喀斯特地貌下钢筋混凝土斜桩施工工法.pdf

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1、 喀斯特地貌下钢筋混凝土斜桩施工工法 喀斯特地貌下钢筋混凝土斜桩施工工法 目 录目 录 1.前言1.前言.1 2.工法特点2.工法特点.2 3.适用范围3.适用范围.2 4.工艺原理4.工艺原理.2 5.施工工艺流程及操作要点5.施工工艺流程及操作要点.2 6.材料与设备6.材料与设备.9 7质量控制7质量控制.9 8安全措施8安全措施.11 9环保措施9环保措施.12 10.资源节约10.资源节约.13 11效益分析11效益分析.13 12应用实例12应用实例.14 1/9 喀斯特地貌下钢筋混凝土斜桩施工工法喀斯特地貌下钢筋混凝土斜桩施工工法 1.前言1.前言斜桩是指入土（岩）时与垂直方向有

2、一定夹角的桩。随着越来越多的大型建筑，尤其是空间结构的兴起，其结构面大多为拱形结构，如拱型桥梁、飞机场候车厅、火车站房、体育馆、场等建筑，其对支座会产生很大的水平推力。另外，在承受风荷载时，支座会产生很大的上拔力，仅仅依靠垂直方向的基础和桩基难以直接抵消较大的水平荷载和上拔荷载。斜桩一般在相同荷载作用下，可承受比竖桩更大的轴向力：斜桩的单桩承载力比竖桩大，利用斜桩可以减少横向荷载引起的剪力和弯矩，充分发挥桩的轴向受压能力。因大倾角喀斯特地貌下钢筋混凝土斜桩在国内几无先例，无成熟的施工工艺和设备，由于斜桩桩芯剖面一般为半圆形与矩形组成的组合形状，为保证施工质量，成孔方法按遂道形式人工开挖施工。喀

3、斯特地貌下钢筋混凝土斜桩施工难度较大主要是几方面：喀斯特地貌下斜桩施工不同于隧道施工，斜桩施工有一定的倾角而隧道施工基本是水平方向，所以喀斯特地貌下斜桩在开挖的过程常常会遇到涌水、围岩坍塌及有毒、有害气体，对作业人的安全产生较大影响。为此，我们提出一种全新的喀斯特地貌下钢筋混凝土斜桩的施工工法，本工法已通过中国冶金协会技术鉴定，鉴定等级为：国际先进水平。通过使用一种可移动式防护拱架箱作业人员在拱架内部进行施工同时在其内部安装通风及照明措施。通过实验和现场施工，总结出喀斯特地貌下斜桩施工工法，在施工过程中我们自主研发了一种用于斜桩施工的辅助测量装置及其施工方法（专利号：201610749813.

4、X）、一种用于斜桩施工的外挂模板、辅助装置及施工方法（专利号：201611149670.5）、一种大倾角斜桩钢筋笼下放的施工方法（专利号：201611149739.4）。2/9 2.工法特点2.工法特点人工开挖喀斯特地貌下钢筋混凝土斜桩难度大、不确定因素较多，开挖过程中为增加施工的安全性，采用移动防护拱架箱并加入两侧导轨，在拱架箱内进行开挖及支护等相关作业，这样能较好的保证施工作业人员的安全，同时能提高施工进度及质量。在整个的施工中改进相关施工方法如：2.1 开挖过程中斜桩的倾斜角度不易控制，采用辅助测量装置及其施工方法对倾斜角度进行复核，能较好的保证斜桩开挖过程中的倾斜角度，从而有力地保证了

5、桩基定位放线；2.2 在桩基钢筋笼下发过程中采用一种大倾角斜桩钢筋笼下放的施工方法，能更好的保证桩基钢筋笼下放过程中的保护层厚度，同时加快下放速度；2.3 在桩基浇筑过程采用一种用于斜桩施工的外挂模板、辅助装置及施工方法，能更好的保证桩基成桩质量。通过采用上述施工方法使斜桩施工的安全得到更有效的保障，现场施工质量达到优良水平同时加快施工进度。3.适用范围3.适用范围本工法适用于无地下水或水位较浅、土（岩）质较好的稳定地层，也适用于卵砾石含量较高的复杂地层，同时要求桩基直径大于2m,倾斜角度为00-450的斜桩施工。4.工艺原理4.工艺原理本工法通过研究喀斯特地貌地质情况下的斜桩施工方法，通过改

