旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用

旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础

施工中的应用

中交一航局二公司建安分公司

2018年11月目录

一、工程概况

二、方案比选

三、旋挖桩钢护筒方案设计

四、旋挖桩钢护筒方案实施

五、成果创新点

六、成果应用效果

七、结语

重庆中交锦悦三期二标段项目位于重庆市巴南区，框架剪力墙结构，层高32层，1#楼、6#楼为机械成孔嵌岩桩基础，孔桩直径为φ900-φ1800、φ2200，桩数量为1#楼101根，6#楼77根。7#楼、8#楼、11#楼为机械成孔嵌岩桩基础，孔桩直径为φ900-φ1600、φ1800，桩数量7#楼48根，8#楼65根，11#楼33根。基础以中风化基岩作为持力层，中等风化泥岩天然单轴抗压强度标准值frk≥6.4Mpa，地基承载力特征值fak≥2.323mPa。桩身砼为C30，圆桩桩芯钢筋笼采用Ⅲ级(HRB400)螺纹钢筋。一、工程概况旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用

地形地貌：拟建场地属构造剥蚀浅丘斜坡地貌，地形总体较平坦，局部略高。总体地形呈东高西低，地形坡角一般10～20°，部分地段因工程建设形成填、挖方边坡，边坡坡角约30～60°。

工程地质条件：根据现场调查及收集资料，拟建场地上覆第四系全新统人工填土、第四系全新统残坡积粉质粘土；下伏基岩为侏罗系下统自流井组（J1Zl）砂岩、页岩及泥岩，呈互层分布，岩相变化大。

①素填土：杂色，主要由粉质粘土及砂岩、泥岩、页岩碎块石组成。碎块石多呈次棱角状，含量约20～25%，粒径一般20～330mm，局部达800mm。结构松散～稍密状态，稍湿，为机械无序堆填，堆填时间约2～3年，钻探揭示层厚约8.50～27.40m。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用

②粉质粘土：黄色、褐黄色、黄灰色为主，多呈可塑状，钻探揭示层厚约0.30～6.50m。

③砂岩：灰黄色、褐灰色、灰色，中细粒结构，厚层状构造。主要矿物成分石英、长石，次为云母及暗色矿物，钙泥质胶结。强风化层岩芯破碎，多呈碎块状，少许短柱状；中等风化层岩芯多呈柱状。

④页岩:泥质结构，薄层状构造,强风化基岩岩芯破碎，呈碎块状；中等风化基岩岩芯多呈柱状、短柱状。

⑤泥岩：泥质结构，中～厚层状构造，局部含砂质较重。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用本工程施工难点：

1、拟建场地内主要岩层为已回填的素填土、粉质粘土及下伏砂岩、泥岩、页岩碎块石组成。碎块石多呈次棱角状，含量约20～25%，粒径一般20～330mm，局部粒径达800mm。结构松散～稍密状态，稍湿，为机械无序堆填，堆填时间约2～3年。回填时间短，未完成自重固结，土质不均匀，密实度差，可能产生不均匀沉降。降雨补给使松散岩类孔隙水较丰富，地下水位较高，下伏强风化基岩岩芯较破碎，成桩条件一般，可能产生掉块以及坍塌现象。2、本工程采用旋挖桩成孔，根据现场调查及收集资料，拟建场地上覆第四系全新统人工填土、第四系全新统残坡积粉质粘土；下伏基岩为砂岩、页岩及泥岩，呈互层分布，岩相变化大。根据现场地质勘察情况，桩基础施工旋挖成孔存在较大的困难。3、该工程工期紧、任务重，旋挖桩施工进度严重影响工期目标，对该项目进度控制提出更高的要求。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用图1桩基施工范围平面示意图

结合现场实际情况，按地勘报告土层揭示，本工程1#楼、6#楼、7#楼、8#楼、11#楼机械成孔桩共计324根，数量较多，基础地质为砂岩、泥岩、以及部分基础深度8.50～27.40m的无序堆填土，降雨补给使松散岩类孔隙水较丰富，地下水位较高，钻孔成孔过程中极易出现垮孔、塌孔现象，特殊的地质条件给桩基础工程施工带来较大困难。二、方案比选旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用图2旋挖施工垮陷塌孔旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用方案优劣对比：

