建筑行业重吨位无承台灌注钢管混凝土桩一体化塔基施工工法

重吨位无承台灌注钢管混凝土桩一体化塔基施工工法1前言当今随着建筑用地的日趋紧张，建筑空间不断向高空和地下发展已成为必然趋势。人们不难发现，各新建高层建筑周边及各建筑之间的地下空间已逐步被连成整体的大面积地下车库、地下人防、设备用房等地下工程所占据，此建筑形式的出现明显缓解了地面用地空间的压力，改善建筑功能和人们生活居住环境具有明显的效果。在传统建筑工程设计中，塔吊基础的主要施工流程为，首先需要根据现场情况施工桩基，然后进行基坑开挖，基坑开挖至设计基础底标高后，开始打基础垫层，并进行截桩、砌筑砖胎膜，最后进行承台的模板及钢筋安装，及时浇筑混凝土，此过程施工进度缓慢，需要的人工费，材料费、施工机械使用费相对较高。本工程由于场地有限，基础为深基坑，为加快施工进度，在保证安全可靠的前提下，根据现场施工条件综合考虑分析，充分利用塔吊安拆方便的原则，本项目采用重吨位无承台灌注钢管混凝土桩一体化塔基基础，首先施工钻孔灌注桩，并将钢管预埋，只需挖土露出部分钢管就可进行管内混凝土浇筑和塔吊地脚预埋，之后就可以进行塔吊安装，本施工工法，不需要进行大量土方开挖，施工安装方便快捷，成本费用低，并能加快施工进度，满足现场施工需求。2工法特点2.1塔吊灌注桩施工时，应将钢管和钢筋笼焊接好，并下放到桩里并及时浇筑。2.2钢管柱深入灌注桩3m，通过铆钉与灌注桩主筋进行焊接连接，铆钉上下间距300mm。2.3灌注桩混凝土浇筑完成后，安装首道四周水平钢支撑，首道水平钢支撑施工前，应进行600mm深的土方开挖，为钢支撑施工提供作业面。2.4预埋件施工时，应在管桩上部2500范围内安装8根三级20钢筋，长度2m，通过与铆钉焊接在钢管内部，焊接完成后，进行预埋件固定，浇筑C40微膨胀混凝土，达到强度后，进行塔吊安装。2.5随土方开挖的进行，逐步完成后续斜撑、水平剪刀撑、四周水平撑的焊接施工。3适用范围本工法适用于各类城市建筑中大面积的地下室塔吊基础施工，不需要设置承台，施工速度快，造价低。4工艺原理重吨位无承台灌注钢管混凝土桩一体化塔基施工首先进行灌注桩施工，然后钢管及支撑施工。灌注桩主要承受竖向荷载和水平荷载，塔吊对基础的竖向载荷由独立塔吊对基础的垂直力加上最终高度需要增加的标准节的重量所得，水平荷载由最大扭矩与最大弯矩采用起升高度（60m）时计算，确保塔吊基础稳定。钢管及支撑主要是作为桩与塔吊的连接与支撑，确保受力合理，保证塔吊基础稳定。5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程灌注桩+钢管施工灌注桩+钢管施工钢支撑钢支撑塔吊预埋件施工塔吊预埋件施工剪刀撑加固剪刀撑加固塔吊安装塔吊安装5.2操作要点5.2.1桩基础施工操作要点1）测放桩位事先将业主提供的轴线控制点引到不受施工影响的地方，并妥善保护。根据业主提供的轴线控制点，用全站仪测定细部轴线位置，按平面图尺寸确定各桩位，并打设钢筋，长约25厘米，撒白灰标识。填写工程定位测量复测记录，会同监理复核桩位。2）钻机就位移动旋挖钻机钻头对准桩位。钻桅的垂直度要控制在0.2度以内。动力头和钻桅的间隙不能太大。钻杆的随动架中心应和动力头中心一致。钻杆和钻杆的方头不能偏斜。下护筒时应垂直。钻头方头箱和中心锥不能偏斜。对于底层变化大的，选用直筒钻头。施工至地坪下14米后潜水钻机接力施工。3）钻孔潜水钻机开孔时轻压慢转，使钻头在吊紧状态下钻进。一次清孔在终孔后直接进行,潜水钻机清孔时钻具提离孔底200mm左右，采用比重为1.25-1.3的泥浆，清孔时间15-20分钟。4）钢筋笼制作及安装钢筋笼长度与配筋应符合设计图纸要求。焊接质量满足主筋平直，焊点接头牢固。为防止钢筋笼安装时损坏，采用分节安装焊接方法，并绑扎杉槁避免弯折。将吊放钢筋笼时应对准孔位，按设计深度安装，及时固定位置。钢管与钢筋笼通过铆钉进行焊接固定。