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【摘要】 基坑支护是建筑工程中最为基础的工作,也是最重要的工作之一,PCMW工法作为支护的新技术、新工艺,在工业与民用建筑中已开始应用。本文通过这种新型基坑支护结构体的工程实践,阐述了其施工及质量控制要点。
【关键词】 PCMW工法;三轴搅拌桩;预应力管桩
【中图分类号】 TU757.4 【文献标识码】 A【文章编号】 1727-5123(2010)01-034-04
PCMW工法是“三轴深层搅拌桩内插预应力管桩的复合挡土与止水支护方式”的简称,是一种新型深基坑支护方法,是通过多轴深层搅拌机钻头将土体切散至设计深度,同时自钻头前端将水泥浆注入土体并与土体反复搅拌混合,为了使水泥土拌合更加均匀液化还在钻头处加以高压气流扫射土层。在制成的水泥土尚未硬化前插入预应力管桩,如此就形成了连排桩式地下桩墙,这充分发挥了水泥土搅拌的止水优点,管桩挡土的作用,最终构成深基坑侧向支护体新结构。这种方法具备安全、经济、环保、快速与节能的优点。本文结合在东南大学教学医疗综合大楼的施工实践,摸索了一套有效的质量控制方法。
1工程概况
基坑面积6558m2,基坑深度12m,支护总长330m:。基坑支护采用三轴深层搅拌桩(850×20000@600)内插预应力管桩(PHC800C-110-C80-20000)的复合挡土与止水支护方式,基坑设二道钢筋混凝土支撑(800×600),基坑内设疏干排水井。
2施工准备阶段的质量控制
2.1审查施工单位PCMW工法施工方案是否符合要求。审查施工单位的施工方案是否根据2009年建设部87号文《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》中的有关规定编制,其内容要包括:工程概况、编制依据、施工计划、施工工艺技术、施工安全保证措施、劳动力计划、计算书及相关图纸。督促施工单位根据文件中的精神进行专家论证。
2.2熟悉PCMW工法特殊施工工艺——套接一孔法。为了保证搅拌均匀、桩孔垂直、搭接有效,三轴搅拌桩采用套接一孔法施工工艺,即沿挡墙方向间隔一孔搅拌施工第一遍(俗称“大幅”)后,回头套接“大幅“一孔施工间隔空位部分(俗称“小幅”),在套接孔内插入预应力管桩。
第一步:三轴搅拌桩施工第二步:间隔一孔法搅拌
第三步:套接一孔法搅拌第四步:管桩的插入
2.3了解搅拌参数及施工参数。
2.3.1搅拌参数包括标准幅面积、水泥掺入量、大幅与小幅用浆量、水灰比、下沉搅拌速度、上提搅拌速度、注浆排量。
据设计文件,单轴搅拌直径D=850mm,三轴间距600mm,搅拌长度H=20.5m,水泥掺入比β=18%。
采用套接一孔法施工,为保证套接施工搅拌均匀,根据施工经验,大幅与小幅的浆液按6:4分配,即2.4m套接环内大幅浆液水泥量达到总用量的60%,小幅为40%。
水灰比取W/C=1.5。
2.3.2施工参数的确定。下沉搅拌速度Vd=0.6~0.8m/min,上提搅拌速度Vd=0.8~1.2m/min。
大、小幅上下一次搅拌喷浆的注浆排量,q大=316(L/min),q小=215(L/min)。
施工选用BW320注浆泵二台,分别连接两根注浆杆轴,中间杆轴喷高压空气,采用二档排量(158L/min,压力4.9MPa)即可满足要求。
2.4加强对PCMW工法原材料进场监理的质量控制。支护管桩整节长度19m,中间无任何接头,设计采用中交第三航务工程局上海浦东分公司生产的PHC800C型管桩,该产品符合国家《先张法预应力混凝土管桩》(GB13476-1999)标准。