旋挖机械成孔的方案有旋挖机械干作业成孔和泥浆护壁成孔作业等，现场基础回填土中碎块石含量约20～25%，呈次棱角状，粒径20～330mm，局部粒径达800mm。结构较松散，堆填时间约2～3年。回填时间短，未完成自重固结，土质不均匀，密实度差，孔隙率较大，泥浆护壁成孔施工效果较差。

各种方案有其优点和局限性，该工程在深入掌握和研究已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件的基础上，进行方案分析，论证和比选。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用工艺项目旋挖干作业成孔旋挖泥浆护壁旋挖钢护筒跟进施工速度快较快较快工期影响一般一般一般成孔孔壁稳定性一般，宜坍塌一般稳定性较好环境影响较小严重较小方案优劣对比：

旋挖机械干作业成孔、泥浆护壁成孔和钢护筒跟进成孔在施工速度、工期影响、成孔孔壁稳定性和环境影响方面进行方案分析和比选如下：旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用

结合对重庆地区旋挖桩施工现状调查分析，在高层房建桩基础施工中旋挖桩钢护筒跟进成孔施工，做为地质状况较差条件下一种重要的施工方式，以其独有的优势，适用于灌注桩成孔施工，特别针对以重庆地区为代表的喀斯特地貌、砂岩、泥岩以及较深回填土地质条件下，采用旋挖桩钢护筒跟进，履带吊车配合振动锤起拔钢护筒的施工工艺，弥补了干作业成孔、泥浆护壁施工安全质量以及环境污染不足的缺陷，又弥补了大直径桩成孔施工的困难。根据现场对桩的完整性检测数据显示，该工艺成桩质量较好，能满足施工安全性和施工规范的要求。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用三、旋挖桩钢护筒跟进吊车起拔方案设计

3.1起重设备选择计算原则本工程钢护筒加工，钢护筒钢板厚1.4mm，护筒直径大于桩孔直径200mm，使用护筒直径的钻头施工成孔，钢护筒采用振动锤沉放钢护筒，场内钢护筒起吊和运输采用履带吊进行起吊、运输。钢护筒下沉至基岩持力层，待成孔浇筑混凝土后采用履带吊车配合振动锤及时拔出钢护筒。

起重设备选择原则：起重力>（

振动锤重力+钢护筒重力+钢护筒侧摩阻力）*调整系数。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用图3钢护筒施工示意图三、旋挖桩钢护筒跟进吊车起拔方案设计

旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用3.2挖机振动锤及钢护筒参数选择选用YZM50型挖机振动锤：振动锤质量QB为1.65t，最大激振力P0为510kN，偏心力矩为50kN·m；钢护筒壁厚14mm，直径1.1m，高按20m考虑计算钢护筒重力。3.3钢护筒起拔起重设备计算3.3.1起重力>（钢护筒重力+振动锤重力+护筒土侧摩阻力+护筒内新浇砼摩阻力）*调整系数3.3.2钢护筒重力Qc：3.14*1.1*0.014*20*7800*9.8=73.9KN3.3.3振动锤重力重力：16.5KN3.3.4护筒土侧摩阻力计算：护筒动态土摩阻力TUmin=T*μ（摩擦系数）

旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用（1）T为静摩擦力，按钢护筒的承载力进行取值，依据地质条件及钢护筒入土深度计算钢护筒承载力，钢护筒轴向极限承载能力Quk，按《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008确定轴向承载力Quk：

Quk=Qsk+Qpk=U∑qsikli+λpqpkAP式中：Qsk-为总极限侧阻力标准值；Qpk–为总极限端阻力标准值（此处钢护筒不考虑端阻力）；U-钢护筒周长；qsik-护筒周第i层土的极限侧阻力标准值，按照建筑桩基技术规范取值：填土、淤泥质土及部分粘性土（土状态液性指数按1.0＞IL≥0.75考虑），钢护筒极限侧阻力qsik标准值综合取值按25kPa考虑。li-护筒周第i层土的厚度

