中南中心桩基施工方案.docx
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中南中心桩基施工方案
第一章工程概述
1、工程概述
本工程由苏州中南中心投资建设有限公司开发建设，场地位于苏州工业园区金鸡湖西侧，南为苏惠路，西临星阳街。
本项目占地面积2.5万平方米，总规划建筑面积约50万平方米，其中，塔楼高度700多米。
超高层塔楼部分地上138层，裙房地上8层；整体设置5层地下室。
本标段主要施工内容为桩基础工程，采用混凝土钻孔灌注桩，桩径分别为Φ700、Φ800、Φ1100，桩数共计1928根，桩长27~78.5m，塔楼桩桩端持力层为粉细砂（土层○13-2）。
本工程塔楼的抗震设防分类为重点设防类（乙类），建筑桩础设计等级为甲级。
2、主要工程内容
本标段主要施工内容为桩基础工程，钻孔灌注桩共计1928根。
桩径分别为Φ700、Φ800、Φ1100，桩长为27~78.5m。
具体参见下表：
表1-1钻孔灌注桩工作内容
区域
桩类型
桩径（mm）
桩顶绝对标高（m）
有效桩长（m）
混凝土强度等级
桩数（根）
持力层
备注
塔楼
区域
JZA
Φ1100
-29.0
78.0
C50
272
-2粉细砂
桩端、桩侧后注浆
JZB
Φ1100
-28.5
78.5
C50
231
-2粉细砂
桩端、桩侧后注浆
JZC
65.5
C45
154
-1粉砂
桩端、桩侧后注浆
JZJ
65.5
C45
37
-1粉砂
桩端、桩侧后注浆
SZA
Φ1100
地面标高
78.0
C50
4
-2粉细砂
桩端、桩侧后注浆
MZA
78.0
C50
16
-2粉细砂
桩端、桩侧后注浆
JZC
65.5
C45
1
-1粉砂
桩端、桩侧后注浆
MZC
65.5
C45
4
-1粉砂
桩端、桩侧后注浆
非塔楼地下五层区域
JZD
Φ800
-24.1
27.0
C35
820
粉质粘土
桩侧后注浆
JZE
Φ1100
-25.0
69.9
C45
50
-1粉砂
桩端、桩侧后注浆
JZF
Φ1100
-24.1
69.9
C45
50
-1粉砂
桩端、桩侧后注浆
JZG
Φ1100
60.1
C45
67
-2粉质粘土
桩端、桩侧后注浆
JZK
Φ1100
50.1
C35
86
-1粉质粘土
桩端、桩侧后注浆
JZM
Φ800
40.1
C35
12
-1粉砂夹粉质粘土
桩端后注浆
SZD
Φ800
地面标高
27.0
C35
6
粉质粘土
桩侧后注浆
MZD
Φ800
27.0
C35
12
粉质粘土
桩侧后注浆
SZE
Φ1100
69.9
C45
2
-1粉砂
桩端、桩侧后注浆
MZE
Φ1100
69.9
C45
8
-1粉砂
桩端、桩侧后注浆
纯地下二层区域
JZH
Φ700
-9.3
30.0
C35
71
粉质粘土
JZL
Φ800
30.0
C35
16
粉质粘土
SZH
Φ700
地面标高
30.0
C35
3
粉质粘土
MZH
Φ700
30.0
C35
9
粉质粘土
3、工程地质条件
本工程场地位于苏州市工业园区金鸡湖西侧，地势较平坦；勘察深度范围内分十一层。
○1-1层：
杂填土；
○4层：
粉质粘土；
○5层：
砂质粉土；
○6层：
粉质粘土；
○8-2层：
粉质粘土；
○9层：
粉砂夹粉质粘土；
○10层：
粉质粘土；
○11层：
粉砂夹粉质粘土；
○12层：
粉质粘土；
○13-1层：
粉砂夹粉质粘土；
○13-2层：
粉细砂。
第二章本工程难点、特点及针对性措施
1、超深钻孔灌注桩施工
施工难点：
本工程塔楼桩桩端进入○13-2层粉细砂层，设计桩径Ø1100mm，桩深达110m，要确保桩身垂直度及孔底沉渣等指标，对设备选择及施工工艺有一定要求。
