建筑行业改进的长螺旋冲击桩机在近海复杂地质中的施工工法

改进的长螺旋冲击桩机在近海复杂地质中的施工工法1前言自从2010年国家推广长螺旋钻孔灌注桩以来，虽然此法有了较多的应用，但基于其入岩能力难以保证等原因，仍难以被多数人认可，虽然施工速度快，经济效益好，但多数情况下仍难以取代钻孔灌注桩、冲击桩等。淤泥土中施工桩基时，由于机械对淤泥的扰动会让桩孔周围形成缝隙、孔道；对桩基浇筑混凝土后，经过一段时间，混凝土会慢慢流入缝隙、孔道中，桩身混凝土面下降；导致尤其是两根桩距离近，机械成孔对相邻桩基的影响更大，桩身混凝土面下降更多，最后桩头桩身高度不足，影响质量。康复大学学生宿舍（公寓）、教职工公寓（工程总承包）项目位于青岛城阳区，靠近黄海湾。总建筑面积约8万平，包括2个高层和5个多层。基础采用桩基础，地上为剪力墙结构。本工程地质原为养殖池，后经过回填土形成；地质较差。图纸原计划选用泥浆护壁的旋挖桩，其地下有6米左右的淤泥土层，同时要求桩基入持力层中风化岩石中0.6/0.9米。由于工期紧张，泥浆护壁的旋挖桩施工进度慢，造价高污染重，且在淤泥土中的充盈系数太大；经过项目实际考察及研究决定，沟通甲方及设计单位，将原设计的旋挖灌注桩更改为长螺旋钻孔压灌桩，引入此台经过改装的长螺旋冲击机。通过引入机械与优化施工工艺，解决了海边上层淤泥土下层岩石地质下，施工长螺旋钻孔灌注桩时难以入岩以及桩身、桩头高度不足的各种问题。本工法是公司在2020年康复大学项目桩基施工实践的基础上经钻研、改进、总结后形成。施工效果好，速度快，成本低，获得监理单位与建设单位的高度好评。2工法特点2.0.1具备传统长螺旋钻孔压灌注桩的所有优点：施工速度快、成本造价低、对环境污染小。2.0.2施工机械解决了普通长螺旋难以入岩的难题，具有更高的承载力；施工工艺解决了近海淤泥质土层较厚导致的成桩桩头桩身长度不足，甚至达不到设计标高的问题。减少了后期接桩、修补等工作。3适用范围此工法适用于近海、近湖地区上层为淤泥质土，持力层为下层坚硬岩石的地质条件施工桩基。此工法中对长螺旋机械的改造，也可适用于需要穿过卵石层或回填建筑垃圾层等坚硬层的长螺旋钻孔压灌桩施工。4工艺原理4.0.1对普通长螺旋机械的改造将普通长螺旋钻机改装为长螺旋冲击桩机；包括普通长螺旋桩机，空压机及空压机管路、砼地泵及地泵管路以及改装的螺旋钻杆、冲击器和合金钻头。利用空压机传力到冲击器带动合金钻头在坚硬岩层中钻进。钻杆、钻头等均为特别定制。4.0.2施工工艺的调整采用三方面措施：多预留土层厚度实现提前加高桩浇筑的混凝土高度；跳打减少对相邻桩基的影响，减少混凝土窜孔流失；及时后补混凝土等综合措施保证淤泥土中混凝土桩头、桩身长度。5施工工艺流程及操作要点5.1对普通长螺旋钻机的改进在普通长螺旋桩机的中空螺旋钻杆的前端安装冲击器，冲击器的前端安装合金钻头，空压机管路一段连接空压机，一端通过双层空腔螺旋钻杆的外空腔连接冲击器。砼地泵管路一端连接砼地泵，一端连通中空螺旋钻杆的内中空空腔内。通过高压力空压机为冲击器提供动力，冲击器带动高合金钻头冲击坚硬岩层。钻头部位细节图螺旋钻杆(5)、气孔(6)、砼出料口(7)和合金钻头(8)为抵抗入岩所产生的强大扭矩，螺旋钻杆及其表面一体的螺旋片采用高强度的锰钢钻杆、合金钢钻杆。且钻杆为双层中空，外层中空为气压气孔，内层为混凝土通道。为保证如岩能力并且与长螺旋旋转方式匹配，合金钻头采用旋挖钻机截齿圆形齿座配套使用的高强合金钻头，每个钻头布置的位置与角度均为试验所得。