管桩进入施工现场时应提供《预应力管桩产品合格证》、《产品说明书》及相应批次管桩的出厂检验报告及型式检验报告。《预应力管桩产品合格证》应包括合格证编号、执行标准编号、生产厂家、管桩品种、规格、砼抗压强度、外观质量、尺寸偏差、抗弯性能、生产日期、出厂日期、工程名称、使用单位、检验审核人员签字等内容。《产品说明书》应包括相应批次管桩的产品性能特点、适用范围、使用注意事项等。
3施工阶段的质量控制
管桩主要施工工艺为:场地平整、测量放线、挖掘导槽、管桩插前定位、桩机就位、浆液制备、注浆搅拌、管桩吊装、插管桩。
3.1场地平整。
3.1.1三轴搅拌机施工前,必须先平整场地,软弱或沟塘区域用建筑垃圾回填碾压,确保接地耐压力不小于100KPa。
3.1.2现场施工区域内浅层埋设地下管线时,应做好标记,上铺设走道板及钢板后方可行走,如管线比较敏感,则应合理迁移。
3.1.3场地平整的基本要求是在走道箱板或钢板铺垫条件下满足大型机械(搅拌桩机与70吨吊机)带负荷行走。
3.2测量放线。
3.2.1根据建设单位提供的测量控制点、要求项目部加密控制点,测放管桩中心线以及沟槽边线,监理进行复核。
3.2.2为防止支护桩侵入基坑内边线,管桩中心线可向外偏差100mm,沟槽宽度1200mm。
3.2.3在沟槽外侧1.5m设置桩位相对控制线(点),以便控制搅拌桩与管桩桩位的准确与便利定位。
3.3挖掘导槽,清理障碍。
3.3.1根据导槽控制边线,然后用200型挖土机开挖沟槽,沟槽宽度1.2m,深度至少2.0m。
3.3.2对于发现有老房屋基础或其他地下障碍物时,应挖除干净,如果需要开挖较深与较阔时,要用素土回填至地面,碾压结实后再重新开槽。
3.3.3开挖沟槽时如遇地下管线,应插旗警示,合理安排桩位,管线位置作为缝处理。
3.4管桩插前定位。
平行沟槽方向并在沟槽的外侧放置定位H型钢,规格为700×300×13×24,然后在H型钢上刻画出,再在平行管桩的中心线,测定出H型钢的标高。定位型钢必须放置牢靠,必要时用电焊进行相互连接固定;预应力管桩定位采用专用定位装置。
3.5桩机就位。
3.5.1搅拌桩机应平稳地就位,履带平行沟槽方向,搅拌护筒三点与桩位相对控制线(点)对齐,调整桩架垂直度。
3.5.2正式搅拌前,施工质检人员用卷尺检查钻头底心与桩位相对控制线点的距离,偏差值应小于2cm。
3.6浆液制备。
实际操作过程中采用专用搅拌桶制备水泥浆液,搅拌桶内设制水容量控制装置,先定量控制每桶用水量(本设备每桶额定水量1000kg),然后根据水灰比,计算并螺旋管称量相应每桶水泥用量(水灰比1.5时,每桶水泥量625kg),则每桶制浆量1160L,将搅拌桶的水泥浆储存到储浆池内,由注浆泵泵至搅拌桩内。
3.7注浆搅拌。
3.7.1搅拌与注浆施工时,应保证前台(搅拌)与后台(供浆)的密切配合,禁止断浆。
3.7.2开始搅拌时,先喷浆,再搅拌钻进。如因故停浆,应在恢复压浆前将三轴搅拌机上抬0.5m后再注浆搅拌施工,以保证搅拌桩的连续性。
3.7.3因故搁置超过2h以上的拌制浆液,应作为废浆处理,严禁再用。
3.7.4三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液,同时严格控制下沉和提升速度。下沉速度0.6~0.8m/min,提升速度0.8~1.0m/min,在桩底部分适当持续搅拌注浆,开挖面以上适当控制下沉速度及提升速度,做好每次成桩的原始记录。
3.7.5对于(3～2)层可塑粘性土,为了方便管桩插入,应充分搅拌与液化,可在该段内采取二次复搅工艺,即①搅拌并喷浆喷气到桩底;②喷气搅拌提升至(3～2)层顶面;③喷气搅拌下沉至桩底;④喷浆喷气提升。
