山地大直径微变形减震柱施工方法的研究与应用(中建四局六公司)

山地大直径微变形减震桩施工方法的研究与应用发布单位：中建四局第六建筑工程有限公司贵州分公司小组名称：中建四局第六建筑工程有限公司办公一号楼QC小组发布时间：2014年7月 发布人：吴小鑫活动程序

目 录一工程概况QC小组概况二选择课题三设定目标及可行性分析四提出方案并确定最佳方案五制定对策六对策实施七效果检查八标准化九总结与打算十一 工程概况办公一号楼原名艺术中心，位于贵阳市花果园后街彭家湾，处于贵阳市中心部位。办公一号楼背面顺山势而建，建筑总高度132m，地上11层，首层层高15m，标准层层高6.5~9m。结构形式为现浇钢筋混凝框架剪力墙结构，局部为型钢混凝土结构。本工程山底倾斜钢筋混凝土剪力墙、倾斜劲性钢骨混凝土柱依山势而上，于八层（标高﹢58.00m）采用大截面转换钢梁同山顶桩基相连，即结构与边坡不相连，仅借助山底及山顶基础受力。山顶基础为人工挖孔灌注桩，桩径2m-2.5m，桩长10m-19m，部分孔桩距离边坡较近，为保证边坡稳定，需在孔桩四周设置减震隔离层，隔离层厚度为10cm。

山顶基础3D建模效果图3D建模效果图微变形减震桩60m山体侧立面图二QC小组概况（一）、QC小组简介小组名称中建四局第六建筑公司有限公司课题类型创新型办公一号楼QC小组成立时间2013年2月活动时间2013年2月~年8月注册时间注册号6GS-2013052013年3月课题名称山地大直径微变形减震桩施工方法小组人数10人的研究与应用活活动内容人数总出勤率动计划阶段8处理阶段8情95%实施阶段10况检查阶段8制表人：吴小鑫 日期：2013年2月5日二QC小组概况（二）、QC小组人员情况小组职务姓名性别职务职称文化程度组内分工顾问罗宗礼男总工程师高工专科协调指导组长刘岩棚男项目经理高工本科组织总结副组长刘睿男技术负责人高工本科技术负责组员吴小鑫男技术员助工本科总结分析组员胡畔男技术员助工本科施工管理组员肖春祥男质量负责人助工专科质量复核组员吴小平男技术员助工本科技术处理组员张开宇男技术员助工本科技术处理组员韩光源男施工员助工专科现场实施组员陈艳女资料员助工专科资料整理制表人：吴小鑫 日期：2013年2月5日二 QC小组概况（三）、QC小组历史情况QC小组概况《爬模体系在倾斜结构中的应用》 《装配式加工场防护棚的研制与应用》获建四局QC发布一等奖获安徽省QC发布一等奖获全国QC发布一等奖

