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1、逆 作 法 施 工,冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新,广东省第四建筑工程公司一体化QC小组,2013年3月26日,汇报人：吐尔洪太潘海尔丁,简要,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,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1200mm1800mm，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
2、径为、600mm630mm，钢管柱长度：19.05米23.5米共计27根钢管柱。,二、QC小组概况,1.QC小组简介 QC小组内容简介（表2-1）,审核人：周宇 制表人：吐尔洪太.潘海尔丁 制表时间：2011年3月23号,2.QC小组成员,三、选择课题,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。,图3-1,3.1.问题的提出,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。,按照规范要求及设
3、计说明，冲孔桩混凝土浇注至设计标高时，会出现700mm800mm厚的浮浆，因此，实际施工时，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。,钢管柱封底板已插入混凝土1700mm1800mm;,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。,钢管柱封底板已插入1700mm1800mm，,（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35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
4、以上，若钢管柱发生偏移，纠偏将十分困难。,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。,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
5、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。,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.亲和图如图5-1所示。,图5-1,冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工方法创新性,H
6、PE机械垂直插入法施工方案,桩与柱一体化施工,“插入钢管柱”法施工,HPE机械定位精度高,安全可靠,定位速度快,设备使用场所要求高,机械费用高,自制定位器定位精度满足规范要求。,施工速度快,安全可靠,施工工艺无先例可借鉴，有风险。,经济适用,易于工人掌握,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,（原设计建议施工方法）,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；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；,1.方案对比、分析,3.确定最佳方案,3.1方案各项指标的论证过程针对方
7、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）,本工程柱轴线垂直度按照“单层柱，H10m”考虑，如下表：,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
8、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。,B.方案一与方案二施工进度论证：,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
9、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：,桩混凝土浇注完成。,HPE插入机插入钢管柱。,HPE垂直插入机械就位对中。,吊装钢管柱。,调整HPE垂直插入机水平度。,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。,冲孔灌注桩定位、冲孔清孔。,复测定位、垂直度监控。,桩钢筋笼吊入孔口。,下钢管柱。,特制定位器就位并平面定位。,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）：施工简易流程图：,方案二（桩柱
10、一体化施工）：施工简易流程图：,方案一（HPE直插法）：施工进度计划如下图所示：,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。,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。,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
11、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6.327=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1400mm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）,C.结论：方案一与方案二费用差价高达133.38万元。,H