应对措施：
1）钻机及配套的选择
由于本工程成孔深度较深，施工工艺要求较高，要确保钻孔桩垂直度要求及成孔质量，一般性扭矩在20kN·m以下钻机的机械性能很难达到施工要求，其配套钻杆由于抗扭性能不强，常会发生钻杆断裂、掉钻事故。
扭矩太大的钻机自重和用电量都不适宜在此工程中应用。
根据本工程的实际情况及我公司以往的施工经验，在工程施工中拟选择上海金泰公司生产的扭矩为30kN·m的GPS-20型号钻机施工φ1100的超深桩；钻杆选用方面，配套选用φ194*16高强度抗扭法兰连接钻杆。
表2-1GPS-20型钻机参数
型号
GPS-20
底座通孔直径（m）
2
钻孔深度（m）
110
转盘最大扭矩（kN.m）
30
转盘转速（正反）（r/min）
8,14,18,26,32,56
主卷扬机单绳提升能力（kN）
30
副卷扬机单绳提升能力（kN）
30
钻塔额定负荷（kN）
180
钻机有效高度（m）
9
钻机功率（kW）
37
主机外形（工作状态）（m）
5.7×2.4×9.3
主机重量（t）
10
泥浆处理拟设置与泥浆循环系统相关联的ZX-250黑旋风旋流除砂装置，迅速降低泥浆中的含砂量、净化泥浆、确保泥淤符合本工程要求，从而提高成孔质量和效率。
2）钻头的选择
根据本工程地层特点，为提高钻进速度及保证钻孔垂直度，在塔楼桩钻进施工中选用针对性较强的双腰带三翼刮刀钻头。
同时可以根据实际施工情况，可以在钻头上面直接装置配重块，既保证钻进压力，又提高钻头工作稳定性和钻孔的垂直精度。
图2-1自制配重块图2-2双腰带三翼刮刀钻头示意图
3）空压机的选择
由于本工程塔楼采用正循环方式成孔，一清和二清采用气举反循环的泥浆循环工艺进行施工，空压机选用LG-12/10G型螺杆式空气压缩机，本空压机制气量为：
12m3/分钟，最大压力为1.0MPa，能满足本工程要求。
4）导管与砼储料斗的选择
导管是水下灌注的主要机具，应具有足够的强度、刚度和良好的密封性。
由于本工程成孔较深，所以对导管要求较高，导管参数如下：
①直径φ300mm、壁厚5mm、节长2.5m；
②导管须平直，定长偏差不超过管长的1%，内壁光滑平整、不变形；
③导管采用丝扣密封连接，连接偏差应符合定长偏差的要求。
2、一柱一桩高精度调垂
施工难点：
本工程为地下五层，地下结构和裙房采用逆作法进行施工，竖向支撑系统采用一柱一桩的形式。
在支护结构和主体结构相结合的工程中，由于逆作阶段结构梁板的自重相当大，钢立柱多采用承载力较高而断面小的角钢拼接格构柱或钢管混凝土立柱。
一柱一桩的施工技术是整个逆作法施工技术水平的核心部分，其施工质量直接影响着逆作法施工的成败。
目前较为常用的一柱一桩往往采用型钢格构柱或钢管柱结合钻孔灌注桩的型式，这也是本工程所选用的，而支撑柱的定位和垂直度必须严格满足要求。
根据招标图纸的要求规定一柱一桩钢管混凝土立柱垂直度应控制在1/600以内，型钢格构柱垂直度应控制在1/300以内，为此必须有专门的设备对其进行定位和调垂。
同时，由于钢立柱要插入钢筋笼，若立柱受到钢筋笼的限制，调直亦困难，也就是说立柱桩对桩身垂直度要求相当高。
如本工程的圆管柱最大的外径为Ø700mm，考虑到管外增加的栓订（长度80mm），实际上圆管柱的最大外径为860mm，但是，根据设计图纸钢筋笼保护层厚度70mm，即钢筋主筋的外径为960mm，去除钢筋的直径后，钢筋笼的自由空间为960-32-32=896mm（还不考虑声波管的影响），若桩身垂直度为1/300,则在桩顶位置桩中心偏位达100mm，即理论插入出后钢管桩已偏位896-860-100=-64mm，钢管柱的垂直度只能达到64/30000=1/468，因此要求钻机成孔的垂直度要达到1/500以上，显然常规的钻机成孔是难以达到的。
