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CFG地基处理方案

1.工程概况

本工程位于北京炼焦化学厂能源研发科技中心项目一期工程(A03地块)。

本工程地下两层,地上十四层。

分为地下室、一号楼、二号楼、三号楼、四号楼五部分,总建筑面积为148052平方米,结构高度为58.35米。

结构形式为钢筋砼框架剪力墙结构,中庭为钢框架结构。

基础形式:

主楼部分为梁式筏板基础;纯地下室部分为柱下独立基础和墙下条形基础。

室内设计地面标高±0.000相当于绝对标高为32.00米。

结构设计使用年限为50年。

基本抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.2g,结构重要性系数为1.0,人防建筑面积为13346㎡。

主要职能单位:

建设单位:

北京炼焦化学厂;

设计单位:

清华大学建筑设计研究院有限公司;

监理单位:

北京海鑫工程监理公司

施工总承包单位:

北京城建集团有限责任公司

本方案共包括1#、2#、4#楼CFG桩复合地基设计及施工组织方案编制,各楼座标高数据如下表所示,根据甲方提供场地平整资料,场地地面平均标高为31.05m。

各楼座设计参数如下表:

楼号

素砼垫层底(m)

复合地基承载力(修正前)

天然地基承载力

沉降要求

1#

-11.27

400kPa

190kPa

30mm

2#

-11.27

400kPa

190kPa

4#

-11.27

400kPa

190kPa

本设计方案中不单独考虑集水坑、电梯井等。

图1拟建工程位置图

2.工程地质及水文地质条件

根据中材地质工程勘查研究院的《北京炼焦化学厂能源研发科技中心项目(一期)岩土工程勘察报告》可知,拟建场地位于北京市朝阳区垡头地区,北靠化工路,西侧、南侧为半壁店东一路,东侧为半壁店东二路。

(具体位置见图1)场地经平整后地面平均标高约31.05m。

2.1地层岩性

在勘探深度(35.00m)野外描述与原位测试成果,按岩性及工程特性将地层划分为8大层,其中①层为人工填土层;②~⑤层为一般第四纪沉积的粘性土、粉土、砂土、碎石土层。

土层自上至下的分布情况见下表:

成因年代

大层序号

地层序号

地层岩性

压缩性

大层层底标高(m)

厚度(m)

人工填土层

1

粘质粉土~粉质粘土填土

/

28.97~30.40(地面标高)

0.50~1.50

11

杂填土

/

0.40~2.40

一般第四纪

沉积层

2

砂质粉土

24.69~26.36

1.10~5.50

②1

粘质粉土

0.50~4.30

②2

粉质粘土

0.50~1.00

②3

粉砂

0.40~1.00

3

粘质粉土

21.67~23.85

0.50~2.30

③1

砂质粉土

中高

0.50~2.50

③2

粉质粘土

0.30~1.50

4

细中砂

14.30~16.73

6.10~8.20

④1

粉质粘土

中高

0.40

5

粘质粉土

中高

7.65~9.08

2.30~5.60

⑤1

砂质粉土

中高

0.40~3.00

⑤2

粉质粘土~重粉质粘土

中低

0.40~3.30

⑤3

粉砂

0.50~1.50

6

粉细砂

2.93~6.79

1.50~5.90

7

中砂

0.05~1.20

1.20~6.10

⑦1

圆砾

0.50~1.30

8

粉质粘土~重粉质粘土

0.80~3.70

⑧1

砂质粉土~粘质粉土

0.90~1.50

⑧2

粉砂

1.20~3.20

⑧3

粘土

3.80

2.2地下水

本场地在勘察期间观测到二层地下水。

第一层地下水类型为潜水,地下水稳定水位埋深为:

14.20~16.00m,水位标高为15.15~17.08m;第二层地下水类型为微承压水,地下水稳定水位埋深为20.40~20.70m,水位标高为10.60~10.92m。

由于管线渗漏场地局部有存在上层滞水的可能性。

场地地下水埋藏情况详下表:

地下水

静止水位埋深

标高

地下水类型

第1层

14.20m~16.00m

15.15m~17.08m

潜水

第2层

20.40m~20.70m

10.60m~10.92m

微承压水

3.编制依据

3.1甲方提供有关资料

序号

资料名称

编号

1

甲方提供的工程基础设计图纸。

2

中材地质工程勘查研究院的《北京炼焦化学厂能源研发科技中心项目(一期)岩土工程勘察报告》

3

北京中地大工程勘察设计研究有限责任公司编制的《一号研发楼等9项(能源研发科技中心)工程1#、2#、4#楼CFG桩复合地基工程设计图》

3.2规范、规程

序号

规程、规范名称

编号

1

北京地区建筑地基基础勘察设计规范

DBJ11-501-2009

2

建筑地基基础设计规范

GB50007-2011

3

建筑结构荷载规范

GB50009-2012

4

建筑地基处理技术规范

JGJ79-2012

5

建筑桩基技术规范

JGJ94-2008

6

建筑地基基础工程施工质量验收规范

GB50202-2009

3.3主要法规

序号

法规名称

法规编号

1

《中华人民共和国建筑法》

2

《中华人民共和国产品质量法》

3

《中华人民共和国计量法》

4

《中华人民共和国环境保护法》

5

《中华人民共和国安全生产法》

6

《建设工程质量管理条例》

7

《城市市容和环境卫生管理条例》

8

建筑生产安全管理条例

国务院第393号令

9

北京市建设工程施工现场管理办法

政府令第72号

10

北京市建设工程施工降水管理办法实施细则

3.4其它

(1)工程现场实际勘察和我单位经过在周边地区基础工程施工经验。

(2)单位施工管理文件。

(3)单位质量、安全、环境管理体系。

4.设计方案介绍

4.1CFG桩复合地基设计方案

根据工程地基承载力及变形要求进行设计计算,在1#、2#、4#楼楼座地基处理范围内布置φ400的CFG桩。

桩位呈矩形布置,桩心间距如下表所示,边桩及个别部位桩位及间距略作调整。

各楼座具体设计结果见表2。

表2复合地基设计结果一览表

建筑物名称

桩径

(mm)

修正前复合地基承载力

桩间距

基础

底标高

碎石褥垫层厚度

桩顶标高

有效桩长

桩数

单桩承载力

砼强度

1#

400

400

1.70×1.70

-11.10m

0.30m

-11.57m

19

1476

777kn

C25

2#

400

400

1.70×1.70

-11.10m

0.30m

-11.57m

19

771

777kn

C25

4#

400

400

1.70×1.70

-11.10m

0.30m

-11.57m

19

748

777kn

C25

施工时桩顶标高控制在有效桩顶标高以上0.5m,施工完毕后,截除保护桩头0.50m,即清至有效桩顶标高,然后虚铺34cm厚的碎石褥垫(粒径小于5-25mm),压实至30cm即至素砼垫层底面设计标高,夯填度不大于0.9。

褥垫层铺设范围向基础各边外扩20cm。

具体桩位布置详见各楼座CFG桩复合地基平面布置图。

4.2CFG桩复合地基试验及检测

CFG桩采用复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验检测其承载力,低应变动力试验检测其桩身完整性。

承载力检验宜在施工结束后28d进行。

CFG桩检测需由具有相应资质单位进行。

检测数量:

本工程CFG桩检测低应变动力检测数不少于总桩数的10%;复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验数量不应小于总桩数的1%,复合地基静载荷试验单体工程数量不少于3台。

4.2.1试块强度检测

每天每机组制作1组(或百方混凝土至少1组)试块,进行标养,测定其28天抗压强度能否满足设计要求。

4.2.2载荷试验及低应变检测

委托有资质第三方按规范要求采用单桩复合地基静载试验和低应变动测试验进行加固效果的检测。

试验数量建议如下:

名称

复合地基承载力(修正前)

桩径

(mm)

有效桩长(m)

桩数

(根)

静载试验

(个)

动测

(根)

