寒冷冻土地区静压桩施工工艺工法.docx
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寒冷冻土地区静压桩施工工艺工法
寒冷冻土地区静压桩施工工艺工法
1前言
1.1工艺工法概况
预应力混凝土管桩是一种打入土中，长细比很大的管状细长构件。
静压桩就是利用静力压桩机械将预应力高强混凝土管桩（简称PHC桩）压入土层中的一种桩基础施工方法。
静压管桩具有多方面的优越性，特别是在东北地区这种冬季较长的地区可以进行冬季施工，创造了良好的社会效益和经济效益。
1.2工艺原理
静力压桩法在桩压入过程中，以桩机本身的重量（包括配重）作为反作用力，来克服压桩过程中的桩侧摩阻力和桩端阻力。
当PHC桩在垂直静压力作用下沉入土中时，桩周土体发生急速而激励的挤压，土中孔隙水压力急剧上升，土的抗剪强度大大降低，此时桩身很容易下沉。
压桩结束后，随着时间的延续，桩周土体孔隙水压力逐渐消散，土体发生固结，土体的抗剪强度逐渐恢复，并可能超过原来的强度，桩侧摩阻力随之逐步恢复和提高，从而使PHC桩获得真正的承载能力。
2工艺工法特点
2.1预应力管桩能较好地适应各种软弱地质条件及荷载情况，桩端持力层可以取中密～密实的砂性土层、硬塑～坚硬的粘性土层、全风化岩层甚至强风化岩层；
2.2不易偏心沉桩、桩身质量可靠、强度高、穿透力强、抗腐蚀性强、节约材料、施工工效高、施工质量易控制、造价低；
2.3施工过程无噪音、无振动、无污染、无冲击力，可减少打桩振动对地基邻近建筑物、道路、管线等影响。
3适用范围
适用于严寒地区地质条件为一般黏性土及填土、淤泥和淤泥质土、粉土、非自重湿陷性黄土等土层，提高建构筑物的基础承载力。
4主要引用标准
《城市污水处理厂工程质量验收规范》GB50334-2002
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50203-2009
《静压预应力混凝土管桩基础技术规程》DB22/T497-2010
《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
5施工方法
PHC管桩静压法沉桩工艺原理，在桩机就位后，利用适合吨位的吊车（或压桩机自带的起吊设施）吊起管桩进行喂桩，通过静压桩机中心的夹具对桩进行夹抱，调整垂直后进行施压。
施压时，静压桩机机身通过油缸支持安装在大小步履上的小车，小车在大小步履轨道上由油缸控制运动，抱压桩时，借助自重及配重，以液压互联动力系统方式通过夹头相交压力施加压桩力，管桩在自重及配重静压力作用下逐渐将压入地基土中，然后通过焊接将上下两节管桩连接实现接长，并通过送桩器将桩顶送到设计标高的一种成桩工艺。
6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
PHC管桩施工工艺流程见图1。
图1PHC管桩施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1技术准备
①认真熟悉设计图纸，做好图纸会审工作，及时解决疑难问题；按施工要求及有关规范规定做好施压管桩前的准备工作。
②认真阅读工程地质勘察报告，了解工程地质情况，计算施压管桩的配桩长度，做好管桩预购计划工作。
③目测现场实际情况，做好现场场地桩机行走方便的有关工作，确定桩机施工顺序及桩机行走路线。
④做好施工前的技术交底及安全交底工作，建立工程交接班制度，制定工程质量目标和安全措施，确保施工有序、安全地进行。
本项目场区层由第四系全新统人工填土层、第四系中更新统冲洪积粘性土和砂土、白垩纪泥岩组成。
地质情况按照既有厂区地址勘查报告进行设计。
