高层建筑地下水中混凝土桩基础施工技术

1、高层建筑地下水中混凝土桩基础施工技术 摘要 ： 本文主要介绍了人工成孔扩底桩施工过程中的深井降水、土方开 挖、护壁施工、钢筋笼施工、桩基混凝土浇筑等施工工艺。 关键词 ： 深井降水土方开挖护壁 钢筋笼 混凝土桩基一、工程概况1.1 工程概述移动通信枢纽楼位于市白相路中段东侧，南邻工商局，北靠邮政大楼，主楼总建筑面积27818 平方米。本工程沿总平面的西北侧布置（轴山墙距离主干道路沿石25m,北围墙17m）、平面尺寸为22m （不包括前沿抛出白圆弧部分）x 90m, 共十五层，其中地下一层，地上十四层，结构高度 68.11m,为现浇钢 筋砼框架- 剪力墙结构。1.2 桩基设计简述本工程采用了人工

2、扩底桩基基础，形成建筑物的全部荷载由框剪结构、带梁式筏板基础构成整体，通过扩底桩传递到持力层。所有桩基设置于纵横轴线的交点位置。圆形及长圆形二种，按设计扩底桩共52 个。1.3 施工准备1.3.1 地下降水措施经过多种方案的比较，本工程选定深井降水方案，其井管直径为426mm（钢质），管深 8-20m,管距8-20m,共35 口井。所有井内抽水设备、 地面排放设施以及供电线路架设工作均按计划完成，准备就绪。1.3.2 定位放线及标高控制主楼按照规划红线图勘测到地面，所有转角及中部轴线控制采用标高统一的砂浆砌筑砖墩（抹灰），上表面弹上出轴线。当整体大开挖到基底时，为有效控制人工成孔时的轴线与标高

3、，再在该平面另设置各桩位的控制龙门板桩。二、施工方法与工艺措施要求2.1 人工成孔扩底桩施工程序场地平整一放线、定桩位一挖第一节桩土方一支模浇注第一节混凝土 护壁-在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线一安装活动井盖、设置垂直 运输架、安装卷扬机、吊土桶、潜水泵、鼓风机、照明设施等一第二节桩 身挖土一清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径一拆上节模板、支第二节 模板、浇第二节混凝土护壁一（重复第三节挖土、支模、浇灌混凝土护壁 工序，循环作业直至设计深度）一检查持力层后进行扩底一对桩孔直径、 深度、扩底尺寸、进行全面检查验收一清理虚土、排除孔底积水一吊放钢 筋笼就位一浇灌桩身混凝土。2.2 成孔扩底桩土

4、石方开挖2.2.1 开挖与运输方法1 、成孔扩底桩的土石方开挖全部采用人工，上段土、粉砂及圆砾层用十字镐、钎凿松积堆，再用小煤锹铲装到桶内，由手动辘轳提升到井外，如遇基岩层或镐钎人工不能挖掘的土石层，采用气泵风镐钻 凿。2 、 从井内提升出的土石方，集中倒在二个井之间的铁箱或拖车内，装满后由塔吊转运到指定堆积处，再用卡车外运至市政指定弃土场地。2.2.2 工艺措施要求1 、为保证井口原土的坚实（不塌方），桩位正确，井口砌四皮一砖厚墙体，最上皮统一测定到桩帽底标高。报验合格后开挖。2、开挖第一节桩孔土方应从上到下逐层进行，先挖中间部分，然后扩及周边，以便有效控制开挖桩孔的截面尺寸。3、开挖第二节

5、桩孔内土石方时，应把上节的护圈模板拆除并运出井内，从第二节开始主要利用提升设备运土。4、在安装辘植滚筒提升设备时，应注意使吊桶与桩孔中心位置重 合，在开挖过程中，应经常用支杆检查桩孔的直径及井壁圆弧度，上 下应垂直平顺。5、开挖扩底部分时应先将扩底部位桩身的圆柱体挖好，再按扩底 部位的尺寸，形状自上而下削切扩充成设计图纸的要求。6、当出现地下渗水量较大时(吊桶满足不了排水)，挖土采取半 口井交替进行，即把先向下的一半作为集水坑，选用端头吸水型水泵 抽水，边降水边挖土。7、成孔挖土每完成1m深或班与班之间交接应对桩身直径、桩位中心、桩壁垂直依据上口十字线对中测检，有偏差及时纠正；整个成孔完成以后

