某桩基工程施工清障方案比选

'　　某桩基工程施工清障方案比选：本文先介绍了某桩基工程的各类背景情况，提出了施工中遭遇偏离地质勘察设计文件地下障碍物影响，列举了清除地下障碍物的技术方案及其特点，从工程质量、进度、安全文明、投资目标控制角度进行定量和定性分析，通过综合比选形成最终清障方案，实施后给出效果评价。　　关键词：桩基工程；障碍物；方案；比选　　1.工程背景　　1.1工程概况　　某城市火车站配套邮政转运站大楼工程，用地红线面积9622㎡，地下3层，地上12层，裙房4层，建筑总高49.9米。建筑面积52111㎡，其中地下建筑面积18521㎡。本工程基坑呈长方形（见图，图中出土口为北侧），东西向长约66米，南北向长约104米，基坑占地面积约6938㎡，围护周长约333米，基坑开挖深度为16.05～18.85米，坑中坑局部加深1.25～2.80m。　　1.2桩基简况　　工程桩：Φ800钻孔灌注桩398根，以8-3圆砾层为持力层，桩底采用后注浆工艺，有效桩长36米。围护桩：Φ10001200钻孔灌注桩作排桩支撑，共277根，设计桩长38米；Φ850600三轴水泥搅拌桩作止水帷幕，共279幅，有效桩长21.6米，水泥掺量24%；坑内水平支撑立柱桩采用型钢格构柱埋入钻孔灌注桩，利用工程桩12根，新增Φ800支撑桩12根；电梯井坑中坑采用Φ 850600三轴水泥搅拌桩加固，共576幅，有效桩长6-10米，水泥掺量22%；其中钻孔灌注桩设计允许采用GPS-10型桩机成孔工艺。　　1.4周边环境　　本工程场地目前南侧为火车站东广场工地，与围墙紧贴的是施工中的城市主干道路下穿隧道，其结构已完成，下穿隧道距离基坑边约为27米；场地东侧为未出让地块，该地块内目前搭设有其他承包商的彩钢板活动房，层数为两层，活动房距离基坑边约为20米，距离基坑边约58米有电力、污水及煤气的管线；场地北侧为规划城市次干道路，距离基坑边约为12米；场地西侧为其他承包商的临时办公区域，为原先遗留的三幢学校建筑，层数3层，距离基坑边约为40米。本工程临时用水水源位于场地北侧，临时用电电源位于场地南面东侧（配备有2×315KVA变压器及临时租借1*200KVA变压器），场内空间非常狭窄。　　2.问题提出　　2.1现象　　工程桩试成桩时，自然地坪下遇地下障碍物使成孔受阻，最深处达8M，采用土方反铲挖掘机开挖后，发现桩位上部土层是大量建筑垃圾回填料，其中较多达50-80cm以上大粒径的混凝土块和砖砌体块，同时发现有Φ500的厚壁预应力管桩，局部地表下1.5-1.8米处有混凝土地坪。　　2.2直接原因分析　　在钻孔桩机成孔钻进过程中，在钻头范围遇较大粒径的硬物，或裹挟、或侧咬，该硬物成为钻头附着物切削周边土体，令钻头偏心受力十分强烈，桩机本身提供的扭矩无法克服而被迫停机。如强制进尺将使桩机受损，或扭断钻杆（头），或烧毁电机，必须采用其他技术解决桩基成孔难题。 　　2.3地质勘察报告描述　　本工程地质勘察报告地表杂填土描述：主要成分为碎块石、混凝土块、碎砖等建筑垃圾，含量一般为40-80%，粒径大小不均，一般3-10cm为主，大者达20-30cm以上，以粉土充填，表部多分布15cm左右厚度的水泥地坪，钻孔揭示层厚2.40-5.00米。　　2.4地块历史情况调查　　因地块实际情况与地质勘察报告描述偏离较大，则向城建档案馆查询，没有获得该地块上建筑的任何历史档案。初步判断该地块原处城郊结合部，有过带池塘农用土地的使用状态，改革开放后村办企业活动踊跃，本地块填平建成自用工业性质建筑，则有埋深达8米的障碍物，却无城建建筑档案。本地块因建城市火车站被征用，地表建筑被拆平，留下大量建筑垃圾，根据管桩在本地大面积应用是近15年的事，原建筑等级较高，则对新建工程障碍较大。本地块曾作为其他工程承包人的生活区，则有表部混凝土地坪。　　3.清障技术方案罗列　　3.1地表土层处理　　针对场地钻孔灌注桩施工遇地下漂浮固体障碍物时，通常先探明地下障碍物，即采用挖掘机开挖土体，清理障碍物后回填土体，再进行桩机成孔施工。