5.2施工流程图笼作运土本桩桩开启振动锤施工准备试验确定淤泥土地质下，桩混凝土从浇筑到终凝的下沉量确定基坑开挖预留土方厚度土方开挖确定打桩顺序、路线场地平整桩位放点钻孔机减少转速、带动冲击器及合金钻头入岩后土达到入岩深度改进普通长螺旋机械5.3操作工艺前期试验→土方开挖→确定打桩路线→桩位放点→钻机就位→钻孔→压灌混凝土→钻机移位→吊装放入钢筋笼→启动振动器→补桩混凝土→桩头养护5.3.1前期试验通过试验桩或者第一分区施工的桩基来确定此地质条件下，淤泥质土中桩基在无相邻桩基施工的情况下从浇筑完成到终凝会有多大的沉降；以及在有相邻桩基施工的情况下，一根桩浇筑完成到终凝会有多大沉降。从而确定开挖桩间土的预留量。本工程发现：若无相邻桩基施工，一根桩浇筑完成到初凝会有20cm-30cm沉降；若有距离近的相邻桩基施工，一根桩浇筑完成到初凝会有50cm-100cm沉降；若有距离较远的相邻桩基施工，一根桩浇筑完成到初凝会有30cm-50cm沉降；确定土方多预留50cm，作为混凝土下降预留量。5.3.2土方开挖根据桩基标高开挖基坑，一般预留1米土方作为打桩桩头长，此处根据试验确定的预留土方厚度来预留，本工程预留1.5米。钻孔施工前，首先进行场地平整，对未达到施工要求的场地要用推土机等把场地推平，地面倾斜度不宜大于2°，保证钻机施工时平衡。5.3.3确定打桩路线打桩行进路线图5.3.4桩位放点以业主提交的测量控制基准点为控制点，建立闭合导线控制网，闭合导线控制网建立在场地四周，放出桩位打上小木桩，木桩顶钉上小铁钉。经复核无误后方可施工。5.3.5桩机就位将基本就位的桩机用线锤吊线对中，调整桩机位置直到钻孔中心与桩位中心重合为止；必须保持平稳，不发生倾斜、位移，为准确控制钻孔深度，在机架上或机管上作出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。5.3.6钻孔钻头刚接触地面时，先关闭钻头封口,下钻速度要慢。正常钻进速度可控制在1～1.50m/min，钻进过程中，如遇到卡钻、钻机摇晃、偏移，应停钻查明原因，采取纠正措施后方可继续钻进。在钻机遇到岩石后，调整钻杆转速，减小钻进速度。打开空压机将高压风输送到冲击器，冲击器带动合金钻头冲击岩层，将岩层冲成碎屑，记录入岩深度。在达到入岩深度+100mm时，空转一会，对桩头岩粉岩渣进行吹散，减少沉渣。在钻孔过程中，对钻出钻杆的土方进行清理。5.3.7压灌混凝土稍微提起几公分钻杆，打开钻杆头部进行浇筑；用地泵进行混凝土浇筑。缓慢提升钻杆，保证钻头位于混凝土下。混凝土灌注必须灌注至地表。5.3.8压入钢筋笼提前制作钢筋笼；将钢筋笼吊在钻机上，插入混凝土中。先使用振动锤及钢筋笼自重压入，压至无法压入时再启动振动锤，插入速度宜控制在1.2~1.5m/min。5.3.9补桩混凝土1、拔出振动锤导致混凝土溢出，补充部分；2、观察相邻桩孔，是否因为此桩钻孔导致窜孔，桩身混凝土降低，若降低太大需要及时补充混凝土，补充时需将导管深入到原混凝土中1米以下，并振捣，保证桩头混凝土质量。5.4施工重点注意5.4.1施工前期必须做好相关试验观测记录，通过试验确定桩头多预留的土层厚度，不可随意确定数值，数值过大过小都会达不到效果或造成混凝土浪费。通过地勘报告，整个厂区淤泥土厚度基本都在6米左右，地质情况基本相同。若地质情况不同，淤泥层厚度相差大，则应该根据与淤泥层厚度按照比例相应调整预留厚度。基坑开挖过程中常规预留1米土层做为切除的桩头长度；本工程预留1.5米土层，在浇筑时多施工0.5米作为后期沉降的富余量；5.4.2由于长螺旋施工速度快，一根桩施工速度为0.5-1h；若两根桩基距离较近时，施工相邻下一根桩基时，上一根桩基尚未初凝；现在桩基施工会对相邻刚刚浇筑混凝土的桩基产生较大影响，两根桩之间形成较多窜孔导致桩身混凝土流失；前期试验最多出现下降3米的情况。