⑤据设计要求和业主交接的坐标点，对建筑物坐标进行基础放样、轴线定位的施测工作，依照地质资料的钻孔号编制设计图纸的桩号顺序，并根据实际情况编制，经审核后方可组织施工。
⑥进场的施工机械设备，应符合设计规范及现场的施工技术要求和环境要求，如：
有关桩机型号、满载重量、冲程等技术要求和桩机燥音对环境的影响等都必须满足现场施工的要求。
并报请监理单位检查确认。
⑦进场的材料必须符合设计要求及有关规范的规定，施工前应先行采购联系好，并根据地质资料报告做好管桩的桩长配制工作，使预制厂生产的成品桩能够满足施工中的要求。
管桩入场前必须具备出厂合格证、检验报告及生产厂家资质证明；桩尖必须有出厂合格证及钢材质量证明书；接桩采用的焊条等材质规格应符合设计要求，并具有焊条出厂合格证。
⑧施工现场供水、供电、道路、排水、临设等应满足施工要求。
并有足够的防火、安全用电保护措施及防燥音环境保护措施。
⑨根据现场目测，场地较为平整，为了能满足桩机施压，将较松软的地块回填砖碴压实，以便满足桩机施工行走。
6.2.2试桩
为了选择合理的施工方法和施工机具；决定桩的入土深度，使桩有足够的承载能力，为一系列沉桩施工提供准确的现场数据，使管桩施工满足设计要求，进行试桩。
试桩过程中使用的各种测量仪器，在使用前应进行校验。
①验证设计采用管桩品种、规格、型号的可行性
选择与设计桩身长度、规格相同的预应力管桩进行试桩，进入强风化岩。
②验证《地质勘查报告》的准确性
首先试压桩的规格长度及地质条件应具有代表性，试压桩选在地质勘查技术孔附近，试压前应在桩身上划出以1m为单位的长度标记，并按从下自上顺序表明桩的长度，以便观察桩的入土深度记录该深度的压力值，并做好试桩记录。
③判断桩如持力层的压力标准
根据《建筑桩基技术规范》（GB50202-2002）要求，桩端承载力进入持力层深度不小于1.0m。
所以必须对桩端进入持力层瞬间进行准确判断，以保证桩端进入持力层足够的深度。
桩端是否进入持力层瞬间可根据三方面进行判断：
⑴根据《地质勘察报告》管桩入土深度与地质报告基本吻合；
⑵进入持力层压桩力短时间内突变，表明进入持力层；
⑶压力表显示压桩力达到该持力层所应有的承载力标准。
按试桩记录表显示，压桩力在短时间内压桩反力发生突变，一分钟内由1312KN上升至2132KN,这时管桩入土深度为16米，与《地质勘察报告》显示持力层位置基本相符，故可以断定管桩穿透第⑧层强风化泥岩后压力达2132KN，按设计以2.4倍Ra即1032KN作为判断管桩进入持力层的压力标准。
④确定管桩进入持力层深度控制标准
当压桩力达到1032KN时确定管桩以进入持力层。
进入持力层后进行送桩，进入持力层深度以送桩长度为准。
⑤选择持荷方案（确定持荷力、持荷时间、持荷沉降量）
采用静压桩法沉桩达到压桩力要求以后必须持荷稳定，若不能稳定必须再持荷，一直到持荷稳定为止。
考虑仪表精度、读表误差、安全保证等因素持荷力取稍大于桩的竖向承载力特征值的2.0倍。
可采用两种方法持荷：
⑴持荷5分钟；⑵二次持荷，每次2分钟，间隔5分钟，稳定标准为压力值不降低，桩身基本无沉降。
持荷力选用1312KN。
⑥确定配桩方案
根据管桩的生产条件、施工条件及运输条件确定，减少接桩，考虑可行性和经济性选用7+9m（PHC-400-AB-95规格管桩）。
6.2.3测量放线
（1）坐标控制点、高程控制点及建筑物场地内的轴线控制点，均设置在打桩施工影响区域之外，距离群桩的边缘不少于20米，并及时定期进行校核。
（2）据提供的测量基准点用经纬仪放出各轴线，由专职测量员定出桩位，桩位施放误差不得大于20mm，桩中心插上钢筋或竹签，周围撒上白灰线作标志，便于打桩时桩位的查找。
