冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新

12/15/2015
方 案 一 （ 直 插 法 ） ： 施 工 简 易 流 程 图 ：
桩混凝土浇注完成。
HPE垂直插入机械就位对中。 调整HPE垂直插入机水平度。
吊装钢管柱。
HPE插入机插入钢管柱。
重力平衡。
钢管柱孔口固定。 HPE插入机移位。 钢管柱四周回填砂石并排浆。
钢管柱内浇注混凝土。
拆除工具柱并回填孔口拔出干护筒。 12/15/2015
方 案 二 （ 桩 柱 一 体 化 施 工 ） ： 施 工 简 易 流 程 图 ：
冲孔灌注桩定位、冲孔清孔。 桩钢筋笼吊入孔口。 特制定位器就位并平面定位。
HPE
下钢管柱。
复测定位、垂直度监控。 导管法浇注冲孔桩。 导管法浇注地下钢管柱。 钢管柱顶部溢出新鲜/清洁砼料。
回填空管段。
• 方案一（HPE直插法）：施工进度计划如下图所示：
（原设计建议施工方法）
定位精度高 安全可靠
定位精度满足规 范要求。
安全可靠 施工速度快
易于工人掌握
• 亲和图如图5-1所 示。
图5-1
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定位速度快 设备使用场所 要求高 机械费用高
经济适用
施工工艺无先 例可借鉴，有 风险。
汇总共提出了三种主要施工方案：
• 方案一、HPE机械垂直插入法施工方案；
逆作法施工 冲孔灌注桩与钢管柱 一体化施工创新
汇报人：吐尔洪太潘海尔丁 广东省第四建筑工程公司 一体化QC小组
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2013年3月26日
简要
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一、 工程概况 二、 QC小组概括 三、 选择课题 四、 设定课题目标 五、 提出方案并确定最佳方案 六、 制定对策 七、 对策实施 八、 效果检查 九、 巩固措施 十、 总结及今后打算
方案一预计完成天数为： 4 天12小时。
• 方案二（桩柱一体化施工）：施工进度计划如下图所示：
方案二预计完成天数为： 4 天7小时。
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名称
单桩完成所需的 工程桩数 时间
累计完成时间
方案一（HPE直插法）
4天12小时
27 27
121天12小时 115天21小时
方案二（桩柱一体化施工） 4天7小时
①无施工先例可借鉴； ②需要自行编制操作安全规程 ，质检、试验工作等要点；
最佳
方案三
原设计“插 入钢管柱” 法施工方案
先成孔浇注冲孔灌注桩后， 桩混凝土初凝前，利用吊车， 将底端封闭的钢管柱插入至 桩混凝土设计标高。
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①钢管柱定位工序不严谨，可 靠性差； ②垂直度测量纠偏过程中钢管 柱反复插入混凝土，插入部位 混凝土内易产生气泡、空洞； 封底板底桩顶残留浮浆排不净 ，易出现软卧层；
课题类型 GDSJ-2011-QC-03 小组人数 活动频次
创新型
11人 3次 /月
制表时间：2011年3月23号
制表人： 吐尔洪太.潘海尔丁
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2. QC小组成员
序号
1 2
姓名
周宇 王佛来
文 化 程 职称 度
硕士 本科 高工 高工
职务
副总工程师 项目经理
组内职务 组内分工
组长 副组长 主持小组工作 项目负责人
不适合
3. 确定最佳方案
• 3.1方案各项指标的论证过 程 • 针对方案一、二、三的初 步结论，从方案定位精度、 施工进度、经济性进行进 一步论证： • A. 平面定位精度、垂直度 控制指标对比论证: • 精度控制依据：钢结构工 程施工质量验收规范 （GT50205-2001规范 附 录表E.0.1）
B. 结论：综合施工施工理论进度对比：两个方 案完成 单桩所需时间差仅为 5 小时，累计完
成 27 根桩与钢管柱施工后，方案一比方案 二提前5天7小时完成所有桩与柱的施工任务。
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C.方案一与方案二的 经济性对比论证：
• 方案一（HPE直插法）的经济性分析：HPE液压垂直插入定位机属于专利设备， 目前在建筑市场上不多见，佛山南海一项大型公共建设项目中引用该定位工 艺设备，据资料显示，定位费用在5至8万元/钢管柱。 该费用已包含人工回填碎石保护费用。应用该专利设备定位，估算本工程定 位费用单价约为6.3万元/钢管柱。合计定位费用为6.3×27=170.1（万元） 方案二（桩柱一体化施工）的经济性分析：钢管柱定位费用： 包干价（以Ф1400mm冲孔桩与钢管柱一体化施工单价为例，包括的机械、 人工、特制千斤顶定位器费用）；计：11500元/钢管柱。 回填碎石临时定位费用：人工费计：1200元/钢管柱；机械配合费计：900元 /钢管柱； 该工艺费用主控项目费用计算方式： （钢管柱定位费+回填碎石临时定位费）×钢管柱数量 =（1.15+0.12+0.09）×27=36.72（万元）
