斜桩施工工法.doc

钻

孔

灌

注

斜

桩

施

工

工

法
目 录

1、前言 3
2、工法特点 3
3、合用范围 4
4、工艺原理 4
5、工艺流程及施工要点 5
6、机具设备 12
7、质量标准 13
8、安全措施 13
9、环保措施 14
10、效益分析 14
11、工程实例 15
钻孔灌注斜桩施工工法
1、前言
斜桩是指入土时与垂直方向有一定夹角的桩。随着越来越多的大型建筑，特别是空间结构的兴起，其屋面大多为拱形结构，如飞机场候车厅、火车站房、体育馆、场等建筑，其对支座会产生很大的水平推力。此外，在承受风荷载时，支座会产生很大的上拔力，仅仅依靠垂直方向的基础和桩基难以直接抵消较大的水平荷载和上拔荷载。
斜桩一般在相同荷载作用下，可承受比竖桩更大的轴向力：斜桩的单桩承载力比竖桩大，运用斜桩可以减少横向荷载引起的剪力和弯矩，充足发挥桩的轴向受压能力；同时，通过在斜桩内预留的钢筋或钢绞线与基础锚固连接部分，在基础承受较大的向上推力时（例如上风荷载），可以起到近似斜向抗拔“锚杆”的作用，防止基础变形。
2、工法特点
（1）本工程斜桩施工需要同下部桩基、上部筏板基础施工交错、穿插，特别斜桩的钢绞线固定在筏板基础钢筋顶部，需要在混凝土浇筑前进行钢绞线张拉，张拉时应保证原基础钢筋网片不能变形、位移，其张拉支架的设计、施工有一点难度。
（2）针对本工程实际情况，斜桩施工时采用成槽开挖、坑上作业的施工方法，避免设备坑内施工对其他桩基、地基的不利影响，并解决了钢绞线预留长度过长无法进行施工的难题。
（3）将原设计的斜桩张拉钢筋支架变更为钢管马凳支架，兼大体积混凝土筏板钢筋马凳支架，将两种支架结合，既保证了施工安全，又提高了工效，节约了工程成本。
（4）将原设计的钢绞线张拉锚板水平放置，变更为斜向放置，保证了张拉质量，同时节约了锲形钢板填充费用。
3、合用范围
本工法合用斜桩长度30米及以内，角度15°-45°的斜桩施工工程。
4、工艺原理
对桩位精拟定位后，调整好锚杆钻机的位置与角度，采用锚杆钻机钻孔，套管跟进，在钻进过程中及时校核桩的倾斜度，达成设计深度进行初次灌浆，直至孔口冒浆后放置钢绞线，然后开始拔管，边拔管边补浆，应注意灌浆速度与拔管速度相相应，直至孔内浆液注满，套管完全拔出，完毕初次成桩。过2小时候后，根据设计规定，通过预留的注浆孔，采用二次注浆，直至浆液从孔口冒出，成桩完毕。成桩完毕后尽快进行上部基础结构施工，带基础钢筋网片绑扎完毕后，通过斜桩钢绞线预留段张拉锚固于基础钢筋顶面，然后浇筑基础混凝土，完毕整个受力体系施工。
5、工艺流程及施工要点

下一根桩施工
施工准备
钢绞线制作
场地平整
定位放线
基坑成槽开挖
桩基就位、校核
套管跟进钻孔
注浆
拔管补浆
放置钢绞线
移动桩基至下一根桩
二次灌浆
桩所有施工完毕后
土方开挖至设计基底
破桩头、理顺钢绞线
上部基础钢筋、模板施工
钢绞线张拉、验收
基础混凝土浇筑
5.1 工艺流程

图1

5.2 施工要点
5.2.1 钢绞线制作
5.2.1.1 钢绞线的规格型号应符合设计规定，其进场质量应按现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224等的规定抽取试件作力学性能检查，其质量必须符合有关标准的规定。
5.2.1.2 钢绞线应严格按计算尺寸下料，每股长度误差不应大于50mm。其施工下料长度应下式计算拟定：

