1、高层建筑地下水中混凝土桩基础施工技术高层建筑地下水中混凝土桩基础施工技术 摘要：本文主要介绍了人工成孔扩底桩施工过程中的深井降水、土方开挖、护壁施工、钢筋笼施工、桩基混凝土浇筑等施工工艺。关键词：深井降水 土方开挖 护壁 钢筋笼 混凝土桩基一、工程概况1.1 工程概述移动通信枢纽楼位于市白相路中段东侧，南邻工商局，北靠邮政大楼，主楼总建筑面积27818平方米。本工程沿总平面的西北侧布置（轴山墙距离主干道路沿石25m，北围墙17m）、平面尺寸为22m（不包括前沿抛出的圆弧部分）90m，共十五层，其中地下一层，地上十四层，结构高度68.11m，为现浇钢筋砼框架-剪力墙结构。1.2 桩基设计简述本工
2、程采用了人工扩底桩基基础，形成建筑物的全部荷载由框剪结构、带梁式筏板基础构成整体，通过扩底桩传递到持力层。所有桩基设置于纵横轴线的交点位置。圆形及长圆形二种，按设计扩底桩共52个。 1.3施工准备1.3.1地下降水措施经过多种方案的比较，本工程选定深井降水方案，其井管直径为 426mm（钢质），管深8-20m，管距8-20m，共35口井。所有井内抽水设备、地面排放设施以及供电线路架设工作均按计划完成，准备就绪。1.3.2定位放线及标高控制主楼按照规划红线图勘测到地面，所有转角及中部轴线控制采用标高统一的砂浆砌筑砖墩（抹灰），上表面弹上出轴线。当整体大开挖到基底时，为有效控制人工成孔时的轴线与标
3、高，再在该平面另设置各桩位的控制龙门板桩。二、施工方法与工艺措施要求2.1 人工成孔扩底桩施工程序 场地平整放线、定桩位挖第一节桩土方支模浇注第一节混凝土护壁在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线安装活动井盖、设置垂直运输架、安装卷扬机、吊土桶、潜水泵、鼓风机、照明设施等第二节桩身挖土清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径拆上节模板、支第二节模板、浇第二节混凝土护壁（重复第三节挖土、支模、浇灌混凝土护壁工序，循环作业直至设计深度）检查持力层后进行扩底对桩孔直径、深度、扩底尺寸、进行全面检查验收清理虚土、排除孔底积水吊放钢筋笼就位浇灌桩身混凝土。2.2成孔扩底桩土石方开挖2.2.1开挖与运输方法 1、成
4、孔扩底桩的土石方开挖全部采用人工，上段土、粉砂及圆砾层用十字镐、钎凿松积堆，再用小煤锹铲装到桶内，由手动辘轳提升到井外，如遇基岩层或镐钎人工不能挖掘的土石层，采用气泵风镐钻凿。2、从井内提升出的土石方，集中倒在二个井之间的铁箱或拖车内，装满后由塔吊转运到指定堆积处，再用卡车外运至市政指定弃土场地。2.2.2工艺措施要求1、为保证井口原土的坚实（不塌方），桩位正确，井口砌四皮一砖厚墙体，最上皮统一测定到桩帽底标高。报验合格后开挖。2、开挖第一节桩孔土方应从上到下逐层进行，先挖中间部分，然后扩及周边，以便有效控制开挖桩孔的截面尺寸。3、开挖第二节桩孔内土石方时，应把上节的护圈模板拆除并运出井内，从
5、第二节开始主要利用提升设备运土。4、在安装辘栌滚筒提升设备时，应注意使吊桶与桩孔中心位置重合，在开挖过程中，应经常用支杆检查桩孔的直径及井壁圆弧度，上下应垂直平顺。5、开挖扩底部分时应先将扩底部位桩身的圆柱体挖好，再按扩底部位的尺寸，形状自上而下削切扩充成设计图纸的要求。6、当出现地下渗水量较大时（吊桶满足不了排水），挖土采取半口井交替进行，即把先向下的一半作为集水坑，选用端头吸水型水泵抽水，边降水边挖土。7、成孔挖土每完成1m深或班与班之间交接应对桩身直径、桩位中心、桩壁垂直依据上口十字线对中测检,有偏差及时纠正;整个成孔完成以后,必须对桩的扩头尺寸、孔底标高、桩位中心、虚土厚度等进行全面测
