公路工程管状劲性体软基处理施工工法.pdf

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1、1 公路工程管状劲性体软基处理施工工法公路工程管状劲性体软基处理施工工法1 前言前言 随着我国社会经济的飞速发展，我国交通运输量行业也迎来了前所未有的建设热潮，各种复杂地质层出不穷，其中软基处理仍是我们面临的一大难题。在软基地段，公路路基一般采用柔性桩复合地基或刚性桩复合地基两种方式来控制路基沉降。柔性桩复合地基造价低，但施工质量控制难度较大，成桩效果难以保证，很难满足沉降控制要求。刚性桩复合地基施工质量易控制、施工速度快，能够很好的控制路基沉降，但由于造价较高，其应用受到了限制。为了既能提高地基承载力，减少路基沉降尤其是不均匀沉降，又能实现经济节约，我们在传统的预应力管桩基础上研发了管状劲性

2、体，既保留了预应力管桩高承载力的优点，其形成的管状劲性体复合地基具有良好的承载性能，又降低了工程造价，在相同处理效果下，该刚性桩复合地基与传统的浆（粉）喷桩地基处理方式造价基本相当。本工法已授权专利2项，工法关键技术“管状劲性体在高速公路软基及特殊路基处理中的应用研究”被中国公路学会评价为“国际先进水平”。该工法在京台高速改扩建项目、沾化至临淄公路工程项目施工中得到了成功应用，取得了良好的施工效果和经济效益。2 工法特点工法特点 2.1 产品采用工厂化技术生产，质量稳定、可靠，规格多，配桩方便，设计选用范围广，对地层适应性强；2.2 装配式施工，方便、能耗低，既减少了现场施工时间，缩短了工期，

3、提高了效率，又避免了传统软基处理现场施工的喷浆、喷粉、拌和浇筑，消除了由施工带来的粉尘、废浆、废料污染，具有良好的环保性能；2.3 现场检测方法有效可行，施工质量可控，提高了工程质量；2.4 与同直径的实心CFG桩相比，管状劲性体节约了材料，降低了能源消耗。2 3 适用范围适用范围 公路工程软土路基及其它对路基沉降要求较高路段。4 工艺原理工艺原理 公路工程管状劲性体软基处理施工工法采用刚性桩作为受力主体，辅以水平加筋体和垫层进行上部荷载传递，形成桩承式路堤。桩承式路堤作为一个复杂的受力系统，通过桩-土-垫层的相互作用承担上部填土荷载。公路工程管状劲性体软基处理施工工法是优化了传统刚性管桩的结

4、构形式，综合考虑桩帽-图-垫层的相互作用，既能够起到良好的承载效果又能有效的降低刚性桩的施工成本。本工法对施工工艺流程各环节进行了详细的规定和控制包括：施工准备、测量放样、桩基组装就位、起吊就位及垂直度的调整、锤击沉桩、接桩标准、桩基移位、桩帽施工等。通过对劲性体本身的质量控制及施工现场施工工艺流程的把控，确保本工法能够取得理想的施工效果。5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程施工工艺流程 施工工艺流程图如下：3 图图 5-15-1 施工工艺流程图施工工艺流程图 5.1.1 现场准备现场准备 施工现场做好“三通一平”。场地平整前，首先查明施工范围内地下有无管线，

5、采取必要措施，然后清除障碍物、树根、杂草等，保证排水通畅，坡度不大于 1。同时应对地基承载力做必要的预估，以判断地载力是能满足打桩机稳定和管状劲性体运输堆放的要求。应调配好材料等物品的堆放，保证施工顺利进行。采用柴油打桩机，施工前需对施工场地进行夯实处理，提高设备施工区的平整度及压实度，避免由于场地问题造成设备倾斜，影响施工精度，减少预制桩损坏的发生。5.1.2 测量放样测量放样 施工准备测量放线放桩位桩基就位起吊、对桩位桩顶放置桩垫套桩帽桩帽放锤垫打冷锤2-3击复查桩垂直度正式打桩收锤、测贯入度检测验收材料分批进场监理验桩监理验收试桩调整垂直度承载力估算4 根据已测设的主轴线，按施工测量需要