钢管柱与钢筋笼主筋一起焊接完下放，上部钢管通过定位环进行定位，定位环直径790mm，放置时要求钢管柱边平行与轴线方向。5）导管安装导管连接长度不得小于钻孔深度。确保初灌时导管底口距孔底不大于0.3m。导管使用前应试拼装，去掉变形的导管，进场前做闭水试验防止存在漏气情况，影响水下混凝土灌注。导管安装应在钢筋笼安装后抓紧进行。6）水下混凝土灌注水下混凝土灌注应在二次清孔后的20分钟内进行。混凝土初灌前，导管内应放置隔水塞。混凝土初灌量必须保证初灌后，导管埋入混凝土以下深度不少于1.0m。混凝土浇注完毕，及时割断吊筋，拔出压笼管及钢制护筒，清除孔口泥浆及混凝土，空钻段及时回填。钢管内混凝土浇筑至钢管顶部以下2500mm位置，预留2500mm进行后续的塔吊预埋件施工。5.2.2钢支撑施工操作要点1）钢管柱深入灌注桩3m，通过铆钉与灌注桩主筋进行焊接连接，铆钉上下间距300mm。2）灌注桩混凝土浇筑完成后，安装首道四周水平钢支撑，首道水平钢支撑施工前，应进行600mm深的土方开挖，为钢支撑施工提供作业面。3）钢支撑施工前，应先测量4根钢管柱的相互间距，确保能够正常安装钢支撑。如钢管柱之间的距离与图纸偏差较大，无法安装钢支撑，则应把钢支撑中的加肋板切除后，再把钢支撑安装在钢管柱上之后，再焊接加肋板。5.2.3塔吊预埋件施工操作要点1）首道四周水平支撑施工完成后，方可进行塔吊预埋件施工，预埋件施工时，应在管桩上部2500范围内安装8根三级20钢筋，长度2m，通过与铆钉焊接在钢管内部，焊接完成后，进行预埋件固定，浇筑C40微膨胀混凝土，达到强度后，进行塔吊安装。2）基础加强节与钢支撑、钢管柱与加肋板焊接、加肋板与钢支撑的焊接、钢管柱与钢梁的焊接均采用E43手工焊。5.2.4剪刀撑加固施工操作要点随土方开挖的进行，逐步完成后续斜撑、水平剪刀撑、四周水平撑的焊接施工。5.2.5沉降观测施工操作要点为保证观测成果的正确性，如实反映出建筑物观测情况，确保工程施工、使用安全应做到五固定：1）固定人员观测和整理成果2）固定使用水准仪及水准塔尺3）使用固定的水准点4）观测路线固定5）固定的外界条件。观测过程发现沉降不均匀或局部数据过大（超过10mm），立即上报技术部，经过核实处理、确保安全后塔吊方可继续作业。5.2.6钢支撑计算书本工程应用TC7020、TC6015型号的塔吊。因塔吊基础均为32m灌注桩，按最不利条件塔吊，3号塔吊TC7020,钢管长度11.5m进行验算。1)塔身传给基础的荷载（55m臂长基础荷载）塔身节数量起升高度（m）工作状态弯矩M(kN*m)水平力(kN)垂直力V(kN)扭矩V(kN*m)1+1760.0工作状态3867.537.1974548.9非工作状态5166.7164.1810.10.0独立高度时，塔吊基础荷载,经分析塔吊对基础的竖向载荷由独立塔吊对基础的垂直力加上最终高度需要增加的标准节的重量所得；塔吊对基础的竖向载荷Fk=974.0+152.6=1126.6KN（工作工况），Fk=810.1+152.6=962.6KN（非工作工况），水平力Fvk=37.1KN（工作工况），Fvk=164.1KN（非工作工况），最大扭矩与最大弯矩采用起升高度（60m）时计算，分别为M=3867.5KN·m（弯矩，工作工况），M=5166.7KN·m（弯矩，非工作工况）；Mn=548.9KN·m（扭矩，工作工况），Mn=0KN·m（扭矩，非工作工况）。