桩基础施工案例分析与实务

【案例27】背景资料：某特大桥主桥为连续刚构桥,桥跨布置为(75+6×120+75)m,桥址区地层从上往下依次为洪积土、第四系河流相的黏土、亚黏土及亚砂土、砂卵石土、软岩。主桥均采用钻孔灌注桩基础,每墩位8根桩,对称布置。其中1#、9#墩桩径均为φ1.5m,其余各墩桩径为φ1.8 m,所有桩长均为72 m。

施工中发生如下事件：

事件一：该桥位处主河槽宽270 m,4#～6#桥墩位于主河槽内,主桥下部结构施工在枯水季节完成,最大水深4.5 m。考虑到季节水位与工期安排,主墩搭设栈桥和钻孔平台施工,栈桥为贝雷桥,分别位于河东岸和河西岸,自岸边无水区分别架设至主河槽各墩施工平台,栈桥设计宽度为6 m,跨径均为12 m,钢管桩基础,纵梁采用贝雷桁架,横梁采用工字钢,桥面采用8 mm厚钢板,栈桥设计承载能力为60 t,施工单位配备有运输汽车、装载机、切割机等设备用于栈桥施工。

事件二：主桥共计16根φ1.5 m与56根φ1.8 m钻孔灌注桩,均采用同一型号回旋钻机24 h不间断施工,钻机钻进速度均为1.0 m/小时。钢护筒测量定位与打设下沉到位,另由专门施工小组负责。钻孔完成后,每根桩的清孔、下放钢筋笼、安放灌注混凝土导管、水下混凝土灌注、钻机移位及钻孔准备共需2 d(48 h)。为满足施工要求,施工单位调集6台回旋钻机。为保证工期和钻孔施工安全,考虑两个钻孔方案,方案一：每个墩位安排2台钻机同时施工；方案二：每个墩位只安排1台钻机施工。

事件三：钻孔施工的钻孔及泥浆循环系统示意图如图2.8所示,其中D为钻头,E为钻杆,F为钻机回转装置,G为输送管,泥浆循环如图中箭头所示方向。

事件四：3#墩的1#桩基钻孔及清孔完成后,用测深锤测得孔底至钢护筒顶面距离为74 m。水下混凝土灌注采用直径为280 mm的钢导管。安放导管时,使导管底口距离孔底30 cm,此时导管总长为76 m,由1.5 m、2 m、3 m 3种型号的节段连接而成。根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50—2011)要求,必须保证首批混凝土导管埋置深度为1.0 m,如图2.9所示。其中H1为桩孔底至导管底端距离,H2为首批混凝土导管埋置深度,H3为水头(泥浆)顶面至孔内混凝土顶面距离,h1为导管内混凝土高出孔内混凝土顶面的高度,且孔内泥浆顶面与护筒顶面标高持平。混凝土密度为2.4 g/cm3,泥浆密度为1.2 g/cm3。

图2.8　钻孔及泥浆循环系统示意图

图2.9　混凝土灌注示意图

事件五：3#墩的1#桩基持续灌注3 h后,用测深锤测得混凝土顶面至钢护筒顶面距离为47.4 m,此时已拆除3 m导管4节、2 m导管5节。

事件六：某桩基施工过程中,施工单位采取了如下做法：

(1)钻孔过程中,采用空心钢制钻杆。

(2)水下混凝土灌注前,对导管进行压气试压试验。

(3)泵送混凝土中掺入泵送剂或减水剂、缓凝剂。

(4)灌注混凝土过程中,注意测量混凝土顶面高程,灌注至桩顶设计标高时即停止施工。

(5)用于桩身混凝土强度评定的混凝土试件置于桩位处现场,与工程桩同条件养护。

【问题】

1.事件一中,补充栈桥施工必须配置的主要施工机械设备。结合地质水文情况,本栈桥施工适合采用哪两种架设方法?

2.针对事件二,不考虑各桩基施工工序搭接,分别计算两种方案主桥桩基础施工的总工期,应选择哪一种方案施工?

3.写出图2.8中设备或设施A、B、C的名称与该回旋钻机的类型。

4.事件四中,计算h1(单位：m)与首批混凝土数量(单位：m3)。(计算结果保留2位小数,π取3.14)

5.计算并说明事件五中导管埋置深度是否符合《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50—2011)规定?