挖掘机清障时犹如挖灶埋锅，障碍物埋深越深则锅口越大，地下水的影响使挖深与施工难度正相关。 　　3.1.1维持自然地坪。保持自然地坪状态，挖掘机和桩机均在自然地坪上进行施工操作。其优点有：迅速进入桩基工程施工状态，施工总平面布置按自然地坪进行，不必考虑地下水位对土体的影响，有利于施工平面布置和材料运：本文先介绍了某桩基工程的各类背景情况，提出了施工中遭遇偏离地质勘察设计文件地下障碍物影响，列举了清除地下障碍物的技术方案及其特点，从工程质量、进度、安全文明、投资目标控制角度进行定量和定性分析，通过综合比选形成最终清障方案，实施后给出效果评价。　　关键词：桩基工程；障碍物；方案；比选　　1.工程背景　　1.1工程概况　　某城市火车站配套邮政转运站大楼工程，用地红线面积9622㎡，地下3层，地上12层，裙房4层，建筑总高49.9米。建筑面积52111㎡，其中地下建筑面积18521㎡。本工程基坑呈长方形（见图，图中出土口为北侧），东西向长约66米，南北向长约104米，基坑占地面积约6938㎡，围护周长约333米，基坑开挖深度为16.05～18.85米，坑中坑局部加深1.25～2.80m。　　1.2桩基简况　　工程桩：Φ800钻孔灌注桩398根，以8-3圆砾层为持力层，桩底采用后注浆工艺，有效桩长36米。围护桩：Φ10001200钻孔灌注桩作排桩支撑，共277根，设计桩长38米；Φ850600三轴水泥搅拌桩作止水帷幕，共279幅，有效桩长21.6米，水泥掺量24%；坑内水平支撑立柱桩采用型钢格构柱埋入钻孔灌注桩，利用工程桩12根，新增Φ800支撑桩12根；电梯井坑中坑采用Φ850600三轴水泥搅拌桩加固，共576幅，有效桩长6-10米，水泥掺量22%；其中钻孔灌注桩设计允许采用GPS-10型桩机成孔工艺。　　1.4周边环境 　　本工程场地目前南侧为火车站东广场工地，与围墙紧贴的是施工中的城市主干道路下穿隧道，其结构已完成，下穿隧道距离基坑边约为27米；场地东侧为未出让地块，该地块内目前搭设有其他承包商的彩钢板活动房，层数为两层，活动房距离基坑边约为20米，距离基坑边约58米有电力、污水及煤气的管线；场地北侧为规划城市次干道路，距离基坑边约为12米；场地西侧为其他承包商的临时办公区域，为原先遗留的三幢学校建筑，层数3层，距离基坑边约为40米。本工程临时用水水源位于场地北侧，临时用电电源位于场地南面东侧（配备有2×315KVA变压器及临时租借1*200KVA变压器），场内空间非常狭窄。　　2.问题提出　　2.1现象　　工程桩试成桩时，自然地坪下遇地下障碍物使成孔受阻，最深处达8M，采用土方反铲挖掘机开挖后，发现桩位上部土层是大量建筑垃圾回填料，其中较多达50-80cm以上大粒径的混凝土块和砖砌体块，同时发现有Φ500的厚壁预应力管桩，局部地表下1.5-1.8米处有混凝土地坪。　　2.2直接原因分析　　在钻孔桩机成孔钻进过程中，在钻头范围遇较大粒径的硬物，或裹挟、或侧咬，该硬物成为钻头附着物切削周边土体，令钻头偏心受力十分强烈，桩机本身提供的扭矩无法克服而被迫停机。如强制进尺将使桩机受损，或扭断钻杆（头），或烧毁电机，必须采用其他技术解决桩基成孔难题。　　2.3地质勘察报告描述　　本工程地质勘察报告地表杂填土描述：主要成分为碎块石、混凝土块、碎砖等建筑垃圾，含量一般为40-80%，粒径大小不均，一般3-10cm为主，大者达20-30cm以上，以粉土充填，表部多分布15cm左右厚度的水泥地坪，钻孔揭示层厚2.40-5.00米。 　　2.4地块历史情况调查　　因地块实际情况与地质勘察报告描述偏离较大，则向城建档案馆查询，没有获得该地块上建筑的任何历史档案。初步判断该地块原处城郊结合部，有过带池塘农用土地的使用状态，改革开放后村办企业活动踊跃，本地块填平建成自用工业性质建筑，则有埋深达8米的障碍物，却无城建建筑档案。