对应措施：
1、针对立柱桩严格的成孔垂直度要求，对立柱桩成孔采用先进的旋挖钻机钻机工艺，工艺设计为上部80m采用旋挖钻机成孔，下部采用GPS-20钻机反循环钻进接力至终孔。
既保证了桩身垂直度的要求，又保证了一次清底孔底沉渣的要求。
旋挖钻机成孔垂直高的原因主要体现在：
a、旋挖钻机钻具自重重、钻杆粗，完全在减压状态下钻进，钻具变形的因素完全不予考虑，b、旋挖钻机有自动对中、自动调垂装置，也就是每斗取土钻进都能保证桩位中心和垂直度，最终保证了整根桩的垂直度。
我司计划采用SH-36旋挖钻机施工立柱桩上部80m。
（性能参数如下图）
图2-3SH36旋挖钻机
表2-2SH36旋挖钻机参数表
项目
参数
最大成孔直径
2500mm
最大成孔深度
110m
最大输出扭矩
320kN.m
钻孔转速
5.6-30rpm
加压卷扬最大加压力
300kN
加压卷扬最大起拔力
300kN
加压系统行程
6000mm
桅杆左右倾斜角度
±6°
桅杆前倾角度
5°
主卷扬提升力（第一层）
300KN
主卷扬钢丝绳直径
32mm
主卷扬最大提升速度
56m/min
辅卷扬提升力（第一层）
110kN
辅卷扬钢丝绳直径
20mm
辅卷扬提升速度
70m/min
工作状态高度
23235mm
工作状态宽度
4600mm
运输状态长度
14231mm
运输状态高度
3400mm
运输状态宽度
3000mm
牵引力
900kN
工作重量
94t
钻杆
外径540mm
2、先进的钢立柱调垂系统，该系统已在类似工程条件下的工程中成功应用，取得了令人较为满意的效果。
本控制系统采用数字倾角传感器对钢立柱的倾斜度进行测量，并利用无线数传模块在传感器与控制站之间进行数据通信，经过控制计算机对数据进行处理后，用液压装置对钢立柱进行纠偏，以达到使钢立柱保持垂直的目的。
图2-4一柱一桩调垂用校正架实样图2-5操作工人在调直格构柱
所取得的实际效果见下表。
表2-3一柱一桩施工效果统计表
桩数
实际调垂效果
567根
柱垂直度＞1/800
428根，占75.5%
柱垂直度1/500～1/800
139根，占24.5%
对于该调垂系统的组成与相关调垂原理，将在后续分部分项工程施工技术方案（5、一柱一桩施工方案）加以详细介绍。
3、穿越砂性土层的措施
施工难点：
本工程桩深范围内，土层含砂重，在这种土层条件下施工，易出现垂直度难以保证、沉渣厚度大、塌孔、缩颈或其他现象。
对应措施：
○1按照我公司对类似工程的施工经验，泥浆配置采取原土自然造浆辅以人工造浆方式进行，并拟配备泥浆净化装置对泥浆进行除砂，以改善泥浆性能。
②同时为保证桩的垂直度，钻机就位时要准确、水平、稳固，起吊滑轮缘、转盘中心和护筒中心三者应位于同一铅垂线上并经常复核，钻进过程中采用减压钻进方法以保证成孔垂直度，并根据钻进情况和地质剖面图掌握钻头所处地层以调整钻进速度，发现孔身偏斜处吊住钻头，上下反复扫孔，使孔校直。
③钢筋笼主筋全部采用直螺纹机械连接，安排熟练的电焊工进行钢筋笼的焊接，在确保质量的前提下尽量缩短钢筋笼下入孔内的时间。
本工程在施工时将采用ZX-250型除砂器，其性能如下：
表2-4ZX-250型除砂器参数
处理能力
250m3/小时
分离粒度等级
>0.074mm
除砂效率
>90%
渣料筛分能力
25~80吨/小时
渣料含水率
<20%
总功率
55kW
整机重量
4吨
外型尺寸
3500×2250×2750
图2-6ZX-250型泥浆净化装置图2-7除砂
4、桩端、桩侧注浆施工技术要求高
施工难点：
本工程灌注桩需进行桩端、桩侧后注浆（Φ700桩不进行后注浆），要保证后注浆的效果，施工技术要求非常高。