6、，必须对桩的扩头尺寸、孔底标高、桩位中心、虚土厚度等进 行全面测定，做好施工记录，办理隐检手续。2.3 硅护壁圈施工2.3.1 护壁圈模板为1m高，四片组合工具式定型模板，每块上下四道 弧形背筋为50X5工字钢，弧形面板为 2.5mm厚铁板，模板之间用卡 具螺栓连接固定。护壁模采取拆上节，支下节的重复周转使用。护壁圈混凝土厚度计算如下：kpdT> 2fcK-安全系数，一般取 1.65fc 混凝土轴心抗压强度p - 土和地下水对护壁的最大侧压力mpad 挖孔桩外直径 mp=yh 义 tg 2(45 0 8 /2) + ( y-y w) ( H-h ) tg 2 ( 450- 8 /2 )

7、+ ( H-h) ywy- 土的容重kN/m3y w一水的容重 kN/m3H挖孔桩护壁深度mh -地面至地下水位深度m0 土的内摩擦角护孔桩直径按最大孔1.8米计算，最深 12米，混凝土护壁采用C20混凝土，每节高 1米，配0 6钢筋200双向，地基土 -1.5米-6 米为圆砾土 ,-6以下为基岩石，土的天然容重y=19.5kN/m 3,内摩擦角0 =200,地面以下-2米开始有大量地下水.计算混凝土护壁所需厚度p=yh 义 tg 2(45 0 8 /2) + ( y-y w ( H-h) tg 2 ( 450- 8 /2 ) + ( H-h) yw=19.5 X 13 tg 2 ( 450

8、20/2 ) + ( 19.5 10) ( 306) tg 2 ( 450 20/2 )十 ( 30-6 ) X 10=396.8N/m 2用 C20 混凝土 ,f c=10N/mm2 ,d=1.8m由公式T n 皿 =1.65 X 396.8 X 180/2 X 104=6 cm 2fc一般混凝土护壁最小厚度为8 mm,所以扩底桩护壁混凝土按 8 mm ,混凝土坡度100 mm .2.3.2 护圈内的钢筋笼可按其各种规格事先制作，并应标识，以防误 用，护圈内钢筋在挖土完成后，立模之前放置。护壁模板支立以后， 用十字线对中，检查孔壁的垂直平整，保证桩孔轴线，截面尺寸满足 设计要求。2.3.3

9、支模完成后应立即浇筑硅，机械搅拌，人工浇筑，人工捣实。2.4 成孔桩基钢筋笼施工2.4.1 钢筋配置长度因受持力基岩层高低起伏条件的限制，(不能事 先确定配置长度)必须在土方开挖至确认的桩基底深度时，按其实际 的深度规划下料。2.4.2 竖向主筋的连接采用闪光对焊，在整批施焊前应作接头的拉伸 和弯曲力学试验，待试验结果符合规范规定时，方可投入施工；如焊 前试验不能满足要求时可改用机械连接。2.4.3 钢筋的绑扎，吊运与安装，保护层的措施1、钢筋绑扎放在平整的硬地面上施工，以避钢筋污染，绑扎可以 固定在三脚钢管扣件吊架上进行，施工顺序为：按设计放置（挂在吊 架上）16封闭箍筋、分划主筋间距线、放