本地块因建城市火车站被征用，地表建筑被拆平，留下大量建筑垃圾，根据管桩在本地大面积应用是近15年的事，原建筑等级较高，则对新建工程障碍较大。本地块曾作为其他工程承包人的生活区，则有表部混凝土地坪。　　3.清障技术方案罗列　　3.1地表土层处理　　针对场地钻孔灌注桩施工遇地下漂浮固体障碍物时，通常先探明地下障碍物，即采用挖掘机开挖土体，清理障碍物后回填土体，再进行桩机成孔施工。挖掘机清障时犹如挖灶埋锅，障碍物埋深越深则锅口越大，地下水的影响使挖深与施工难度正相关。　　3.1.1维持自然地坪。保持自然地坪状态，挖掘机和桩机均在自然地坪上进行施工操作。其优点有：迅速进入桩基工程施工状态，施工总平面布置按自然地坪进行，不必考虑地下水位对土体的影响，有利于施工平面布置和材料运输。其缺点有：挖方回填区域土体松软使地面承载力严重不足，对成桩质量有负面影响；地下障碍物埋深较大时挖土工作量较大，引起上口部过大而影响障碍物周边桩位施工；邻近桩位有障碍物时，清障发生大量重复挖土工程量；因施工难度较大，对进度、投资和安全文明目标控制也十分不利。 　　3.1.2先行卸土。将地表大于地下室投影面一定范围的一定厚度的土层先行挖除，挖掘机和桩机均在下降后的地坪上进行施工操作，经查核地下水位长年在地表下2.5米，则考虑先行卸土2.0米。其优点有：因清障深度减小使每次挖土工作量变小，施工难度也明显降低，有利于桩基工程施工质量、进度、投资和安全文明目标控制。其缺点有：必须先进行土方工程后才能进入桩基工程施工状态；红线地块内发生两个标高，使地块有效利用率降低，既必须保证有围护桩工程施工操作面，也必须考虑地下水位对土体的影响，不利于施工平面布置和材料运输。　　3.1.3置换土。开挖出带障碍物的全部土层，进行必要的土方初选，部分好土留下，将影响桩机成孔运行带障碍物的土方外运，回填不影响成桩的好土。其优点是：一次性处理地下障碍物，使成桩工作较为顺利；施工总平面布置按恢复的自然地坪进行，有利于施工平面布置和材料运输。其缺点是：必须先进行土方工程后才能进入桩基工程施工状态；挖土时必须考虑地下水位对土体的影响，必须设置临时降排水设施；挖土周期较长，换土后土体松软影响成桩质量；因换土工程量较大，对进度和投资目标控制也十分不利。3.2成孔技术和特点　　3.2.1磨盘桩机成孔。成孔原理：用带泥浆管的钻头以旋转方式切削孔位土体，被切削土体与泥浆混合后排出孔位，成孔过程分段增加钻杆，桩壁用泥浆护壁，孔口用钢护筒。特点分析：最常用设备型号为GPS-10，因成孔后可利用桩机自身的卷扬机吊装钢筋笼和灌注砼导管装拆，使打桩成本最为低廉，市场占有率极高，正常条件每天成桩1根；又因扭矩较小，成孔过程对障碍物十分敏感，通常遇半块标准砖大小的硬颗粒即可令成孔受阻，必须清障后才能继续钻进。 　　3.2.2旋挖桩机成孔。成孔原理：在可伸缩钻杆下端设带底板的管状钻头，以旋压方式挖取孔位土体，提升至孔位边地坪上将钻头内土方倒出，重复进行土方取倒成孔，桩壁用泥浆护壁，孔口用钢护筒。特点分析：成孔过程对障碍物较不敏感，能轻松挖取桩位20-30cm的硬颗粒，单价是GPS-10型桩机的2.5-3倍；该工艺成桩工效很高，正常条件每天可成桩2-3根，必须有吊机辅助完成钢筋笼和灌注砼导管装拆，并及时翻晒桩位湿土和清运，否则影响施工工作面；针对大于30cm硬颗粒也须先行清障。　　3.2.3冲击锤桩机成孔。成孔原理：用卷扬机钢丝绳吊一秤砣状钻头，以重复进行自由落体运动冲剪孔位土体，钻头行程上部深插泥浆管，被切削土体部分被挤压至孔壁，部分与泥浆混合后排出孔位，桩壁用泥浆护壁，孔口用钢护筒。特点分析：成孔过程对障碍物大小不敏感，单价是GPS-10型桩机的2-2.5倍；该工艺桩身混凝土充盈系数较大，成桩工效甚低，正常条件须3-5天成桩1根，同时成孔冲击振动对临近已成桩混凝土早期强度存在破坏隐患。　　4.