6、变斜桩开挖防护方式，在施工过程增加辅助测量方式提高测量精度，采用大倾角斜桩钢筋笼下放方法加快施工进度和施工质量，浇筑桩口混凝土时采用外挂模板保证桩顶混凝土浇筑质量。5.施工工艺流程及操作要点5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程5.1 施工工艺流程 5.1.1 喀斯特地貌下钢筋混凝土斜桩施工工艺流程图（图 5.1.1-1）3/9 图 5.1.1-1 施工准 浇筑桩基混凝土（外挂模板、辅助装置方法）桩洞口支护、完成作业面洞内开挖桩安装移动拱箱安装拱架桩喷浆支护桩重复上述作业（成孔）桩下放钢筋笼（大倾角钢筋笼下放方法）桩施工准备场地整平施工放样超前小导管安装辅助测量装置超前小导管注浆导拱施

7、工及洞口开挖孔径、倾斜度复核钢筋笼安装检查桩基检测孔径、倾斜度复核终孔验收4/9 5.2 操作要点5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 1 斜桩施工前应具备以下资料：场地岩土工程勘察报告、施工设计图纸等。2 施工前应进行施工图纸会审、设计交底、编制施工组织设计及审核确认，组织技术和施工安全及技术交底。5.2.2 场地整平 场地整平采用人工配合机械进行平整、压实，人工沿承台四周开挖排水沟。图 5.2.2-1 场地整平 5.2.3 施工放样 依据导线、水准点测量控制网复测成果资料和设计桩位坐标进行桩位放样，并作好护桩。5.2.4 超前小导管安装及注浆 因斜桩挖孔为沿一定角度向土（岩）层延伸，挖孔

8、上部土层强度有限，不可避免造成坍孔，有时地下水含量丰富，为防止洞口开挖时大量渗水和塌方，在此类土（岩）层中进尺前进行超前支护处理，加固孔道上部土体。土（岩）体处理和加固范围为桩孔上部 120 度局部土（岩）体。加固方法为42 超前小导管注浆，风钻钻孔，钻孔角度外插 5 度，钻孔深度为 4.5 米，小导管间距为 360mm,完成通过导管向土层压入水泥砂浆，注浆压力为 0.20.4Mpa,固化拱上部土体，待达到设计强度后，再行开挖桩孔。5/9 图 5.2.4-1 超前小导管注浆 5.2.5 导拱施工及洞口开挖 1 导拱施工先进行底座施工，采用 C30 砼浇筑，底座浇筑完成，在进行导拱上部施工。导拱

9、墙出自然地坪 200300cm，防止雨水进入孔内，同时防止其它物品滚入孔内伤人。2 洞口开挖时，做好“十字线”，四个锚钉拉线找中心点。第一次开始掘进导拱端算起开始挖土，当掘进至第一层钢管还埋入土中 300mm 左右时，清理好底平面，继续进行上述工作程序。每安装一次工字钢都要进行测量校对是否偏离，每次开挖应用全站仪测量核对倾角和方位角。图 5.2.5-1 导拱施工 6/9 5.2.6 支护、完成作业面 1 初喷 开挖后应及时喷护，初喷厚度为 40mm,采用喷浆机喷浆，为了加快速度和保证施工安全，尽量缩短护壁工序所需的时间，喷砼用的水泥加入速凝剂。2 安装工字钢及网片 工字钢安装在初喷后进行，工字

10、钢为一米一榀，每组工字钢之间用22 钢筋连接。网片在工字钢安装完成插入工字钢和孔壁之间，网片尺寸为 1500mm500mm，网格为 150mm150mm。为了稳固网片，可以焊接在连接筋及工字钢上。3 复喷 复喷厚度为 210mm,保护层不小于 40mm。图 5.2.6-1 喷浆支护 5.2.7 安装移动拱箱 当开挖完成作业面后，安装导轨并安装拱架箱，箱体滚轮放入轨道中，通过洞外卷扬机牵引箱体，箱体滚轮前安装制动装置，同时箱体内安装鼓风机、照明设备等。前方作业人员利用风镐进行开挖，当前面围堰强度较高时可采用控制爆破方式开挖，但要及时撤出拱箱及作业人员，开挖出渣采用斗车在安装的轨道上运至洞外。洞内