3.7.6拌桩施工时应严格控制搅拌桩架垂直度,以保证搅拌桩体的垂直度,要求垂直度控制在1%内。
3.8管桩吊装。
3.8.1管桩吊装工具性能。①管桩吊桩索具应具备吊桩安全、自由回转与垂直、便于送桩、送桩后便于拆除的功能特点。②安全方面主要考虑索具不能与管桩滑脱、索具不能断裂、卸卡不能损坏。③为防止索具与管桩滑脱,在管桩端部下1m处预留Ф60孔洞,捆绑钢丝绳后插入Ф50钢棒作为固定销。索具、卸卡与其他吊桩辅助构件的安全系数应大于6,以防止断裂与损坏。④为保证管桩起吊过程中能自由回转、管桩自由垂直、送桩转换,制作平衡扁担。⑤送桩器是预先连接在管桩端部的钢构件,送桩器长度2.5m,与管桩端板用螺栓连接,螺栓需要特种改造,能在泥浆中方便拆卸,管桩到位后拆除送桩器。送桩器也用来连接助沉振动设备,振动液压钳能方便夹住送桩器,使管桩能够强迫振动后下沉。⑥与吊机连接的接钩索具钢丝绳φ32mm(2m),与接钩索具连接的上卸卡20吨,上卸卡与平衡扁担连接,与扁担连接的下卸卡为2×10吨,与下卸卡连接的吊索为2根φ28钢丝绳(8m),吊索端部连接2个10吨卸卡,将管桩捆绑并用φ50的钢棒插销固定,吊索捆绑管桩时应均匀对称,确保管桩直立铅锤。⑦从码头或汽车卸桩采用端板夹钩起吊方法,2根φ28钢丝绳(2×15m)形成八字吊。场地内二次倒运管桩也采用八字夹钩端板起吊法。
3.8.2吊机选型。起重机选型是依据起升高度、工作幅度、起重量三要素进行的。本工程的起升高度由管桩长度(19.0m)、送桩器长度(3.0m)、吊桩绳具长度(2.0m)、吊机吊钩安全长度大于(3.0m)、离地高度(1.0m)组成,则垂直起升高度要求大于28米,管桩位置与吊机的最小空间半径(工作幅度)为10米,管桩重量12.5吨(含吊具与送桩器重量),综合比较,选用浦沅QUY70履带起重机可满足施工要求,最大起重量70吨(对应工作幅度3.8m),主臂长度30米,功率175KW,接地压力100KPa。
另外,由于场地是原房屋拆迁地,吊机行走时的接地压力要求较高,所以也需要选择吨位较大,接地压力较高的吊机。
3.8.3预应力管桩的吊运验算。PHC800C-110管桩整节最大长度可达30m,本工程采用整节19m管桩,管桩自重0.62t/m,整节管桩脱模后,迁移与运输的吊桩需要验算桩身强度与开裂弯矩。实际操作过程中,采用双点装卸(双吊点位于管桩端板),单点捆绑起吊方式(吊点位于端板下1.0m)。
跨中最大弯矩:
3.9插管桩。
3.9.1管桩插入的工艺流程。
3.9.2搅拌桩与插管桩施工平面布置。三轴搅拌桩机与70吨吊机均是大型机械,管桩堆放也占据较大平面,因此合理安排施工流程、机械位置以及管桩堆放位置,关系到施工的效率与安全,特别是管桩堆放,应预先规划堆放位置,用白灰线明示。
3.9.3送桩措施。①本工程地基土经过三轴搅拌后,处于液化状态,根据土层分布特点以及液化程度,经实践测试侧壁摩阻力可按照1~2KPa考虑,PHC800C-110-19管桩的沉桩阻抗约8~12吨,一般依靠自身重量能够插入到位。②为了防止液化土体沉淀影响插桩,要求在搅拌施工完成后的30分钟内插桩完毕。因此要求搅拌机空位移动、管桩起吊准备、人员准备等工作应充分,相互配合熟练且有序。③如果由于搅拌沉淀影响,尚有1~2m未自沉插入,则采用DZ90振动器液压钳夹紧送桩器,依靠强迫共振沉桩,实践证明效果很好。④如果搅拌完成后因特殊原因造成不能尽快插桩,则重新套接搅拌。⑤如果插桩后,因障碍或偏斜导致大部分桩插不下去,则拔出后重新搅拌插桩。如拔桩困难,则就地断桩(锯断),根据插入深度情况选择后背补桩、内插钢管等补救措施。