6、定,做好施工记录,办理隐检手续。2.3砼护壁圈施工2.3.1护壁圈模板为1m高，四片组合工具式定型模板，每块上下四道弧形背筋为505工字钢，弧形面板为2.5mm厚铁板，模板之间用卡具螺栓连接固定。护壁模采取拆上节，支下节的重复周转使用。护壁圈混凝土厚度计算如下：T K-安全系数，一般取1.65fc混凝土轴心抗压强度p土和地下水对护壁的最大侧压力mpad挖孔桩外直径mp=yhtg2(450/2)（y-yw）（H-h）tg2（450-/2）（H-h）yw y-土的容重kN/m3 yw水的容重kN/m3H挖孔桩护壁深度mh地面至地下水位深度m土的内摩擦角护孔桩直径按最大孔1.8米计算，最深12米，混
7、凝土护壁采用C20混凝土，毎节高1米，配6钢筋200双向,地基土-1.5米-6米为圆砾土,-6以下为基岩石,土的天然容重y=19.5kN/m3,内摩擦角=200,地面以下-2米开始有大量地下水.计算混凝土护壁所需厚度p=yhtg2(450 /2)（y-yw）（H-h）tg2（450-/2）（H-h）yw=19.513 tg2（45020/2）（19.510）（306）tg2（45020/2）（30-6）10=396.8N/m2用C20混凝土,fc=10N/mm2 ,d=1.8m由公式 T = 1.65396.8180/2104=6一般混凝土护壁最小厚度为8,所以扩底桩护壁混凝土按8,混凝土坡度
8、100.2.3.2护圈内的钢筋笼可按其各种规格事先制作，并应标识，以防误用，护圈内钢筋在挖土完成后，立模之前放置。护壁模板支立以后，用十字线对中，检查孔壁的垂直平整，保证桩孔轴线，截面尺寸满足设计要求。2.3.3支模完成后应立即浇筑砼，机械搅拌，人工浇筑，人工捣实。2.4成孔桩基钢筋笼施工2.4.1钢筋配置长度因受持力基岩层高低起伏条件的限制，（不能事先确定配置长度）必须在土方开挖至确认的桩基底深度时，按其实际的深度规划下料。2.4.2竖向主筋的连接采用闪光对焊，在整批施焊前应作接头的拉伸和弯曲力学试验，待试验结果符合规范规定时，方可投入施工；如焊前试验不能满足要求时可改用机械连接。2.4.3
9、钢筋的绑扎，吊运与安装，保护层的措施1、钢筋绑扎放在平整的硬地面上施工，以避钢筋污染，绑扎可以固定在三脚钢管扣件吊架上进行，施工顺序为：按设计放置（挂在吊架上）16封闭箍筋、分划主筋间距线、放主筋及主筋与箍筋点焊、分段绑扎螺旋形箍筋、验收合格、堆放或吊运就位。2、钢筋笼的就位安装吊运由塔吊进行，吊放时要对准孔位，直吊扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。3、钢筋保护层定位措施：钢筋放入前应在主筋弯钩的底端部绑上7cm厚砂浆垫块，钢筋笼保护采用每2-2.5m上下距，四周呈梅花形交叉焊上钢筋耳环或十字撑筋。2.5桩基砼施工2.5.1按设计要求，与砼搅拌站确定砼强度等级与选用原材料。2.5.2.砼浇筑1、砼
10、运输方式采用塔吊料斗与砼泵车综合进行。2、为保证砼浇筑落差不大于2m，宜选用150帆布软管或砼泵管作导管向桩孔内灌注砼。3、浇筑砼时应连续进行，分层振捣密实，一般第一步浇筑到扩底部位的顶面，然后浇灌上部砼，分层高度不宜大于1.50m。4、砼浇筑到桩顶时，应超过桩顶设计标高500mm，桩顶上伸出的钢筋一定要保持设计尺寸，位置准确。2.5.3砼养护当砼浇灌完成后，随即用湿草帘覆盖，草帘一般不少于二层，4小时后正常浇水养护7天。2.6扩底桩孔内涌水较严重时的混凝土浇注方案2.6.1工程概况根据工程地质报告，整个地区地下水埋深26米之间为潜水型，东南向西北方向经流排泄，主楼西段区，中圆砾含水层埋深46