一、工程概况
• 该工程总建筑面积为10883㎡，地上7层主体结构类型 为钢框架，地下三层为钢筋混凝土结构。建筑屋面标高 28.55m；地下开挖深度21.8米。该工程采用整体逆作法 设计施工。工程桩为冲孔灌注桩，直径为1200mm～ 1800mm，设计长度9.8米～16.米；共计27根桩基；竖向 承重结构为钢管混凝土柱，直径为、600mm～630mm， 钢管柱长度：19.05米～23.5米共计27根钢管柱。
钢管柱发生偏移，纠偏将十分困难。
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3.2、 课题确定
• 为了保障钢管柱底端平面定位精度及钢管柱整体垂直度， 避免浇注混凝土时的二次干扰问题，QC小组通过施工方案 的对比，通过分析施工方案的质量、安全、进度、经济等
多项指标，选择符合规范要求及设计说明的冲孔灌注桩与
钢管柱一体化施工方案。
副组长 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员
技术负责人、技术协 调 现场总指挥 数据采集、分析 定位控制负责人 定位器订制 材料试验 安全技术交底 放样定位
11
叶伟导
本科
工程师
吊装队队长
组员
钢管柱吊装
三、选择课题
3.1. 问题的提出
• 原逆作法设计图纸中，要 求冲孔灌注桩与钢管柱施工 时，钢管柱底部采用封底板， 冲孔桩混凝土浇注至设计标 高后，吊装钢管柱，利用地 面定位井架定位后，插入桩 顶混凝土内，插入深度为桩 顶标高以下1.000米,如图(图 3-1)所示。
施工精度 满足规范 要求。
方案二
特制千斤组合 顶定位器定位 一体化施工方 案
≤5mm
H/1000，而 且不应大于 25mm。
-8～5mm
钢结构施工验 收（GB502052001)规范； 垂直度偏差值 来源于一体化 施工定位原理 推测。
施工精度 满足规范 要求。
原设计建议 方案三 “插入钢管柱” 法施工方案
由于设计图纸建议的“插入法” 施工工艺存在钢管柱定位及垂直 度控制、纠偏等方面的不足。
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图3-1
具体分析如下： （1）原设计“插入法”工 艺，入深度为桩顶标高以 下1.000米。 按照规范要求及设计说明， 冲孔桩混凝土浇注至设计标高时， 会出现700mm～800mm厚的浮 浆，因此，实际施工时， 钢管柱封底板已插入 1700mm～1800mm， 如图3-2所示。故此，钢管柱底 端在水下定位及垂直度控制存在 隐患，并无从验证垂直度。
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四、设定课题目标
• 1. 课题目标 • 通过冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新，一次性完成桩与柱定位与 浇注工序。 • 2. 目标可行性分析 • （1）可以通过设计验算，降低钢管柱内混凝土标号，提高冲孔灌注 桩混凝土标号，增加钢管柱壁厚等手段，使冲孔桩与钢管柱混凝土标 号统一，可以为一体化施工创造连续施工的基本的技术条件。 • （2）特制液压千斤顶组合定位器，提出新的定位工艺及垂直度控制 措施，与现有的导管法浇注工艺结合，并编写专项施工方案后予以实 施。 • （3）严格把关施工团队技术交底工作，可确保技术方案顺利实施。 • （4）经过定位精度质量、施工安全、整体进度、经济造价等多项指 标的对比分析，可验证创新一体化施工工艺所拥有的实用价值。 • （5）本小组的技术力量强、创新意识强，施工团队有多年丰富的冲 孔灌注桩施工及地下钢管柱安装施工经验，能群策群力，可以完成QC 课题任务。
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≤5mm
H/1000，而 且不应大于 25mm。
-8～5m
钢结构施工验 收（GB502052001)规范， 以及借鉴以往 工程数据；
施工精度 满足规范 要求。