3.9.4桩顶标高控制措施。一般情况下管桩可以靠自重下沉到设计标高,少部分高出或低于设计标高,对于此部分的管桩采取以下措施控制。
3.9.4.1当管桩桩顶标高高于设计桩顶标高2m以内时,采用振动器助沉的方法。
管桩强迫助沉成桩后桩顶标高
3.9.4.2当管桩桩顶标高高于设计桩顶标高大于2m时,原则上不采用震动助沉的方法,而是将管桩拔出,重新施工深搅桩后插入管桩。
3.9.4.3对于桩顶标高低于设计标高时,此部分只有极少部分,采用以后圈梁施工时用钢筋混凝土接桩的措施。
3.9.4.4当管桩采用助沉后仍然无法到达设计标高时,如可以拔出管桩,采用再次搅拌的方法;如管桩无法拔出,根据现场实际情况采取外围补桩措施,高出部分管桩用切割工具割除。
3.9.5送桩工艺以及吊装转换。设计要求管桩桩顶在地表下2.5m,在沉桩过程中,需要送桩、捆绑索具倒换、拆除送桩器等工序。
送桩器是预先连接在管桩端部的钢构件,送桩器长度2.5m,在管桩起吊前就与管桩端板用螺栓连接,螺栓需要特种改造,能在泥浆中方便拆卸,管桩到位后拆除送桩器。送桩器也用来连接助沉振动设备,振动液压钳能方便夹住送桩器,使管桩能够强迫振动后下沉。
当管桩自沉或助沉至插销与地表齐平时停止,在管桩两边垂直沟槽用20#工字钢临时支撑,然后将捆绑索具转换为送桩器与扁担连接的临时索具,然后自沉或振动器助沉,将管桩送到位。最后拆除固定螺栓与送桩器。
3.9.6搅拌桩内插管桩的助沉措施。本工程15.0m以下为深厚中密粉细砂,需要改善水泥浆液配比,提高浆液的悬浮功能后,管桩一般自沉剩余在1m之内,然后采用小激振强迫振动后顺利到位。而本工程深部是可塑粘性土,搅拌后液化程度相对更高,管桩自沉没有问题,即使小部分没有到位,则依靠强迫振动即可解决问题。
4施工过程中的质量重点控制措施
4.1防止砂层沉淀太快。对于基坑止水帷幕范围内的下部有深厚粉砂层时,由于粉砂层沉淀较快,液化性能很快丧失,使得管桩的插入非常困难。
为了防止砂层沉淀太快,选择合适的水泥浆配比,参加增稠材料纤维素醚(纤维素醚可以有效改善水泥浆液的保水性、粘接性、增稠性,具有较强的悬浮性能,属于非离子型高分子材料,不影响水泥土的强度和防水效果),可以增加水泥浆液的悬浮功能使砂粒不致很快沉淀,保持了水泥土的液化性能,那么管桩自然可以做到自沉到位。
4.2障碍性冷缝处理。施工中如遇地下管线或地下障碍使得深搅桩无法形成连续的止水帷幕,则这种障碍性冷缝在土方开挖前必须要处理。
在深搅桩之间用800的旋喷桩进行处理,旋喷桩桩长与深搅桩相同,切入深搅桩400mm。在深搅桩之间施工一排,然后在基坑外围施工一排。详见下图。
5施工后期的质量控制
5.1管桩水泥土搅拌墙质量检验标准。
5.1.1管桩水泥土搅拌墙的质量检查与验收应分成墙期监控、成墙验收和基坑开挖期质量检查三个阶段。
5.1.2管桩水泥土搅拌墙的成墙验收宜按施工阶段划分若干检验批,主要检验搅拌桩桩体强度,每一检验批至少抽查桩数10%。检验批的质量验收程序应符合《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300—2001)的有关规定,检验批的合格判定应符合国家有关验收规范的有关规定。
5.1.3管桩水泥土搅拌墙基坑工程中的支撑系统、土方开挖等分项工程的质量验收,应按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)等规范的有关规定进行。
5.2基坑开挖期间应着重检查开挖面墙体的质量以及渗漏水情况,如不符合设计要求应立即采取补救措施。
6结语