故而在施工前确定好施工路线，采用跳打法施工，保证距离较近的两根桩的施工间隔超过混凝土的终凝时间；保证距离较近的两根桩即使发生窜孔不会有混凝土流失；5.4.3在施工过程中必须及时观察注意，因为即使无相邻桩基施工，淤泥土中混凝土也会因为自身成桩形成的缝隙而混凝土面下降；两桩基距离远时也会有少量窜孔发生。若发现施工此处桩基导致相邻桩基混凝土面下沉较大时（超过0.5米），需及时对相邻桩基补充混凝土；补桩时必须保证混凝土尚未初凝，且须将导管深入到原混凝土面1米以下，保证补桩的质量。6材料与设备6.1设备：6.1.1改进后的长螺旋冲击桩机包括：普通长螺旋桩机，空压机及空压机管路、砼地泵及地泵管路以及改装的螺旋钻杆、冲击器和合金钻头。6.1.2挖机1台，用于清运土方及吊运钢筋笼6.1.3钢筋加工机械：包括钢筋切割机、电焊机等6.1.4测量仪器：GPS、水准仪等6.2材料：符合图纸设计要求的钢筋、混凝土等。7质量控制7.1质量标准7.1.1钢筋笼允许偏差：直径±10mm长度±100mm主筋间距±10mm箍筋间距±20mm7.1.2桩主控和一般检查项项序检查项目允许值或允许偏差检查方法单位数值主控项目1承载力不小于设计值静载试验2混凝土强度不小于设计值28d试块强度或钻芯法3桩长不小于设计值施工中量钻杆长度，施工后钻芯或低应变法检测4桩径不小于设计值用钢尺量5桩身完整性-低应变法一般项目1混凝土塌落度mm160-220塌落度仪2混凝土充盈系数≥1.0实际灌注量于理论关注量的比3垂直度≤1/100经纬仪测量或线锤测量4桩位本标准5.1.4全站仪或钢尺测量5桩顶标高·mm+30-50水准测量6隔离剂笼顶标高·mm±100水准测量7.2检测7.2.1成桩质量检查1、混凝土搅拌应对原材料质量、计量、混凝土配合比、外加剂、塌落度、混凝土强度等进行检查；2、钢筋笼制作应对钢筋规格，焊条规格、品种，焊缝长度，焊缝外观质量、主筋与箍筋制作偏差等进行检查；3、施工过程中要求对成孔中心位置、孔深、孔径、垂直度、钢筋笼安放实际位置进行检查，并填写相应质量检查记录；4、成桩后对混凝土强度等级进行检验；5、桩头开挖时应及时检查桩数、桩位及桩头外观质量。7.2.2单桩承载力检测1、单桩静载荷实验应在工程桩施工前进行，在同一施工条件下的试桩数量不小于总桩数的1%，且不小于3根；2、施工完成后的支护桩应按规范进行桩身质量检验。桩身质量检验：20%桩位（不少于10跟，柱下三桩以下承台抽检桩数不少于1根）须做低应变动测。7.3质量控制措施1、工前进行技术交底，明确质量控制标准。2、随时检查施工记录，对每根桩进行质量评定，如发现不合格的桩根据实际情况采取补救措施。3、抽样开挖桩体周围土层，检查桩的外观质量和整体性。4、所用的原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定。5、桩位放线100%复核，保证放线定位准确、标高控制准确；6、全员质量管理，严格控制支护桩工程的每个环节的施工质量；7.4注意事项1、掌握空压机打开时间；2、关注钻头基螺杆，在每次提钻后要检查钻头是否仍完整，螺杆螺纹是否完整；3、控制钻进速度，在入岩中减小速度；4、控制浇筑混凝土时的控制提高钻杆的速度；5、其他传统长螺旋钻孔压灌桩的常规要求及质量控制要求做法：间隔施工、控制垂直度、钢筋笼制作符合要求等。8安全措施8.1施工现场安全措施坚持预防为主，作好全过程的安全施工管理，并做到常抓不懈。针对本工程施工生产特点，特别要做到以下重点防护：8.1.1严格执行安全操作规程，坚持持证上岗制度。8.1.2所有工作人员进入施工现场，必须戴安全帽，穿工作服和工作鞋，高空作业必须佩戴安全带。8.1.3注意安全用电，施工用电按照JGJ46-2005《施工现场临时用电安全技术规范》设置，防止触电事故的发生。