软土地基静压先张法预应力混凝土空心方桩施工工法

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1、软土地基静压先张法预应力混凝土空心方桩施工工法1 前言 1. 1XX地区境内多山，丘陵广布，为海岛丘陵区，山间和海滨分布有小块平原，海岸线蜿蜒曲折，以基岩和泥质海岸为主，少量砂质海岸，松散沉积物分布在海积、冲海积平原区和山麓沟谷地带，厚度变化较大。为解决困绕XX海岛地区软土地基处理的难题，通过大量的工程实践，对静压先张法预应力混凝土空心方桩施工技术进行研发，开发了“海岛软土地区静压先张法预应力混凝土空心方桩施工工法”，并将其运用到工程实践，对软土地区提高地基承载力，减少地基变形、浅基坑围护、坡脚加固及房屋纠偏工程均取得较大的经济效益和社会效益，2009年12月被批准为企业工法。 1. 2软土地

2、基采用靜压先张法预应力混凝土空心方桩加固处理（土木工程小型桩），可以提高地基承载力减少地基变形，是一项自主创新成果，经济效益和社会效益显著，有较大的推广应用前景，经中华人民共和国家知识产权局评审，于2005年4月13日获得国家级实用新型专利证书（专利号： ZLxxxxxxxxx）。2 工法特点2. 1 软土固结、性能改善效果好，挤土效应减弱明显。2. 2 单桩承载力造价低，桩身强度高，耐久性好，截面惯性距及刚度比预应力管桩有较大提高。2. 3 桩型规格多、桩长选择灵活、施工工效高、工期短、桩身耐压，适用范围广。2. 4 空心方桩为外方内圆形结构，外表面平整，采用抱压施工时出现桩身抱碎事故率低；

3、而且采购、运输、吊装方便，成桩质量可靠，监理检测方便。2. 5 空心方桩在软土地基作浅基坑围护处理后，当基坑开挖时，由于刚度大出现桩位倾斜的情况比其他桩型少。2. 6 静压施工无震动、无污染、无噪音，施工文明，利于环保。3 适用范围3.1适用于软土地基处理、浅基坑围护、坡脚加固及房屋纠偏工程。3.1.1预应力空心方桩在浅基坑支护中的应用 预应力空心方桩在软土地基加固处理中的应用: 3.2在土层中夹有难以消除的孤石、障碍物，或含有难以贯穿的坚硬土层；方桩难以贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大地层情况下不宜使用。4 工艺原理4.1桩基施工前，可采用开挖防挤沟、用中粗砂置换上层部分软土等方法，在桩基施工期

4、间，通过控制日压桩数量、合理安排压桩顺序方向、钻孔取土、设置排水砂井等方法，对饱和软土层进行固结，改善其性能，保证压桩机行走移位，可减少挤土效应，防止出现大量工程桩偏位及倾斜，甚至断桩现象。4.2静压方桩沉桩以桩机自重及桩架上的配重作反力，利用静压桩机的液压系统，使预应力方桩在静力作用下，以平稳的沉桩速度，垂直、完整下沉至设计标高，达到设计的控制要求。5 施工工艺流程及操作要点5.1 静压预应力混凝土空心方桩的工艺流程如下：复测控制网施放桩位复测桩位桩机就位桩 插 入桩 打 入桩机转移是计算送桩深度复核送桩深度选择送桩制作送桩器送桩监测送桩标高是否需要送 桩否打到标高否是否全部施打完毕是桩机退

5、场清理场地绘制竣工图竣工资料移交沉桩施工工艺流程图5. 2 施工准备与操作要点 当压桩场地距周边建筑物较近，或距道路及地下管线较近时，可在桩基施工区域与管线之间开挖沟宽和沟深1.5m2.0m左右的防挤沟，保护建筑、管线及道路。软土中当桩置换率达3%时场内也可适当布置沙井，以降低空隙水压力，消除挤土效应。5.2.2 如果压桩场地存在大面积较厚饱和软土，压桩机无法行走或行走影响成桩质量时，可以用塘渣置换1.5m2.5m厚饱和软土，既利于下部饱和软土固结，又便于桩架机械行走移位，防止因挤土效应致使方桩偏倾及断桩。 做好现场三通一平工作，及时清除地下障碍物和处理架空线路。场地应平整、坚实，地面高低不平