实践证明该工程采用PCMW工法施工是可行的,通过基坑监测的数据显示基坑开挖的侧向变形一般在20~25mm,说明PCMW工法能确保基坑的稳定和安全。
参考文献
1城市建设,2009(46)
2南京市建筑工程局文件,2010.1
【关键词】 PCMW工法;三轴搅拌桩;预应力管桩
【中图分类号】 TU757.4 【文献标识码】 A【文章编号】 1727-5123(2010)01-034-04
PCMW工法是“三轴深层搅拌桩内插预应力管桩的复合挡土与止水支护方式”的简称,是一种新型深基坑支护方法,是通过多轴深层搅拌机钻头将土体切散至设计深度,同时自钻头前端将水泥浆注入土体并与土体反复搅拌混合,为了使水泥土拌合更加均匀液化还在钻头处加以高压气流扫射土层。在制成的水泥土尚未硬化前插入预应力管桩,如此就形成了连排桩式地下桩墙,这充分发挥了水泥土搅拌的止水优点,管桩挡土的作用,最终构成深基坑侧向支护体新结构。这种方法具备安全、经济、环保、快速与节能的优点。本文结合在东南大学教学医疗综合大楼的施工实践,摸索了一套有效的质量控制方法。
1工程概况
基坑面积6558m2,基坑深度12m,支护总长330m:。基坑支护采用三轴深层搅拌桩(850×20000@600)内插预应力管桩(PHC800C-110-C80-20000)的复合挡土与止水支护方式,基坑设二道钢筋混凝土支撑(800×600),基坑内设疏干排水井。
2施工准备阶段的质量控制
2.1审查施工单位PCMW工法施工方案是否符合要求。审查施工单位的施工方案是否根据2009年建设部87号文《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》中的有关规定编制,其内容要包括:工程概况、编制依据、施工计划、施工工艺技术、施工安全保证措施、劳动力计划、计算书及相关图纸。督促施工单位根据文件中的精神进行专家论证。
2.2熟悉PCMW工法特殊施工工艺——套接一孔法。为了保证搅拌均匀、桩孔垂直、搭接有效,三轴搅拌桩采用套接一孔法施工工艺,即沿挡墙方向间隔一孔搅拌施工第一遍(俗称“大幅”)后,回头套接“大幅“一孔施工间隔空位部分(俗称“小幅”),在套接孔内插入预应力管桩。
第一步:三轴搅拌桩施工第二步:间隔一孔法搅拌
第三步:套接一孔法搅拌第四步:管桩的插入
2.3了解搅拌参数及施工参数。
2.3.1搅拌参数包括标准幅面积、水泥掺入量、大幅与小幅用浆量、水灰比、下沉搅拌速度、上提搅拌速度、注浆排量。
据设计文件,单轴搅拌直径D=850mm,三轴间距600mm,搅拌长度H=20.5m,水泥掺入比β=18%。
采用套接一孔法施工,为保证套接施工搅拌均匀,根据施工经验,大幅与小幅的浆液按6:4分配,即2.4m套接环内大幅浆液水泥量达到总用量的60%,小幅为40%。
水灰比取W/C=1.5。
2.3.2施工参数的确定。下沉搅拌速度Vd=0.6~0.8m/min,上提搅拌速度Vd=0.8~1.2m/min。
大、小幅上下一次搅拌喷浆的注浆排量,q大=316(L/min),q小=215(L/min)。
施工选用BW320注浆泵二台,分别连接两根注浆杆轴,中间杆轴喷高压空气,采用二档排量(158L/min,压力4.9MPa)即可满足要求。
2.4加强对PCMW工法原材料进场监理的质量控制。支护管桩整节长度19m,中间无任何接头,设计采用中交第三航务工程局上海浦东分公司生产的PHC800C型管桩,该产品符合国家《先张法预应力混凝土管桩》(GB13476-1999)标准。