12、PE液压垂直插入定位机是高度机械化的现代化自动定位设备，其功能优越、快速而精确定位、安全又有质量保障。但目前，作为现代化定位设备的参考设备，其设备研发、使用成本过高。中小型钢结构建设项目中应用与推广工作还有一定的阻力。综合以上施工精度、工期以及经济性等指标的分项论证结论，结果归纳如下表所示：,3.2最佳方案的确认,经过针对方案一、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得出：一体化施工方案二-特制千斤顶组合定位器定位一体化施工方案为最佳施工方案。,六、制定对策,1.关键工序确定,冲孔桩与钢管柱一体化施工工艺流程图：,一体化施工工艺流程动画演示：,钢管柱,桩基钢筋笼,冲孔
13、桩孔,液压千斤顶定位器,预定位,初定位,定位器微调,回填法校正,下一页,混凝土料斗,钢管柱内砼顶升,回填法校正,综合考虑工期、质量、安全等因素确定了如下关键施工工序：（1)特制千斤顶进行精确定位；（2)混凝土灌注至钢管柱底;（3)钢管柱与桩孔之间回填碎石兼测量监控；（4)钢管柱内继续浇筑砼至柱顶泛洁净砼;,2、绘制对策表,针对施工过程中的关键工序，小组成员采用“5W1H”的方法制定了具体的施工对策。,对策表（续）,七、对策实施,1.实施一 特制千斤顶进行精确定位;编制冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工专项方案，并根据审批方案图纸特制千斤顶组合定位器、做好定位器平台硬化.,图7-1 模拟图,图7-2
14、特制千斤顶现场,图7-3 施工现场全站仪复核平面定位及标高.,图7-4施工现场全站仪复核平面定位及标高.,实施一效果：2012年10月25日完成了地下室底板开挖工作，利用系统抽样法对一体化施工的23支钢管柱抽选复测(G1#G23#钢管柱，分三组，每组抽选两个钢管柱进行复测），复测数据如下：,实施二：为了确保一体化施工工艺中的桩与柱混凝土一体化浇注作业安全可靠，根据钢管柱与定位器标高，按照一体化施工方案措施内容，现场焊接混凝土浇注专用卸料操作平台，如图所示：,图7-6用卸料操作平台及顶部示意图,图7-7现场卸料平台的使用情况,实施2效果：通过地基桩基础及地下钢管柱钻芯法检测，超声波透射法检测桩身
15、完整性，受检桩基桩身完整，其统计结果见下表：,图7-9 桩基抽芯检测芯样完整,从钢管柱内侧实施导管法浇注作业时，根据连通器原理，当钢管柱内的混 凝土顶升至设计桩顶以上时，钢管柱外的桩顶混凝土也随之一并顶升，使其保持钢管柱内、外的浆液面同步提升。为了防止管外混凝土超出设计标，根据一体化施工方案对策，对管外混凝土达到设计标高后，经测量绳测量管外混凝土标高确认无误后，将安排人工同步回填碎石，防止混凝土从钢管柱外顶升。,实施三：钢管柱与桩孔之间回填碎石兼测量监控;,实施三效果：经过对策方案的顺利交底与实施，防止顶升措施发挥效力，反压碎石效果显著，有效保护了冲孔灌注桩与钢管柱水下节点的施工质量。,图7-
16、11 回填效果显著，成功压住了桩顶混凝土。,1.实施四 钢管柱内继续浇筑砼至柱顶泛洁净砼;在一体化施工浇注现场，如何验证桩顶混凝土质量？怎么区分桩顶混凝土及钢管柱顶升混凝土与浮浆？这是一体化施工课题所面临的问题，也是本课题要解决的问题。根据QC小组以小组成员“头脑风暴法”会议上提出问题与解决方法中，“浮浆也同步上升”理念是解决浮浆问题的关键所在。通过QC会议，进一步优化一体化施工方案，方案中明确提出，在施工现场通过人工同步回填碎石至孔口，使钢管柱内混凝土顺利顶升至地面以上的钢管柱口，并从管口溢出。这是管内浮浆的最佳排泄通道。通过目测溢出浆料的颜色，接近泥土颜色的浆料排尽后，观察溢浆口是否有混凝
17、土粗集料翻出，或无法确认颜色及粗集料时盛取一些样本混凝土，现场试验塌落度，塌落度接近搅拌车进场时的塌落度试验数据，则判断桩顶混凝土及钢管柱顶升混凝土预计能满足设计强度要求。,实施四的效果：通过一体化施工方案认真实践，达到了预期处置浮浆的目的，成功解决了“怎样区分桩顶混凝土及钢管柱顶升混凝土与浮浆？”难题。课题实践成果对比图详看如下图。,图7-14尚未硬化的溢出混凝土；,图 7-15达到设计强度时的管口混凝土,八、效果检查,1.目标完成情况通过冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新与反复论证，利用定位原理，通过特制千斤顶组合定位器精确而快速完成定位工序。采用导管法浇注工艺，通过组合应用，完成冲孔桩与钢
18、管柱浇注工序。各项指标的完成情况：,2.经济效益,一、采用创新性“冲孔桩基础与钢管混凝土柱连续(同步)施工工艺”费用36.72（万元）二、若本工程采用“电气液压定位、静压设备”法（HPE工法）定位170.1（万元）三、施工工艺经济效益对比：工艺应用对比值：=170.1-36.72=133.38（万元）所产生的直接经济效益约为133.38-5.7=127.7万元。（注：不计工程材料，如：混凝土、工程柱钢管及回填碎石材料费用。）,3.社会效益通过此次QC小组活动，优质高效的完成了冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工创新QC成果，总结出了冲孔灌注桩与钢管柱一体化施工工法。在课题创新、实践期间无安全事故发生，
19、优质而经济并快速施工效率得到了监理、业主和设计单位的一致好评。,九、巩固措施,小组对此次活动进行了总结，编写了冲孔桩基础与钢管混凝土柱一体化施工工法，申报了2012年度广东省省级工法并顺利通过，现已公示（公示文件见附件）。混凝土桩钢管柱连续施工方法申报了国家级施工技术专利，提出的专利申请已由国家知识产权局受理（专利申请受理通知书见附件）,一、总结及今后打算通过本次一体化QC小组活动，使小组成员充分认识到了QC活动的重要性及创新价值，在工程施工中通过科学的分析方法提高了管理和质量水平，为解决工程施工中的难题提供了有效的解决思路，为实现工程的质量目标奠定了基础。,下一阶段我小组还将要针对冲孔桩基础与钢管混凝土柱一体化施工中钻芯法检测预留套管开展QC活动，解决技术难题，确保工程质量。,图1：,碎石层,问题：桩基检测：钻机取样时，无法透过松散的碎石层；,图2：,3、遇到的问题与解决方法,解决方案：为钻机预留钢管套管,解决方法,图：为钻机预留钢管套管现场,图7：,图8：,谢谢观赏！,WPS官方微博kingsoftwps,广东省第四建筑工程公司,2013年03月26日,请专家点评、指导！,吐尔洪太潘海尔丁,