6、测放出分轴线，并按照设计图纸要求对桩位进行定位，用白石灰进行标记，测放完成经自检无误后请监理工程师复查一遍。桩位的放样允许偏差如下：桩位施放误差30mm。5.1.3 桩机组装、就位桩机组装、就位 柴油打桩机运至施工现场后，进行由专业人员现场组装，调整好桩机的水平度，并进行试运行。5.1.4 起吊、就位及调整垂直度起吊、就位及调整垂直度 桩机水平后吊桩，管状劲性体在吊运过程中应轻吊轻放，避免激烈碰撞。管状劲性体应按规定的起吊点吊装，按设计要求可以用钢丝绳绑住桩身单点起吊（如图 5-1 所示），经吊装验算符合钩吊强度的，也可用专用吊钩钩住两端内壁直接水平起吊（如图 5-2 所示）。图图 5-2 单

7、点起吊单点起吊 图图 5-3 双点起吊双点起吊 在使用的管状劲性体上每米划线作标记，便于观察和记录。当桩对位后，由两人同时成 900 角由正前、侧面两方向用吊线锤观测，指挥机手开动纵横两向油缸移动桩机调整桩身垂直度，桩的垂直度偏差不得大于桩长的 0.5%。确认调整好后，再从新核对一次桩位，保证桩位偏差不大于 30mm，确定桩位误差满足规范要求后进行施压。5.1.5 锤击沉桩锤击沉桩 为了检验沉桩机械选用的合理性，确定沉桩控制参数及沉桩标准，根据规范要求施工前须进行不少于 2 根的试锤桩。入土 30-50cm 后检查和校正垂直度，垂直度控制在 0.5%以内，桩机要求调至水平。并宜用长条水准尺或其

8、他测量仪器校正；必要时，应该拔出重插。桩顶放置桩垫，然后套上桩帽，在桩帽上设置弹性衬垫，即锤垫，减少直接锤击对桩头的损坏。每根桩宜一次连续锤击到位，送桩期间不应停歇，尽量缩短停歇时间。5 在桩身标记以米数为单位的标高标记，记录员必须认真、及时做好施工记录（具体记录数据详见附表：管状劲性体基础施工记录用表），并经当班监理人员验证签名后方可作为有效施工记录。每根桩开始锤击时，要打冷锤 23 次，目的是确认机械运转是否正常，且需复查桩的垂直度；锤击沉桩时，要求采用“重锤低击”（指在相同的锤击能量下优先采用重的锤、小的落距），且始终保持桩轴心受压，若有偏移应及时纠正。锤击桩过程中应检查桩垂直度，以保证

9、施工质量。当一根桩终锤完后，若有露出地面的桩段，应在移机前用专用截桩机截去，严禁利用锤桩机强行扳断。5.1.6 接桩标准接桩标准（1）宜采用端板焊接连接、机械连接或焊接加机械连接，接头连接强度不小于桩身强度。本项目 15 米管状劲性体采用端板焊接连接。（2）桩身对接前，上下端板表面应保持清洁，端板破口上的浮锈应清除干净、表面呈现金属光泽。（3）接桩时，下节管状劲性体的桩头宜高出地面 0.5-1.0m。（4）下节桩的桩头处宜设置导向箍以方便上节桩正确就位。接桩时上下节桩应保持顺直，偏差不宜大于 2mm，坡口根部间隙不宜大于 2mm。上下两节桩之间因施工误差出现的间隙，应用厚薄适当的楔形铁片垫实焊

10、牢。（5）焊接时宜先在破口圆周上对称焊 4-6 点，待上下节桩固定后拆除导向箍再分层施焊，施焊宜对称进行。（6）焊接宜采用二氧化碳气体保护焊，也可采用手工电弧焊。焊接应连续、饱满。当采用二氧化碳气体保护焊时，焊接层数不宜小于 2 层。当采用手工电弧焊时，焊接层数不宜少于 3 层，内层焊渣必须清理干净。（7）施焊完成时桩接头应在自然冷却后才可继续沉桩。自然冷却时间不宜少于 5-8min，严禁淋水冷却或焊好后立即沉桩。（8）雨天接桩或焊接桩头时，应采取可靠的防雨措施。5.1.7 终锤标准终锤标准（1）桩端达到持力层内 50cm，贯入度满足要求。（2）终锤的技术参数一般采用双控，根据设计要求，确定贯