管桩进入施工现场时应提供《预应力管桩产品合格证》、《产品说明书》及相应批次管桩的出厂检验报告及型式检验报告。《预应力管桩产品合格证》应包括合格证编号、执行标准编号、生产厂家、管桩品种、规格、砼抗压强度、外观质量、尺寸偏差、抗弯性能、生产日期、出厂日期、工程名称、使用单位、检验审核人员签字等内容。《产品说明书》应包括相应批次管桩的产品性能特点、适用范围、使用注意事项等。
3施工阶段的质量控制
管桩主要施工工艺为:场地平整、测量放线、挖掘导槽、管桩插前定位、桩机就位、浆液制备、注浆搅拌、管桩吊装、插管桩。
3.1场地平整。
3.1.1三轴搅拌机施工前,必须先平整场地,软弱或沟塘区域用建筑垃圾回填碾压,确保接地耐压力不小于100KPa。
3.1.2现场施工区域内浅层埋设地下管线时,应做好标记,上铺设走道板及钢板后方可行走,如管线比较敏感,则应合理迁移。
3.1.3场地平整的基本要求是在走道箱板或钢板铺垫条件下满足大型机械(搅拌桩机与70吨吊机)带负荷行走。
3.2测量放线。
3.2.1根据建设单位提供的测量控制点、要求项目部加密控制点,测放管桩中心线以及沟槽边线,监理进行复核。
3.2.2为防止支护桩侵入基坑内边线,管桩中心线可向外偏差100mm,沟槽宽度1200mm。
3.2.3在沟槽外侧1.5m设置桩位相对控制线(点),以便控制搅拌桩与管桩桩位的准确与便利定位。
3.3挖掘导槽,清理障碍。
3.3.1根据导槽控制边线,然后用200型挖土机开挖沟槽,沟槽宽度1.2m,深度至少2.0m。
3.3.2对于发现有老房屋基础或其他地下障碍物时,应挖除干净,如果需要开挖较深与较阔时,要用素土回填至地面,碾压结实后再重新开槽。
3.3.3开挖沟槽时如遇地下管线,应插旗警示,合理安排桩位,管线位置作为缝处理。
3.4管桩插前定位。
平行沟槽方向并在沟槽的外侧放置定位H型钢,规格为700×300×13×24,然后在H型钢上刻画出,再在平行管桩的中心线,测定出H型钢的标高。定位型钢必须放置牢靠,必要时用电焊进行相互连接固定;预应力管桩定位采用专用定位装置。
3.5桩机就位。
3.5.1搅拌桩机应平稳地就位,履带平行沟槽方向,搅拌护筒三点与桩位相对控制线(点)对齐,调整桩架垂直度。
3.5.2正式搅拌前,施工质检人员用卷尺检查钻头底心与桩位相对控制线点的距离,偏差值应小于2cm。
3.6浆液制备。
实际操作过程中采用专用搅拌桶制备水泥浆液,搅拌桶内设制水容量控制装置,先定量控制每桶用水量(本设备每桶额定水量1000kg),然后根据水灰比,计算并螺旋管称量相应每桶水泥用量(水灰比1.5时,每桶水泥量625kg),则每桶制浆量1160L,将搅拌桶的水泥浆储存到储浆池内,由注浆泵泵至搅拌桩内。
3.7注浆搅拌。
3.7.1搅拌与注浆施工时,应保证前台(搅拌)与后台(供浆)的密切配合,禁止断浆。
3.7.2开始搅拌时,先喷浆,再搅拌钻进。如因故停浆,应在恢复压浆前将三轴搅拌机上抬0.5m后再注浆搅拌施工,以保证搅拌桩的连续性。
3.7.3因故搁置超过2h以上的拌制浆液,应作为废浆处理,严禁再用。
3.7.4三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液,同时严格控制下沉和提升速度。下沉速度0.6~0.8m/min,提升速度0.8~1.0m/min,在桩底部分适当持续搅拌注浆,开挖面以上适当控制下沉速度及提升速度,做好每次成桩的原始记录。
3.7.5对于(3～2)层可塑粘性土,为了方便管桩插入,应充分搅拌与液化,可在该段内采取二次复搅工艺,即①搅拌并喷浆喷气到桩底;②喷气搅拌提升至(3～2)层顶面;③喷气搅拌下沉至桩底;④喷浆喷气提升。
3.7.6拌桩施工时应严格控制搅拌桩架垂直度,以保证搅拌桩体的垂直度,要求垂直度控制在1%内。
3.8管桩吊装。