10、主筋及主筋与箍筋点焊、 分段绑扎螺旋形箍筋、验收合格、堆放或吊运就位。2、钢筋笼的就位安装吊运由塔吊进行，吊放时要对准孔位，直吊 扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。3、钢筋保护层定位措施：钢筋放入前应在主筋弯钩的底端部绑上 7cm厚砂浆垫块，钢筋笼保护采用每2-2.5m上下距，四周呈梅花形交叉焊上钢筋耳环或十字撑筋。2.5 桩基硅施工2.5.1 按设计要求，与硅搅拌站确定硅强度等级与选用原材料。2.5.2 .硅浇筑1、硅运输方式采用塔吊料斗与硅泵车综合进行。2、为保证硅浇筑落差不大于2m,宜选用150帆布软管或硅泵管作导管向桩孔内灌注硅。,3、浇筑硅时应连续进行，分层振捣密实，一般第一步浇筑到扩底

11、 部位的顶面，然后浇灌上部硅，分层高度不宜大于1.50m。4、硅浇筑到桩顶时，应超过桩顶设计标高500mm桩顶上伸出的钢筋一定要保持设计尺寸，位置准确。2.5.3 硅养护当硅浇灌完成后，随即用湿草帘覆盖，草帘一般不少于二层，4小时后正常浇水养护7天2.6 扩底桩孔内涌水较严重时的混凝土浇注方案2.6.1 工程概况根据工程地质报告，整个地区地下水埋深26米之间为潜水型，东南向西北方向经流排泄，主楼西段I区，中圆砾含水层埋深46米，其余为II区，-6以下为基岩渗水层，降水深度可达到-13米。孔内的涌水情况大体分三种：第一种是土壁土质均匀密实，渗水流速较慢，排水后可以挖掘及桩身砼的浇灌；第二种是基岩

12、土质中密状，风化破碎较为严重，渗水流速一般，可以间歇排水进行土方开挖及砼浇灌；第三种是基岩风化破碎严重，节理裂隙发育，涌水流速较快，挖掘困难，难于干作业浇筑桩身砼。2.6.2 孔内涌水较为严重的部位与程度1、 部位：9#、13#、27#、32#、37#、40#、43#、47#、48#、49#、52#、53 #、54#（共13个桩孔）。2、 涌水原因与影响程度由于该部位的持力层起伏较大，为满足桩与桩之间的高差不大于设计要求，故开挖深度较大，出现涌水的孔井多数已超过外围降水的深度， 形成自然的外围地下水源对孔内的压力。中等风化基岩层结构节理裂隙非常发育，且缝隙呈不规则，与周围岩隙贯通状，当成孔桩底

13、与周边地下水位产生一定高差时，形成涌水现象。涌水对浇筑砼的影响涌水较为严重的桩孔，一般在挖土时需要用一只以上80 口径水泵不停地抽能勉强施工，如果抽水停止，每分种的涌水上涨高度为200300mm形成较强的冲压力水，如果采取边抽水边浇灌桩身砼的方法，压力水必然把拌合的砼冲洗解体，不能确保砼质量。2.6.3 桩身砼浇灌方法确定根据上述分析结论以及参考有关施工资料，我们对本工程中成孔桩内涌水严重的13 根桩身砼浇筑采取孔内不抽（降）水水中浇灌。原理：当孔内水位与周围地下水位保持一个平面后，消除了高低水位所产生的有压力涌水现象。由于水中砼浇灌采取大体积集料，集中快速导管下料从井底挤压平衡上升，使砼不受

14、涌水影响，能保证砼的整体质量。2.6.4 水中砼浇筑施工工艺及技术要求工艺流程：硅集料斗及导管安装一硅泵管安装-硅搅拌与浇灌一孔井内（上浮水源）抽水与硅处理一无水段桩身硅浇灌1、砼集料斗与导管安装集料斗由L60X6角铁与8钢板制作而成，容积为3.98m3,钢导管0 400,平均长度13m ,管内容积1.63m3,合计容积（硅量）5.60m3。料斗与导管的安装顺序及方法顺序：先导管安装，掌握下口离底距离，用钢丝绳与导管上的吊环和井口上的钢梁连接固定；后安装集料斗，使料斗下料口插入导管内，垫稳斗架；最后安装砼泵管至集料斗内。安装全部由塔吊配合，人工辅助方法。2、砼泵管安装先安装砼泵车至浇灌井段的水