1#

400

400

19

1476

15

150

2#

400

19

771

8

80

3#

400

19

748

8

80

4.2.3单桩复合地基载荷试验

静载试验采用压重平台法进行,即采用工字钢组成加荷平台,在平台上堆放所需的配重,工字钢平台和配重总重量大于所加最大荷载的1.2倍。

采用高压油泵供油、油压千斤顶并联加载,加载数值由并联于油路中的0.4级精密标准压力表或压力传感器控制。

加载系统预先经过室内压力机率定。

试桩在加载过程中的竖向变形采用量程为50mm的位移计测量。

在试桩桩头处对称安置4支位移计,位移量取其平均值,位移计通过磁性表座分别支撑在基准梁上。

试验按《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012中有关规定进行。

1、试验方法如下:

(1)每级荷载施加后按第5min测读沉降量,以后每隔30min测读一次。

(2)承压板沉降相对稳定标准:

每一小时内的承压板沉降量不超过0.1mm。

(3)当承压板沉降速率达到相对稳定标准时,再施加下一级荷载,直至能够判断极限承载力或达到最大试验荷载。

(4)卸载级差为加载的2倍,每级卸载后隔30min测读一次残余沉降,待卸载完全部荷载后,间隔3h读记总回弹量。

2、当出现下列现象之一时可终止试验:

(1)沉降急剧增大,土被挤出或承压板周围出现明显的隆起;

(2)承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%;

(3)当达不到极限荷载,而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。

4.2.4低应变完整性检测

采用FEI-C5型桩基动测分析系统,传感器为一支灵敏度为500mV/g的加速度计,用手锤敲击激振,采样频率为20kHz。

试验采用反射波法进行,即:

桩顶实施锤击后,激起桩顶质点的振动,运动在混凝土桩身中传播而形成应力波,应力波在下行途中,如果遇到阻抗减小(缩径、离析等),即产生上行的拉伸波,该拉伸波上行到达桩顶面时,将导致顶面质点向下的速度增加;反之,如果遇到阻抗增大(扩径等),则产生上行的压缩波,该波运行至桩顶面将导致质点向下的速度减小;这些信息都被安装于桩顶的加速度传感器接收。

根据初始激励与桩身阻抗变化处反射到达时刻之间的时间差Δt及应力波在桩身混凝土介质中的传波速度C来推求阻抗变化的位置x(x=CΔt/2);根据速度曲线的上下起伏大小来判断桩身的阻抗变化程度。

5.施工工艺及技术要求

5.1施工准备

(1)了解场地内各种地下障碍物的情况,并办理必要的书面手续。

(2)根据红线桩、城市水准点及施工要求进行定位放线及抄平。

(3)协调施工现场管辖部门及附近单位的关系,保证施工的顺利进行。

(4)施工用水、施工用电的连接及临时设施搭建。

(5)对施工人员进行生产、技术、质量、安全等全方面的交底。

(6)准备施工的机具及所用的材料复试。

(7)根据施工现场实际情况调整修改设计与施工方案。

5.2技术准备

(1)根据现场进一步完善施工组织方案,绘制工地挂图包括设计图及施工平面布置图。

(2)健全指挥系统及安全施工、工程质量及环保保障体系。

(3)设计编制人员及技术主管同现场技术及施工人员召开会议、做详细技术交底及总体施工规划。

5.3CFG桩复合地基施工工艺

5.3.1测量放线

根据测量人员给定轴线水准点,我方测量人员放出具体桩位点,经双方复核确认后方可施工。

5.3.2施工工艺

根据该场地的地层条件、结合设计要求,经有关专家和技术人员研究,拟采用中心压灌CFG桩复合地基处理设计方案。

中心压灌CFG桩施工工艺方法是采用长螺旋机械钻进成孔,然后利用高压混凝土输送泵将CFG桩混合料、经过钻具中心通道通过钻头、泵送至孔底,边提钻边泵送混合料,这样就在孔内就形成了CFG桩。

在满足设计要求的前提条件下,与钢筋混凝土桩相比,可大大降低经济造价。

同时该施工工艺桩身质量易于控制、施工速度快、无噪音等优点,已被广泛应用于地基是处理。

CFG桩采用中心压灌技术,即钻孔与灌注混凝土合二为一,一次性完成。

钻机钻孔至设计深度后,开始提钻并同时用混凝土泵通过钻具中心管道压入混凝土,直至设计标高处而成桩。

其工艺流程如下:

(1)CFG桩成桩

①施放桩位点

根据基础轴线、水准点以及《CFG桩复合地基平面布置图》施放CFG桩桩位点(后附CFG桩施工打桩平面图)。

放点工作完成后,报请现场监理工程师进行检查验收。

②钻机就位成孔

桩位点经检验合格,开始钻孔。

先将钻机准确就位、调整平整,然后进行钻进,当钻具钻至设计深度后,停止钻进。

③压灌混凝土、成桩

钻至设计深度后,钻杆预提200mm左右,边灌注边提钻杆用混凝土泵通过管路把坍落度为18±2cm的混凝土打入孔底,与此同时提钻,孔底单向活门自动打开,使混凝土流出,确保中心管内有0.1m3以上的混凝土,灌注时根据泵送量及时调整提速,直至成桩确保提钻速度与混凝土泵入速度相匹配,防止出现断桩。

(2)清土、凿桩头

清运桩间土:

CFG桩桩体强度达到设计强度的75%后方可进行桩间土开挖及清运,采用小型机械挖土,将弃土装入小型运土车中,以避免扰动基底,运出场地至甲方指定弃土地点,人工清理槽底。

清土过程中由专人随时抄测槽底标高,防止超挖。

凿剔桩头:

截桩机绕桩身旋切一周后,需用钢楔子置于切缝处,以大锤锤击钢楔,使楔头自切缝处嵌入桩体撬断桩身,桩头自然脱落;切割线位于地面以下,需将相邻桩的桩间土挖通,便于人工挥锤敲击钢楔;为方便钢楔定位,可在钢楔上焊接φ8钢筋作业为扶杆,由另一名工人掌握,防止锤击钢楔时钢楔偏位;现场移机作业时注意用电安全,适时调整截桩机电力线的走向和位置;设置两个工班组流水作业,一个班组专司旋切锯桩,一个班组负责截取桩头,一根桩切割完毕后,旋切截桩机即可移至下一桩位继续切桩,另一班组则在切割好的桩体上开始进行截桩头作业,桩顶需清理干净并润湿。

截桩机切割桩头

(3)铺设碎石垫层

在对CFG桩进行隐蔽工程验收后,进行褥垫层的铺设。

铺设材料选用碎石(粒径为5-25mm),先虚铺34cm,然后用平板振动器纵横方向进行振动压实,压实后达到30cm。

铺设过程中采用水准仪控制垫层标高。

(4)CFG桩施工技术要求

为保证工程质量,复合地基施工应按设计及规范要求进行。

严格控制桩顶标高、桩长及混合料强度等。

桩的施工偏差应满足下述要求:

①桩长允许偏差:

+10cm。

②桩径允许偏差:

-2cm。

③垂直度允许偏差:

<1%。

④桩位允许偏差:

≤0.4D,D为桩径。

⑤褥垫层铺设夯填度达到设计要求。

(5)桩长控制

严格按照设计要求控制桩长,用水准仪根据钻杆入土深度控制桩底标高。

5.3.3CFG桩通病及防止措施

1、堵管

堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一。

它直接影响CFG桩的施工效率,增加工人劳动强度,还会造成材料浪费。

特别是故障排除不畅时,使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬,增加了再次堵管的几率,给施工带来很多困难。

产生堵管的原因有以下几点:

(1)混合料配合比不合理。

当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,常发生堵管。

因此,要注意混合料的配合比,尤其要注意将粉煤灰掺量控制在70kg/m³~100kg/m³的范围内,坍落度应控制在180mm~220mm之间。

(2)混合料搅拌质量有缺陷。

在CFG桩施工中,混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆芯管内。

混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管路。

坍落度太大的混合料,易产生泌水、离析,泵压作用下,骨料与砂浆分离,摩擦力加剧,导致堵管。

坍落度太小,混合料在输送管路内流动性差,也容易造成堵管。

(3)施工操作不当。

钻孔进入土层预定标高后,开始泵送混合料,管内空气从排气阀排出,待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。