图2

L’= H/sinα+Lo
S=L+L’ （式5.2.1）
其中： S——钢绞线施工下料长度
L——设计桩长
L’——钢绞线锚固段长度
H——上部基础厚度
α——斜桩倾角
Lo——钢绞线张拉端长度，取50cm—60cm
5.2.1.3钢绞线应按一定规律平直排列，在有效桩长范围内沿桩体轴线方向每隔1.5m设立一个架线环，两个架线环之间用扎丝与注浆管捆扎牢固形成一束结。
5.2.1.4 组装钢绞线时同时安放一根注浆管，注浆采用直径20mm塑料管，注浆管的管端距离锚索末端0.2m左右。注浆管管底出口处用防水胶布封住，且从注浆管端50cm处开始向上每隔2m左右做出1m长的花管，花管的孔眼直径为8mm，每段6个孔眼，均匀分布，花管长度自标底向上16mm布设，孔眼用防水胶布封住。
5.2.1.5 组装好的锚索应堆放整齐，分类归码，标记清楚，并应采用防水、防晒覆盖措施。
5.2.2 场地平整
桩基进场前，应对拟施工场地进行平整，平整后的场地应用压路机压实，压实后的场地平整度应应≤30mm/2m，地基承载力不应小于0.2 Mpa，以防止成桩过程中土体下陷影响成桩质量。
5.2.3 样槽开挖
5.2.3.1 若根据式5.2.1计算的钢绞线出钢绞线锚固段长度较长（大于4m），应进行坑上作业，基坑应根据成桩顺序进行成槽依次开挖。
5.2.3.2 基槽开挖时，应使基底标高高出设计标高500mm，以保证桩头成桩质量。
5.2.3.3当样槽的土方开挖放坡应满足土体自身稳定性规定，若现场条件有限无法进行放坡时，应对样槽的侧壁采用一定的临时覆盖、支撑体系，保证边坡安全。
5.2.3.4每段样槽开挖宜超过两排斜桩的排拒，以便于斜桩施工时的定位。
5.2.3.5 样槽开挖完毕后，应在基槽周边底部设立400mm×400mm×400mm排水沟，排水沟两头设立排水井一个，并用泥浆泵及时将泥浆抽出排放至基坑外。
5.2.4 桩基就位、校核
5.2.4.1设备就位前，应对坑上场地部位进行平整、压实，平整后的场地应用压路机压实，压实后的场地平整度应应≤30mm/2m，地基承载力不应小于0.2 Mpa，以防止成桩过程中土体下陷影响成桩质量。
5.2.4.2 斜桩的定位
由于坑上作业方向为斜桩向上的空间延伸方向，其角度、位置的空间定位较复杂。经项目技术人员分析，本工程斜桩的定位不应采用以点定位方式，应采用以面定位方式进行。既放线时，沿样槽位置连续放出每个斜桩的一条直径线，而不是单一的轴线点，将前后两排（也可以多排）斜桩的直径线连成两条延伸线，既可以将斜桩的空间位置基本定出，作为桩基就位的基本。
斜桩定位示意图如下图所示：
前排斜桩
斜桩轴线延伸线
斜桩轴线延伸线
斜桩的定位
后排斜桩