11、入度及标高。（3）贯入度达到要求而设计标高未达到，应继续锤击 3 阵，按每阵 10 击的6 贯入度为 20cm30cm 为宜。每根桩总锤击数不宜超过 1800 锤，最后 1 米锤击数不宜超过 200 锤。送桩器宜做成圆筒形，外部尺寸与管状劲性体相匹配，并有足够的强度、刚度，长度约为送桩深度的 1.2 倍，送桩前用水准仪测量地面标高，在专用送桩器上做记号，送桩过程中进行跟踪，动态检查送桩深度。送桩器下端设置桩垫，桩垫厚度均匀比与桩顶全断面接触，下端面应设置排气孔，使桩身内腔与外界相通。5.1.8 桩机移位桩机移位 在管状劲性体压至设计标高后或者桩端承压力达到设计要求后，经监理工程师现场确认无质量

12、问题后，方可将桩机移位，进行下一根桩的施工。5.1.9 桩帽施工桩帽施工 管状劲性体施工结束后，报请监理验收及进行复合地基承载力检测，合格后再进行桩帽施工。在桩头位置按设计要求的桩帽尺寸及标高开挖到位后立桩帽四周侧模，开挖的长度、宽度和深度按照桩帽设计尺寸及桩顶设计高程为依据。5.2 操作要点操作要点 5.2.1 防止桩位偏差措施防止桩位偏差措施（1）测量放线前，需对测量仪器进行检查、较验。（2）对各控制角点需进行闭合校验。（3）需两人以上各自单独进行坐标计算，并互相核验。（4）所有桩位必须自检合格后再请监理工程师复核，合格后才能开始正式施工。（5）施工时，必须准确找到放好的桩位，对有可能发生

13、移动的桩位必须复核，确认正确后才能施工。5.2.2 防止桩身倾斜的措施防止桩身倾斜的措施 对管状劲性体施工时必须在互相的两方向设置吊线锤以调正垂直度。5.2.3 防止桩顶碎裂的措施防止桩顶碎裂的措施（1）桩制作时，要振捣密实，成型后要严格加强养护，确保达到设计强度后再出厂，以增加桩顶抗冲击能力。（2）应根据工程地质条件、桩断面尺寸及形状，合理地选择桩锤。（3）沉桩前应对桩构件进行检查，检查桩顶面有无凹凸情况，桩顶平面是7 否垂直于桩轴线，桩尖有否偏斜，对不符合规范要求的桩不宜采用或经过修补等处理后才能使用。（4）检查桩帽与桩的接触面处及替打木是否平整，如不平整应进行处理方能施工。（5）稳桩要垂

14、直，桩顶要加衬垫，如衬垫失效或不符合要求要更换。5.2.4 防止桩身断裂的措施防止桩身断裂的措施（1）施工前应对桩位下的障碍清理干净，必要时对每个桩位用钎探探测。对桩构件要进行检查，发现桩身弯曲超过规定（L/1000且20mm）的不宜使用。（2）在稳桩过程中，如发现桩身不垂直应及时纠正。打入一定深度后发生严重倾斜时，不宜采用移架方法来校正。（3）在堆放、吊运过程中，应严格按照有关规定执行，发现桩身开裂超过有关验收规定时不得使用。6 材料与设备材料与设备 本工法选用的材料设备见表 6-1。表表 6-1 管状劲性体施工所用材料设备管状劲性体施工所用材料设备 序号 设备材料、名称 单位 数量 用途