qpk-极限端阻力标准值（本钢护筒起拔不考虑此值。λp-桩端土塞效应系数：hb/d＜5时，λp=0.16hb/d；hb-桩端进入持力层深度；d-钢管桩外径；AP-桩端面积）静摩擦力T=Quk=Qsk=u∑qsikli=(3.14*1.1)*(25*20)=1727（kN）旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用（2）动摩擦力系数μ：μ=μmin+（1-μmin）e_βη式中：μmin：土极限动摩擦力系数，取0.05；β为降低系数，钢护筒取0.52。η：振动加速度，η=P0/（QB+QC）=510/（16.5+73.9）=510/90.4=5.64。动摩擦力系数μ=μmin+（1-μmin）e_βη=0.05+0.95*2.72_0.52*5.64=0.1005旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用（3）钢护筒周土摩阻力TUmin=T*μ==1727*0.1005=173.6kN3.3.5护筒内新浇砼摩阻力根据施工规范，混凝土与模板的摩阻力包括粘结力和摩擦力，粘结力按0.5kN/m2采用，摩阻力综合考虑：1.5KN/m2护筒内砼摩阻力=3.14*1.1*20*1.5=103.6kN3.3.6起重设备起拔钢护筒时总重力为：总起重力=（钢护筒、振动锤总重力与钢护筒摩阻力之和）*调整系数=（73.9+16.5+173.6+103.6）*1.3=477.8kN。3.3.7根据现场施工条件和现有机械使用性能，现场起拔钢护筒时，考虑使用起重能力为75t的履带吊，满足要求。四、钢护筒跟进旋挖桩方案实施1、旋挖桩施工流程

测量放线—设备就位—旋挖成孔护筒沉设跟进—清孔验芯—桩孔检查验收—钢筋笼安放—桩身砼浇筑—钢护筒拔除—桩质量检测。2、旋挖桩施工工艺（1）测量放线以甲方提供的水准点及测量控制网进行引测,测放轴线及桩位，桩位测放精度满足规范要求。（2）旋挖机就位现场钻机就位，钻头中心与桩位中心应对正准确，误差控制在2cm以内。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用（3）钻进成孔护筒沉设跟进

旋挖钻机采用筒式钻头，在孔内将钻头下降到预定深度后，旋转钻头并加压，将旋起的土挤入钻筒内，待泥土挤满钻筒后，反转钻头，将钻头底部封闭并提出孔外，开孔旋挖至地下6-8m的过程，要注意监控垂直度，如有偏差及时进行调整。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用

成孔中，按试施工确定的参数进行施工，记录成孔过程的各种参数钻进深度、地质特征、障碍物等情况。在钻进过程中随时指挥机手调整钻杆垂直度，保证成孔垂直。旋挖钻机成孔深度满足设计要求。图4旋挖成孔施工（3）钻进成孔护筒沉设跟进

钢护筒采用壁厚δ=14㎜钢板，护筒长度根据桩长及现场实际情况，适当调整，钢护筒制作的内径D′=D+200mm，D为设计桩径。

护筒沉设采用履带吊和挖机振动锤配合施工，用履带吊起重机将护筒吊至孔位，钢护筒平面位置与垂直度应准确，埋设钢护筒时应通过定位控制桩放样。再把们护筒吊放进孔处，用十字线找出钢护筒圆心位置，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置里合，护筒中心与桩位偏差≤2cm，同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒竖直，采用履带吊辅助挖机振动锤振动打入，将钢护筒打入沉设到位。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用图5钢护筒沉设施工旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用（4）清孔验芯

钻进到岩层后，根据取出岩芯鉴定，达到嵌岩深度后，经验收确认嵌岩深度达到设计要求。（5）桩孔检查验收

清孔后，即进行验孔，清除孔内残渣，使孔底残渣残留符合，规范规定，不大于50mm，经验收合格后，进入下道工序。（6）钢筋笼制作安装

钢筋笼采用劲型骨架在现场钢筋加工房制作。在加强箍上等间距标出主筋位置，先将6～8根主筋依次逐根焊接在加强箍上，形成钢筋骨架，随后将其它主筋均匀焊接到钢筋骨架上，形成整个骨架。

钢筋笼利用吊机整体吊装到孔内，钢筋笼上口到达护筒口上方时，用型钢扁担将钢筋笼搁置在护筒上。为保证钢筋笼竖向轴线垂直度及混凝土保护层厚度，应在钢筋笼外周采用焊接钢筋耳环形式进行控制。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用图6钢筋笼安装施工旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用（7）桩身混凝土灌注

由于拟建区域原为水塘回填，以及大气降水补给，地下水丰富，水位较高，机械钻孔桩混凝土均采用水下砼浇筑。浇筑砼前，由搅拌站提供配合比。浇筑砼前，将现场实际混凝土需要量报给搅拌站，要求其连续供应。