（3）每根桩施工前均用经纬仪进行复测，桩位中心相对于中间倒点的误差不大于5mm，相对于行列线的误差不大于10mm，并请监理人员检查验收，合格后方可转入下道工序施工。
（4）施工过程中，对测量控制点定期核对，每5天不少于一次，施工过程中对桩位随时检查修正桩位，确保桩位准确无误。
（5）施工区附近设4个以上不受打桩影响的水准点，以便控制送桩时桩顶标高，每根桩送桩后均须作标高记录。
6.2.4桩机就位
（1）静力压桩机移至桩位处，顶升牛腿油缸，使底盘处于水平状态。
（2）以导向压桩架为准，用垂球对准桩位，并调整桩体垂直度。
6.2.5插桩
（1）管桩起吊就位：
将吊索套在桩端0.35L（L为桩长）处单点起吊，由桩机自带吊臂运送至桩机前，并喂入桩机夹持器内。
（2）操纵夹持横梁内的四个夹持油缸作夹持动作夹紧桩管。
（3）启动压桩油缸，将桩压入土中0.5m后，用双向经纬仪校正桩身垂直度。
6.2.6压桩
（1）主油缸作伸程动作，当油缸达到最大行程后，夹持油缸、主油缸回程，重复上述夹持、伸程动作，将桩逐渐压入土中。
（2）沉桩时桩身应垂直，垂直度偏差不得超过05%L，距桩机不受影响范围内，成90°方向设置经纬仪各一台控制校准垂直度。
（3）压桩应连续进行，当压桩力已达到控制终压值时，应随即进行稳压。
稳压不少于3次，每1min，测定其最后各次稳压时的贯入度。
6.2.7接桩
当下节桩压到露出地表1m左右时，应接上节桩。
接桩前先将下节桩顶清洗干净，加上定位板，然后把上节桩吊放在下节桩端板上，将上、下桩段接直，上焊条采用E4303，焊缝必须连续、饱满，质量不低于二级。
焊缝自检合格并经监理人员验收后方可继续压柱。
接桩采用2台电焊机同时分层对称焊接，上下桩中心线的偏差不大于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。
6.2.8送桩
（1）一根桩原则上应一次压入，中途不得人为停顿，确需停压时，亦应尽量缩短压桩时间，压桩至送桩的间隔亦不宜过长，必须连续完成整根桩的施工，以防停顿时间过长造成桩周土固结而出现压桩困难或不能压入。
（2）送桩时预先算好送桩深度，在送桩器上作出明显标志，用水准仪严格控制，以保证桩顶标高准确，桩顶标高允许偏差为-50～0mm。
6.2.9终止压桩
根据设计桩端阻力特征预估值计qpa=1200Kpa，单桩竖向抗压承载力特征预估值Ra=430KN，结合《岩土工程勘察报告》确定的大致范围，施工中实际桩长以终压值（2.4倍Ra，即1032KN）与预估桩长（12m）进行双控。
6.2.10桩体施工允许偏差，如表1。
表1桩体施工允许偏差
序号
项目
允许偏差（mm）
1
桩身垂直度
1％
2
截桩后的桩顶标高
±10
3
桩
顶
平
面
柱下单桩
80
单排或双排条型桩基
（1）垂直于条形桩基纵向轴的桩
（2）平行于条形桩基纵向轴的桩
100
150
4
承台桩数为2――4根的桩
100
5
承台桩数为5――16根的桩
周边桩
中间桩
100
D/3或150两者中较大者
6
承台桩数多于16根的桩
（1）最外边的桩
（2）中间桩
150
D/2
7劳动力组织
预制管桩施工劳动力组织见表2。
表2施工劳动力组织表
序号
工种
数量
备注
1
管理人员
1人
负责现场施工组织
2
技术人员
1人
负责施工记录，过程分析及质量控制
3
机械操作人员
2人
按1个工作日配置
4
电工、修理工
1人
5
电焊工
2人
接桩
6
其他工人
1人
8主要机械设备
主要机械设备配置见表3。
表3主要机械设备配置表
设备名称
型号
功率
生产能力
数量
抱压式液压压桩机
DZY800
128KW
良好
1
电焊机
BX-300
25KVA
良好
1
水泵
QJ10
5.5KW
良好
1
配套系列设备：