11、防护采用钢拱架 100cm 一段，围岩较差时可适当缩短间距。5.2.8 洞内开挖施工 斜桩进尺采用连续护壁进行防护，洞内支护方式与洞口开挖支护相同：初喷安装工字钢及网片复喷，每段进尺均进行测量校对是否偏离，每次开挖应用 7/9 经纬仪测量核对倾角和方位角，同时采用辅助测量装置：具体如下安装桩口门架、开挖斜桩，根据进尺（超过 2m 后采用辅助测量装置）安装采用折叠式测量辅助装置，通过展开折叠尺及与洞口门架根据勾股定理原理控制孔径及对倾斜角度进行复核。通过采用辅助测量装置，能较好的保证斜桩开挖过程中的倾斜角度及孔径，避免超挖及欠挖现象的发生，从而有力地保证了桩基定位放线,重复上述作业直至终孔。清理

12、好孔底平面，终孔后进行桩孔验收。人工挖桩从井内运送出来的土（石）方应远离孔口，便于工作和施工安全。斜孔掘进中严禁超挖，以避免底部护壁裸露，发生危险。5.2.8-1洞 内 开 挖 施 工 5.2.8-2 洞内开挖施工 5.2.9 下放钢筋笼 钢筋绑扎符合施工规范要求。一般斜桩钢筋笼下放施工方法为：斜桩钢筋笼下放时在孔下侧放一根钢管直通孔底，钢筋笼沿钢管下滑至孔底，钢管直径与钢筋笼保护层厚度相同，钢管随桩砼浇筑而撤掉，同时在混凝土浇筑前检查钢筋间距、绑扎及焊接质量和保护层厚度是否满足要求。本工法在传统下放钢筋笼施工方法下进行改进：钢筋笼在下放过程中采用半成品下放，通过采用双向钢管放于钢筋笼下部，钢

13、管的直径根据保护层的厚度设定，然后将半成品钢筋笼顺着左右两侧钢管下滑到桩底，然后采用临时焊结在钢拱架上，进行成品钢筋笼的绑扎，待绑扎到位后，将下垫的钢管进行抽出，完成钢筋笼的安放过程。8/9 5.2.9-1 钢筋笼安装完成 5.2.10 浇筑桩基混凝土 斜桩混凝土（坍落度高）浇筑经分段溜槽送至孔底，边浇筑边振捣边提拔溜筒，直至浇筑到孔口后采用斜桩施工的外挂模板、辅助装置进行桩口混凝土浇筑。图 5.2.10-1 洞内浇筑混凝土 9/9 5.2.11 桩基检测 桩混凝土浇筑完成 7 天后且强度至少达到设计强度的 70%，不小于 15MPa 时，进行桩基检测。桩基检测一般采用声测方式进行。6.6.材

14、料与设备材料与设备 本工法无特别说明材料，采用的机具及设备如下：序号 名称 规格 单位 数量 1 斗车 1-1.5t 个 1 2 鼓风机/台 1 3 风镐/个 3 4 汽车吊 25t 台 1 5 电焊机/台 2 6 轨道/m 80 7 喷浆机/台 1 8 钢筋弯曲机 GJB-40 台 3 9 钢筋切断机 GJ40-1 台 3 10 钢筋调直机 GTJ4-4 台 3 11 泵车 5318 台 1 12 插入式振动器 ZN-50 台 4 7 7质量控制质量控制 7.7.1 1 质量验收标准质量验收标准 7.1.1 主控项目 1 桩基钢筋笼质量检验标准 项目 序号 检查项目 允许偏差或允许值(mm)

