刚架护坡桩工法.doc

1 刚 架 护 坡 桩 工 法 编制单位中建一局集团 批准部门中华人民共和国建设部 工法编号YJGF／201004--96 主要执笔人蒋天涛 目 录 1 刚架护坡桩的结构和构造原理刚架护坡桩的结构和构造原理..................................................................................................2 2 刚架护坡桩的类型刚架护坡桩的类型......................................................................................................................2 3 工法特点工法特点......................................................................................................................................2 4 适用范围适用范围......................................................................................................................................3 5 施工程序施工程序......................................................................................................................................3 6 施工方法施工方法......................................................................................................................................5 7 施工机械施工机械......................................................................................................................................5 8 劳动组织劳动组织......................................................................................................................................6 9 质量要求质量要求......................................................................................................................................7 10 安装措施安装措施......................................................................................................................................7 11 经济分析经济分析....................................................................................................................................8 12 工程实例工程实例....................................................................................................................................8 2 刚架护坡桩为建设部下达的地基基础重点科研项目之一。北京中建建筑科学技术研究 院于 1990 年开展研究工作以来，已在北京的 5 个工程（护坡深度从 3.85m 到 13.85m） 、计 2200 余 m2的支护面积应用，均取得良好的效果。刚架护坡桩的应用已呈迅速扩大之势， 它不仅用于边坡支护，亦可用于永久性工程的边坡处理。 1 1 刚架护坡桩的结构和构造原理刚架护坡桩的结构和构造原理 1. 1 刚架护坡桩是由处于同一平面位置的前桩与后桩，通过桩顶横梁联结成一等高或 不等高刚架，形成一个空间的多次超静定结构，在同一水平荷载的作用下，它可以通过协 调变形自行调整刚架各部分的内力，从而达到最佳利用材料的目的。 1．2 刚架护坡桩在所有的各前桩及后桩之间，均设置纵向通长连系梁。在场地许可 时，所支护边坡各边的跨中宜设计 l－2％的起拱。 1．3 刚架护坡桩的抗倾覆力矩不仅包括柱前土被动土压力所形成的力矩，同时包括 前后桩在基坑以下部分所形成的力偶，这是更大的抗倾覆力矩，且连成一体的刚架本身即 为一种自稳结构，所以其稳定性大大优于悬臂桩和锚拉桩，如图 1．3 所示。 2 2 刚架护坡桩的类型刚架护坡桩的类型 根据桩体施工方法的不同可分为三种类型。 2．l 成孔灌注刚架护坡桩。适用于在不允许有振动及噪音 污染区施工。 2．2 预制打入刚架护坡桩。适用于在允许振动及适当噪音 污染的场地，且又为软弱土或淤泥质土时施工。 2．3 沉管灌注刚架护坡桩。适用于在允许振动及适当噪音 污染的场地，且又为软弱土或淤泥质土时施工。 2．4 刚架护坡桩的结构如图 2．4 所示。 3 3 工法特点工法特点 3．l 支护深度大，抗水平力效果好。 3．2 不需设置锚杆，在开挖前一次施工完毕，无须交叉施工，节约工期。 3．3 施工简单，设备不复杂，利用常规灌注桩施工设备即可完成。 3．4 经济效益显著，和悬臂桩相比可节约造价 30％以上。和锚拉桩相比可节约 5％ 以上。 3 4 4 适用范围适用范围 适用于各种开挖深度及基坑的无拉锚支护，也适用于各种永久性构筑物，如道路、堤 坝、边坡的加固处理。但基坑外侧场地净宽应≥3.5d，刚架前后桩之中距应≥2d（d 为桩的 设计直径） 。 5 5 施工程序施工程序 5．l 成孔灌注刚架护坡桩施工程序如图 5．l 所示 图 5.1 成孔灌注桩施工流程 5.2 预制打入刚架护坡桩施工程序如图 5.2 所示 护坡桩设计 定位桩 成孔 清孔 机械进场泥浆配制（仅用于泥浆配制的湿成孔 孔深、孔径、沉渣厚度及垂直度检查（若为湿成孔应检查泥浆比重） 放钢筋笼及校正钢筋笼加工及检验 二次清孔（仅用于砂浆护壁成孔） 安放溜筒及导管 浇注桩体混凝土 养护挖槽（刚架横梁及综梁位置） 混凝土搅拌 作试块 溜筒试拼 导管试拼及打压（仅用于泥浆护壁成孔时） 浇注桩体混凝土 截桩头并初步清洗养护 截桩头并初步清洗按设计要求弯折刚架接点钢筋、绑扎横梁钢筋 绑纵梁钢筋 冲洗桩头 隐蔽部位验收 浇纵横梁混凝土混凝土搅拌 养 护 开 挖 监 测 作试块 试块强度达设计标 号 75 4 图 5.2 预制打入桩施工流程 5.3 沉管灌注刚架护坡桩施工程序如图 5.3 所示 图 5.3 沉管灌注桩施工流程 护坡桩设计 定位桩 打预制桩 挖槽 截桩头 按设计要求弯折刚架节点钢筋，绑扎横钢筋 绑纵梁钢筋 冲洗桩头 打桩机进场预制桩进场 监 测 开 挖 养 护 浇纵横梁混凝土 隐蔽部位验收 混凝土搅拌 作试块 试块强度达设 计标号 75 护坡桩设计 定位桩 打入钢管 放钢筋笼 浇注体混凝土 养护挖槽 截桩头并初步清洗 按设计要求弯折节点钢筋 绑横梁钢筋 开 挖 绑纵梁钢筋 冲洗桩头 隐蔽部位验收 浇纵横梁混凝土 养 护 监 测 打桩机进场 钢筋笼加工及检验 混凝土搅拌 作试块 混凝土搅拌 作试块 试块强度达设计标号 75 5 6 6 施工方法施工方法 6．l 桩体施工方法 6．1．