11、米，其余为区，-6以下为基岩渗水层，降水深度可达到-13米。孔内的涌水情况大体分三种：第一种是土壁土质均匀密实，渗水流速较慢，排水后可以挖掘及桩身砼的浇灌；第二种是基岩土质中密状，风化破碎较为严重，渗水流速一般，可以间歇排水进行土方开挖及砼浇灌；第三种是基岩风化破碎严重，节理裂隙发育，涌水流速较快，挖掘困难，难于干作业浇筑桩身砼。2.6.2孔内涌水较为严重的部位与程度1、 部位：9#、13#、27#、32#、37#、40#、43#、47#、48#、49#、52#、 53#、54#（共13个桩孔）。2、 涌水原因与影响程度由于该部位的持力层起伏较大，为满足桩与桩之间的高差不大于设计要求，故开挖深
12、度较大，出现涌水的孔井多数已超过外围降水的深度，形成自然的外围地下水源对孔内的压力。中等风化基岩层结构节理裂隙非常发育，且缝隙呈不规则，与周围岩隙贯通状，当成孔桩底与周边地下水位产生一定高差时，形成涌水现象。涌水对浇筑砼的影响涌水较为严重的桩孔，一般在挖土时需要用一只以上80口径水泵不停地抽能勉强施工，如果抽水停止，每分种的涌水上涨高度为200300mm，形成较强的冲压力水，如果采取边抽水边浇灌桩身砼的方法，压力水必然把拌合的砼冲洗解体，不能确保砼质量。2.6.3桩身砼浇灌方法确定根据上述分析结论以及参考有关施工资料，我们对本工程中成孔桩内涌水严重的13根桩身砼浇筑采取孔内不抽（降）水水中浇灌
13、。原理：当孔内水位与周围地下水位保持一个平面后，消除了高低水位所产生的有压力涌水现象。由于水中砼浇灌采取大体积集料，集中快速导管下料从井底挤压平衡上升，使砼不受涌水影响，能保证砼的整体质量。2.6.4水中砼浇筑施工工艺及技术要求工艺流程：砼集料斗及导管安装砼泵管安装砼搅拌与浇灌孔井内(上浮水源)抽水与砼处理无水段桩身砼浇灌1、砼集料斗与导管安装集料斗由L606角铁与8钢板制作而成 , 容积为3.98m3,钢导管400，平均长度13m , 管内容积1.63m3，合计容积（砼量）5.60m3。料斗与导管的安装顺序及方法顺序：先导管安装，掌握下口离底距离，用钢丝绳与导管上的吊环和井口上的钢梁连接固定
14、；后安装集料斗，使料斗下料口插入导管内，垫稳斗架；最后安装砼泵管至集料斗内。安装全部由塔吊配合，人工辅助方法。2、砼泵管安装先安装砼泵车至浇灌井段的水平输送管；安装三通，然后分别接上至集料斗和孔井内泵管（至集料斗段可用软管）。3、砼搅拌与灌注根据水中砼浇筑技术要求，砼等级至少提高5MPa，建议最终确定提高10MPa，即由原设计C30砼改制为C40砼（仅水中砼段，平均高度为3m）。严格拌制质量，做到骨料车车过磅，外加剂盘盘计量，严格控制水灰比，保证搅拌时间，以确保砼有良好的和易性和粘聚性。注：本砼配合比已按照掺加KIM粉状水泥基复合物添加剂和FMH4砼泵送剂配制，使砼达到减水、引气、缓凝、增大砼
15、拌合物粘聚性、补偿收缩、增加强度等功能，更适用于水中砼的浇筑。砼的泵（输）送分二次进行，第一次先把导管和集料斗内灌满，第二次待导管下料时向孔内泵管输送（即同时进行），以提高短时间内下料量。集料斗下料工作程序：导管和集料斗内砼放满泵管三通转接孔内泵管剪断导管下口封堵塞头，引起自然快速下料砼泵向孔下管输送砼。4、浇筑技术要求对涌水桩孔内砼浇灌前，只要求外围降水井进行正常性降水（如个别井内泵有问题的必须更换），坑下孔内不需抽水（特别是欲浇灌砼的孔内抽水）；以确保孔内水面静止，不产生流速。一次浇筑高度（即水下砼的浇灌厚度）一般控制在静止水面向上500mm（大约在2.50m3.00m），在浇灌前测定控制