若提钻时间较晚,在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出,容易造成管路堵塞。

(4)冬期施工措施不当。

冬期施工时,混合料输送管及弯头均需做防冻保护,防冻措施不力,常常造成输送管或弯头处混合料的冻结,造成堵管。

冬施时,有时会采用加热水的办法提高混合料的出口温度,但要控制好水的温度,水温最好不要超过60℃,否则会造成混合料的早凝,产生堵管,影响混合料的强度。

(5)设备缺陷。

弯头曲率半径不合理也能造成堵管。

弯头与钻杆不能垂直连接,否则也会造成堵管。

混合料输送管要定期清洗,否则管路内有混合料的结硬块,还会造成管路的堵塞。

2、串孔

在饱和软土层中成桩经常会遇到这种情况,打完一根桩后,在施工相邻的桩时,发现刚施工的临桩的桩顶突然下落,当桩泵入混合料时,临桩的桩顶开始回升,此种现象称为串孔。

发现串孔的条件有如下三条:

Ⅰ.被加固土层中有松散饱和软土层;Ⅱ.钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动;Ⅲ.土体受剪切扰动能量的积累,足以使土体发生触变。

由于串孔对成桩质量的影响,施工中采取的预控措施:

(1)采取隔桩、隔排跳打方法;

(2)设计人员根据工程实际情况,采用桩距较大设计方案,避免打桩的剪切扰动;

(3)减少在串孔区域的打桩推进排数,减少对已打桩扰动能量的积累;

(4)合理提高钻头钻进速度。

3、桩头空芯

主要是施工过程中,排气阀不能正常工作所致。

钻机钻孔时,管内充满空气,泵送混合料时,排气阀将空气排出,若排气阀堵塞不能正常将管内空气排出,就会导致桩体存气,形成空芯。

为避免桩头空芯,施工中应经常检查排气阀的工作状态,发现堵塞及时清洗。

4、桩端不饱满

这主要是因为施工中为了方便阀门的打开,先提钻后泵料所致。

这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔,影响CFG桩的桩端承载力。

为杜绝这种情况,施工中前、后台工人应密切配合,保证提钻和泵料的一致性。

5、桩孔偏斜

主要因为地面不平,导向设施出现偏差,钻架不正或钻杆弯曲,钻杆刚度不够所致。

另外钻进时土层硬度发生突然变化或遇到障碍物也会导致桩孔偏斜。

施工前应对安装好的钻机设备做全面检查,做到水平、稳固,对钻杆、接头要逐个检查,保证钻杆顺直,有足够的刚度。

在钻进时,土层由软变硬时要少加压慢给进。

6、钻进困难

主要原因为遇到地下障碍物如石块、混凝土块,钻机功率不够或钻进速度太快造成憋钻。

应选用硬质合金钻头,采用合适的钻速。

遇到障碍时如障碍物不深,应进行清除后复钻,如不易挖出则改变桩位。

7、机械突发故障

对于CFG桩施工过程中机械设备发生故障时,应及时检修设备,尽快恢复正常施工。

若桩机施工某根桩至一半时钻机发生故障,且3小时内无法继续施工,可根据现场具体情况重新施工此桩,以保证CFG桩成桩质量,并对其进行小应变检测。

5.4雨季施工专项方案

本工程施工将进行雨季施工,为确保施工质量,使工程顺利进行,在雨季施工过程中采取如下措施:

5.4.1雨季施工管理

(1)工程项目部成立季节性施工领导小组,组成如下:

组长:

项目经理

副组长:

生产副经理、技术负责人

组员:

各工长,安全员、技术员

(2)对施工人员进行教育,责任到人;做好材料准备,保证料具供应及时。

(3)施工现场做好标识牌,标明当日天气情况。

5.4.2雨季施工方案

本工程施工经历雨季,需做好以下措施:

(1)总包单位应对场区内的排水系统进行疏浚,保证水流畅通不积水,并防止四邻地区地面水倒流进入场内。

(2)总包单位应在边坡上口做挡水墙和排水沟,防止雨水流入边坡。

(3)对现场原材料及半成品场地应用彩条布或塑料布进行遮盖,垫高码放施工材料防止被雨水浸泡。

(4)机电设备的电闸箱要采取遮盖或立蓬防雨、防潮措施。

电源线路要做到绝缘良好,电闸箱防雨,漏电接地保护装置要灵敏有效,定期检查线路情况并做好施工日志。

(5)作好防雨物质准备工作,及时将防汛工具(铁锹、洋镐、手推车、水泵等)和防汛用品(草袋、手电、应急灯、雨衣、雨鞋、塑料布等)落实到位。

(6)雨后积水应设置防护栏或警告标志。

(7)对未施工或刚施工完成的土钉墙砼面层用塑料布或彩条布等防水材料进行覆盖,以防边坡土体和已施工混凝土面层被雨水冲刷。

5.5关键工序与特殊过程控制

5.5.1CFG桩复合地基施工关键工序

本工程关键工序为:

CFG桩成孔深度和灌注混凝土。

CFG成孔深度和灌注混凝土:

测量钻杆长度做好标记,严格按标记施工,以确保桩长。

混凝土灌注时,提钻速度与混凝土的泵入速度相匹配,使钻具在混凝土内埋深0.5~1.0m左右,以防止出现断桩。

5.5.2特殊过程控制

工程施工期间的工序控制是使施工能够根据施工组织设计的进度计划编排进行施工的关键,确定工程施工的方案,就已经把工程施工工序确定,据此可以得出工程施工的工序控制要素。

本工程的特殊过程为:

土钉成孔深度和注浆;CFG桩成孔深度和灌注混凝土。

(1)施工人员须经过专业培训,持证上岗,施工前对施工人员进行技术交底。

(2)CFG成孔深度和灌注混凝土:

测量钻杆长度做好标记,严格按标记施工,以确保桩长。

混凝土灌注时,提钻速度与混凝土的泵入速度相匹配,使钻具在混凝土内埋深0.5~1.0m左右,以防止出现断桩。

5.6纠正措施

在本工程的施工过程中,我公司将依据工程有关标准、规范和设计图纸要求以及监理工程师依据工程施工合同发出的指令施工,并依据有关监理规程要求提前安排并及时接受工程师的检查检验,为检查检验提供便利条件。

5.7隐蔽工程验收和中间验收

当本工程施工到隐蔽条件或是中间验收部分,首先进行自检,并在隐蔽或中间验收前24小时以书面形式通知监理工程师验收。

通知中包括隐蔽和中间验收的内容,验收的时间和地点。

验收合格监理工程师签字后方可进行隐蔽和继续施工。

如验收不合格,在监理工程师规定的时间内修改后重新验收。

5.8试验检测管理及内容

(1)所有施工试验及进场原材料的复试必须接受监督;见证试验,要求试验取样、制样必须有监理公司的见证人、项目经理部试验人员共同参加。

(2)严格依照现行规范或甲方、监理的要求进行所有的施工试验与进场原材料复试,及时将见证试验报告汇总,最后由项目经理部试验部门将一式三份原件整理后报资料员归档。

无见证的复试试验,也应按取样规定的要求操作。

6.三体系管理及其保证措施

6.1质量管理与保证措施

6.1.1质量目标

产品合格率达到100%,合同履约率达到100%;总工程质量目标:

合格。

质量管理体系

6.1.2质量方针

我公司的质量方针是“遵守法规、全员参与、规范运作、持续改进、质量第一、确保安全、关爱生命、保护环境”,在公司质量方针指导下,将运用先进的技术、科学的管理、严谨的作风,精心组织、精心施工,以有竞争力的优质产品满足业主的愿望和要求。

根据ISO-9001质量标准的要求建立文件化质量保证体系-《质量手册》,广泛开展质量职能分析和健全企业质量保证体系,大力推行“一案三工序管理措施”即“质量设计方案、监督上工序、保证本工序、服务下工序”和QC质量管理活动。

强化了质量检测与质量验收专业系统,全面推行了标准化管理,健全了质量管理基础工作,使企业对质量综合保证能力显著提高。

6.1.3质量体系

根据项目管理

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