应对措施：
我司在多项工程中成功运用过桩端桩侧后注浆技术，积累了丰富的施工经验。
后注浆控制的重点放在注浆量及注浆压力上，确保达到设计及规范要求。
5、一柱一桩不同标号混凝土浇捣控制
本工程采用的钢管立柱，由于灌注桩桩身与钢管立柱内混凝土强度不同，灌注桩的混凝土标号为C35~C50（水下），钢管立柱内混凝土标号为C60。
为防止钢管内混凝土可能因配比或施工不妥等原因造成内部离析及其他质量问题，影响到钢管混凝土柱的实际强度，进而影响到工程的安全性，在正式大面积钢管柱施工前应进行3根Ø600*18mm钢管混凝土柱的填充试验。
在浇捣一柱一桩混凝土之前须确定详细的施工方案，确定不同强度混凝土浇捣的置换时间，以及置换过程中后浇混凝土的用量。
施工步骤如下：
1、水下浇捣灌注桩混凝土（低标号混凝土C35~C50）至钢管柱底下距离2m，控制导管下口位于不同标号混凝土的交接面上（如工况一）；
2、开始浇注柱混凝土（高标号混凝土C60），使低标号混凝土灌注面上升至钢管底以上2.5m处，使低标号混凝土全部在桩顶标高以上，混凝土全部置换完毕。
（如工况二）；
3、沿钢管外圈回填碎石、黄砂等，阻止管外混凝土上升（如工况三）；
4、继续灌注钢管内高标号混凝土，直至低标号混凝土从卸浆孔排除，并见到高标号混凝土新鲜混凝土排出为止（如工况四）。
图2-8钢管柱混凝土填充工序示意图
钢管内混凝土填充时，提升速度应通过试填充试验确定，且提升速度须控制在0.5m/分以下。
为便于加强管理和控制速度，可在输送导管上每隔0.5m做一个显著的环形记号。
6、周边协调、文明施工要求高
施工难点：
本工程位于苏州市工业园区，附近为苏州市金融中心，对文明施工要求高，对施工车辆出入的限制也较多，给施工带来不便，也影响施工进度。
应对措施：
（1）采取全封闭式施工，垃圾由专人清理；
（2）在主要进出大门口设置车辆冲洗池及冲洗设备，组织专人对进出车辆进行冲洗，配备足够保洁人员，确保大门口和周边道路的干净整洁；
（3）大门口设置明显警示标志，门口设置警卫，车辆进出大门有门卫指挥，非施工人员严禁入内；
（4）选择性能优良的设备与施工工艺，进行夜间施工时，禁止鸣喇叭，钢筋下料不应直接倾倒，要用吊车将钢筋起吊就位，将施工噪声控制在60分贝的允许的范围内；
（5）注意对工地上粉尘的控制，对道路安排专职人员经常进行洒水；
（6）晚间照明灯光避免向居民住房直接照射；
（7）施工用废泥浆及时外运，泥浆采用泥浆车陆路外运的方式处置，保持场容整洁，不允许直接将泥浆或废水直接排入市政管道中。
7、对桩基、一柱一桩施工的管理措施
本工程桩基、一柱一桩施工质量要求高，施工过程中必须对桩基、桩基内插格构柱／钢管柱的施工质量、进度、场地安排、施工流向、泥浆有序排放等诸多因素严格把关。
先前施工的钢管立柱将作为以后结构永久柱，因此对逆作施工阶段的竖向支承系统提出了很高的要求，设计采用一柱一桩的承载形式。
由于在整个逆作过程中，这些临时或永久钢立柱将承受下部结构的5块楼板和施工荷载，而此时底板并未浇捣，此阶段最不利工况，就对钢立柱的垂直度以及立柱间的差异沉降提出了很高的要求。
如果立柱垂直度不能够保证，将会对楼板产生很大的附加弯矩，从而影响楼板的质量和使用。
本工程要求钢管立柱的垂直度须控制在1/600以内、格构柱垂直度控制在1/300以内的要求，并提供我司专门研制的“立柱调垂仪”技术进行测定与控制，以保证一柱一桩钢管混凝土立柱垂直度应控制在1/600以内，型钢格构柱垂直度应控制在1/300以内。
钢立柱垂直度、差异沉降保证是决定逆作法成败的关键，如万一出现偏差，将会增加很多计算、复核、加固工作，那么对整个施工无论从质量、进度、经济性上都难以保证的。
第三章施工总平面规划