施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须由持证电工操作，电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器，在配电器处设立标志牌。8.1.4现场各种电器设备要加盖防水蓬布防潮、防水，下班前必须切断电源，电缆线接头处要架空离地并树立标志牌。8.1.5现场工作人员必须坚守岗位，不准串岗。8.1.6机械设备操作人员对机械的传动装置、制动装置必须进行检查。8.1.7桩机的螺丝、销扣要每周普检一次，如有松动、损坏、不灵要及时修复或更换。8.1.8特殊工种作业，需持特殊工种操作证上岗，如电工、焊工等。8.1.9对易燃易爆的材料，按要求运输、保管、使用，并做好防火防爆工作。配备足够数量的消防设施，作好防火减灾的预防工作。8.1.10夜间施工应有足够的照明。8.1.11现场专职安全检查员在施工前和施工中进行检查，发现问题及时处理，安全员对违反安全生产规章制度，不听劝告者，有权停止其工作，并报项目经理批准给予经济处罚。8.1.12自觉接受、积极配合工程建设指挥部和工程监理对施工安全的监督检查。8.1.13当发生质量安全事故时，应立即向总公司及建设方汇报事故原因，并尽快处理解决。8.2施工现场消防措施8.2.1施工现场由项目经理领导现场保卫工作，防火小组负责消防保护工作，进行监督检查，教育人员认真执行各项消防保卫管理制度。8.2.2施工现场的保卫人员应制定岗位责任制，奖勤罚懒，避免失盗着火。易燃物品堆放地设立防火标志，对库房、堆料场地加强巡逻保护。8.2.3施工现场需点火时，应提前办证，经确认后方可用火。8.2.4完善消防器具，保证其可靠性，设置明显的标志并设专人管理。8.2.5在钢筋加工区，钻机施工现场应配备灭火器，灭火用黄砂，铁锨等灭火工具。8.2.6办公、生活区应配备灭火器，消防斧，消防水带等必备消防器材，并保证消防器材可靠性。9环保措施9.1施工现场三清9.1.1下工活具清。施工机具下工前擦洗干净，设备保养好，下工前落地灰及建筑垃圾清理干净，剩余材料堆放整齐。9.1.2工完场地清。地净窗明，无施工污染，成品保护完成无破损，建筑场地周围场地平整，现场无杂物堆积。9.1.3料具底数清。材料进场数量、质量有验收，现场料具做到帐、卡、物三对口，库内物资分品种、规格、型号和出厂日期。9.2现场防噪措施9.2.1施工现场提倡文明施工，尽量减少人为的大声喧哗，增强全体施工人员防噪声扰民的自觉意识。9.2.2所有施工机械应符合环保标准，操作人员需经过环保教育。9.2.3施工过程中，严禁机械超负荷运转。9.2.4加强施工机械的维修保养，缩短维修保养周期，确保机械设备处于完好的技术状态。9.2.5尽量选择低噪声设备，最大限度降低噪声。要为操作工人配备相应的劳动保护用品。9.2.6从声源上降低噪声。尽量选用低噪声设备和工艺，尽量选用环保型机械设备。9.2.7从传播途径上控制噪声。对于噪声较大的设备，如发电机等，应采取吸声、隔音、隔振、和阻尼等声学处理方法降低噪声，必要时设立专用工作间，以降低噪声。9.2.8施工现场应切实采取措施，控制噪声的产生。如进场使用的机械设备要定期维护保养；施工过程中严禁机械设备超负荷运转；禁止夜间使用噪声比较大的机械；尽量降低人为产生的噪声等。9.2.9严格强噪声控制作业时间，原则上夜间作业时间不超过22：00，在22：0-次日06：00范围。9.3现场粉尘的控制9.3.1对场地每日撒水压尘，及时清除建筑垃圾，保持现场的清洁。9.3.2对建筑物实行全封闭围护，减少施工中粉尘扩散。9.3.3对废弃物集中收回，运至指定地点。9.4现场污水的控制9.4.1在现场设置冲洗车辆设施，以保持出场车辆的清洁杜绝车辆对市政道路的污染。9