l 成孔灌注桩施工方法 6．1．1．l 在无地下水时，采用长螺旋或短螺旋钻机干法成孔。 6．1．1．2 在有地下水且水位较高，又不采用降水施工时，采用泥浆护壁湿成孔，水 下灌注混凝土。 6．l．1．3 在水量不大，水位不高时采用局部钢导管法施工。亦可采用长螺旋成孔加 压注浆法施工。 6．1．1．4 在无地下水，而地层中有较大卵石，且深度在 20m 以内时采用混凝土护 壁的人工挖孔灌注桩。 6．1．2 预制打入桩施工方法 6．1．2．l 按设计在场外预制钢筋混凝土桩。 6．1．2．2 用落锤、汽锤或柴油打桩机将桩体打入土中。 6．1．3 沉管灌注桩施工方法 6．1．3．l 按设计要求预制桩头及钢筋笼。 6．1．3．2 将桩头安放在设计桩径钢管的下端。 6．1．3．3 用打桩机或振动沉桩机将钢管打入土中。 6．1．3．4 吊放钢筋笼入钢管中。 6．1．3．5 于钢管顶部向管内浇筑混凝土，浇一段混凝土上拔一段钢管，但始终保持 管内有 lm 以上高度的混凝土，混凝土塌落度应控制在 16－20cm。 6．1．3．6 在地下水位很高，土层主要为砂卵石层时应用沉管冲抓法将钢管一边沉 入土中一边将土从管内冲、抓出来，达到设计标高后，于管内安放钢筋笼，再于管内进行 水下混凝土灌注，同时不断将钢管上拔，直至设计桩顶标高。 6．2 刚架施工方法 6．2．l 按设计刚架纵、横梁尺寸及位置在地面垂直挖槽。 6．2．2 在桩身混凝土强度达 20％左右时，按设计桩顶标高截掉柱头，清除浮浆及松 散混凝土并作初步冲洗。 6．2．3 按刚架设计要求弯折（或焊接）前、后桩的主钢筋到设计位置并套好钢筋， 将主筋绑扎定位。 6．2．4 按刚架设计要求安放和绑扎纵向连系梁钢筋。 6．2．5 二次冲洗桩头，原槽浇灌混凝土并制作相应试块。 7 7 施工机械施工机械 7．l 成孔机械 7．1．l 在无地下水且孔深小于等于 15m 时，应采用长螺旋钻机成孔。 7．1．2 在无地下水但成孔深度大于 15m 时，宜采用短螺旋钻机成孔。 7．1．3 在地下水位较高时，地层中又有较大（大于 l0cm）及较多卵石、碎石或风化 岩层时，宜采用冲击成孔或冲抓成孔机械。 7．1．4 地下水位较高，而无大块卵石时，宜用潜水钻成孔。 7．2 打桩机械 7．2．l 在场地附近有振动及噪音限制，且土质又为软弱土层或淤泥质土时，宜采用 振 动沉桩机。 6 7．2．2 在场地附近允许一定振动及噪音污染，且土层较好时，宜采用落锤或汽锤打 桩机。 7．3 其它机械 7．3．l 混凝土搅拌、运输、振捣机械。 7．3．2 泥浆护壁成孔及水下灌混凝土时，尚应准备泥浆泵及空压机。 8 8 劳动组织劳动组织 刚架护坡桩施工的整个过程应配备工长 1 名，负责全过程的生产指挥及质量、进度控 制。 8．l 成孔阶段 8．1．l 干作业成孔时，应配置钻机指挥人员 1 名，钻机司机 l－2 名， （某些钻机除 钻 机操作人员外，尚需汽车司机 1 名） ，技工 1 名负责施钻过程的技术工作；壮工 3－5 名负 责清运土。 8．1．2 湿作业成孔时，应配备机长 1 名，负责成孔阶段生产全过程的技术、质量、 安全。钻工 l－2 人负责施钻，并作成孔记录；壮工 3－4 名配合挖土，安放护筒，装卸钻 杆，调配泥浆等。 8．1．3 人工挖孔时，按 3 人劳动组合，井上 2 名负责提升，井下 1 名负责挖掘及护 壁，轮流作业。 8．2 安放钢筋笼阶段 安放钢筋笼应配置吊车司机及指挥人员各 1 名，起重 11 名负责钢筋笼的捆扎、扶正就 位及校正，壮工 2 名配合。若钢筋笼需接长时，视现场工作量大小，尚需配置相应数量的 电焊工；钢筋工 1 名负责钢筋调正与结头钢筋安放。 8．3 浇灌混凝土阶段 8．3．l 浇灌干法成孔桩劳动组织 （l）浇灌干法成孔桩，若用泵送混凝土应配技工 2 人，其中 1 人指挥泵车，l 人兼负 责检查浇灌深度，壮工 2－3 人协助技工工作。 （2）浇灌干法成孔桩，若用翻斗车运输，人工浇灌时，应配技工 2－3 人，壮工 3－5 人（视浇灌量而定）其中技工轮流负责振捣（若孔深超过振动棒长度无法振捣，应采用大 塌落度混凝土） ；若用混凝土罐车运输，技工可减少 1 名，壮工可减少 2 名；并测浇灌深度。 