1、总平面面置原则
1、根据本工程现场条件的实际情况，施工总平面布置要满足场地内交通要求和连通到场地外的要求，布置要安全合理，尽量减少场内行车距离。
2、要确保按合同工期完成全部施工内容。
3、结合施工流程的安排，进行场地布置。
4、在施工过程中，施工场地的布置应根据场地情况及施工、及时进行调整。
5、办公场所做到相对固定。
6、现场布置应做到安全、美观、简洁、经济。
7、现场布置应符合环境保护要求，排水要通畅，污水和雨水汇总后排入附近的市政污水管或市政雨水管。
2、现场生活设施安排
因施工场地有限，现场办公措施采用集装箱，现场灵活布置
3、施工场地规划
1、施工场地硬化处理：
本工程桩基有超深桩、大型设备多、桩身垂直度要求高等特点，为了保证钻机在施工过程中的稳固性，同时为满足文明施工要求，本场地全部进行硬化处理；桩基施工范围铺设厚20cm的C20混凝土。
2、主要施工道路：
施工时，重型车辆多，在场地规化一定数量的施工道路，以满足畅行要求，塔楼外围设置环形车道，内部设置十字车道，裙房部分设置南北向道路；道路采用B12@200单层双向钢筋，铺设厚25cm的C25混凝土。
3、现场排水系统：
工程外围四周设置400mm*500mm的排水沟，施工场地内沿车道设置300mm*400mm排水沟，场地外延的排水沟与市政污水管网相连，连接部位设置三级沉淀池，排入污水管的污水必须经沉淀后才能排放。
4、泥浆循环系统：
根据日产泥浆量考虑，同时兼顾裙房施工，在场地塔楼四周设置4个400m3的泥浆池及沉淀池；为了场地完整性，场地内不设置泥浆沟，泥浆循环全面采用泥浆泵转送的方式。
附图3-1泥浆池制作示意图
5、钢筋笼制作平台：
钢筋笼制作采用二个制作平台，为了缩短下笼时间，钢筋笼单节长度考虑24m，考虑预拼接场地，钢筋笼制作平台尺寸为70m*10m。
具体体置见附图《场地平面布置图》
4、水电布置方案
4.1、施工用电方案
4.1.1、施工用电计划
根据后述施工计划设备投入情况，高峰期本工程开动用电设备情况如下：
序号
设备名称
设备型号
开动设备
数量
单机设备功率（KW）
合计功率（KW）
1
工程钻机
GPS-20
22台
37
814
2
工程钻机
GPS-10
7台
27
189
3
泥浆泵
3PN
28台
22
616
4
泥浆泵
2PN
28台
7.5
210
5
空压机
LG-12/10G
14
55
770
6
除砂机
ZX-250
8
55
440
7
注浆泵
BW-150
3
7.5
22.5
8
滚丝机
HGS-40D
4
3
12
9
切断机
4
3
12
10
电焊机
ZX7-500S
20
14
280
生活用电量考虑200KW。
采用需要系数法进行负荷计算，公式为：
由公式求得施工现场设备用电量
式中：
――计算用电量（kW）
――施工现场用电动机额定用电量之和（kW）
――施工现场用电焊机额定容量之和（kVA）
――其他用电量之和（kVA）
1.05~1.10――用电不均匀系数，取1.05。
――电动机同时使用系数，10台以内取0.7，11~30台取0.6，30台以上取0.5。
――电焊机同时使用系数，3~10台取0.6，10台以上取0.5。
――其他用电同时使用系数，取0.8。
――用电设备功率因数，取0.7。
根据上式得
=1380kW、
＝200VA、
＝0.7、
＝0.6、
＝0.5、
＝0.8
经计算
=2653.9kVA
本工程高峰用电需求按2700kVA考虑。
4.1.2、施工用电布置
现场采用三级配电设置，施工一级配电箱沿工地围墙设置，单台一级配电箱功率630KW；二级配电箱从一级配电箱引线到泥浆池及钢筋笼加工棚等，然后二级配电箱分接到各配电点。