16、。砼浇筑要一气呵成，不得中断，并控制在1h内浇完（按集料体积与第二步的泵送流量约15分钟完成），以保证砼的持续均衡上升。桩身砼振实可以在导管和砼泵管拔出后，挤压上浮的积水基本抽尽时进行（因砼掺外加剂，初凝时间大大推迟）。5、上浮和水排放与砼面浮浆、污物处理在砼浇灌到静止水面上指定高度后，在导管与泵管拔出后即可进行上浮积水的抽水排放，为保证吸（抽）尽积水和减少水泥浆的流失，须特制钢筋箩筐，外包多层铅丝网或密目网，把水泵放入箩筐内抽水。注：当一个孔内水抽完后，立即把箩筐和水泵冲洗干净。在此阶段砼表面向上300mm左右架设脚手板（木质，二头搁在钢筋上），进行振捣，振实用插入式振动机，严格按砼施工规范
17、中的振实技术要求执行。砼振实工作完成后应对表面泌水用人工排捞出孔，并将表层砼清除一定厚度，即把桩孔内随水上浮含有杂物、水泥浆和泌水的砼影响层清除，清除厚度估计在200mm左右（作为废料排除）。三、桩基施工质量要求及其控制措施3.1保证项目3.1.1所用原材料和砼强度必须符合设计要求。3.1.2桩顶标高及浮浆（余桩）处理，必须符合设计要求和施工规范的规定。3.2基本项目3.2.1桩身直径应严格控制，误差一般不应超过桩长的3，且最大不超过50mm。3.2.2.扩底形状，尺寸符合设计要求，桩底应落在持力层内1m深，持力层体不应被破坏。3.3应注意质量通病及其控制措施3.3.1垂直偏差过大：由于开挖过
18、程中未按要求每节校验，致使挖完后垂直超偏。要求每挖完一节，必须根据桩孔口上的轴线进行吊直，使孔壁圆弧保持上下垂直。3.3.2孔底残留物（特别是虚土）过多：成孔、修边以后有较多虚土未认真清除，在放钢筋笼前后均应认真检查清除。3.3.3桩身砼缺陷，如缩颈，空洞，夹土等现象：主要原因是浇筑前未作操作技术交底，浇灌时未分层浇筑，分层振捣，连续作业。3.3.4钢筋笼扭曲变形：钢筋笼加工时点焊不牢，未采取支撑加强筋措施，吊运不竖直，不平稳放入桩孔中。四、成品保护4.1已挖好的桩孔应及时组织验收，及时安放钢筋笼，及时浇筑砼，间隔时间不得超过4小时，以防坍方和地下水浸泡。不能及时施工下道工作时，应用木板或竹夹
19、板盖好，防止土块，杂物掉入井内。4.2保护好已成型的钢筋笼，不得扭曲，松动和变形，集中堆放时应上盖下垫。4.3桩身砼浇筑完毕，应复核桩位和桩顶标高，伸出主筋应扶正，伸出主筋上的砼浆应及时清刷干净，桩顶砼及时用草帘覆盖，并加强养护，防止砼发生收缩、干裂。4.4施工过程中应妥善保护好建筑物的轴线桩与基准点，不得对已完桩头碾压，钢筋弯折。五、安全要求与控制措施5.1井口作业人员备挂安全带，井下作业人员备带安全帽与身穿长袖工作服。5.2井下照明用低压电源（36V.100W）防水带罩安全灯具。5.3当挖至一定深度时，上下人员应轮换作业，桩孔上人员应密切注视孔下人员的情况，保持互相呼应，切实预防安全事故的发生。5.4吊运提升土方时，吊桶与井下人员应借位（一般情况下提升时井下人员停止作业）；无关人员不得靠近桩孔口。5.5正在开挖的桩孔四周应设安全栏杆，已挖好的桩孔应用木板或钢筋网盖好，以防人员坠落孔内，严禁用草袋，塑料布虚掩。5.6桩孔深度超过7m时，采用气泵向孔内下部送风，防止孔底人员无风缺氧出现事故。
