桩基工程施工组织设计要点
沈保汉 王建良
1 概述桩基工程的施工组织与管理,应随着经济体制改革的不断深化和建设市场竞争激烈的形势,加强施工管理,同时应针对桩基施工的特点,在施工中进行科学规划。施工组织设计是进行施工准备、合理部署施工活动,推行先进技术和实行科学管理的指导性文件。桩基工程施工组织设计的编制应体现技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的原则,应结合工程特点和具体施工条件(工程地质与水文地质条件、环境条件及场地条件等),合理确定桩基施工工艺,选择合适的机械设备,采取有效的技术措施和组织管理手段,确保施工质量,加快施工进度,实现桩施工技术的先进性、可靠性和合理性。
2 桩基工程施工特点在编制桩基工程施工组织设计时,需认真考虑桩基施工特点,主要有:
1)重要性 一是桩基础多用于高层建筑,尤其是沿海沿江沿湖地区的高层建筑,其设计承载力较大,如果发生严重的质量事故,将会带来很大的经济损失,甚至造成灾难性的后果;二是其造价占工程总造价的份额较大,因此必须在确保工程质量的前提下,力求降低造价。
2)隐蔽性 桩基础属于地下隐蔽工程,因操作质量低劣而引起的多数事故,事后往往不易检验,补救也较困难。
3)复杂性
①桩型多,各类桩型的施工工艺、适用范围和技术要求差别很大,因此桩型的选择应考虑多种因素;
②地下未知因素多,而往往由于工程勘察费用的限制,勘探工作量及勘探点密度设置也不尽能满足桩基施工的要求,所以试成孔(对于灌注桩)或试沉桩(对于打入桩及压入桩)就显得十分必要;
③桩工机械设备品种多,每种桩型的施工,或同一种桩型在不同地层土质中施工时,都有适合于具体施工条件的桩工机械及附属设备,因此机械设备的选择是否适用和合理,对施工造价、进度及工程质量均会产生明显的影响。
4)困难性
①施工限制条件多,诸如:用电量和用水量的限制、噪声和振动的限制、泥浆排放的限制及大型车辆和机械进场时间的限制等;
②不安全因素多,诸如:高空坠落、深孔坠落、机械伤害、桩架倒塌、物体打击、触电事故、深孔作业时有害气体与孔壁坍塌致伤致命等;
③工序多,对于灌注桩施工而言主要有两大工序:成孔和成桩,对于预制桩而言也有两大工序:制桩和沉桩,每一个大工序中又可分为若干个小工序,每道工序中都可能遇到难点。由上可知,编制施工组织设计前,务必调查清楚施工限制条件,制订出切实的安全技术措施和克服难点的措施。
5)质量事故常见性和多发性 桩基施工因工序多、工程地质水文地质条件随机变化,加之在地下作业“看不见、摸不着”,稍有疏忽就会出现质量缺陷,甚至质量事故,所以在施工组织设计中必须制定切实有效的质量保证措施。
6)知识多样性 从知识范围看,操作桩基施工必须具有建筑结构、建筑机械、建筑材料、工程与水文地质、土力学与地基基础、静动测试等多种学科的知识,同时还要熟悉有关规范规程,此外还应具有桩基施工经验以及桩基事故的预防与处理的经验。如果上述某一方面的知识与经验匮乏或不够,进行桩基施工,将会造成事故。一份优秀的桩基工程施工组织设计,往往需集思广益,是集体智慧和经验的结晶。
3 桩基工程施工组织管理的基本措施为使桩基施工全过程的组织管理工作,能够适应桩基施工诸多特点的需要,必须采取一些主要对策,使施工达到预期的效果。
1)在建设市场激烈竞争的形势下,桩基工程施工从招投标开始直到中标后组织进行施工、竣工交付使用,是一项综合性很强的施工经营管理工作。桩基工程施工一般都单独签订工程承包合同,其内容包括:开竣工日期、工程量、预算造价、质量要求、材料供应条件、工程进度款支付方式、付款结算方式、甲乙方责任及奖罚条例等。
