广东某钢厂强岩溶地区桩基工程施工技术研究.pdf

'四川建筑科学研究第36卷第6期100SichuanBuildingScience2010年12月广东某钢厂强岩溶地区桩基工程施工技术研究刘耀峰，潘献义，余雷(1．中冶集团武汉勘察研究院有限公司，湖北武汉430074；2．中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430074)摘要：广东某钢厂强岩溶地区桩基工程由于施工现场位于正常生产作业的厂区内，加之场地地下岩溶发育，给施工作业造成不可避免的交叉影响，为施工带来了一定挑战。结合施工现场具体情况，详细论述了施工中所采用的各项技术措施，在成本管理方面引入偏差分析理论，在施工工艺上发明了“多级合金组合牙轮导正钻头”和优化了钻孔液设计，而在整个施工过程中采用了信息法施工技术，这一切都为工程顺利进行提供了有力的保障，可为今后类似工程的施工提供较好的理论和技术借鉴。关键词：桩基工程；工程问题；组织措施；技术措施中图分类号：TU475．9文献标识码：A文章编号：1008—1933(2010)06—100—04ThetechnologystudyonpilingengineeringconstructioninhighlydevelopedcarstareaofGuangdongiron＆steelcompanyUUYaofeng，PANXianyi．YULei(1．WuhanSurveying—GeotechnicalResearchInstituteofChinaMetallurgicalScienceandIndustryGroupCo．，LTD，Wuhan430074，China；2．No．4ChinaRailwaySurveyandDesignGroupCo．，LTD，Wuhan430074，China)Abstract：DuetopilingengineeringconstructioninhighlydevelopedcarstareaofGuangdongiron&steelcompanylocatesintheplantwheretheregularproductioniscarryingout，andtheearstdevelopsunderground，SOthesebroughtaboutinevitableefectsontheoperationoftheprojectandchallengesforconstruction．Combiningwiththedetailconstructionsituationon—site，thearticleillustratesthetechniquemeasuresadoptedintheengineeringduringconstruction．andintroducesthetheoryofdeviationanalysisonthecostmanagementaswel1．“APilotRollerBitwithMulti—ClassAlloy”wasinvented，andthedrillingfluidappliedwasoptimizedonconstructionprOCess．Throughtheprocedureoftheconstruction，theinformation—basedconstructionmethodwasadopted．Allthesemeasuresensuredthesmoothoftheconstruction，andprovidedapreferreferenceoftheoryandtechnologyfortheconstructioninthefuture．Keywords：pilefoundationengineering；engineeringproblems；organizingmeasures；technicalmeasures4,800mill，+1000mm，61200mm，4,15oomm等，总0引言桩数为401根，桩端持力层为灰岩，该灰岩溶洞较广东某钢厂强岩溶地区桩基工程包括其原大转多，常常呈“葫芦串”状，给施工带来极大的困难。炉厂房跨结构延伸，拆除原厂房，新增加一座转炉，工程于2006年12月30日开工，2007年6月3O日将原管网线路、除尘管道改造，在厂房内增加RH真完工。空蓄热器和铁合金系统装置并兴建综合办公楼等工1工程现场存在的问题程，是该钢铁集团大型技改项目，是“十一五”计划的生命线工程。