6.事件六中,逐条判断施工单位的做法是否正确,并改正错误。

【考点分析】

本题是2017年一级建造师公路工程专业考试真题,没有做任何修改,是一道典型的桩基础考题。

【参考答案】

1.主要施工机械设备：起重吊机、电焊机、打桩机。栈桥采用悬臂推出法、履带吊机架设法。

2.一共9个墩,单机作业一根桩钻孔耗时3 d(72÷1=72 h),从清空到成桩2 d(48 h)。所以,一根桩从钻孔到成桩共耗时5 d。

按方案一,2台钻机同时工作每墩位8根桩,需要5×8÷2=20(d)；6台钻机分3组同时工作完成9个墩位72根桩,共需20×3=60(d)。

按方案二,第一循环6台钻机施工6个墩位48根桩,需要40 d；第二循环只需3台钻机施工3个墩位24根桩,需要40 d,共计施工时间为40+40=80(d)。

因方案一施工工期较短,所以应选择方案一。

3.A为泥浆泵；B为泥浆槽(池)；C为沉淀池。该钻机为正循环回旋钻机。

4.H3=74-1-0.3=72.7(m),h1=(72.7×1.2)÷2.4=36.35(m),首批混凝土数量V=(3.14×1.82×1.3)÷4+(3.14×0.282×36.35)÷4≈5.54(m3)。

5.规范规定,在浇筑过程中导管埋置深度应为2～6 m。导管在此时的埋深h=74-0.3-3×4-2×5-47.4=4.3(m),所以,能满足2～6 m的要求。

6.(1)正确。

(2)错误。改正：导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验,严禁用压气试压。

(3)正确。

(4)错误。改正：灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度,一般为0.5～1.0 m,以保证混凝土强度,多余部分接桩前必须凿除,桩头应无松散层。

(5)错误。改正：不得使用同条件养护作为试件强度评定标准,混凝土抗压强度应为标准方式成型的试件,按置于标准养护条件下(温度为20±2℃及相对湿度不低于95%)养护28 d所测得的抗压强度值(MPa)进行评定。

【案例28】背景资料：某施工单位承建了一座钻孔灌注桩箱形梁桥。大桥钻孔灌注桩共20根,桩长均相同,某桥墩桩基立面示意图如图2.10所示,护筒高于原地面0.3 m。现场一台钻机连续24 h不间断钻孔,每根桩钻孔完成后立即清孔、安放钢筋笼并灌注混凝土。钻孔速度为2 m/h,清孔、安放钢筋笼、灌注混凝土及其他辅助工作综合施工速度为3 m/h。为保证灌注桩质量,每根灌注桩比设计桩长多浇筑1 m,并凿除桩头。

图2.10　某桥墩桩基立面示意图(标高以m为单位,其余均以cm为单位)

施工单位为本桥配置了以下主要施工机械和设备：反循环钻机、混凝土输送泵、混凝土搅拌站、塔吊、载人电梯、悬臂式掘进机、架桥机、预应力张拉设备、爬模设备、钢模板、钢护筒、挂篮设备。施工过程中发生如下事件：

事件一：施工单位依据风险评估结论,对风险等级较高的分部分项工程编制专项施工方案,并附安全验算结果,经施工单位技术负责人签字后报监理工程师批准执行。

事件二：灌注桩钻孔过程中发现地质情况与设计勘察地质情况不同,停工12 d,导致人工每天窝工8工日,机械窝工费1 000元/d,停工期间施工单位配合设计单位进行地质勘探用10工日；后经设计变更,每根灌注桩增长15 m。(原工期计划中,钻孔灌注桩施工为非关键工序,总时差8 d)

事件三：施工单位加强质量管理,对钻孔灌注桩设置质量检验的实测项目包括桩位、孔径、孔深、混凝土强度和沉淀厚度。

事件四：钻孔灌注桩施工中,为保证隐蔽工程施工质量,各工序施工班组在上下班交接前均对当天完成的工程质量进行检查,对不符合质量要求的及时纠正。每道工序完成后由监理工程师检查认可后,方能进行下道工序。钻孔灌注桩混凝土浇筑完成后用无破损法进行了检测,监理工程师对部分桩质量有怀疑,要求施工单位再采取A方法对桩进行检测。

事件五：3#桥墩在施工到40 m高度时,作业人员为了方便施工,自己拆除了部分安全防护设施。另有作业人员携带加工好的部分箍筋乘电梯到墩顶施工。(www.xing528.com)

【问题】

1.说明施工单位配备的施工机械和设备分别用于本桥哪些部位的施工?哪些设备不适用于本桥施工?

2.根据《施工招标文件》,计算图2.10桥墩桩基单根桩最终计量支付长度。(计算结果保留1位小数)

3.事件一中,逐条判断施工单位做法是否正确,并改正错误。

4.针对事件二,计算工期延长的天数。除税金外,可索赔窝工费和用工费各多少元?(计算结果保留1位小数)

5.针对事件三,补充钻孔灌注桩质量检验的实测项目。

6.针对事件四,写出A方法的名称。事件四中的一些工作反映了隐蔽工程“三检制”的哪一检工作?还缺少哪两检工作?