2)桩顶计算钢管桩重量单根钢管重量计算重量单位每延米重量153Kg/m长度11.5m单根钢管重量1.76t四根钢管重量7.04t单根钢管内混凝土重量计算每延米重量0.5t/m长度11.5m单根钢管内混凝土重量5.75t四根钢管内混凝土重量23t钢管桩总量总计30.04t支撑体系重量用途重量单位单根水平支撑（30#b工字钢）每延米重量52.794Kg/m长度1.471m单根水平支撑重量0.078t水平支撑重量总计（4层，每层4根）1.24t单根水平对角支撑（30#b工字钢）每延米重量52.794Kg/m长度2.3m单根水平对角支撑重量0.12t水平对角支撑重量总计（4层，每层2根）0.97t单根竖向斜撑（20a槽钢背焊）每延米重量45.274Kg/m长度2.9m单根竖向斜撑重量0.131t竖向斜撑重量总计（3层，每层4根）1.58t加强环（12厚钢板）每平米重量94.2Kg/㎡面积0.4㎡单片加强环重量0.038t加强环重量总计（每层8片，4层）1.2t加劲肋（10厚钢板）每平米重量78.5Kg/㎡单片面积0.05㎡单片加劲肋重量0.004t加劲肋重量总计（每组加强环8个，16组）0.512t支撑体系重量总计5.502t3)基桩的桩顶作用效应非工作状态下Fk=962.6kn，Gk=300.4+55.02=355.42knh=8.5m，L=2.8m桩顶总竖向力962.6+300.4+55.02=1318.02kN桩顶总弯矩5166.7+164.1*8.5=6561.55kN×m轴心作用下基桩桩顶竖向压力329.5kN偏心作用下基桩桩顶竖向压力2672.9kN基桩竖向上拔力-2013.9kN工作状态下Fk=1126.6kn，Gk=300.4+55.02=355.42knh=8.5m，L=2.8m桩顶总竖向力1126.6+300.4+55.02=1482.02kN桩顶总弯矩3867.5+37.1*8.5=4182.85kN×m轴心作用下基桩桩顶竖向压力370.5kN偏心作用下基桩桩顶竖向压力1864.4kN基桩竖向上拔力-1123.38kN4)钻孔灌注桩竖向承载力验算桩径0.8米桩周长2.513米桩底面积0.503平米基桩竖向承载力特征值计算如下：竖向承载力土层厚度li(m)桩侧阻力qsik(kPa)端阻力qpk(kPa)eq\o\ac(○,1)1杂填土2.5eq\o\ac(○,4)1粉质粘土1.453eq\o\ac(○,6)3粉土3.262（41）eq\o\ac(○,6)4淤泥质粉质粘土3.823eq\o\ac(○,6)5粉土3.046⑧1粉质粘土2.340⑧2粉土4.464⑨1粉质粘土10.356⑩1粉质粘土2.356eq\o\ac(○,11)2粉砂4.570eq\o\ac(○,11)4粉砂9.972180极限承载力标准值6636.905kN承载力特征值Ra3318.45kN抗拔承载力土层厚度li(m)桩侧阻力qsik(kPa)端阻力qpk(kPa)eq\o\ac(○,1)1杂填土2.5eq\o\ac(○,4)1粉质粘土1.453eq\o\ac(○,6)3粉土3.262（41）eq\o\ac(○,6)4淤泥质粉质粘土3.823eq\o\ac(○,6)5粉土3.046⑧1粉质粘土2.340⑧2粉土4.464⑨1粉质粘土10.356⑩1粉质粘土2.356eq\o\ac(○,11)2粉砂4.570eq\o\ac(○,11)4粉砂9.972抗拔极限承载力4588.38kN抗拔承载力特征值Tuk/22294.19kN非工作状态下：轴心作用下基桩桩顶竖向压力NK=329.5kN＜Ra=3318.45kN偏心作用下基桩桩顶竖向压力NKmax=2672.9kN＜1.2Ra=1.2×3318.45=3982.14kN基桩竖向上拔力NK=2013.9kN＜Tuk/2=2294.19kN满足要求。工作状态下：轴心作用下基桩桩顶竖向压力NK=370.5kN＜Ra=3318.45kN偏心作用下基桩桩顶竖向压力NKmax=1864.4kN＜1.2Ra=1.2×3318.45=3982.14kN基桩竖向上拔力NK=1123.38kN＜Tuk/2=2294.19kN满足要求。6材料与设备施工主要材料表序号材料名称数量采供计划1C35混凝土518m3商品砼，按需及时供应3钢筋HRB400E-201.042T按需采购，分批进场HRB400E-1817.28THRB400E-123.378T4钢管Q235298m直径529mm.