6、度应小于300mm，电压必须达到380V，以满足机械施工的需要。5.2.4 方桩进场时，应根据现场施工要求，进行合理吊装、堆放。 方桩进场必须有厂方提供的产品合格证，运至现场后应进行外观检验。5.2.6 压桩前根据设计施工图纸，对现场桩位轴线、标高进行测定，并经过检查办理复核签证手续；根据轴线定出的桩位点，用竹签或短钢筋打好定位桩，并采用白灰进行标识。 桩机必须按有关程序或说明书进行进场组装。压桩机的配重应平衡配置于平台上，并根据压桩力的大小进行合理配置。一般整机重量和所加配重重量的总和应大于压桩力的1.3倍。而且，压力表需经国家计量检验部门进行检测，合格后方可使用。5.2.8 根据设计图纸、

7、地质勘察报告等资料，施工前依据场地情况考虑配桩。5.2.9 合理确定压桩顺序：对于场地地层中局部含砂、碎石、卵石时，宜先对该区域进行压桩；若持力层埋深或桩的人土深度差别较大时，宜先施压长桩后施压短桩；根据桩的入土深度，宜先长后短、先高后低；若桩较密集，且距建筑物较远，场地开阔时，宜从中间向四周进行，若桩较密集，场地狭长，两端距建筑物较远时，宜从中间向两端进行，若桩较密集，且一侧靠近建筑物时，宜从相邻建筑物的一侧开始，由近向远进行。5.3 桩机调试就位桩机行走就位后，调整桩机机架处于水平状态，使夹桩器钳口板与地面垂直，张开钳口夹具，以便吊插预应力方桩。桩机横向移动最大距离为600mm/次，纵向移

8、动最大距离为3000mm/次，一次回转最大角度为150。5.4 试压桩工程施工前，应先进行试压桩，以确定压桩终压条件及桩长。5.5 吊装定位5.5.1 吊装时用索具绑住桩身上部L/5处，吊车顺起吊管桩，插入桩机夹具中，夹紧夹具。 夹桩器夹持力大小的控制十分关键，通过调整夹桩液压油缸的压力来获得合适的夹桩力（一般夹持力为压桩力的0.8倍）以避免因夹持力过大夹碎方桩或过小使夹桩器产生滑动。5.6 静力压桩5.6.1 方桩就位后，必须用经纬仪检查两个正交方向的桩身垂直度，桩插入后，垂直度偏差不得超过0.5%L（L为桩长），符合要求后方可压桩，施压速度一般不宜超过2m/min。5.6.2 压桩时，应使

9、纵向步履着地，随时调整桩机水平，确保方桩垂直下沉；横向步履离地一般不宜超过300mm，避免发生断桩现象。5.6.3 当压桩完成一个行程，需要重新调整夹具进行压桩时，应将压桩手柄回推，使压桩压力降至0-2MPa左右，再松开夹桩油缸。5.6.4 压桩宜连续一次性将桩沉到设计标高，尽量缩短中间停顿时间，同一根桩的中间间歇时间不宜超过半小时，沉桩过程应有完整的记录。5.6.5 沉桩过程中出现压桩力异常、桩身漂移、倾斜或桩身及桩顶破损，应查明原因，进行必要的处理后，方可继续施工。5.7终压条件5.7.1 根据试沉桩情况、桩端进入持力层情况及沉桩压力等因素，结合邻近工程沉桩经验，由勘察、设计、施工、监理等

10、有关单位共同商定。5.7.2 当方桩被压入土中一定深度，或桩尖进入持力层一定深度，达到设计要求可停止压桩，最终压桩力作为参考。5.7.3静压法沉桩宜做试沉桩，应在有代表性的地基位置，先施工13根桩。如进入设计标高后压桩力仍较小，对粘性土或残积土待24h后采取与桩的设计极限承载力相等的压桩力进行复压，如果桩身稳定，可按试沉桩的桩长和标高进行施工，否则应适当调整。压桩力可根据试桩资料和桩端进入持力层的要求来确定。5.7.4 桩端达到坚硬、硬塑的粘性土，中密以上粉土、砂土、全风化岩、风化岩等设计持力层，以最终压桩力为准。5.7.5 上段桩身处于较厚的饱和软土中，沉桩、送桩中不应以抬起桩架作为控制最终

11、停止压桩标准，防止桩身在抬架中失稳、折断或开裂，应通过装在桩架上的压力传感器或桩机上的油压表工作压力（通过压力换算关系）控制最终压桩力。5.5.6在软土地区压桩应控制每天的成桩数量，不宜太多（与防挤土措施有关）。5.8 送桩5.8.1当桩顶设计标高在地面以下需要送桩时，送桩器的轴线必须与桩轴线一致，如有偏位应及时调正。在静力压桩施工中，不允许用“桩对桩”进行送桩作业，应采用专用送桩器。5.8.2送桩器与桩之间应加设弹性衬垫，衬垫厚度应均匀，在压桩期间应经常检查，并及时更换和补充。5.9 截桩5.9.1如果桩头高出地面一段距离，而压桩荷载已达到规定压桩值时则要截桩，由于压桩机行走方面的要求，所有