获中建四局QC发布一等奖获中建总公司QC发布一等奖获全国QC发布一等奖二 QC小组概况（四）、QC小组本次课题活动计划活动目标活动时间（2013年2月~2013年8月）2345678课题选择P设定目标方案确定制定对策D对策实施C效果检查标准化A活动总结图例计划完成实际完成制表人：吴小鑫 日期：2013年8月25日三 选择课题（一）、问题的提出微变形减震桩无相关施工经验借鉴办公一号楼山顶部分基础为桩基础形式，桩分为竖向受荷桩和抗剪桩两类，其中竖向受荷桩距离山体边坡较近，为了减少在台风、地震等工况下，因结构的轻微变形导致边坡承受孔桩传来的水平荷载，设计要求在靠近边坡的孔桩周围设置可以微变形的隔离层结构，以减少或抵消孔桩对边坡的影响。目前，没有此类隔离层做法的施工经验可以借鉴。工期紧，施工周期短本工程山底倾斜钢筋混凝土剪力墙、倾斜劲性钢骨混凝土柱依山势而上，于八层（标高﹢58.00m）采用大截面转换钢梁同山顶桩基相连，此孔桩将直接影响上部转换梁的施工，工期紧迫。施工环境局限大由于山顶基础周边存在居民住宅区，且本工程依山而建，落差近60m，故桩基础成孔不能采用爆破方式。施工质量要求高设计要求隔离层厚度不得有误差，且需要防止混凝土泥浆及胶凝材料进入隔离层，隔离层耐久性需要与建筑设计一致。三 选择课题（二）、确定课题为解决以上四个难题，在保证隔离层施工质量的前提下，加快施工进度，确保隔离层设计要求，选择一种安全可靠且费用低的山地大直径微变形减震桩施工方案组织施工，为此，我们QC小组确定此次活动的课题为:山地大直径微变形减震桩施工方法的研究与应用四 设定目标及可行性分析（一）、课题目标1、质量满足规范及设计要求(桩基微变形小于10cm)总目标：研发一种在山地复杂环境中大直径微变形减震桩的施工工艺2、12m长单桩施工工期不大于25天四 设定目标及可行性分析（二）、目标可行性分析1、公司技术中心在技术上提供了大力支持，可合作高校的结构分析软件，技术搭建孔桩三维模型，进行支持仿真模拟，为方案提供了理论依据。2、过程中加入现场监测团队，实时观察方案实施效果。3、优秀的管理团队：在项目管理的凝集力下，小组成员具有良好的团队合作精神，善于沟通、交流及总结施工经验。

仿真模拟实时监控

目标可行五 提出方案并确定最佳方案针对现场情况，我们确定以下三个施工重点是影响目标实现的关键因素：山地孔桩成孔施工方式山地大直径微变形减震桩施减震隔离层主材的选择工方法的研发减震隔离层施工方式五提出方案并确定最佳方案（一）、山地孔桩成孔施工方式方案方案分析方案评价施工图示意方案确定提出1、造价比冲锥冲孔、冲击钻机冲造价相对较低，但用人力挖土、孔、回旋钻机钻孔节省进度缓慢2、挖孔桩采用人工凿石，施工难人工现场浇筑的钢度很大，工效低成本高，进度慢挖孔筋混凝土桩。