15、1 柴油锤桩机 台 2 锤击打入管状劲性体 2 电弧焊机 台 2 焊接劲性体 3 割桩机 台 1 切割劲性体 4 汽车吊 台 1 起吊劲性体 5 全站仪 套 1 劲性体定位 6 水准仪 套 2 劲性体标高测定 7 50m 皮尺 副 3 劲性体长度测量 8 30m 钢卷尺 副 2 劲性体长度测量 7 质量控制质量控制 公路工程管状劲性体软基处理施工质量控制，要注意做好以下几点：7.1 交底及测量质量保证措施交底及测量质量保证措施（1）开工前，图纸会审设计交底时，应调查了解清楚地下埋藏物情况及是否会影响打桩，否则应移出。同时最主要是应认真对项目参建人员进行技术交底，将国家规范、设计意图、质监、监理

16、要求交底清楚，并有书面签字记录，确保施工人员能够正确指导现场施工。（2）测量仪器及测量器具应经检校合格后，方可使用，测量放线各角点应8 保证闭合，测放的桩位需多次复测，并用石灰粉按桩径直径画圆。施工中，控制点、控制轴线每周应定期复核检查一次；7.2 施工质量保证措施施工质量保证措施（1）管状劲性体进场应检查有无合格证，及砼外观，包括是否存在裂缝、蜂窝麻面、混凝土脱落现象，桩身温度有无冷却。同时应检查桩端头板是否平整、垂直，接缝是否完好等。并应会同有关单位或部门签字验收，严禁使用不合格的桩。（2）桩锤击入土中约1m应再复核垂直度，若发生倾斜，应及时纠正。如有可能应将桩拔出，清除障碍物或回填土后重

17、新插桩。（3）在锤击桩时遇到如下情况：桩身突然倾斜、桩身破裂、桩头破损时，应暂停施工，不得移动桩机，并立即向甲方、监理汇报，得到相关指令后再作处理。（4）送桩时，应尽量控制在不超过2米的长度。（5）做好施工日记、隐蔽验收记录、原始记录和现场签证等工程技术资料的整理。7.3 施工质量及检验要求施工质量及检验要求（1）管状劲性体的实测项目质量要求应符合下表规定：表表 7-1 管状劲性体的实测项目质量要求管状劲性体的实测项目质量要求 序号 项 目 允许偏差（）1 外径 5mm 2 管桩壁厚 5mm 3 保护层厚度+5、0 4 桩体弯曲 L/1000,且不大于 20 5 桩尖中心线 2mm 6 桩身长

18、度+0.7%L,-0.5%L(L 为桩长)7 端部倾斜 0.5%D(D 为直径)8 桩端板允许偏差 断面平整度0.5 外径 0、-1 内径 0、-2 厚度 正偏差不限 0 （2）管状劲性体施工质量及检验要求：表表 7-2 管状劲性体施工质量检验要求管状劲性体施工质量检验要求 检查规定 检查项目 质量要求和允许偏差 检查频率 检查方法 桩位 偏差10cm 抽查 2 经纬仪检查 垂直度 0.5 查施工和监理记录 经纬仪测量 桩长 设计深度 全部 锤球法测量 标高 偏差50cm 抽查 2 水准仪测量 桩身完整性 符合设计要求 100 低应变检测 9 8 安全措施安全措施 8.1 组织保障组织保障 为

19、了保证本工程施工安全，施工单位成立安全领导小组进行安全检查。（1）建立完善的安全管理体制。（2）对所有施工人员进行安全意识教育，宣传安全生产的重要性，把施工中安全工作置于工作首位。（3）执行国家劳动安全卫生教育，减少职业危害。（4）专职安全员，负责安全检查、监督。（5）在确保上一循环安全后，才能进行下一循环的施工。8.2 预防措施预防措施（1）工程开工前在编制施工组织设计或专项施工方案时，针对本工程的各种危险源，制定出防控措施。（2）施工过程中，严格按照各项操作规程和安全专项施工方案施工和监督检查，认真落实整改。（3）除正常的安全检查外，项目部每周检查一次，发现问题落实到人，限期整改，消除隐患

20、，确保施工安全。8.3 具体安全生产措施具体安全生产措施（1）安全用电 1）接地与接零：在施工现场专用的中性点直接接地的低压电力线中，必须采取TN-S接零保护系统（即三相五线制）。2）保护零线应由工作接地线或配电室的零线或第一级漏电保护器电源侧的零线引出；3）保护零线应与工作零线分开单独敷设，不作它用，保护零线PE必须采用绿/黄双色线；4）保护零线必须在配电室（或总配电箱）配电线路中间和末端至少三处作重复接地，重复接地线应与保护零线相连接；5）保护零线的截面应不小于工作零线的截面，同时必须满足机械强度的要求，其中，架空敷设间距不大于12米时，采用绝缘铜线截面不小于10mm2，采用绝缘铝线截面不