5.2.4.3 设备的就位
为保证桩基就位准确，可以采用以下方法控制斜桩的定位：根据斜桩定位延长出每一桩的倾斜度方向，在桩机前引出两个边线控制点，以作为桩位轴线方向控制的依据；桩机轴线方向拟定后，根据机器设备自身度盘数据及设计斜桩角度，按规定调整好角度，既可完毕桩基就位工作。
5.2.5 套管跟进、钻孔
5.2.5.1 开始钻孔时，应匀速向前推动，及时连接套管。
5.2.5.2 在钻孔成桩过程中应用水准仪结合桩基度盘及时校核桩的倾斜度，若出现较大偏差后，立即停止钻孔，采用措施校核。
5.2.5.3 钻孔过程中，如遇特殊情况，无法钻孔到位时，应及时结合设计、地质单位进行解决。
5.2.6 注浆、灌浆
5.2.6.1拌合水泥浆液使用的原材料必须符合设计规定，并按相关规范规定进行复试。
5.2.6.2 水泥浆液的水灰比应符合设计规定，设计对水泥浆有强度规定期，施工前必须进行配合比的试配工作。
5.2.6.3 注浆应两次进行。套管钻进达成设计深度后，注浆管插入套管孔底，开始注浆，直到孔口冒浆10~20s，停止灌注。拔出注浆管，把组装好的锚索放入套管内，然后再开始拔套管，每拔三根套管应补浆一次，套管完全拔出后，移至下一孔位。成桩两个小时后，通过预留的二次注浆管进行高压注浆，注浆压力应符合设计规定，在达成设计压力后稳压2～3min，此时注浆作业结束，二次注浆管留于孔内。当设计无规定期，二次注浆压力为应不小于2Mpa。
5.2.6.4 注浆时应注意一下问题：
a. 灌注的水泥浆要取样做室内抗压实验，以复核其强度指标。
b. 浆液应随搅随用，并在初凝前用完。注浆作业开始时，先用稀水泥浆循环注浆系统1～2min，保证注浆时浆液畅通。
c. 对于一次注浆，当浆液硬化后，若发现浆液没有充满锚孔时，进行补浆。
d. 同一批斜桩注浆结束后，要清洗注浆管道循环系统。
5.2.7 土方开挖至、破桩头
5.2.7.1 待基坑内斜桩所有施工完毕后一个星期，即可进行土方开挖工作。
5.2.7.2 为防止机械损伤钢绞线，土方开挖应进行人工开挖，并将开挖出的土方及时运送到基坑外侧堆放。
5.2.7.3 土方开挖过程中，根据设计标高，将桩头松散水泥块剔除，清除桩头周边多余土方和杂物，将桩头剔平至设计标高。
5.2.7.4 若出现桩头标高低于设计标高情况应采用以下方法接桩：将桩头剔凿至密实水泥体部位，用水充足冲洗干净湿润后，根据钢绞线倾斜方向和轴线位置，配置与桩身直径稍大的护筒一个，采用比原设计水泥浆强度等级高一等级的细石混凝土浇筑至设计桩顶标高。补桩时，必须注意控制预留钢绞线的倾斜方向。
5.2.8上部基础结构施工
5.2.8.1 斜桩施工完毕后，应尽快进行上部基础结构施工，防止预留钢绞线在坑内暴露时间过长。
5.2.8.2 上部结构钢筋、模板施工时，必须根据每根斜桩钢绞线倾斜方向和轴线位置进行排版、策划，防止钢筋、钢绞线、模板施工冲突。
5.2.8.3 上部基础结构钢筋施工完毕后，必须保证每根斜桩预留钢绞线出基础顶面的位置、轴线、倾斜度与设计相符。钢绞线在基础内部范围内应沿倾斜角度方向顺直。
5.2.9 钢绞线张拉
5.2.9.1 上部基础结构钢筋、模板施工完毕后，经校核钢绞线出基础顶面的位置、角度偏差在规范、设计允许范围内，即可进行钢绞线张拉工作。
5.2.9.2 张拉前，锚杆的放置应准确，锚板的倾角应与钢绞线倾斜方向垂直。

