高层建筑地下水中混凝土桩基础施工技术.docx
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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(①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50×5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1.65
fc-混凝土轴心抗压强度
p-土和地下水对护壁的最大侧压力mpa
d-挖孔桩外直径m
p=yh×tg2(450-θ/2)+(y-yw)(H-h)tg2(450-θ/2)+(H-h)yw
y-土的容重kN/m3
yw-水的容重kN/m3
H-挖孔桩护壁深度m
h-地面至地下水位深度m
θ-土的内摩擦角
护孔桩直径按最大孔1.8米计算,最深12米,混凝土护壁采用C20混凝土,毎节高1米,配φ6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θ=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=yh×tg2(450-θ/2)+(y-yw)(H-h)tg2(450-θ/2)+(H-h)yw
=19.5×13tg2(450-20/2)+(19.5-10)(30-6)tg2(450-20/2)
+(30-6)×10=396.8N/m2
用C20混凝土,fc=10N/mm2,d=1.8m
由公式
T≥=1.65×396.8×180/2×104=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)Φ16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2~6米之间为潜水型,东南向西北方向经流排泄,主楼西段Ⅰ区,中圆砾含水层埋深4~6米,其余为Ⅱ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
⑴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。
⑵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。
⑶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200~300mm,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。
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
⑴集料斗由L60×6角铁与-8钢板制作而成,容积为3.98m3,钢导管φ400,平均长度13m,管内容积1.63m3,合计容积(砼量)5.60m3。
⑵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;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
⑴先安装砼泵车至浇灌井段的水平输送管;
⑵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
⑴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)。
⑵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FMH—4砼泵送剂配制,使砼达到减水、引气、缓凝、增大砼拌合物粘聚性、补偿收缩、增加强度等功能,更适用于水中砼的浇筑。
⑶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。
⑷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
⑴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。
⑵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2.50m~3.00m),在浇灌前测定控制。
⑶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。
⑷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
⑴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。
⑵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,严格按砼施工规范中的振实技术要求执行。
⑶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。
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