水准仪，全站仪各一套。
9质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1因存在冰冻土层，易造成断桩及桩的偏斜。
9.1.2东北地区冬季降雪量较大，管桩的定位点寻找困难。
9.1.3气温低，桩的焊接质量不易保证。
9.1.4气温特别低时，液压油易凝固。
9.2保证措施
9.2.1第一合理设计，设计管桩基础时应根据现场实际情况，详细分析地质资料和勘察周边环境，采用最合适的桩距。
第二合理安排施工顺序，应坚持先中间后四周的对称施工方法，且先施工承载力较大或较长的桩。
第三取土引孔法，当施工中发现基桩难以压入时应立即采取措施，最有效的方法时取土引孔压桩法。
但应注意以下几点：
①在压缩性较差的土体中施工，引孔孔径应比桩径小50~100mm；②引孔深度既要考虑土层性质，又要注意估计实际压入桩长，以保证不会因为引孔过深过大而减弱桩的端承力和摩阻力，一般控制在桩长的30%~50%；③引孔时应合理组织施工，做到随引孔随压桩，不能让空孔暴露时间过长，以免地下水渗入孔内硬气榻孔或地下水泡软桩端土层使桩端土承载力降低。
第四局部融化冻土，利用东北地区种植庄稼的大量冬储秸秆燃烧所释放的热量融化冻土层，然后清理灰烬，桩机就位开始压桩。
9.2.2静压桩在施工之前，定位点应选取颜色反差较大的材料做出标识。
9.2.3桩接长焊接时，一方面要做好防护措施，应有挡风保温围挡结构，环境温度低于-20℃不易施焊，，焊后未冷却的接头严禁碰到冰雪。
另一方面采用工人轮换作业制，提高工人的操作水平，使工人处在最好的工作状态，最大限度地减少不必要的时间损失。
9.2.4为使静压桩机处于正常的工作状态，首先应做好主机的保温工作，选取操作室内配有电暖器的桩机，不工作时开启电暖器可以使得下次工作时桩机比较容易启动。
其次在开始压桩前提前开动桩机，使桩机预热，压桩时就可以正常工作。
最后采用加有防冻液的液压油可以减少液压油的凝固程度。
10安全控制
10.1主要安全风险分析
预制打入桩施工的主要风险源有高空作业、物体打击、机械伤害等。
10.2保证措施
10.2.1组织措施
坚持执行施工前的安全技术交底会议制度、定期召开安全工作会议，开展安全活动，认真执行安全规程和操作要求，严禁违章作业，杜绝各类事故发生。
每天记录安全日记。
10.2.2用电措施
①所用配电箱采用建设部规定的建筑施工统一的配电箱，实行“一机、一闸、一漏、一箱、一锁”。
主要电缆沿四周围墙架空安设。
主要配电箱均作接地，以防止感应电伤人。
②照明线路不能与动力线路混用，桩机使用的电缆，必须严格检查，不能使用绝缘性能差的或有破损的电缆。
③电器检修时必须断电操作，严禁带电操作，并挂下警示牌。
桩机移位时，须有专人指挥，专人照看电缆，防止电缆压坏损伤。
④移动电器、修理电器由专业电工进行，非专业人员严禁操作。
10.2.3防火措施钻机、食堂、宿舍及材料仓库均设置灭火器。
施工现场禁止明火，禁止用电炉、电热棒烧开水。
10.2.4桩工机械运输安全
①合理选用运输车辆，装车堆放要捆牢，避免超高、超宽。
②装卸要明确分工，统一指挥，吊卸所用索具要经常检查，如有问题应立即更换或妥善处理。
③起吊物件时，应遵守安全操作规程，要环视四周不得碰撞。
10.2.5装拆桩工机械安全
①工作前，班机长应进行安全交底。
②装拆前应详细检查各部机件是否安全可靠。
③安拆机架时，底盘应放在平坦坚实的地面上，重大机件应运到距机身2m范围内，避免斜拉。
④高空作业要挂安全带，地面作业要戴安全帽。
10.2.6打桩作业安全
①作业前，工长要向班组进行全面交底，并有交底手续。
②各个工序均应遵守安全操作规程。
③班机长作业前，要明确分工，统一信号，统一指挥。