清障技术方案比选　　4.1清障技术方案比选内容　　选用技术方案讲究针对性、可行性、经济性，与工程质量、进度、安全文明、投资目标控制一脉相承，则清障技术方案以多方案为比选对象、以对工程目标控制影响程度为比选内容，进行定量或定性分析。　　4.2定量分析　　4.2.1地表土层处理造价估算。 　　（1）先行卸土将土方工作提前实施，没有增加土方工作量，而使挖机清障开挖土方工作量减少。取工程桩和围护桩位清障比例25%，开挖时按1：1放坡，设障碍物埋深6.5米，则取孔口半径6.5米，由此计算近似土方量（298+277+12）根*25%*（5.5*5.5*3.14*2）=27878m3；区域内土方翻挖的市场价格调查为10元/m3；得可节约土方费用27.88万元。　　（2）以先行卸土2.0米后进行测算，投影面积取红线内面积和建筑占地面积的平均值（9622+6938）/2㎡，深度取建筑垃圾埋深的平均值（0.4+6）/2米，挖土比例70%，得须挖土方量为18547m3；取换土比例为挖土方量的50%；区域内土方翻挖、外运和借土回填的市场价格调查为10元/m3、70元/m3和50元/m3；得置换土方费用129.83万元，尚未包括临时降排水措施费。　　4.2.2成孔技术单价测算　　（1）磨盘桩机成孔。以GPS-10桩机进行测算，针对Φ800-1000的钻孔灌注桩区域内成孔的市场价格调查为110-130元/m。　　（2）旋挖桩机成孔。以SR220桩机进行测算，针对Φ800-1000的钻孔灌注桩区域内成孔的市场价格调查为320-360元/m。　　（3）冲击锤桩机成孔。以CZ-6桩机进行测算，针对Φ800-1000的钻孔灌注桩区域内成孔的市场价格调查为230-260元/m。　　4.3定性分析　　根据各清障技术方案特点可对工程目标控制负面影响程度排序，见表2。由于冲击锤桩机成孔会影响相邻已成桩强度，则在质量定性上被否决；由于旋挖桩机成孔工艺改变了工程桩既定设计条件，必须增加试桩数量以验证桩基工程质量，其修改设计必须重走必要的建设程序，将较大地增加工期和投资额，则也被弃用。先行卸土2米对桩顶标高控制、围护主动土减压、减少重复工作量均十分有利，综合降低了质量、进度、安全文明、投资目标控制风险，属优选方案。 　　5.清障方案比选结论和效果评价　　5.1比选结论　　基于不能超越本工程目标控制的红线、综合影响目标值最小、风险适当、约束投资增加额有一定优先权的原则，工程各参建主体形成比选结论：地表土层处理采用先行卸土2米；确定无障碍物区域，工程桩和围护桩中钻孔灌注桩采用磨盘桩机成孔；探有障碍物区域，工程桩采用旋挖桩机在空钻区域引孔后由磨盘桩机成孔，围护桩中钻孔灌注桩直接采用旋挖桩机成孔。桩机投入为1台三轴水泥搅拌桩机、1台SR200旋挖桩机、6台GPS-10型桩机。　　5.2过程修正　　清障方案实施过程中因遇特殊情况进行修正。针对工程桩和围护桩中钻孔灌注桩，有8根桩遇到旋挖桩机不能排除的大粒径障碍物，采用土方反铲挖掘机开挖清障，有4根桩遇到原有预应力管桩，以设计人重新确定的桩位施工；针对三轴水泥搅拌桩，因遇原有预应力管桩而以设计人重新确定的桩位施工，止水帷幕部分共增加5幅，坑内加固减少3幅，坑内外补充实施Φ800高压旋喷桩26根。　　5.3遭遇无奈情况　　桩基施工期发生北侧规划道路施工，使本工程运输通道严重受阻，因施工场地过于狭窄，无法储备较多材料和废料以保证工程连续施工而停工；桩基施工期处于雨季，旋挖桩机成孔土方不能及时晾干外运，为保证其他施工必要的工作面，也因施工场地过于狭窄无处临时堆放而窝工。　　5.4效果评价 　　清障方案的先行卸土措施较为成功，尤其是剥除了自然地坪下1.5-1.8的砼地坪，对桩基施工十分有利，其他措施也是基本得到有效贯彻，既未发生安全事故，也促使桩基工程最终完成。工程桩经静载和应变检测，均为一、二类桩，基坑开挖后的基坑检测数据均在设计规定范围内。针对有关清障的合同条件变更，参建主体确认工期延误86天和合同价格相应调整约56.7万元，均形成有效资料后顺利报送政府审计机构审计。'