4.2、施工用水方案
1、施工现场用水的组成应包括施工现场生活、生产用水。
2、按有关要求报装和安装水表，管道布置及管道选型要以施工用水量计算为依据，合理进行选择。
4.2.1、施工用水量计划
1、工程施工用水量
工程施工用水量q1按下式计算：
q1=K1∑Q1N1K2/（8×3600）=1.1*250*1000*2*1.5/8/3600=28.65（L/S）
K1—未预计的施工用水系数，取1.10；
Q1—每班计划完成工程量；根据施工进度计划每天完砼方量491m3，故每班按250m3计算。
N1—施工用水定额；
K2—现场施工用水不均衡系数，取1.5。
2、施工现场生活用水
施工现场生活用水量Q2按下式计算：
Q2=P1N3K4/（t×8×3600）=450*100*1.4/2/8/3600=1.09（L/S）
P1—施工现场高峰昼夜人数，根据进度安排，高峰期总人数450人。
N3—施工现场生活用水定额，耗水量100L/人；
K4—施工现场生活用水不均衡系数，取1.4；
t—每天工作班数，取每天工作两班。
3、施工工地临时管网管径
施工工地临时管网管径可按下式计算：
d—管网水管直径（m）；
v—管网中水流速度（m/s），取2.5m/s；
Q—施工工地总用水量。
4.2.2、临时供水系统布置
施工用水需要的一根150mm的水管接头，工地主网水电沿围墙布设，然后用75mm水管分接至各泥浆池。
1、本工程水路按计划铺设，但施工用水计划自附近河床中抽取。
2、主给水管道敷设要沿施工道路埋地进行，在现场各用水点引出接驳点。
3、现场施工用水单独从主管上接出。
根据现场平面要求，布置一定数量的用水点，每个泥浆池必须引接一路水管，其管径不小于75mm。
3、施工现场每隔25m必须设置一个用水点，分别安装50mm、25mm接头各一个。
4、现场各厕所、洗车间及养护室单独由主管引出供水管。
卫生间给水采用浮球冲洗阀，自动控制供水。
5、为节约用水，每个用水点必须设置开关。
第四章分部分项工程施工技术方案
1、测量方案
1.1、平面控制测量要求
1.1.1、平面测量控制网设计原则
（1）、从整体到局部的原则；
（2）、方便使用与稳定性相结合的原则；
（3）、经济实用原则。
1.1.2、平面测量控制网的设计
根据该工程的形状及特点，在施工区域外设置一级测量控制网，在施工区域内按轴线设计成矩形二级平面控制网，平面控制精度参照一级建筑方格网测量技术指标
表4-1平面控制网技术指标
控制项目
限差项目
限差要求
备注
平面控制
边长相对中误差
≤1/30000
平面控制精度参照一级建筑方格网技术要求。
测角中误差
5″
测回数
3
一测回内2C互差
≤13″
各测回方向较差
≤9″
1.2、高程控制测量要求
根据业主提供的城市等级水准点，采用往返水准或闭合水准测量（若提供二点），用精密水准仪在围墙脚内侧引测一条闭合水准导线，并与已知高程点联测，高程测量的精度不宜低于三等水准的精度。
施工基准水准点应布置在受施工环境影响小且不易遭破坏的地方，定期对高程控制点进行复核。
建筑物高程控制的水准点，可单独埋设在建筑物的平面控制网的标桩上，也可利用场地附近的水准点，其间距宜在100m以内。
表4-2高程测量技术指标
控制项目
限差项目
限差要求
备注
高程控制
前后视距离差
≤2m
高程控制参照三等水准测量的主要技术指标。
L、K为水准线路长度（km）。
视线长度
≤100m
视线高度
三丝能读数
前后视距离累积差
≤5m
黑红面读数差
≤2mm
黑红面所测高差之差
≤3mm
水准闭合差
±12
mm
往、返侧较差
±12
mm
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