12、高出地面的桩头都必须截断掉。5.9.2截桩的方法是先用锤子或风镐把桩身四周的主筋敲出，并用气割将钢筋割断，再采用专用截桩器截桩。对于个别露出地面较短的桩头可从上到下凿除。严禁用大锤横向敲打、冲撞，严禁利用压桩机行走推力强行将桩扳断。6 材料与设备6.1施工材料采用的施工材料明细表一序号材料名称规格主要技术指标备注1空心预应力混凝土方桩边长200mm、250mm、 300mm、350mm、 400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、800mm 按图集舟07G1施工桩长4m-15m可根据施工实际需要选择2桩尖十字形、开口形、锥形3焊条或焊丝E4303、E43166.2机械设备施工

13、机具及仪器明细表二机具或仪器名称数量用途YJD-25型静力压桩机1台压桩16吨履带式起重机1辆吊桩焊机2台焊接桩头及零星维修割机2台切割桩头送桩器1支送桩经纬仪2台测量定位水准仪1台测量定位7 质量控制7.1 质量控制标准7.1.1 除按上述施工工艺进行严格操作控制外，还应满足国家和地方的有关标准、规范如下：1）工程测量规范GB50026-20072）建筑桩基技术规范 JGJ9420083）预制钢筋混凝土方桩 97G3614）建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB5020220025）建筑机械使用安全技术规程 JGJ33-866）建设工程施工现场用电安全规范 GB50194-937.2 质量控

14、制措施7.2.1 对于静压桩机的机械性能有如下要求：1 ） 机身总重量加配重要求达到最大压桩力的1.3倍；2 ） 桩机机架应坚固、稳定，有足够的承载力和刚度，沉桩时不产生颤动位移；3 ） 夹具应有足够的刚度和硬度，夹具在工作时，夹片内侧与桩周应完整贴合，呈面接触状态，且应保证对称向心施力，严防点接触和不均匀受力，抱压式桩机送桩时的抱压力经计算的桩身允许抱压力增大10%进行控制。4 ） 压桩机行走要灵活，压桩机的底盘要能承受机械自重和配重的基本要求。7.2.2 对静力压桩的施工提出了下列要求：1）沉桩施工前要了解相邻建筑物的基础，掌握现场的土质情况，作好沉桩设备的检查和调试，保证使用可靠，以免发

15、生施工中途间断，引起间歇后沉桩阻力增大，发生不能打入的滞桩事故；2）沉桩施工过程中，应随时注意保持桩处于轴心受压状态，如有偏移应及时调整，以免发生沉桩破碎和断桩质量事故；3）沉桩场地地面承载力应满足压桩机的要求，当不能满足时，应采取本工法提出的有效措施保证压桩机的稳定； 4） 方桩下压时垂直度偏差不应大于桩长的0.5； 5） 宜将每根桩一次性连续压到底； 6） 抱压力不应大于桩身允许侧向压力的设计允许值；7） 应根据现场试压桩的试验结果确定终压力标准； 8） 终压连续复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定。对于入土深度大于8.Om的桩，复压次数可为23次；对于人土深度小于8.Om的桩，复压次数

16、可为35次；9） 稳压压桩力不得小于终压力，稳定压桩的时间宜为3060s；10） 控制压桩速率，一般静压桩的压桩速率控制在1m/min左右；12） 测量桩的垂直度并检查桩头质量，合格后方可送桩，压、送作业应连续进行； 13）送桩应用专制钢质送桩器，不得用工程桩作送桩器；14）由于浅层挤土效应比较明显，可采用钻孔取土来减少挤土效应，特别是对桩距较密部分的方桩施工。取土可视挤土实际情况，对部分桩长取土；15 ）可设置排水砂井加速因压桩产生的超孔隙水压力消散，减少土体的挤压位移及隆起；16 ）浅基坑支护施工必须满足预应力混凝土空心方桩能承受的弯矩和剪力值进行。8 安全措施8. 1 施工人员须经培训合

17、格后持证上岗，对桩基施工作业人员进行技术及安全交底。8. 2 施工安全和文物、环境保护等应按有关规定执行，施工中，施工人员应严格按有关安全技术规程进行施工，施工形成的桩孔应及时回填或做好覆盖和围栏，确保安全。8.3 管桩的运输、吊运和现场堆放必须严格按照规程要求进行，防止方桩滑落伤人。8. 4 桩机进场施工前，必须了解地下管线的布线位置；进入现场的所有人员必须配戴安全帽，严禁酒后作业。8.5 压桩机械进场及压桩施工过程中，严格按桩机操作规程操作，严禁违规操作。8. 6 施工现场的临时用电严格按照施工现场临时用电安全技术规范的有关规定执行。施工现场使用的手持照明灯应采用36V的安全电压。8. 7