15、检查方法 1 主筋间距 10 用钢尺量 主控项目 2 长度 100 用钢尺量 7.1.2 一般项目 1 桩基钢筋笼质量检验标准 10/9 项目 序号 检查项目 允许偏差或允许值(mm)检查方法 1 钢筋笼材质检验 设计要求 抽样送检 2 箍筋间距 20 用钢尺量 一般项目 3 直径 10 用钢尺量 2 桩基质量检验标准 允许偏差或允许值(mm)检查方法 项目 序号 检查项目 单位 数值 1 垂直度 1000 mm mm 50 经纬仪或超声波探测 3 混凝土坍落度 mm 160220 坍落度仪 4 钢筋笼安装深度 mm 100 用钢尺量 一 般 项 目 5 桩顶标高 mm+30-50 水准仪,需

16、扣除桩顶浮浆屋层及劣质桩体 7.27.2 质量保证措施质量保证措施 7.2.1 公司选派优秀项目经理及高素质管理人员实施项目管理，项目部选择具有丰富施工经验的作业队伍负责现场施工任务。7.2.2 成立各级质量管理小组，配备质量工程师和质检员，制订明确的项目质量管理目标，建立健全质量管理制度，落实岗位责任制，强化施工全过程质量控制，确保分项工程合格率 100。7.2.3 坚决杜绝违章违规、野蛮施工现象，加强质量管理的程序化、制度化和标准化工作，努力做到工程质量“全过程、全方位”监控，定期进行检查考评，奖优罚劣。对工程质量达不到合格要求的，坚决返工重做。7.2.4 服从政府、业主和监理工程师对工程

17、质量进行的监督、检查和指导，切实提高工程施工质量。7.2.5 贯彻“质量第一”思想，加强全员质量管理理念，树立建设北海新区 11/9 项目的荣誉感、责任感和使命感，在评先进、评模范和劳动竞赛评比等活动中，把质量创优作为重要考核内容，实行质量一票否决制。7.2.6 组织技术、质检人员熟悉设计文件和技术规范，了解设计意图，明确施工重点和难点。编制科学合理、切实可行的施工技术方案，做好各级技术交底工作，使操作人员了解和领会各项技术质量要求，严格按照设计图纸、施工技术规范和施工操作程序组织施工，以保证施工操作准确性。7.2.7 重视设计图纸自审、会审及设计交底工作，在对设计图纸审查过程中发现的问题，及

18、时、主动上报监理、设计和业主单位，杜绝盲目施工现象。7.2.8 重视工程测量与试验工作，加强测量与试验人员的责任心，提高其专业技术水平。加强试验和测量仪器设备的使用管理，严格按相关规定的要求对仪器设备进行检定，确保其精度符合要求。加强测量与试验的复核工作，确保测试结果的正确性。妥善保管好测量和试验资料，确保测试数据的可追溯性。8 8安全措施安全措施 8.8.1 1 建立健全安全管理体系，落实各岗位安全职责，加强安全教育及安全交底。8.8.2 2 执行安全生产法规，“坚持安全第一、预防为主”的方针，结合本工程的特点，制定切实可行的安全生产管理办法。8.8.3 3 安全生产目标：无重大伤亡事故。8

19、.8.4 4 严格执行岗位、工种安全操作规程，严禁违章作业。特殊岗操作手必须持证上岗。8.8.5 5 坚持操作人员、施工人员、技术员持证上岗。8.8.6 6 杜绝操作人员、施工人员酒后作业。8.8.7 7 杜绝违章作业。8.8.8 8 设有专职安全员对施工全过程进行监检查。8.8.9 9 对施工所有人员进行安全技术操作规程进行交底。8.8.1010 认真做好安全防护工作，在挖桩现场周围设置防护栏杆和警示牌，运输车辆要按规定的道路行驶，孔口、孔下设置防坠物入孔的遮挡装置。8.8.1111 人工挖孔必须配备空压机，气泵等送风设施，定时给孔内送风。隔班作业的桩孔必须先送风后下人。发现异常情况，如地下