其中，RH真空蓄热器、铁合金A，B由于施工现场位于正常生产作业的厂区内，加系统，厂房加料跨、脱硫跨、干渣跨延伸7条轴线，主之场地地下岩溶发育，施工过程中主要存在以下问风管道、除尘管道、办公楼、延伸9．1m平台、吹氧化题：丝间、轨道等基础设计采用钻孔灌注桩，均为进入完(1)工程连续性不强，属于边拆除、边设计、边整灰岩l倍桩径的嵌岩桩，桩径分别为~b600mm，施工类型；(2)该工程的一部分为原厂房拆除部分延伸工程，地下管网及障碍物极多且埋深较深，平均埋深达收稿日期：2009434—16到6．0m，障碍物一般位于正在使用的钢梁、钢柱边作者简介：刘耀峰(1965一)，男，教授级高级工程师，一级建造师，副总经理，主要从事岩土工程设计与施工研究。上；E—mail：longkun21O@126．COlII(3)地表以下5～6m为回填砂卵石，密实度极 2010No．6刘耀峰，等：广东某钢厂强岩溶地区桩基工程施工技术研究1Ol低，遇水易坍塌且钻进困难；(4)地下土洞、溶洞发育，施工中一旦钻遇土洞、溶洞，就会严重漏浆，很容易导致孔壁、孔口坍塌；(5)桩位分布较分散，主要分布在4—5片区域，给施工人员和机械的管理与调度造成了一定程度不便；(6)部分桩基施工场地不够，机身距离现有的操作室太近；(7)部分桩基钻机根本无法整机进出，需拆卸图1多级组合钻头Fig．1Multi-classbit钻机化整为零，机身到位后进行组装；(8)部分桩基位于大型钢包、钢包烘烤炉附近，(1)导正性好。可以利用多级合金段修正孔壁直线距离仅2～3m，施工难度非常大；的良好导正性，能够把不同心“葫芦串”溶洞的钻进(9)大部分桩基位于天车调运废钢运输线上，过程由偏心变为同心，保证岩溶地层钻孔桩垂直度经常出现施工与生产打搅现象，为了确保业主生产，要求。施工必须让步于生产，不利于节省工期。(2)配合性、可钻性好。采用合金与牙轮组合，对于软硬岩都适用，尤其是对于岩溶发育地层及回2施工中采取的技术措施填碎石土层，因扭矩过大，宜憋钻和扭断钻杆，一般2．1施工技术的创新合金钻头难以钻进，而采用牙轮超前钻头，减少阻厂区属于典型喀斯特地貌，石灰岩裂隙、溶洞非力，利用多级破碎，且有效地扩孔和修孔壁，保证了常发育，有些溶洞相互贯通，洞内充填淤泥、土或未可钻性。完全风化的岩碎块。根据当地地质资料，曾发生过(3)经济性好。利用孔内循环泥浆为冷却液和一处3000m地域整体塌陷事故，当地还经常发生冲洗液，避免钻进时温度过高而破环牙轮掌结构。滑坡、泥石流等事故，因此，在这样的地区进行钻孔通过泥浆循环冲洗破碎面，将破碎下来岩石颗粒带灌注桩施工难度可想而知。钻进过程一旦遇到溶走，且较大颗粒落人导正筒内，避免重复破碎。洞，钻孔内必会发生漏浆进而引起塌孔，严重的还会(4)实用性好。可适用于回转钻机正反循环工引起地面局部塌陷等事故。此外，由于溶洞发艺，起落钻也很方便，钻头加工简单。育，桩孔钻进中钻头常常一边为岩石，而另一边则为(5)能够准确且高效地找到持力层。而上部的空洞或软土，钻头唇面受力极不均匀J，致使钻孔多级钢圆筒又能收集岩石料，以利于技术人员判断偏斜，给成孔带来极大困难。同时，由于钻头受力不地层岩性。均匀，常常发生钻杆断裂、钻头脱落等现象。针对在2．1．2钻孔液的改进与优化喀斯特地貌成桩困难的问题，项目部积极组织技术对位于溶洞区域的桩基，上部采用加强护壁强人员进行攻关，探索并发明了几种行之有效的新工度以防“流泥”引起孔壁开裂和局部下钢护筒以防艺和新技术，为业主赢得了时间，节约了投资。孤石引起较大的塌孔事故等工艺来解决上部人工挖2．1．1多级合金组合牙轮导正钻头的发明和使用孔问题，而下部则通过测试不同配比的泥浆在该地由于厂区地下的溶洞易形成“葫芦串”状，且上区的护壁效果，最后选用比重大的泥浆，泥浆比重、下不同心，有时为了找到3倍以上桩径的完整基岩黏度较大对成孔有利，但易造成泥皮过厚，对桩承载持力层，需要连续穿过包含5个以上单溶洞的“葫力不利。所以选择泥浆参数前，先分析泥浆的失水芦串”状溶洞。传统工艺组合牙轮遇到边软、边硬过程，“瞬时失水”是在岩石裂隙没形成泥皮，向地牙轮滚动难以切屑岩石，就会“顺层跑”或“溜坡”，层孔隙渗透，逐渐随着泥浆循环，泥皮(饼)建立、增不能保证孔内垂直度，且在碎石土层中钻探效率很厚，直到相对平衡(厚度不变、钻头扰动切屑)，失水低。针对这种情况，项目部根据施工经验发明了一量由大变小，即“动失水”。随时间推移，失水继续种“多级合金组合牙轮导正钻头”(图1)。钻头总减少，提钻泥浆继续循环，继续减少直到恒定(静失长约为2．2m，上部圆筒长约1．0m，主要是起导正水阶段)，加大泥浆比重应在“瞬时失水”和“动失作用；下部分为许多级，直径从大到小，主要是便于水”过程中进行。