壁厚12mm5铆钉672个直径16mm长度100mm6角钢204mL200*200施工主要机械设备表序号名称数量1电焊机2台2调直机2台3钢筋切割机2台4水准仪1台5全站仪1台6卷尺5米7坍落度筒1个8试块盒7组9氧炔焊割1套10挖机1台11吊车1台7质量控制7.1施工过程质量控制7.1.1塔吊轴线位置及标高尺寸自检后通知质量部门进行检查验收；7.1.2施工期间技术人员应加强中间过程质量检查验收，并进行现场技术指导，发现问题及好整改；7.1.3钢筋现场加工完毕后应做好标记，运输时不得损坏标记，并按要求分类堆放以防混用免锈蚀和油污；7.1.4钢筋笼绑扎时，钢筋交叉点全部绑扎，采用正反扣绑扎，梅花形摆放混凝土垫块；7.1.5混凝土运输、浇筑及间歇的时间不得超过混凝土初凝技术要求时间。7.1.6钢管柱固定时，一定要复核4根钢管柱之间的相互距离。7.1.7钢平台的焊接应从应力大的部位向应力小的部位焊接，焊接时，型材或钢板不得受力或变形。焊缝不得有夹渣、未焊透、不均匀等现象。7.2质量控制措施桩位开孔时用水平尺校正钻机平整度，并在钻进过程中时常检测，确保钻机水平。钻进时主动钻杆应始终与滑车保持在一条垂直线上，所用钻杆不得弯曲，发现弯曲现象及时更换。保证钻具的垂直导向，防止钻杆晃动过大引起超径，桩孔较深时，钻孔时应使用扶正加压装置。钢管支撑加固时，随时复核钢平台的水平位置及标高尺寸，确保预埋位置准确。7.2.1焊前检验1）按照项目钢支撑的设计图纸和相关标准对钢支撑所用的钢材、焊接材料的规格、型号（牌号）、材质、外观及质量证明文件进行确认；2）焊工的合格证及认可范围；3）焊接工艺技术文件及操作规程；4）开坡口位置坡口的形式、尺寸及表面质量；5）对构件的形状、位置、错边量、角变形及间隙等进行检查；6）焊接环境和焊接设备的检测；7）定位焊缝的尺寸及质量；8）焊接材料的烘干、保存及领用；9）引弧板、引出板和衬垫板的装配质量；7.2.2焊中检验1）焊接工艺参数：电流、电压、焊接速度、预热温度、层间温度及后热温度和时间等；2）多层多道焊焊道缺欠的处理；3）采用双面焊清根的焊缝，应在清根后进行外观检查及规定的无损检测；4）多层多道焊中焊层、焊道的布置及焊接顺序等。7.2.3焊后检验主要包括1）焊缝的外观质量与外形尺寸检测；8安全措施8.1严格执行国家、行业和企业的安全生产法规和规章制度。认真落实各级各类人员的安全生产责任制。8.2建立健全安全施工管理、安全奖罚、劳动保护、工作许可证制度，明确各级安全职责，检查督促各级、各部门切实落实安全施工责任制；组织全体职工的安全教育工作；定期组织召开安全施工会议、巡视施工现场，发现隐患，及时解决。8.3严格做好施工人员的安全技术交底及安全教育，特殊工种做到持证上岗。8.4焊接施工时，采用国家规范要求的焊材，并严格规范焊接流程，为操作人员配备口罩等防护用具，减少焊接造成的环境污染。8.5当焊工工作时，焊条和工件（或地）回路带电。禁止将裸露的皮肤或潮湿的衣物接触这些带电部件。焊工应戴干燥、分指的手套以使双手绝缘良好。8.6施工机械应落实班前检查和定期保养。操作人员应遵守设备的操作规程。8.7桩成孔施工过程中，大量使用吊车进行起吊作业，作业人员应按照《安全操作规程》作业，并做好人员的劳动保护、安全防护。9环保措施9.1严格贯彻执行国家及地方政府所发布的有关环境保护问题的法律法规文件。9.2通过各种培训及宣贯活动，进行环保教育，提高全体作业人员的环保意识。9.3建立绿色施工责任制，划分区域，明确管理负责人，实行挂牌制，做到现场清洁整齐。9.4为了保护和改善生活环境与生态环境，防止施工过程造成环境污染，环境保护已纳入项目管理范畴。加强对项目的粉尘、噪音、废气、光源的监测和监控，采取消除污染措施，避免环境污染风险。9.5控制桩机设备噪音排放达标