对策实施的检查：2013 年11月25 日小组对入岩深度进行测量，检查满足要求。 实施四：混凝土浇筑实施四：混凝土浇筑 先施工A桩，再施工临近B桩5m，跳打A桩，安放钢筋笼浇筑A桩前，安放5m定位导管，浇筑A桩完毕后，然后跳打B桩，B桩浇筑完成后30min内缓慢拔出导管。八、确认效果八、确认效果 1、目标完成情况、目标完成情况 从2013年11月25日开始，对GPS-20，旋挖机、全套管全回旋（冲抓斗+潜孔锤）分别进行咬合桩施工，结果如下表所示： 中亿丰建设集团股份有限公司LOGO GPS-202013年11月25日8:002013年11月25日17:00150cm16.6成孔速度不能满足工期要求旋挖机2013年11月25日8:002013年11月 25日17:00280cm31.1成孔速度不能满足工期要求全套管全回旋（潜孔锤+冲抓斗）2013年11月25日8:002013年11月25日17:00460cm51.1成孔速度能满足工期要求 中亿丰建设集团股份有限公司名称开始时间结束时间入岩速度入岩平均速度（cm/h）备注 现场完成情况一览表现场完成情况一览表 表表8制表：李源辉 复核：刘智东 时间：2013年11月25日LOGO 图图22 旋旋挖挖机机施施工工图图24全全套套管管全全回回旋旋冲冲