8．3．2 浇灌泥浆护壁成孔桩劳动组织 吊车司机 1 名，技术人员 1 名，负责检查和记录导管长度，浇灌高度、浇灌量、剩余 孔深、导管拔出长度，五者数据应完全吻合。 混凝土班长 1 名，负责指挥浇灌及拔导管，同时记录孔深、下导管长度、浇灌高度、 浇灌量、剩余孔深、导管拔出长度，并随时与技术人员核对。 壮工 2 人，负责安装、拆卸导管或漏斗。 壮工 2－3 人，协助技工工作，并及时冲洗导管。 8．4 打预制桩劳动组织 8．4．l 落锤打桩 打桩机司机 1 名，班长 1 名。 班长 1 名，负责指挥起吊、打桩及移桩架，并检查记录。 记录员 1 名，记录打桩贯入度及打入深度。 技工 2 名，负责捆扎、就位、垫桩帽、移桩架等。 7 壮工 2－3 名，协助技工工作。 8．4．2 汽锤打桩 司机 1 名。 班长 1 名，负责指挥。 技工 2 名，其中 1 人负责记录。 壮工 2 名，配合技工工作。 8．5 沉管灌注桩施工劳动组织。 8．5．l 沉管阶段参照 7．5．l 和 7．5．2 条执行。 8．5．2 放钢筋笼参照 7．3 条执行。 8．5．3 浇混凝土参照 7．4．l 条执行。 8．6 钢筋弯折与绑扎。 每一劳动小组需技工 2 名，负责钢筋弯折与绑扎，壮工 2－4 名在技工指导下绑扎及搬 运钢筋。 8．7 纵、横梁浇灌参照 7．4．l 条执行。 9 质量要求 9．l 灌注桩成孔阶段的质量应符合现行的工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程 表 3．2．3 的要求；即桩位容许偏差 d／6（d 为桩径，下同） ，同时满足施工组织设计要求， 沉渣厚度≤30cm；垂直度容许偏差 1；孔径允许偏差螺旋钻成孔为2cm（d＝30－40） ， 潜水钻成孔（d 50－80cm）5cm；冲击成孔为（ 10cm、-5cm） 。 9．2 钢筋笼制作质量要求 钢筋笼制作应符合设计要求，同时符合现行的“混凝土结构工程施工及验收规范”表 3．5．2，3．5．3，3．5．7，3．5．8 的相应要求。钢筋的加强箍筋应与每根主筋电焊牢 固，螺旋箍筋与受力主筋间隔点焊。 9．3 钢筋笼安放应符合设计要求。因刚架桩配筋一般为非对称配筋，要求其主要的受 力钢筋角度允许偏转误差 5 度。 9．4 刚架节点钢筋必须按设计要求弯折到位。刚架横梁钢筋直径、数量及位置应符合 设计要求，同时符合现行的“钢筋焊接及验收规程”的有关要求。 9．5 刚架纵向联系梁的外测钢筋应各穿入桩顶伸出钢筋至少 2 根以内。 9．6 桩身及横、纵梁混凝土质量，应符合设计强度等级，并应符合现行的“混凝土结 构工程施工及验收规范” 4．6．1，4．6．2，4．6．5，4．6．6，4．6．7，4．6．8，4．6．9，4．6．10 各条的 要求。同时不应有断桩、离析、蜂窝、狗洞等情况。应通过控制混凝土塌落度、落实浇灌 措施，满足充盈系数等手段来加以保证。 9．7 刚架混凝土达到设计强度等级的 75％以后，才能开挖土方。 9．8 刚架护坡桩一般不会在超荷的情况下产生突然失稳，但使用阶段应进行桩顶位移 监测。测点间距视基坑边长大小约 10－20m 设置一个，但跨中必须有一个。进行刚架护坡 桩设计时应同时提出监测要求或制定监测计划（设计施工总承包时） 。监测方法可用经纬仪 用准直测量法进行观测。 9．9 打入预制桩不应有断桩，并应符合设计要求的入土深度及贯入度。 1010 安装措施安装措施 10．l 进入施工现场必须带安全帽。 10．2 灌注桩成孔后，混凝土浇灌前，应及时加盖，以防人员及物品坠入。 8 10．3 人工挖孔桩施工，每天班前应用瓦斯检测器或小动物检查孔底有无毒气，同时 深度超过 10m 的挖孔应配置通风设备。井下井上应有紧急联系信号，井下应有低压照明， 并按有关专业施工规定执行。 10．4 人工挖孔桩成孔阶段的混凝土护壁应符合设计要求，不得随意降低标号。 10．5 护坡桩顶的地面荷载不得超过设计允许的地面荷载。 10．