3、井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大采用旋挖钻机1、旋挖成孔施工具有扭矩大、成在工期方面有很大及与之相配套孔速度快、自带动力、无泥浆循环优势，但的各类钻头、等特点现场条件泥浆泵、泥浆旋挖2、成孔直径一般为600～3000mm，限制较大管、导管、电成孔一般最大孔深能达76m焊机、测绳等3、基岩、漂石等地层不能适用组成的成孔体4、山地工程施工作业面局限大系制表人：吴小鑫 日期：2013年3月5日五提出方案并确定最佳方案（一）、山地孔桩成孔施工方式方案方案分析方案评价施工图示意方案确定提出水磨钻小型电机1、能适用于施工条件苛刻、作虽然成本较、水磨钻筒、定业面狭小基岩地层的环境高，但是能位支撑骨架和手2、每天可以保证下挖0.45～在保证工期动升降系统四部的条件下适0.50米，有效地保证了工程的分组成的钻孔机应本工程的施工进度，无振动、无噪音械。一个水磨钻各种条件水磨3、对位于边坡顺层岩石的基础机配备3～5水磨钻成稳定性影响很小，对周边结构钻筒，水磨钻筒孔的影响几乎为零，能充分保证外径为170㎜，结构安全内径为150㎜，4、施工更加简便，降低工人劳壁厚度为10㎜，高度为620㎜，动强度，节约工程造价；一次一个循环可钻性施工好后，不会存在结构安450～500㎜。全隐患制表人：吴小鑫 日期：2013年3月5日五提出方案并确定最佳方案（二）、减震隔离层主材的选择方案提出方案分析方案评价示意图方案确定聚苯乙烯泡沫板――又1、密度小，具有独立的气泡结刚度不够构名泡沫板、EPS板是由2、表面吸水率低，防渗透性能泡沫板含有挥发性液体发泡剂好的可发性聚苯乙烯珠粒3、抗压强度不高，不能弯曲，组成弯曲材料需要定制属于无机材料，经高温抗压强度熔融后，由高速离心设1、柔性好，能弯曲变形，吸水不足岩棉备制成的人造无机纤维2、抗压强度不高，具有极强的保温防火性能质量、强度绝热用挤塑聚苯乙烯泡1、极低的吸水性均能满足挤塑板沫塑料（简称XPS),具2、低热导系数、高抗压性、抗有完美的闭孔蜂窝结构老化性制表人：吴小鑫 日期：2013年3月5日五提出方案并确定最佳方案（三）、减震隔离层施工方式方案提出方案分析方案评价示意图方案确定1、工厂定制速度快，标准投入较高1/2圆弧采用在工厂定制1/2圆弧隔离层，化工期较长2、定制后现场直接挂贴，10cm厚隔按照成孔速度分段挂贴隔离层，能加快进度离层工厂然后再装订保护层。加固方式采3、定制圆弧隔离层装载运预制现场用大于用M10×100膨胀螺丝加固输不方便分段安装体系。4、工厂定制一次性投入成本高成孔后在护壁表面涂抹一层粘结尺寸多变砂浆，并均分弧长分别安装木枋1、块状隔离层现场切割方适应性好，采用钢钉固定于护壁上；将普便成本低条形隔离通5cm厚块状隔离层进行等分切割2、块状隔离层运输方便层现场散，双层错位拼装铺设共10cm，最3、散拼装无需大型机械工拼装终卷铺保护层同时使用钢钉再次具，可直接施工。将整个隔离层固定在护壁上，形4、无需工厂定制，成本低成整体隔离层，按照成孔进度分段施工。制表人：吴小鑫日期：2013年3月5日五 提出方案并确定最佳方案（四）、确认最佳方案综合考虑上述对比分析，初步确认的预选方案是：在水磨钻成孔后，利用散拼双层挤塑板作为减震隔离层。水磨钻成孔 挤塑板隔离层 散拼挤塑板制图人：吴小鑫 日期：2013年4月15日五 提出方案并确定最佳方案因为此类材料和施工方式无相关的借鉴经验，所以我们利用ANSYS的有限元分析衡量并确定本方案的可行性和结构安全性。桩基础整体建模结论：微变形减震桩侧的侧向位移为0.233cm，远小于10cm的隔离层的厚度，因此微变形减震桩的隔离层是合理的