3.8.1管桩吊装工具性能。①管桩吊桩索具应具备吊桩安全、自由回转与垂直、便于送桩、送桩后便于拆除的功能特点。②安全方面主要考虑索具不能与管桩滑脱、索具不能断裂、卸卡不能损坏。③为防止索具与管桩滑脱,在管桩端部下1m处预留Ф60孔洞,捆绑钢丝绳后插入Ф50钢棒作为固定销。索具、卸卡与其他吊桩辅助构件的安全系数应大于6,以防止断裂与损坏。④为保证管桩起吊过程中能自由回转、管桩自由垂直、送桩转换,制作平衡扁担。⑤送桩器是预先连接在管桩端部的钢构件,送桩器长度2.5m,与管桩端板用螺栓连接,螺栓需要特种改造,能在泥浆中方便拆卸,管桩到位后拆除送桩器。送桩器也用来连接助沉振动设备,振动液压钳能方便夹住送桩器,使管桩能够强迫振动后下沉。⑥与吊机连接的接钩索具钢丝绳φ32mm(2m),与接钩索具连接的上卸卡20吨,上卸卡与平衡扁担连接,与扁担连接的下卸卡为2×10吨,与下卸卡连接的吊索为2根φ28钢丝绳(8m),吊索端部连接2个10吨卸卡,将管桩捆绑并用φ50的钢棒插销固定,吊索捆绑管桩时应均匀对称,确保管桩直立铅锤。⑦从码头或汽车卸桩采用端板夹钩起吊方法,2根φ28钢丝绳(2×15m)形成八字吊。场地内二次倒运管桩也采用八字夹钩端板起吊法。
3.8.2吊机选型。起重机选型是依据起升高度、工作幅度、起重量三要素进行的。本工程的起升高度由管桩长度(19.0m)、送桩器长度(3.0m)、吊桩绳具长度(2.0m)、吊机吊钩安全长度大于(3.0m)、离地高度(1.0m)组成,则垂直起升高度要求大于28米,管桩位置与吊机的最小空间半径(工作幅度)为10米,管桩重量12.5吨(含吊具与送桩器重量),综合比较,选用浦沅QUY70履带起重机可满足施工要求,最大起重量70吨(对应工作幅度3.8m),主臂长度30米,功率175KW,接地压力100KPa。
另外,由于场地是原房屋拆迁地,吊机行走时的接地压力要求较高,所以也需要选择吨位较大,接地压力较高的吊机。
3.8.3预应力管桩的吊运验算。PHC800C-110管桩整节最大长度可达30m,本工程采用整节19m管桩,管桩自重0.62t/m,整节管桩脱模后,迁移与运输的吊桩需要验算桩身强度与开裂弯矩。实际操作过程中,采用双点装卸(双吊点位于管桩端板),单点捆绑起吊方式(吊点位于端板下1.0m)。
跨中最大弯矩:
3.9插管桩。
3.9.1管桩插入的工艺流程。
3.9.2搅拌桩与插管桩施工平面布置。三轴搅拌桩机与70吨吊机均是大型机械,管桩堆放也占据较大平面,因此合理安排施工流程、机械位置以及管桩堆放位置,关系到施工的效率与安全,特别是管桩堆放,应预先规划堆放位置,用白灰线明示。
3.9.3送桩措施。①本工程地基土经过三轴搅拌后,处于液化状态,根据土层分布特点以及液化程度,经实践测试侧壁摩阻力可按照1~2KPa考虑,PHC800C-110-19管桩的沉桩阻抗约8~12吨,一般依靠自身重量能够插入到位。②为了防止液化土体沉淀影响插桩,要求在搅拌施工完成后的30分钟内插桩完毕。因此要求搅拌机空位移动、管桩起吊准备、人员准备等工作应充分,相互配合熟练且有序。③如果由于搅拌沉淀影响,尚有1~2m未自沉插入,则采用DZ90振动器液压钳夹紧送桩器,依靠强迫共振沉桩,实践证明效果很好。④如果搅拌完成后因特殊原因造成不能尽快插桩,则重新套接搅拌。⑤如果插桩后,因障碍或偏斜导致大部分桩插不下去,则拔出后重新搅拌插桩。如拔桩困难,则就地断桩(锯断),根据插入深度情况选择后背补桩、内插钢管等补救措施。
3.9.4桩顶标高控制措施。一般情况下管桩可以靠自重下沉到设计标高,少部分高出或低于设计标高,对于此部分的管桩采取以下措施控制。
3.9.4.1当管桩桩顶标高高于设计桩顶标高2m以内时,采用振动器助沉的方法。