• A.结论：虽然方案一、二、三最终均能满足规范要求，但方案实施过 程中，只有方案一、二依靠定位器，而方案三则未通过定位器实现施 工精度。方案三中，为了达到规范要求的施工精度，封底钢管柱将插 入至设计标高后复测平面定位、验证垂直度、确认标高合格后方可浇 注钢管柱。在这三项指标中，假如有任一项达不到规范要求，则拔起 钢管柱重新插入至设计标高，然后再复测，直至施工精度满足规范要 求。因此，反复插入定位造成如下缺陷隐患： • （1）水下桩顶（钢管柱底）节点混凝土临界层受反复扰动，水会比 增大。钢管柱封底板下附着浮浆，造成节点质量出现隐患。 • （2）封底钢管柱浇注混凝土后重量可达19吨，由于没有定位器等辅 助设备，若出现定位偏差，靠人力或地面机械设备“生拉硬拽”，无 法完成定位纠偏，势必出现质量事故。 • 故此，排除存在较大质量隐患的方案三；对方案一、二 进行下一步的施工进度论证。
缺点
①定位机械自重大，对冲孔桩 孔口承载力要求高； ② HPE 专利设备机械费昂贵， 适用性有限； ③ 封底板底桩顶残留浮浆排不 净，易出现软卧层；
初步 结论
方案一
HPE 机械垂直 插入法施工 方案
不适合
方案二
特制千斤组 合顶定位器 定位一体化 施工方案
冲孔灌注桩钢筋笼与钢管柱 连续吊装，通过特制千斤顶 组合定位器，平面定位及垂 直度测量后，桩与柱一体化 施工完成连续浇注。
3 4 5 6 7 8 9 10
吐尔洪太.潘 海尔丁 李广洪 谢伟玲 严运龙 郑宝玉 蔡添林 杨水榕 刘德扬
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本科 大专 本科 本科 本科 本科 本科 大专
工程师 工程师 工程师 助理工程 师 工程师 助理工程 师 助理工程 工程师
技术负责人 现场负责人 科员 技术员 科员 技术员 专职安全员 放线、测量
• 方案二、特制千斤顶组合定位器一体化施工方案；
• 方案三、原设计“插入钢管柱”法施工方案；
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1. 方案对比、分析
序号 方案 名称 可行性分析 主要施工方法
通过HPE液压垂直插入机 （专利技术）机身上的两个 垂直插入装置，桩混凝土初 凝前将底端封闭的钢管柱插 入至设计标高。
优点
①钢管柱平面定位精确、 垂直度刚性机械控制， 精度高； ②施工速度快，安全性 能可靠。 ①特制定位器设备施工 精度满足规范要求及设 计说明； ②定位装置经济、适用 ； ③ 施工简炼，安全，易 于工人掌握； ④一体化施工速度快， 整体浇注、桩与地下钢 管柱不存在施工缝及二 次浮浆； ①节约定位设备费用， 施工成本低； ②施工方法简单、安全 ，快速。
本工程柱轴线垂直度按照“单层柱，H>10m”考虑，如下表：
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工艺水平允许偏差值 方案 序号 方案 名称 平面定位 垂直度 控制 标高 数据 来源 推论
HPE液压垂直插 方案一 入钢管柱方案。
≤5mm
1/500～ 1/1200
-8～5mm
HPE液压垂直 插入钢管柱工 法，工法优点 4.2。
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钢管柱封底 板已插入混 凝土 1700mm～ 1800mm;
• （ 2 ）原设计 “插入法”施工工艺中，桩与钢管柱混凝土
分两次浇注，进入导管法浇注钢管柱内混凝土时，需要分
3～5次分段拆卸导管。因此，浇注钢管柱时，浇注作业对 已经定位完毕的钢管柱造成二次干扰。由于钢管柱底封底，
钢管柱内注满混凝土后，钢管柱毛重达到19.6吨以上，若
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五、提出方案并确定最佳方案
• QC小组成员通过 “头脑风暴法”集 思广益对一体化施 工方案进行讨论， 绘制亲和图加以归 类.
冲孔灌注桩与钢管 柱一体化施工方法 创新性
HPE机械垂直 插入法施工方案 HPE机械
桩与柱 一体化施工
自制定位器
“插入钢管 柱”法施工
定位原理简单 施工速度快 机械投入较少 经济性优越 定位精度低， 垂直度控制时 易造成质量事 故
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B.方案一与方案二 施工进wenku.baidu.com论证：
• 影响施工进度的主要因素有人、机、料、法、环。其中， 在本次对比中，由于人、料、环因素对两个方案的实施进 度的影响是等效的，因此，可暂且忽略。根据方案一
（HPE直插法）方案与方案二（桩柱一体化施工）的设备
机械特色、施工方法特点绘制出简易流程图及进度计划对 比图：
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二、QC小组概况
1. QC小组简介
QC小组内容简介 课题 小组名称 （表2-1） 冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新 一体化施工QC小组
2011年3月 至 2012年8月
小组活动时间
小组成立时间 小组注册号 组长 QC教育时间 周宇 48小时以上
审核人： 周宇
2011年3月23号