单桩模型 竖向荷载时，桩体变形Z方向应力云图 Z方向上的应变云图制图人：吴小鑫 日期：2013年4月15日五 提出方案并确定最佳方案方案论证在确定方案后，立即编制了山地大直径微变形减震桩专项施工方案，于2013年5月8日组织并通过了贵州省专家论证，专家一致认为该工艺安全可靠，可以实施。五 提出方案并确定最佳方案最孔桩成孔方式水磨钻成孔佳减震隔离层材料选型方双层挤塑板案减震隔离层施工方式选型 条形挤塑板现场双层散拼装根据上述最佳组合方案列出如下施工工艺流程：孔桩成孔 砼护壁浇筑粉刷干粉粘结砂浆吊装钢筋笼 装订彩钢铁片安装固定木条并铺贴挤塑板浇筑桩身混凝土六 制定对策为保证方案的顺利实施，QC小组联合技术部门召开会议，对山地微变形减震桩施工工艺进行分析，综合考虑可能出现的难点，联合实际情况研究解决方法，制定控制对策，并将对策实施监控及管理任务分配到相应负责人。方案难点施工难点难点详述水磨钻孔孔桩孔径达2m，水磨钻开挖量较大，如安排不好，极易影响施工进度。隔离层加固体系本工程孔桩深度平均达到14m，最高达到19m，故在桩底部位混凝土侧压力较强，对隔离层的抗压强度加高，如果隔离层加固体系不牢固会导致隔离层散落。双层挤塑板铺贴XPS挤塑板切割需顺直，且散拼拼缝需要严密，如果切割不顺着拼缝不严密会导致空鼓造成隔离层抗压强度不高；双层散拼装需要错缝铺贴。保护层铺贴隔离层外侧需要有保护层进行保护，否则隔离层将会被混凝土和钢筋笼破坏，且保护层务必密实，不能使泥浆进入隔离层而缩短隔离层寿命。实施效果检查无法通过常规方式对施工质量进行检查。制表人：吴小鑫日期：2013年3月25日六 制定对策针对本工程又快又好的施工微变形减震桩，小组成员经过讨论，得出以下对策：序项目对策目标措施地点日期负责人号WhatWhyHowWhereWhenWho钻孔速率提高1.绘制钻孔顺序图；刘睿水磨绘制水磨钻施工，平均每天岩施工每段成孔12.进行二级交底和现场监吴小平钻孔顺序图并实施层钻孔的深度现场前控，合理安排施工。韩光源达到600mm。保证每段隔离1、木枋规格为50mm（厚隔离采用废旧木枋为层不掉落，混）x100mm（宽）x1000mm粘结砂浆层加加固主材，辅以凝土浇筑过程（长）施工张开宇2涂刷完成固体钢钉固定隔离层中隔离层不被2、按每30度弧长安装一现场韩光源后系于护壁上移动，施工合根木枋，共12根，格率100%3、钢钉长度需达到5cm制表人：吴小鑫 日期：2013年3月25日六制定对策序项对策目标措施地点日期负责人号目WhatWhyHowWhereWhenWho首先在护壁上涂1、用电热丝切割挤塑板抹一层干粉粘结双层施工过程中，散规格为10cm宽5cm厚度X1每次砂浆，安装固定挤塑拼缝隙不大于2m00cm长；施工挤塑板吴小鑫3木条；挂贴第一板铺m；挤塑板100%2、第二层挤塑板用双面现场铺贴过肖春祥层挤塑板后粘贴贴双层错缝铺设。胶粘贴在第一层挤塑板程中双面胶带，再铺上，双层错位5cm贴第二层挤塑板分段进行圈铺，有效控制泥浆不1、彩钢板铁皮宽度为1.1m，厚度0.2mm，上下层保护上下保护层需搭浸入隔离层，钢隔离层铁皮采用搭接10cm；施工吴小鑫4层铺接一定长度，采筋笼下孔不得破铺贴完2、水平搭接宽度为30cm现场肖春祥贴用彩钢板铁皮铺坏隔离层，隔离成后，采用双排铆钉@200纵贴。层破坏率为0。向固定，排距20cm埋设压力盒和反实现隔离层信息1、采用振弦式反力计测桩结束力计对隔离层抗化施工，保证隔实施量压应力至工程压情况进行监测离层施工质量达施工吴小平5效果2、反力计、JM3850振弦结束以对控制内力进行到100%，达到微现场刘睿检查测试系统监测桩的应力及运行分析，判断是否变形减震桩设计应变变化期为合格微变形桩要求。制表人：吴小鑫 日期：2013年3月25日七 对策实施实施一微变形减震桩水磨钻成孔及护壁浇筑1、绘制水磨钻钻孔顺序图，采用水磨钻进行孔桩成孔。在施钻时，进行二级交底和现场监控，合理的安排钻孔时间和护壁浇筑时间的穿插，钻孔的深度每次控制在400～450㎜。钻孔顺序平均每天的开挖量大概为650mm，达到目标要求！