图3

5.2.9.3 钢绞线张拉前，应充足检查张拉支架的稳定性、安全性是否符合规定。其张拉支架应专门编制施工组织设计、方案通过计算拟定，支架应为具有一定的抗水平力、竖向压力整体结构支撑体系，支架可认为钢管脚手架支撑体系，也可认为型钢焊接支撑体系，具体根据计算拟定。
5.2.9.4 钢绞线的张拉力应符合设计规定，张拉时应充足观测基础钢筋、模板、张拉支架变形情况，以便于出现问题及时解决，保证施工安全。
5.2.9.5 钢绞线张拉完毕后，应逐个检查其张拉情况，每根钢绞线张拉应做好记录，所有符合设计规定后方可进行上部混凝土浇筑施工。
5.2.9.6 上部混凝土浇筑完毕后，应将钢绞线外露部分及锚具采用C25混凝土封闭。
6、机具设备
机具设备的配置数量应根据工程量、工期拟定，重要机具设备如下表所示：
名称
规格型号
锚杆钻机
φ200
注浆机
UBJ-1
电焊机
BX1-315
钢筋切割机
J3G-400
泥浆泵
Bw-150
水准仪
DS3
离心水泵
QS－15－26－2.2
其他材料
水泥、钢绞线、钢垫板等
7、质量标准
7.1斜桩的孔距允许偏差不应大于100 mm，钻孔轴线与设计轴线的偏差不大于3％。
7.2孔深不应小于斜桩设计长度，也不应大于设计长度的1％，斜桩的孔径不应小于设计孔径。
7.3 斜桩的角度倾斜偏差不应大于设计角度的3%。
7.4 斜桩使用的原材料，如水泥、钢绞线、锚板、锚具等必须符合设计规定及相关规范规定。
7.5 钢绞线张拉完毕后不应有弯折、死弯等，钢绞线的张拉力应符合设计规定。
8、安全措施
8.1 各操作人员，应遵守安全操作规程。
8.2 进入施工现场，人人必须戴安全帽，严禁赤脚、穿拖鞋和残疾病人及童工进入现场，严禁酒后施工作业。
8.3 非机电作业人员不准动用机电设备。机电设备的防护装置应齐全。
8.4 机械作业时，操作人员思想要集中，不得擅自离岗或将机械交给非本机操作人员操作。严禁无关人员进入作业区。
8.5 施工现场合有用电设备，除作保护接零外，必须在设备负荷线的首端处设立漏电保护装置。碰到跳闸时，不得强行合闸，应查明因素，排除故障后再行合闸。
8.6 斜桩的张拉支架必须严格按照设计规定施工，保证张拉阶段施工安全。
9、环保措施
9.1 斜桩钻孔时产生的泥浆应及时清出，排放至指定地点，不得随意污染环境。泥浆水必须通过沉淀池沉淀后，才干排入市政管网。
9.2施工区域道路畅通，夜间灯光集中照射，避免干扰附近居民休息。无长流水、长明灯。建筑垃圾封闭管理，做到日集日清，集中堆放，专人管理，统一搬运。
10、效益分析
10.1经济效益：通过合理选择施工方法和工艺，达成保证施工质量、缩短施工工期、节约施工费用的目的。
其中采用钢管支架代替原钢筋张拉支架，共计节约钢筋支架共计节约钢材60.12T；实际用钢管用量（5×4=20吨）20T，节约费用30余万元。
将原设计锚板水平放置变更为垂直于斜桩轴线方向放置，节约锲形钢板材料、人工费用2万元。
10.2社会效益：成果的研究可以对我国地基基础工程斜桩的设计、施工、应用等一系统过程提供重要的依据和参考，推动斜桩的应用发展。
10.3斜桩较垂直方向的桩具有承载力大，施工对环境影响小的特点，应用于空间拱形结构的基础上，具有良好的经济效益。斜桩的良好应用和研究，可以解决一般竖向桩抵抗水平力弱得特点，其既可以作为竖向承载用，又可以承担大的水平荷载，合理的应用可以起到节省工程成本的作用。
10.4本工程斜桩的施工为公司施工的第一个斜桩工程。斜桩的施工工艺需要在施工中合理探索，对不同土层结构的地下进行施工组织分析，总结出一套完整的施工工艺标准或方法，为后续类似桩基施工提供依据和参考，起到加快施工进度、节约施工成本的作用。
10.5 目前国内复杂、超深基坑支护以地下连续墙、排桩、拱墙、土钉墙或几种结合的支护方式进行，其临时支护造价昂贵。假如采用斜桩新型的支护结构可以达成规定，其经济效益应当是显著的。
11、工程实例
我单位施工的周口市体育场工程，屋面为大跨度网架结构，网架四角为落地式，网架基础设计为桩筏复合基础，每个基础筏板下部设计74根斜桩，桩径200mm，桩长21米，桩角度从25°-45°不等，采用锚杆钻机，套管跟进注浆施工，水泥浆水灰比0.45，桩身强度不低于C30，并规定采用二次注浆技术，二次注浆压力不低于2MP，每根斜桩内设立3根Φ15.2钢绞线，钢绞线上部用锚具固定在筏板顶部，与筏板共同承受上部荷载。
周口市体育场工程斜桩施工，根据设计规定采用锚杆钻机、套管跟进，此施工方法预应力锚杆施工工艺较为相近，但不完全相同。一方面在斜桩定位上，锚杆施工一般从侧面（立面）定位、钻孔，从上至下开挖，边支护、边开挖；本斜桩施工需要从基底平面位置钻孔施工，先将基础开挖至设计标高，其斜桩定位为空间三维坐标体系，相对比较复杂。另一方面在钢绞线固定张拉上。预应力锚杆施工完毕后，钢绞线预留长度较短，满足张拉规定即可，并运用钢梁将钢绞线进行张拉，使其产生预应力；本工程斜桩施工完毕后，钢筋线预留长度较长，最长达6.1米，呈25°角锚固在上部筏板钢筋顶部，其与钢筋、模板、混凝土施工等工序存在交叉情况，施工比较复杂。此外，在基础混凝土浇筑前，斜桩钢绞线在筏板顶部运用锚板、锚具进行预紧，其张拉时需要考虑其张拉力对筏板钢筋网片的影响，不得引起钢筋网片变形，控制不好容易产生垮塌，其施工相对复杂。
通过项目技术人员努力，本工程斜桩施工已所有完毕，通过相关检测，合格率100%，所有达成了设计规定，取得了良好的效果。