21、小于16mm2；与电气设备相连接的保护零线为截面不小2.5mm210 的绝缘多股铜线；6）电气设备的正常情况下不带电的金属外壳、框架、部件、管道、轨道、金属操作台以及靠近带电部分的金属围栏、金属门等均应用保护接零；7）供电电力变压器中性点的直接工作接地电阻值应不小于4欧姆，保护零线重复接地电阻值应不小于10欧姆。不得一部分设备作保护接零，另一部分作保护接地。（2）配置漏电保护器 1）施工现场的配电箱（配电室）和开关箱至少配置两级漏电保护器；2）漏电保护器应选用电流动作型，一般场合漏电保护器的额定漏电动作电流应不大于 30mA，额定漏电动作时间应不大于 0.1s；潮湿和有腐蚀介质场所的漏电保护器

22、，其额定漏电动作电流和额定漏电动作时间乘积的极限值为（大于）1.5mA.S；3）开关箱内漏电保护器的选用应与动力设备的容量大小、相数等实际情况相适应、相配合，如三相电动机则应选用参数匹配的三相三线的漏电保护器；照明用电必须与动力用电分开，照明应选用单相二线的漏电保护器。（3）开关箱按三级设置 即总配电箱、分配电箱、开关箱，开关箱距离机具不能超过三米，开关箱实行一机一闸一漏电保护。（4）外电保护 1）在建工程的外侧边缘与外电架空线路的边线之间和最小安全操作距离：电压 1KV 以下为 4 米；电压 1KV-10KV 之间为 6 米；2）施工现场的机动车道与外电架空线路交叉时的最小垂直距离：电压 1

23、KV以下为 6 米，电压 1KV-10KV 之间为 7 米；3）若采用电缆须用 5 线电缆，过路口等处要套管并埋地。8.4 安全标志和安全防护安全标志和安全防护（1）安全标志：划分安全区域，充分和正确使用安全标志，布置适当的安全标语和标志牌，各种施工机械均需挂设操作规程。（2）安全防护：1）施工现场采用封闭式管理，设置施工围墙。2）桩压完后留下的桩洞应及时覆盖。11 3）高压电线线路侧面和上方采用竹杆和模板搭设隔离墙和防护棚。8.5 桩机施工安全技术措施桩机施工安全技术措施（1）上班前必须检查桩机各部位、钢丝绳，转动部位加润滑油，各自动部位有灵敏可靠，试运转正常后才能施工。（2）班中要经常检查

24、钢丝绳的完好性，发现有磨损及断胶散开者必须立即更换。（3）起吊、拖动重物时要有专人指挥，起吊重物 15m 范围内禁止站人。（4）桩机搬迁、移动时，要注意地面及空中情况，保证桩架的稳定、平衡、垂直移动。（5）施工电缆不得拖地行走。9 环保措施环保措施 9.1 成品、半成品、原材堆放成品、半成品、原材堆放 严格按施工组织设计中的平面布置图划定的位置堆放成品、半成品和原材料，所有材料应堆放整齐。9.2 现场场地与道路现场场地与道路 场内道路要平整、坚实、畅通，主要场地应全部硬化，并设置相应的安全防护设施和安全标志。施工现场内有完善的排水措施，不允许有积水存在。9.3 污水的处理和排放污水的处理和排放

25、 所有的生活或其它污水必须分别处理后才能排入当地排水管道。杜绝运输中泥浆、散体流体物料撒漏。车辆出工地前，轮胎、车身必须冲洗干净，并防止掉土污染。9.4 粉尘控制粉尘控制（1）未做硬化的场地，要定期压实地面和洒水，减少灰尘对周围环境的污染。（2）禁止在施工现场焚烧有毒、有害和有恶臭气味的物质。（3）严禁向施工场地外抛掷垃圾。9.5 噪音控制噪音控制（1）尽量采用低噪音的施工工艺和方法。（2）当施工作业噪音可能超过施工现场的噪声限值时，应在开工前向建设12 行政主管部门和环保部门申请，核准后才能开工。（3）若由于施工不能中断的技术原因和其他特殊情况，确需在夜间连续施工作业的，应向建设行政主管部门