20、水、有害气体时，必须立 12/9 即停止开挖，撤离危险区，不准冒险作业。8.8.1212 桩孔支护用混凝土必须按配比制作，以保证其强度安全可靠。孔口支护要伸出桩顶 2030cm。当支护混凝土没有达到一定强度时，不准下孔作业。8.8.1313 桩孔下挖 10m 后，必须装安全灯泡照明，孔内照明用 12V 低压电源，每下挖 10m 应增加一个灯泡。8.8.1414 电动铰车刹车装置必须灵敏可靠，必须对卷扬机性能、钢丝绳、卷扬机后覆重量进行经常性检查，发现异常时，必须及时更换，确保作业安全 8.8.1515 井下作业人员在斜孔应登滑道横筋上下，严禁乘运土车升降。8.8.1616 挖出的土石方必须及时

21、运走，孔口周边 1m 内禁止堆放泥土、杂物，严禁大型机械设备在孔口 3m 范围内活动。9 9环保措施环保措施 9.9.1 1 成立以项目经理为环境保护工作第一责任人的环境保护领导小组，负责环境保护工作。9.9.2 2 斜桩钻孔时产生的料渣应及时清出，排放至指定地点，不得随意污染环境。洞内积水抽出后必须经过沉淀池沉淀后，才能排入市政管网。9.9.3 3 施工区域道路畅通，夜间灯光集中照射，避免干扰附近居民休息。无长流水、长明灯。施工垃圾封闭管理，做到日集日清，集中堆放，专人管理，统一搬运。9.9.4 4 做环境保护交底工作，采取有效措施控制人为噪声、粉尘的污染，采取技术措施控制烟尘、污水、噪声污

22、染。9.9.5 5 同环保部门、当地村委会、住户、相邻施工单位加强联系，共同做好环保工作。9.9.6 6 用洒水车定时对施工区域进行洒水湿润，减少扬尘污染。9.9.7 7 在施工过程中，尽量减少对原有地形地貌的破坏，减少施工沿线的开挖。9.9.8 8 工现场材料、设备、按平面布置图指定地点整齐堆放，保证施工现场无积水，挖弃土石按规定堆码，现场材料、机具及时回收归库，做到工完、场清、料净。10.10.资源节约资源节约 13/9 10.110.1 贯彻落实节地、节能、节水、节材和保护环境的技术经济政策，建设资源节约型、环境友好型社会，通过采用先进的技术措施和管理，最大程度地节约资源，提高能源利用率

23、。10.10.2 2 严格执行国家、行业、地方关于禁止与限制落后淘汰技术、工艺、产品的现行有关规定；积极采用新技术、新材料、新工艺和新产品。10.10.3 3 本项目建立资源消耗原始记录和月度台账，对指标体系各项指标值的真实性负责。10.10.4 4 场地平整施工采取先进的技术措施，控制测量，减少土方的开挖量，最大限度地减少对土地的扰动。10.10.5 5 优先使用国家、行业推荐的节能、高效、环保的施工设备和机具，如选用变频技术的节能施工设备等。10.10.6 6 施工现场生产、生活用水使用节水型生活用水器具，在水源处应设置明显的节约用水标识。盥洗池、卫生间采用节水型水龙头、低水量冲洗便器或缓

24、闭冲洗阀等；施工现场设置废水回收设施，对废水进行回收后循环利用；冲车池及洗车池设沉淀池及清水池，对洗车、冲车污水进行重复循环利用。10.10.7 7 施工现场实行限额领料，统计分析实际施工材料消耗量与预算材料的消耗量，有针对性地制定并实施关键点控制措施，提高节材率；使用专业软件进行优化钢筋配料；根据主要构件尺寸，合理确定钢筋进场长度，降低钢筋剩余量；短钢筋要合理利用，降低钢筋损耗；为节约材料、节省能源、少占用地、提高效率。1111效益分析效益分析 11.11.1 1 经济效益分析经济效益分析 通过本项目的实施，可大幅度提高工效、节约成本，利用有效的施工工期，提高施工质量的目的。11.1.1 在

25、我公司承建的罗甸县五桥二路工程项目，利用本工法技术进行施工。在该项目施工过程中：1）在喀斯特地貌钢筋混凝土斜桩开挖施工过程中增加移动拱架箱，能加快开挖施工进度，并且功效高、安全可靠。共有桩基 2100m,每米节约成本（人、材、机）约 5000 元，整个项目估算下来约节省资金 1050 万元。14/9 2）在桩基成孔后，下放钢筋笼时，采用一种大倾角斜桩钢筋笼下放的施工方法能加快钢筋笼下放施工进度，同时对桩基的倾斜度及保护层厚度能精确控制。共有桩基 70 根，每根桩节省成本（人、机）约 500 元，整个项目估算下来节省资金 3.5 万元。通过技术改造，使用本工法该项目总计产生经济效益1050+3.