泥浆的基浆配方为：水+优质膨在坚硬岩石中钻进；相邻两级的长短间隔约为l5润土。采取的改进措施主要有：CITI，级间环状空间宽度约为10C1TI；钻头最底部采用(1)增加固相含量，将膨润土的加量由5％增加牙轮钻头。其特点主要有：I10％。 102四川建筑科学研究第36卷(2)增黏，添加Na—CMC(HV级)，将其在钻孑L进度和质量，为业主顺利投产赢得了宝贵的时间，同液中的含量增至0．3％，成桩孔前、后，其添加剂含时也降低了业主的成本投入，赢得了业主的一致好量和泥浆参数见表1。评。表1钻孔泥浆参数2．4应用偏差分析法管理理论实施工程管理Table1Ratioindextableofdrillingslurry偏差分析法是一种典型的执行情况测量法，在成＼桩子亡、参、数孔内失膨胀量Na—CMC看含砂率漏斗胶体率测量执行情况时主要运用的是偏差分析法，又叫挣＼水状况／％(HV级)里／％黏度／％值法，是评价项目成本实际开销与进度情况的一种成孔前o．3％>1．3>8>25s／方法，通过测量和计算计划工作量的预算成本、已完襞需及静失水≤5o．1％≤1．15≤418～22s>90成工作量的实际成本和预算成本，得到有关计划实施的进度和费用偏差，进而衡量项目成本的执行情(3)配备或添加“桥接堵漏”材料，主要添加细况。颗粒核桃壳和棉籽壳。偏差分析技术的核心思想是通过引入一个关键对泥浆改进之后，向孔内投以泥包、碎石并用钻性的中间变量——挣值(已完成工作的预算成本，具低锤击实，使泥浆中的大分子增粘材料和桥接堵也称为赢得值)来帮助项目管理者分析项目成本、漏材料与泥包、碎石充分混合，从而携带填充物堵塞进度的实际执行情况同计划的偏差程度。运用偏差裂隙，根除桩孔漏浆现象。如遇较大溶洞，则立即提分析技术要求计算每个环节的关键值。起钻头，投入泥包、碎石、树枝叶及废棉絮等，特殊情首先，要确定偏差分析的3个基本参数：况下，需投入水泥砂浆包，然后下钻低锤击实。在泥(1)计划工作量的预算成本(Bcws)：即根据批浆面稳定之后起钻，等到水下凝固后，再用低标号混准认可的进度计划和预算计算出的截止某一时点应凝土灌满，待其具有一定强度之后，即可进行钻探成当完成的工作所需投入资金的累积值，按我国的习孔。惯，可以把它理解为“计划投资额”。2．2信息法施工技术的应用(2)已完成工作量的实际成本(ACWP)：即到由于本工程为厂房改造工程，多数钻孔桩距离某一时点已完成的工作实际花费的总金额。按我国现有的梁、柱较近，周边建筑对沉降、变形较为敏感，的习惯，可以把它理解为“实际的消耗投资额”。因此，项目部加强了信息法技术在本工程中的应用。(3)已完成工作量的预算成本(BCWP)：是项目在桩基施工过程中，每天对厂房的梁、柱进行位移、实施过程中某阶段实际完成工作量按预算定额计算沉降观测，通过对监测反馈信息的分析，及时对施工出来的成本，即“挣值”，反映了满足质量标准的项方法和安全措施进行调整。由于采取措施合理，整目实际进度。按我国的习惯，可以把它理解为“已个施工过程中未出现一处险情。实现的投资额”。2．3钻机进场和机具改良其次，偏差分析主要通过计算费用偏差、进度偏施工过程中，部分桩基位于吊钢坯行车轨道下，差、计划完工指数和成本绩效指数来实现其评价目行车轨道底端距施工地面7．0m，而GPS一15钻机的。净高9．1m(SPJ一300钻机净高8．5m，因施工桩径(1)费用偏差：CV：BCWP—ACWP为1200mln，故SPJ一300钻机不能使用)；有15根(2)进度偏差：SV=BCWP—BCWS桩距离钢渣调度室和低压配电房仅0．6m，在业主(3)计划完工指数：SCI=BCWP／BCWS急需确保其500万t钢材生产目标的情况下，厂方(4)成本绩效指数：CPI=BCWP／ACWP不能停止生产。因此，为降低业主成本和施工工期，当CV为负数时，表明项目成本处于超支状态；有效地保证成桩效率和质量，项目部对钻机前后进反之，项目成本则处于节约状态。行3次改装，将钻机钻塔降低了2．0m，同时也将机当SV为负数时，表明项目实施落后于进度状身缩短，主动钻杆割除法兰接头，钻杆、导管进行相态；反之，则是项目进度超前。应的缩短。当SCI>1时，表明项目实际完成的工作量超过由于部分钻孔所在的位置场地狭小，钻机整体计划工作量；反之，项目实际完成的工作量少于计划不能到位，技术人员果断地把钻机拆开。在钻机底工作量。盘、钻塔、钻机转盘、钻机正副卷扬拆开后，施工人员当CPI<1时，表明项目实际成本超过计划成再依次把底盘人工移进到位，并对正孔位，然后再把本；反之，项目实际成本少于计划成本。