【考点分析】

本题由2018年一级建造师公路工程专业考试真题改编而来,施工设备的选择近来年年考,桥梁设备与机械更是重中之重。桥梁的相关计算虽然简单,但要求概念一定要清楚。

【参考答案】

1.桩基础主要施工机械：反循环钻机、钢护筒；承台、低墩主要施工机械：钢模板高墩；塔吊,电梯、爬模设备；上部构造主要施工机械：挂篮设备、预应力张拉设备；全桥主要施工机械：混凝土输送泵、混凝土搅拌站。

不适用于本桥的施工机械：悬臂式掘进机、架桥机。

2.单根桩最终计量支付长度为：14.0-1.0+33.0+15.0=61.0(m)。

3.正确。

4.每根桩增加15 m,而钻孔速度为2 m/h,所以每根桩延长的钻孔时间为：15÷2=7.5(h),共有20根桩,所以钻孔时间共增加了20×7.5=150(h)；清孔、安放钢筋笼、灌注混凝土及其他辅助工作综合施工速度为3 m/h,所以每根桩增加的时间为：15÷3=5(h),则共增加时间为150+5=155(h),即6.5 d,故工期延长的天数为：12+6.5=18.5(d),实际可索赔天数为：18.5-8=10.5(d)。

可索赔窝工费为：8×12×80+1 000×12=19 680(元),可索赔用工费为：100×(1+20%)×10=1 200(元)。

5.还需进行质量检验的实测项目有钻孔倾斜度和桩身完整性。

6.A方法为钻取芯样法。事件四中工作反映的是“自检”工作,还缺少“交接检”和“专检”工作。

【案例29】背景资料：某公司中标承建一桥梁工程,该桥梁下部结构为φ1.2 m钻孔灌注桩,承台为大体积混凝土结构,上部结构采用悬臂法施工(图2.11)。

图2.11　某桥梁工程布置示意图

施工过程中发生如下事件：

事件一：为确保材料质量,工地试验室对供应商送至项目部的碎石进行取样试验,质量满足要求后,确定了地材供应商。

事件二：施工中,根据灌注混凝土的实际情况,项目部及时采取了相应措施：

(1)考虑到灌注时间较长,在混凝土中加入缓凝剂；为避免混凝土离析,混凝土坍落度控制在10～15 cm。

(2)首批混凝土灌注后,导管的埋置深度为1.2 m；在随后的灌注过程中,导管的埋置深度为1.5 m。

(3)灌注到27 m时,导管挂在钢筋骨架上,施工人员采取了强制提升的方法；之后继续灌注混凝土直到完成。养生后经检测发现断桩。

事件三：为保证承台混凝土浇筑质量,施工单位积极采取了降低混凝土水化热温升的措施。

事件四：施工单位为本桥配置了以下主要施工机械和设备：反循环钻机、混凝土高压泵、混凝土搅拌站、塔吊、载人电梯、悬臂式掘进机、架桥机、预应力张拉成套设备、爬模设备、钢模板、钢护筒、挂篮设备。

【问题】

1.事件一中,工地试验室的砂、碎石取样试验方式有何不妥?请指出并改正。

2.事件二中,请指出采取的3项措施是否正确?如不正确,请指出并改正。(逐项回答)

3.事件三中,在承台混凝土浇筑过程中,可采取哪些具体措施降低混凝土的水化热温升?

4.事件四中,根据图2.11,说明施工单位配备的施工机械和设备分别用于本桥哪些部位的施工,哪些设备不适用于本桥施工。

【考点分析】

本题由2011年一级建造师公路工程专业考试真题改变而来,重点考查钻孔灌注桩断桩的防治措施、桥梁施工时施工机械的配置、大体积混凝土降温措施3个考点。

【参考答案】

1.工地试验室的砂、碎石取样试验方式中,工地试验室对供应商送至项目部的砂、碎石进行了取样试验不妥,应由材料采购部门填写“材料试验检验通知单”交项目试验室,由试验室主任指派试验人员配合材料采购人员到货源处取样,进行性能试验。

2.(1)“为避免混凝土离析,混凝土坍落度控制在10～15 cm”不正确。应改为：为避免混凝土离析,混凝土坍落度应控制在18～22 cm。

(2)“导管的埋置深度为1.5 m”错误。应改为：导管的埋置深度为2～6 m。

(3)“采取了强制提升的方法”错误。应改为：采取转动导管的方式。

3.可采取的措施有：

(1)宜选用低水化热和凝结时间长的水泥品种。粗集料宜采用连续级配,细集料宜采用中砂。宜掺用可降低混凝土早期水化热的外加剂和矿物掺合料,外加剂宜采用缓凝剂、减水剂；掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。

(2)进行配合比设计时,在保证混凝土强度、和易性及坍落度要求的前提下,宜采取改善粗集料级配、提高掺合料和粗集料的含量、降低水胶比等措施,减少单方混凝土的水泥用量。

(3)大体积混凝土可分层、分块浇筑。

(4)宜在气温较低时进行浇筑。

(5)对混凝土内部采取设置冷却水管通循环水冷却,对混凝土外部采取覆盖蓄热或蓄水保温等措施进行。

4.桩基础施工机械：反循环钻机、钢护筒。承台、低墩施工机械：钢模板。高墩施工机械：塔吊、电梯、爬模设备。上部构造施工机械：挂篮设备、预应力张拉设备。全桥施工机械：混凝土高压泵、混凝土搅拌站。

不适用于本桥的设备：悬臂式掘进机、架桥机。