6 钻机及打桩机械应由专人操作，并制定安全操作规程，随机挂牌，严格按规程 操作。班前应对机械进行试运转，检查各部位运转是否正常，不符合要求者不得上岗。 10．7 吊装绑扎必须牢固，吊车起吊重物时，吊车下不得站人。 1111 经济分析经济分析 已施工的五个工程的经济对比见表 11－－1，表 11－－2 施工工程经济对比分析（支护每延长米边坡） 表表 11－－l 材 料混凝土（m2）钢筋（kg）成孔数（个）造价对比 桩 型刚架悬臂 悬臂/刚 架 刚架悬臂 悬臂/刚 架 刚架悬臂 悬臂/刚 架 悬臂/刚架 北京服装学院 1990.6 3.33 400 3.85 400 1.178039941.2422.601.301.21 北京烟酒糖业公司批发市场 l992.4 0.53 200 0.82 300 1.5592.51481.6021.670.831.46 摩托车制造厂底盘车间l992.5 1.48 300 1.917 300 1.31246358l.4522.501.251.39 北京烟酒糖业公司批发市场 1993．6 1.00 300 1.04 300 1.0490115l.271.8821.071.14 注钢筋按 350 元/t；混凝土按 300 元／m3, 机械成孔按 80 元／m3计；以上均为 1994 年 10 月份价格。 刚架与锚拉桩的经济对比（支护每延米基坑） 表表 11- 2 材 料混凝土（m3）钢筋（kg）成孔数（个／m3）锚杆（m）造价对比 桩 型刚架锚拉 锚拉/ 刚架 刚架锚拉 锚拉/刚 架 刚架锚拉 锚拉/ 刚架 刚架锚拉 锚拉/刚 架 锚拉/ 刚架 北京服装学院 3.331.9240.588035650.704 2／l／ 0.506.71.005 北京宣威大厦 8.374.80669410 ／6.84 ／4.19 12.21.051 注1．钢筋按 3000 元/t；混凝土按 300 元/m3；预应力锚杆按 200 元/m3计； 2．所有材料按实际用量计。 1212 工程实例工程实例 已施工的五个工程见表 12.1 施工工程简介 表表 12.1 工程名称北京服装学院 北京烟酒糖业 公司批发市场 北京汽车摩托车 制造厂底盘车间 北京烟酒糖业公司 批发市场水池 北京宣威大厦 地质特征 杂填土15－2.0 m黄轻 亚粘土2.0－2．5m 灰轻亚粘土2.0－2.5m 降水后开挖 杂填土2.0 m 亚粘土2.0m 无地下水 杂填土3.04.0m 粉砂2.0－3.0m 无地下水 杂填土2.0－3.0m 粘土2.0－3.0m 无地下水 杂填土1.0m 粉土、粉粘5.0m 中细砂2.6m 砾砂2.0m圆砾2.9m 开挖深度 7.653.844.75 6.105.0013.5 支护面积 38.00350.00348.0065.001404 间距（m） 1.001.00 1.80 1.00 中间加一单桩 1.60 中间加一单桩 l.80 桩径（m） 0.400.200.300.300.80 前 12.856 .006.20 7.606.50 13.00 （l4.50）桩长 （m）后 12.855.005.20 6.605.50 11.50（13.00） 刚 架 支 护 特 征 跨度（m） 2.001.002.001.50 4.00（2.40） 9 使用数量（榀） 5 .0072.0023.009.0057.00 使用情况 地下水管大量漏水引 起土体滑移，桩间土 赉侧边流失，动土荷 载下桩顶位移为 30mm。桩身稳定。 被支护道路通行 25t混凝土泵车及 罐车，桩顶位移 12mm，南侧挖土机 停于坑沿上，挖掘 时未见失稳现象。 （地面荷载按30kN ／m2 计） 轻10t以内汽车开 行 及一次中雨考验无 异常。（地面荷载 按5kN／m2 计）桩 顶位移l0m m 护坡桩外靠围墙围墙 外为人行道经雨季考 验，使用效果良好。 （地面荷载按5kN ／m2计） 外侧均紧临兆龙饭 店，并有地面堆载。 经雨季考验，使用效果 良好。（桩顶标高- 3.5m，自然地面标高- 0．9m，地面荷载按 10kN／m2计）桩项位移 4mm