④起吊桩构件，不得碰撞，吊物下不得有人穿行。
⑤作业人员禁止酗酒，操作时精神要集中，发现异常应立即停机，遇有恶劣气候，按规定停止作业。
⑥打桩作业时不得进行维修保养，所有电器非电工人员不得乱动，以防触电。
⑦打桩作业停止时，应立即切断电源，桩机停放在合适的位置。
⑧新工人进场要进行安全教育。
安全人员应经常到现场检查，发现不安全因素及时解决。
11环保措施
11.1加强对现场职工进行文明施工与环境保护意识教育，保持良好的施工环境和施工秩序。
11.2加强现场管理，各种建材及周转材料及半成品合理安置，整齐堆放。
11.3现场悬挂各种施工标志牌，安全警示牌等，各项管理管理制度操作规程张贴上墙，展示清楚。
11.4建立防火责任制和防火管理制度，重点部位配备合适的灭火器材。
11.5运输车辆采取遮盖措施，防止遗留、杨尘。
出场车辆冲洗干净，不得带泥上路。
11.6做好设备维修保养，尽量降低设备工作噪声，现场施工人员不得高声喊叫，敲打各类金属器具，严格控制人为噪声。
安排好施工人员食宿、洗澡等生活设施，加强食堂和生活区的管理，保障饮食卫生和生活环境卫生，生活设施要符合卫生部门的要求。
生活废水、废渣集中堆放，不得污染周围水体及环境卫生。
11.7管桩堆放场地应坚实、平整并有排水措施。
堆放时按规格长度分类堆放。
12应用实例
12.1工程简介
长春市北郊污水处理厂扩建及提标改造工程位于长春市环城北路北郊污泥处理厂两侧，原污水处理厂现有规模为38.2×104m3/d，实际运行出水水质满足国家一级B排放标准。
新建污水处理厂经改扩建后处理能力达到原规划规模78×104m3/d及污水经深度处理后出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准，污水进厂后经三级处理设施后直接排放入伊通河。
建筑物基础采用静压预应力混凝土管桩，采用桩型为：
PHC400AB95，桩端持力层为第⑧层强风化泥岩，桩端阻力特征值预估计qpa=1200Kpa，单桩竖向抗压承载力特正值预估Ra=430KN。
设计桩长预估值为12m；设计桩长预估值为根据《岩土工程勘察报告》确定的大致范围，施工中实际桩长应以终压值（2.4倍Ra即1032KN）控制，并应根据土层变化的实际情况作出相应调整。
基础形式为桩基础，桩基形式采用预应力预制管桩，桩端持力层设置在可塑～硬可塑状的粉质粘土层上，按7度抗震设防设计，地基基础设计等级为乙级，结构设计使用年限50年。
12.2施工情况
12.2.1根据现场实际情况采用静压法施工。
12.2.2管桩节长为12m，桩身为预制，起吊时用特制的吊钩勾住管桩便可方便起吊。
12.2.3由于管桩搭配灵活，成桩长度可长可短，不象沉管灌注桩受施工机械的限制，也不象人工挖孔桩那样，成桩长度受地质条件限制。
12.3工程结果评价
（1）我项目使用的PHC型混凝土预制管桩可打入密实的砂层及强风化层，桩尖进入强风化层或密实砂层后，经过强烈的挤压，桩尖附近的强风化层或密实砂层已不是原始状态，桩端承载力可比原状提高80-100％，所以管桩承载力设计值要比同样直径的沉管灌注桩或钻孔桩高。
（2）管桩施工速度快，工期短。
主要表现在以下四个方面：
①施工前期准备时间短，PHC桩当天可以进场；
②施工速度快，冬季施工每台桩机每台班可压桩65根，正常施工为100根；
③检测时间短，2-3个星期便可测试检查完毕。
④受温度影响较小，我项目施工期内当时最低温度达-30℃。
12.4建设效果及施工图片
图2静压预应力混凝土管桩施工
图3焊接前检查
静压桩施工后效果
图4压桩后效果
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