钻机转盘、正副卷扬由人工抬进安装，最后再安装钻综上所述，可见偏差分析技术不仅可以用来衡塔。这样，就可以用既有的设备，针对各种复杂情量工程项目的成本执行情况，而且可以用来衡量工况，不消极等待，积极采取措施，有效地保证了施工程项目的施工进度。 2010No．6刘耀峰，等：广东某钢厂强岩溶地区桩基工程施工技术研究103以下，结合具体实例来论述偏差分析法在本工业主计划投资额，且经过施工技术工艺的改进，提高程成本管理中的具体应用。例如，某一片区的桩基了工程进度，整体上缩短了建设周期，大大节约了业工程由4大环节组成，各个环节的时间和成本见表主投资。2。总工时为40d，总成本1000000元。从上例还可以看出，无论是CPI指标还是CV表2各项活动时间和成本指标，它们对于同一项目在统一时点的评价结果是Table2Timeandcosttableofconstructionprocedure一致的，只是表示的方式不同而已。CPI指标反映环节预计时间预计成本／元35d后的是相对量，而CV指标反映的则是绝对量，同时使用这两个指标，能够较为全面地评价项目当前的成本绩效状况。3结论与建议(1)该钢厂桩基工程施工现场地下岩溶发育，根据表2计算得出：厂区各种管线、梁、柱等布置复杂，为施工的顺利实(1)BCWS=100000+200000+600000=施带来了一定的挑战，对施工的各项组织、管理和工900000元艺选择要求很高。(2)BCWP：100000+200000+600000×70％(2)施工过程中，由于某些桩位场地狭小，项目=720000元部因地制宜，采用了“钻机解体分散进场”的模式。(3)ACWP=100000+250000+500000=这样，就可以用既有的设备，针对各种复杂情况，不850000元消极等待，积极采取措施，有效地保证了施工进度和(4)CV=BCWP—ACWP：720000—850000=质量，既为业主顺利投产赢得了宝贵的时间，又降低一130000元了业主的投资成本。(5)SV=BCWP—BCWS：720000—900000=(3)针对施工现场的实际情况，项目部在成本一180000元管理和施工工艺上都进行了大胆创新。在项目实施(6)SCI=BCWP／BCWS=720000／900000=0．8过程中，应用了先进的偏差分析理论，发明了“多级(7)CPI=BCWP／ACWP=720000／850000=合金组合牙轮导正钻头”，优化了钻孔液配方，采用0．85了信息法施工技术，这一切都为施工的顺利进行提由于SCI和CPI两个值都小于1，说明该铺管供了有力的保障。项目目前处于不利状态。完成该项目的成本效率和(4)建议今后在岩溶地区进行桩基工程施工进度效率分别是85％和80％，即该项目投入了时，特别是该复杂地质条件和厂房内不利环境下，对1．00元钱仅获得0．85元的收益；如果说现在应完本文所述的新技术和新工艺大力推广，并根据实际成项目的全部工作量(100％)，但目前只完成了情况因地制宜、灵活组织、勇于创新，使其在实践中80％。因此，必须要分析其中的原因，并采取相应的不断优化、完善。措施。参考文献：导致成本超支的因素可能存在多个，如合同变更、成本计划编制数据不准确、不可抗拒事件发生、[1]谢群．喀斯特地区某桩基工程溶洞的处理[J]．韶关学院学生产活动与施工交叉影响导致功效降低和管理实施报，2004，25(6)：60-62．[2]支世华，商洪坤．岩溶区桩基的施工方法[J]．交通标准化，不当等。当发现成本已经超支时，期望不采取措施2009(1)：36-38．成本就能自然降下来是不可能的。而且，要消除已[3]周志敏，夏瑜鹏，周良智．岩溶地质处桥梁桩基施工技术浅析经超支的成本则需要以牺牲项目某些方面的绩效为[J]．湖南交通科技，2008，34(4)：110．112．代价。通常用来降低成本的相应措施有改进施工工[4]孙志刚．岩溶地基桥梁桩基施工技术[J]．中国新技术新产品，艺、强化施工过程监督、加强施工成本管理及合同管2009(2)：52-53．[5]赵占利，熊强，李锋．溶洞区桩基施工[J]．施工技术，理等。通过对各因素分析，项目部以为应加强合同2008，37(11)：97-99．管理，主要对合同管理的规则、条款进行补充商务谈[6]肖雪强．岩溶地区桩基施工几种特殊处理措施[J]．中国市政判。最后达成一致共识：工程地质条件极为复杂，同工程，2008(4)：63，66．时生产和施工交叉作业对功效也有影响，应适当增[7]肖雪强．岩溶地区桩基施工的几种处理措施[J]．中华建设，2008(6)：83．84．加难度系数补偿，修正提高预计成本。从另一角度看，在商务谈判完成后，本项目的结算额仍然远低于'