26、5=1053.5 万元。11.1.2 我公司承建的贵州紫望高速公路项目，利用本工法技术进行施工。在该项目施工过程中：1）在喀斯特地貌钢筋混凝土斜桩开挖施工过程中增加移动拱架箱，能加快开挖施工进度，并且功效高、安全可靠。共有桩基 1500m,每米节约成本（人、材、机）约 5000 元，整个项目估算下来约节省资金 750 万元。2）在桩基成孔后，下放钢筋笼时，采用一种大倾角斜桩钢筋笼下放的施工方法能加快钢筋笼下放施工进度，同时对桩基的倾斜度及保护层厚度能精确控制。共有桩基 50 根，每根桩节省成本（人、机）约 500 元，整个项目估算下来节省资金 2.5 万元。通过技术改造，使用本工法该项目总计产

27、生经济效益750+2.5=752.5 万元。在上述两项目应用本工法总计生产经济效益：1053.5+752.5=1806 万元。11.11.2 2 社会效益社会效益 11.2.1 成果的研究可以对我国地基基础工程斜桩的设计、施工、应用等方面具有借鉴意义。11.2.2 本研究成果能使斜桩施工在施工进度、质量、安全方面得到很大提升。11.2.3 对不同土层结构的地下进行施工组织分析，总结出一套完整的施工工艺标准或方法，为后续类似桩基施工提供依据和参考，起到加快施工进度、节约施工成本的作用。1212应用实例应用实例 罗甸县城东新区 4 号桥位于规划 16 号次干路上,连接 16 号路与 17 号路,是

28、横跨坝王河支流纸厂溪的一座市政大桥。该桥梁全长 425.43m，桥跨布置为 6*45m空腹上承式板拱桥；桥面宽度：23.5m=0.25m(护栏)+4m（人行道）+15m(车行 15/9 道)+4m（人行道）+0.25m(护栏)；桥面纵向坡度 1.530%,横向坡度 2.0%,人行道坡度 1.0%；桥面设标高+385.089(高程系 1965 年黄海高程)。本桥共有斜桩共有 70根每根桩长 30m,共有 2100m,该项目采用本工法能加快施工进度，工期缩短 1 个月、保证斜桩施工的安全和质量。2016 年 8 月中国十七冶集团承建的承建的贵州紫望高速公路项目锅厂大桥 锅厂大桥为上承式混凝土箱型拱

29、桥,主桥基础为钻孔开挖竖桩和人工开挖斜桩，拱座宽 13m。每个拱座由八根 D2.0m 圆形钻孔灌注桩和 10 根 2m*2m(高*宽)上拱下方形斜桩完成支撑。净矢高 18m,2*16PC 空心板+4*20m 上承式钢筋混凝土箱型拱桥+4*16mPC 空心板。横桥向布置 7 个箱肋，纵向每箱肋分 5 段预制安装。通过拱上立柱与盖梁相连预制安装空心板。组成全桥长 205.66 米。桥面宽度为16.5m=净-12（行车道）+2*2m 人行道+2*0.25m 栏杆。工内容包括桩基、拱座、拱箱、立柱、桥台、空心板、桥面铺装、照明系统安装等工程。本工程共有斜桩50 根斜桩，共有 1500m 采用本工法施工，使斜桩施工进度加快，本项目缩短工期约 0.5 个月针对该项目所处地理位置的特殊性，公司通过对斜桩施工的研究，改进斜桩施工的工艺，有效解决了施工难的问题，提高了施工效率，缩短了施工工期。本项目工法的应用较传统工艺有较大的优势，通过对施工工艺的改进，在斜桩开挖过程中增加了施工安全性，提高劳动生产率，节省施工成本。