18、 施工现场按符合防火、防风、防雷、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善各种安全标识。8. 8 施工作业区内应无高压线路；施工机械的任何部位与架空输电导线（电压60110KV）的安全距离：沿垂直方向不得少于5m，沿水平方向不得少于4m。8. 9 起重机吊桩进入夹持机构进行插桩作业中，应确认在压桩开始前吊钩已完全脱离桩体。8. 10 压桩时非作业人员应离机10m以外。起重机作业时，起重臂下严禁站人。8. 11 作业完毕应将桩机机身行至长船步履中间位置，停放在平整地面上，其余液压油缸应全部卸压。8. 12 机械设备应定期检修，不得带病作业，严禁在机械运转中加油和维修。8. 13 电缆线路应

19、采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。8. 14 室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置。8. 15 建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。9 环保措施9. 1 成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单

20、位的监督检查。9. 2 静压预应力空心方桩加固处理按国家或地方有关施工环保措施及企业环境管理体系要求，进行必要的培训。9. 3 将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9. 4 设立专用排水沟，对施工污水进行有序集中排放，认真做好无害化处理，从根本上防止施工污水乱流。9. 5 定期清运施工弃渣及其它工程材料，制定运输过程中的防散落与沿途污染措施，施工污水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。9. 6 施工前后严格进行环境监测分析

21、比对，一旦发现桩机施工有影响环境现象，必须停止施工，立即查找原因。 10 效益分析10.1 社会效益 10.1.1XX海岛地区大部分为软土地基，大部分地层为流塑淤泥与饱和的粉细砂互层，承载力约在100KPa左右，压缩性大。在这种地质条件下，对软土地区提高地基承载力减少地基变形、浅基坑围护、坡脚加固及房屋纠偏工程中，经过技术、经济比较，只有静压预应力空心方桩桩单位承载力造价低、施工速度快、施工质量可靠、经济合理、符合环保要求，建设工地前期无砂、石料、水泥等材料的粉尘，同时静压施工可减少噪音等环境污染，尤其是较其他桩型更适合XX海岛地区，特别是适应在密集的建筑群和旧城改造中进行加固处理，社会效益高

22、，近几年来在海岛地区加固处理应用上百项工程，并受到监理、建设等单位一致好评。10.2 经济效益10.2.1预应力空心方桩与钻孔灌注桩单项工程（350根）进行经济比较如下表：表10.2-1 钻孔灌注桩与静压空心方桩桩经济效益对比表桩型桩截面桩长（m）桩数（根）工程量综合单价总造价（万元）单桩承载力造价（元/t）钻孔灌注桩600153501484m3750元/m3111.306.27静压空心方桩600600153505250m150元/m78.753.32采用静压空心方桩比钻孔灌注桩单项工程（350根）节约造价32.38万元，即静压空心方桩比钻孔灌注桩降低造价29.09%，利用钻孔灌注桩获取1t承

23、载力需6.27元，若采用静压空心方桩桩获取1t承载力只需3.32元，单桩承载力提高1.89倍。10.2.2静压空心方桩与静压PHC桩单项工程（100根）进行经济比较如下表：表10.2-2 静压PHC桩与预制空心方桩经济效益对比表桩型桩长（m）桩数（根）工程量（m）每米综合单价（元/m）总造价（万元）400PHC桩61006001307.8400400静压空心方桩6100600804.8采用静压空心方桩比静压PHC桩单项工程（100根）节约造价3万元，即静压空心方桩比静压PHC桩降低造价38.46%，施工400PHC桩总造价7.8万元，静压空心方桩总造价4.8万元。空心方桩比管桩周长大，提供的承载力大，因而单位承载力的造价要低。11应用实例11. 1 XX市新城体育中心体育馆位于临城新区，建筑面积30690 m2，地下一层， 地上二层，施工地下室基础500预应力管桩451根，600预应力管桩38根，挖土深度5.2米，基坑施工中采用静压预应力混凝土空心方桩作基坑支护效果良好，得到业主和有关单位一致好评。 图11.1XX市XX体育中心体育馆工程基坑支护11.2XX市XX行政中心工程位于XX开发区，挖土深度3.2米，工程在地下室基坑支护设计中采用静压混凝土空心方桩作边坡支护后效果良好，得到业主和有关单位一致好评。 图11.2XX市XX行政中心工程基坑支护