15、平输送管；安装三通，然后分别接上至集料斗和孔井内泵管（至集料斗段可用 软管）。3、砼搅拌与灌注根据水中硅浇筑技术要求，硅等级至少提高5MPa建议最终确定提高10MPa即由原设计C30硅改制为C40硅（仅水中硅段，平均高度为3M。严格拌制质量，做到骨料车车过磅，外加剂盘盘计量，严格控制水灰比，保证搅拌时间，以确保砼有良好的和易性和粘聚性。注：本硅配合比已按照掺加 KIM粉状水泥基复合物添加剂和 FM+4硅 泵送剂配制，使砼达到减水、引气、缓凝、增大砼拌合物粘聚性、补偿收缩、增加强度等功能，更适用于水中砼的浇筑。硅的泵（输）送分二次进行，第一次先把导管和集料斗内灌满，第二次待导管下料时向孔内泵管输

16、送（即同时进行），以提高短时间内下料量。集料斗下料工作程序：导管和集料斗内硅放满一泵管三通转接孔内 泵管一剪断导管下口封堵塞头，引起自然快速下料一硅泵向孔下管输送硅。4、浇筑技术要求对涌水桩孔内硅浇灌前，只要求外围降水井进行正常性降水（如个别井内泵有问题的必须更换），坑下孔内不需抽水（特别是欲浇灌砼的孔内抽水）；以确保孔内水面静止，不产生流速。一次浇筑高度（即水下硅的浇灌厚度）一般控制在静止水面向上n500mm（大名在2.50m3.00m）,在浇灌前测定控制。硅浇筑要一气呵成，不得中断，并控制在 1h内浇完（按集料体积与第二步的泵送流量约15 分钟完成），以保证砼的持续均衡上升。桩身硅振实可以

17、在导管和硅泵管拔出后，挤压上浮的积水基本抽尽时进行（因砼掺外加剂，初凝时间大大推迟）。5、上浮和水排放与砼面浮浆、污物处理在硅浇灌到静止水面上指定高度后，在导管与泵管拔出后即可进行上浮积水的抽水排放，为保证吸（抽）尽积水和减少水泥浆的流失，须特制钢筋箩筐，外包多层铅丝网或密目网，把水泵放入箩筐内抽水。注：当一个孔内水抽完后，立即把箩筐和水泵冲洗干净。在此阶段硅表面向上300mrnfc右架设脚手板（木质，二头搁在钢筋上），进行振捣，振实用插入式振动机，严格按砼施工规范中的振实技术要求执行。硅振实工作完成后应对表面泌水用人工排捞出孔，并将表层硅清除一定厚度，即把桩孔内随水上浮含有杂物、水泥浆和泌水

18、的砼影响层清除，清除厚度估计在200m在右（作为废料排除）。三、桩基施工质量要求及其控制措施3.1 保证项目3.1.1 所用原材料和砼强度必须符合设计要求。3.1.2 桩顶标高及浮浆（余桩）处理，必须符合设计要求和施工规范的规定。3.2 基本项目3.2.1 桩身直径应严格控制，误差一般不应超过桩长的3%。，且最大不超过50mm。3.2.2 .扩底形状，尺寸符合设计要求，桩底应落在持力层内1m深，持力层体不应被破坏。3.3 应注意质量通病及其控制措施3.3.1 垂直偏差过大：由于开挖过程中未按要求每节校验，致使挖完后垂直超偏。要求每挖完一节，必须根据桩孔口上的轴线进行吊直，使孔壁圆弧保持上下垂直。3.3.2 孔底残留物（特别是虚土）过多：成孔、修边以后有较多虚土未认真清除，在放钢筋笼前后均应认真检查清除。3.3.3 桩身砼缺陷，如缩颈，空洞，夹土等现象：主要原因是浇筑前未作操作技术交底，浇灌时未分层浇筑，分层振捣，连续作业。前未作操作技术交底，浇灌