初灌量：水下混凝土灌注采用导管法，混凝土灌注应在钢筋笼吊放完成各项检测数据合格后立即开始，钻孔桩灌注前，应计算初灌的灌注量，确保初灌埋管的成功大于1米。

导管的内径为300mm，保证密封性能可靠和在水下作业时导管不渗漏，以后每次灌注前更换密封圈。导管吊放入孔时，应将橡胶圈或胶皮垫安放周正、严密，确保密封良好。导管在桩孔内的位置应保持居中，防止导管跑管，撞坏钢筋笼并损坏导管；导管底部距孔底高度以能放出混凝土为度，一般为250～400mm。导管全部入孔后，计算导管柱总长和导管底部位置，并作好记录。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用灌注混凝土时，确认混凝土初灌量备足后，即可灌入首批混凝土，同时，测定埋管深度并作好记录。灌注过程中，应经常用测锤探测混凝土面的上升高度，并适时提升拆卸导管，保持导管的合理埋深，导管的埋深应不小于2m。水下灌注混凝土应高出设计0.8m～1.0m，以便凿除浮浆与桩头。图7旋挖桩砼浇筑施工（8）钢护筒起拔

应在砼初凝前振动起拔钢护筒，一般不超过浇筑结束1～2小时，以免砼初凝后护筒钢无法拔出。利用履带吊配合挖机振动锤进行钢护筒的起拔。如全护筒一次起拔困难，采用电焊切割分段起拔的方式进行，备足电气焊组人员，按6-8米一段进行。

因起拔长护筒使得桩身直径发生改变，会影响到砼顶面的标高，所以在混凝土浇筑过程中要充分考虑到长护筒起拔对混凝土浇筑的影响，在护筒起拔前进行超灌弥补护筒起拔的影响。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用图8旋挖桩钢护筒起拔施工旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用（9）桩身质量检测

本工程桩身质量检测均采用超声波进行检查。

①声测管埋设，当桩深度≤30m时，采用Φ48x1mm钢质声测管；30m＜当桩深度≤40m时，采用Φ48x1.2mm钢质声测管；②在桩内等间距埋设声测管，预埋时绑扎在钢筋笼内侧，管底密封，管顶加盖、管内无异物；声测管连接处应光滑过渡，确保在浇筑砼时水泥浆体不渗入声测管内，以及在测试过程中声测头能自由上下移动。③当800mm＜D≤1600mm时，等间距埋设不少于3根声测管；1600mm＜D时等间距埋设不少于4根声测管。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用图9桩质量检测3、施工需注意问题（1）严把工程测量定位关，要求旋挖桩施工轴线定位准确，严格控制桩位及间距；（2）钻孔及钢护筒安放确保垂直，桩身混凝土灌注要紧凑连续不断地进行，配好发电机等应急设施，严禁中途停工，浇筑过程中，严格控制计算好砼导管埋置深度。（3）旋挖桩砼浇筑结束后，要及时起拔钢护筒，避免砼初凝造成钢护筒起拔困难，或者造成钢护筒无法拔出。（4）委托有资质的第三方检测单位对桩质量进行检查，确保桩质量满足规范要求。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用4、存在的问题及改进措施（1）由于本工程施工所处场地为新近回填土层，含有部分碎石块，空隙较大、土颗粒之间粘聚力较小，另外地下水位较高，或局部原有土层存有溶洞现象，现场施工时，可能会发生坍孔，可采用回填C20混凝土方法，待混凝土达到一定强度后再次进行重新钻孔。（2）起拔钢护筒时，由于钢护筒本身已在土层中有一定的时间，必需让钢护筒周身振动1~2min，使周围土壤液化后，再开始提升振动锤起拔钢护筒，起拔力必需逐渐增加，防止突然增加。起拔钢护筒的各项技术参数需经现场试拔确认、调整。旋挖桩钢护筒跟进在房建桩基础施工中的应用4、存在的问题及改进措施（3）施工中如遇到特殊情况拔不动钢护筒，应停止起拔，分析原因，找出相应对策，再进行起拔钢护筒。

（4）履带式起重机配合挖机振动锤起拔钢护筒效果良好，在计算理论方面还需进一步完善，缩小理论计算与实际存在的偏差。

旋挖桩钢护筒跟进成桩施工工艺，作为一种在特殊地质条件下，经济可靠、快速简便的桩基础施工技术，它具有施工