26、和环保部门申请，核准后才能开工。10 效益分析效益分析 京台高速公路山东省德州（鲁冀界）至齐河段改扩建工程、沾化至临淄高速公路施工中应用了本工法，获得了良好的工期效益和安全效益。10.1 工期效益工期效益 采用传统的柔性桩复合地基，每台打桩机每天进尺约 200 米，采用新型管状劲性体施工每天进尺约 350 米，施工进度是传统的柔性桩的 1.75 倍。在京台高速公路山东省德州（鲁冀界）至齐河段改扩建工程中带来的工期效益如下：工程软基处理需要打设管桩约 133700 米，按照每 100 米节约时间 0.2 天，使用 2 台打桩机计算，共节约工期 134 天。在沾化至临淄高速公路工程中带来的工期效益

27、如下：工程软基处理需要打设管桩约 20000 米，按照每 100 米节约时间 0.2 天，使用 1 台打桩机计算，共节约工期 40 天。10.2 经济效益经济效益 采用新型管状劲性体施工工法后，在相同处理效果下，新型管状劲性复合地基可达到与传统的刚性桩地基相同的处理效果，但价格与传统的浆（粉）喷桩地基处理方式造价基本相当。传统的预应力管桩按照价格约为 150 元/m，新型管状劲性体约为 100 元/m，每米可节约费用 50 元。京台高速公路山东省德州（鲁冀界）至齐河段改扩建工程项目打设 133700米，共节约费用 668.5 万元。沾化至临淄高速公路工程项目打设 20000 米，共节约费用 1

28、00 万元。11 应用实例应用实例 11.1 京台高速公路山东省德州（鲁冀界）至齐河段改扩建工程京台高速公路山东省德州（鲁冀界）至齐河段改扩建工程 京台高速公路山东省德州（鲁冀界）至齐河段改扩建工程，起自德州市德城区梁庄村北鲁冀省界收费站，接已建成的京台高速公路河北段，止于京台高速公路与济聊高速公路交叉的晏城（枢纽）互通式立交，接已建成的京台高速公路齐13 河至济南段，全长 93.138 公里。全线改扩建德州北（枢纽）、德州、德州南、平原、平原南、禹城、齐河北（枢纽）、晏城（枢纽）8 处互通式立交，新建禹城东互通式立交，移位新建齐河互通式立交。全线采用双向八车道高速公路标准改扩建，设计速度 1

29、20 公里/小时，路基宽度 42 米。本项目采用公路工程管状劲性体地基处理施工工法处理软基 133700m，使用长度 5-12m 不等的管状劲性体，经检测成品质量合格率 100%，累计节约工期 134天，节约费用 668.5 万元，施工过程避免了传统软基处理带来的粉尘、废浆、废料污染，取得了良好的施工效果和经济效益。11.2 沾化至临淄高速公路工程沾化至临淄高速公路工程 沾化至临淄高速公路起点位于秦滨高速与荣乌高速相交的沾化西枢纽立交，终点位于济青高速淄博东枢纽立交。项目全长 107.6 公里，双向六车道高速公路，设计速度 120 公里/小时，路基宽度 34.5 米，总投资 195.6 亿元。经过滨州市和淄博市的 7 个县区，含黄河特大桥一座，4 处枢纽互通，9 处匝道互通，3 处服务区，2 处连接线，永久占地 15258 亩，建设工期为 42 个月。本项目采用公路工程管状劲性体地基处理施工工法处理软基 20000m，根据土层情况选用了 5-10m 不等的管状劲性体，经检测成品质量合格率 100%，累计节约工期 40 天，节约费用 100 万元，施工过程避免了传统软基处理带来的粉尘、废浆、废料污染，得到了业主、监理的一致认可。