管桩强迫助沉成桩后桩顶标高
3.9.4.2当管桩桩顶标高高于设计桩顶标高大于2m时,原则上不采用震动助沉的方法,而是将管桩拔出,重新施工深搅桩后插入管桩。
3.9.4.3对于桩顶标高低于设计标高时,此部分只有极少部分,采用以后圈梁施工时用钢筋混凝土接桩的措施。
3.9.4.4当管桩采用助沉后仍然无法到达设计标高时,如可以拔出管桩,采用再次搅拌的方法;如管桩无法拔出,根据现场实际情况采取外围补桩措施,高出部分管桩用切割工具割除。
3.9.5送桩工艺以及吊装转换。设计要求管桩桩顶在地表下2.5m,在沉桩过程中,需要送桩、捆绑索具倒换、拆除送桩器等工序。
送桩器是预先连接在管桩端部的钢构件,送桩器长度2.5m,在管桩起吊前就与管桩端板用螺栓连接,螺栓需要特种改造,能在泥浆中方便拆卸,管桩到位后拆除送桩器。送桩器也用来连接助沉振动设备,振动液压钳能方便夹住送桩器,使管桩能够强迫振动后下沉。
当管桩自沉或助沉至插销与地表齐平时停止,在管桩两边垂直沟槽用20#工字钢临时支撑,然后将捆绑索具转换为送桩器与扁担连接的临时索具,然后自沉或振动器助沉,将管桩送到位。最后拆除固定螺栓与送桩器。
3.9.6搅拌桩内插管桩的助沉措施。本工程15.0m以下为深厚中密粉细砂,需要改善水泥浆液配比,提高浆液的悬浮功能后,管桩一般自沉剩余在1m之内,然后采用小激振强迫振动后顺利到位。而本工程深部是可塑粘性土,搅拌后液化程度相对更高,管桩自沉没有问题,即使小部分没有到位,则依靠强迫振动即可解决问题。
4施工过程中的质量重点控制措施
4.1防止砂层沉淀太快。对于基坑止水帷幕范围内的下部有深厚粉砂层时,由于粉砂层沉淀较快,液化性能很快丧失,使得管桩的插入非常困难。
为了防止砂层沉淀太快,选择合适的水泥浆配比,参加增稠材料纤维素醚(纤维素醚可以有效改善水泥浆液的保水性、粘接性、增稠性,具有较强的悬浮性能,属于非离子型高分子材料,不影响水泥土的强度和防水效果),可以增加水泥浆液的悬浮功能使砂粒不致很快沉淀,保持了水泥土的液化性能,那么管桩自然可以做到自沉到位。
4.2障碍性冷缝处理。施工中如遇地下管线或地下障碍使得深搅桩无法形成连续的止水帷幕,则这种障碍性冷缝在土方开挖前必须要处理。
在深搅桩之间用800的旋喷桩进行处理,旋喷桩桩长与深搅桩相同,切入深搅桩400mm。在深搅桩之间施工一排,然后在基坑外围施工一排。详见下图。
5施工后期的质量控制
5.1管桩水泥土搅拌墙质量检验标准。
5.1.1管桩水泥土搅拌墙的质量检查与验收应分成墙期监控、成墙验收和基坑开挖期质量检查三个阶段。
5.1.2管桩水泥土搅拌墙的成墙验收宜按施工阶段划分若干检验批,主要检验搅拌桩桩体强度,每一检验批至少抽查桩数10%。检验批的质量验收程序应符合《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300—2001)的有关规定,检验批的合格判定应符合国家有关验收规范的有关规定。
5.1.3管桩水泥土搅拌墙基坑工程中的支撑系统、土方开挖等分项工程的质量验收,应按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)等规范的有关规定进行。
5.2基坑开挖期间应着重检查开挖面墙体的质量以及渗漏水情况,如不符合设计要求应立即采取补救措施。
6结语
实践证明该工程采用PCMW工法施工是可行的,通过基坑监测的数据显示基坑开挖的侧向变形一般在20~25mm,说明PCMW工法能确保基坑的稳定和安全。
参考文献
1城市建设,2009(46)
2南京市建筑工程局文件,2010.1