水磨钻成孔制图人：吴小鑫 日期：2013年4月15日七 对策实施实施二隔离层加固体系在孔桩成孔之后，在护壁上安装固定木条：固定木条采用规格为50mm（厚）x100mm（宽）x1000mm（长）的木枋，每个木枋固定前需用钻机钻好5个Φ10mm的孔眼，用以穿高强膨胀螺栓，两侧孔眼中心距离木枋边缘100mm，孔眼中心间距200mm。木枋截面经检查，在安装固定木条后，隔离层加固稳定，未出现脱落及松散情况！ 木枋立面制图人：吴小鑫

涂刷粘结砂浆及安装固定木条日期：2013年4月15日七 对策实施实施三双层挤塑板铺贴

实施完成后，经监理及质量员检查，散拼缝隙不大于2mm；挤塑板100%双层错缝铺设。目标实现！1、采用成品XPS挤塑板现场切割条状。切割时先于整块挤塑板上定位弹线，采用电热丝切割器切割时需保证切口光滑平整，尺寸允许偏差为±1.5mm。切割成型的50mm（厚）x100mm（宽）x1000mm（长）XPS挤塑板作为减震隔离材料，第一层挤塑板直接纵向铺贴于孔壁上，保证拼缝密实，铺贴紧凑。2、采用粘结砂浆对第一层隔离曾进行铺贴，待第一层挤塑板铺贴完成后，在每根第一层挤塑板条外表面上纵向粘贴双面胶，再粘贴第二层铺贴双层挤塑板挤塑板，双层挤塑板铺设应错位5cm。制图人：吴小鑫 日期：2013年4月15日七 对策实施实施四保护层铺贴及钢筋笼下放安装彩钢铁皮：双层挤塑板安装完毕后，在挤塑板表面装订彩钢铁皮用以保护及固定挤塑板。彩钢板铁皮宽度为1.1m，上下层铁皮采用搭接，搭接宽度为10cm，彩钢板铁皮搭接必须上节铁皮覆盖下节铁皮。水平搭接宽度为30cm，采用双排铆钉@200纵向固定，排距铺贴双层挤塑板20cm。制图人：吴小鑫 日期：2013年4月15日七 对策实施实施四保护层铺贴及钢筋笼下放经核查，在采用彩钢板保护层后，钢筋笼下放在孔桩的钢筋笼下放过程及混凝土浇筑过程中，保护层未脱落，隔离层未出现松散，脱落情况。隔离层得到有效保护，目标实现！混凝土浇筑制图人：吴小鑫 日期：2013年4月15日七 对策实施实施五实施效果检查1、布置监测点，桩监测采用振弦式反力计测量压应力，布置在P4-2、P9-1、P6-2、L9-1桩位置，P=K(F0-F1)+B（MPa）序监测项目监测仪器测点布置测点数量监测目的监测频率号桩顶、桩反力计、桩顶、桩底4个桩，监测桩的桩施工结束1JM3850振弦各埋设一个应力应变底反力共计8个至工程结束测试系统反力计变化土压力盒、监测桩在桩结束至工桩侧面，背4个桩，侧移情况2桩侧压力JM3850振弦程结束以及山面埋设共计8个下桩顶部测试系统运行期的侧压力位移计、JM桩侧面，迎4个桩，监测桩位桩结束至工3桩顶位移3850振弦测程结束以及山面埋设共计4个移试系统运行期制表人：吴小鑫 日期：2013年4月15日七 对策实施实施五实施效果检查

各项监测数据均符合设计要求2、现场监测及数据分析

应力（Mpa）

0.0060.0040.0020.000-0.002-0.004-0.006

可位移桩4-2桩侧应力图4月10日5月16日5月20日6月6日6月12日6月20日6月25日7月1日7月15日7月18日7月21日7月23日7月25日7月27日7月29日监测时间

应力图桩侧应力图可位移桩4-2桩底应力图0.1000.0500.000-0.050-0.100-0.150-0.200-0.250-0.300监测时间桩底应力图可位移桩4-2桩顶应力图1.0000.5000.000…………………-0.500-1.000-1.5005桩顶应力图

应力图月26日12层…月28日12层…7月30日12…77制图人：吴小鑫 日期：2013年4月15日八 效果检查1、截止2013年8月3日，本工程山顶孔桩应用小组研发的山地大直径微变形减震桩施工工艺工期有节省，实际12m长单桩施工工期为23天，比目标提前2天。工期目标实现！制表人：吴小鑫 日期：2013年8月15日八 效果检查2、采用山地大直径微变形减震桩施工工艺施工，无安全事故，边坡稳定性未受影响。3、通过在施工工况下，对桩监测发现桩侧最大应力为7月13日测得的5.18Kpa，而微变形减震桩与护壁间填充了XPS挤塑板，其抗压强度达到150～500Kpa以上，以此换算挤塑板产生的应变约为0.035左右，变形0.35cm，而模拟结果为0.233cm，远小