2)在承包任务后,在保证总工期的条件下,除明确承发包之间、总分包之间相互的责、权、利,以形成法律效力外;还应加强现场的施工管理系统的组织领导,形成有一定权威性的统一指挥,以适应多变的客观条件,协调各方面的关系,排除各种障碍,使工程能按照预定的要求进展。
4 施工准备
4 1 资料准备进行桩基础施工前应具备下列资料:
1)工程合同书和施工任务书。
2)开工报告书。
3)建筑场地的桩基岩土工程报告书(工程地质资料和必要的水文地质资料),以便了解和掌握:
①施工场地的地形、地貌及气候等自然条件;
②施工场地的地层构造、岩土特性及影响桩基施工的不良地质现象;
③施工场地内地下水的特性、水位、水质及其变化情况;
④施工场地内人为或自然地质现象,如古河道、墓穴、暗浜等;
⑤附近地区的岩土工程资料及当地桩基施工的经验。
4)桩基础工程施工图,包括:
①桩基类型;
②桩位平面布置图;
③桩基尺寸;
④桩的配筋,混凝土强度等级;
⑤承台构造、配筋、混凝土强度等级以及桩与承台的连接。
5)桩的试打(对于打入式桩、振入式桩和压入式桩)、试成孔(对于灌注桩)资料。
6)桩的静载荷(竖向受压、水平荷载和抗拔试验)及动测试验资料。
7)主要桩工机械及其配套设备的技术性能资料。
8)有关现行的桩基础设计与施工方面的规范、规程与规定以及各级政府有关桩基础施工的技术政策、法令和文件。
9)有关执法监督单位及法规上的限制文件:
① 道路占用或使用许可证;
②泥浆排放及运输措施;
③人行道的防护措施;
④地下管道的暂时维护措施;
⑤架空线路的暂时维护措施;
⑥某些类型桩的施工时间限制措施;
⑦其他有关措施。
4 2 场地准备进行现场踏勘,掌握施工场地的周围的状况。
1)施工场地的状况,包括:
①地下障碍物、树木、埋设管道、防空洞等;
②施工场地表面状态及地上堆积物;
③地基的稳定程度;
④地上障碍物(电杆、架空线等)。
2)施工场地周围建(构)筑物的状况,包括:
①建筑物概要(建筑物的用途及附属设备等),有无危险房屋,有无精密仪器设备房屋等;
②建筑物的构造及层数;
③建筑物的地下部分深度;
④建筑物的基础型式,是否设桩;
⑤周围水井的水位与利用状况;
⑥施工场地境界线与邻近建(构)筑物外墙及基础边线的关系。
3)地下与地上各种公共设施的状况,包括:
①自来水管、下水管道、煤气管道的位置、深度、管径、已使用年限及腐朽程度;
②高压电线、电话线的位置(与施工场地的距离及高度等);
③消防栓的位置;
④地下埋设物是否需要拆迁或维护。
4)施工场地周围的道路状况,包括:
①道路的种别;
②道路的宽度;
③交通状况(交通量、行车重量);
④交通规则(单行道、禁止停车等);
⑤道路的设施、标识等;
⑥路面铺设的状态与修复方法。
5)邻近建筑物地下工程情况:
①邻近建筑物场地地下水位状况;
②邻近建筑物开挖深度与开挖规模;
③邻近建筑物基坑的挡土支护方法;
④邻近建筑物基坑开挖时的降排水方法;
⑤邻近建筑物基础施工时地基沉降的状况;
⑥邻近建筑物的基础型式及施工状况;
⑦邻近建筑物的工程地质报告。
5 桩基工程施工组织设计的编制桩基础工程在施工前,应根据工程规模的大小和复杂程度,编制整个分部分项工程施工组织设计或施工方案。其内容包括:
1)选择桩型根据设计要求、工程地质条件、机械设备情况、工期和造价等综合考虑选用合适的桩的类型(非挤土灌注桩、部分挤土桩和挤土桩)。
2)设桩机械设备的选择桩基施工机械设备应视工程地质条件、工程规模、桩种特性、工期、动力与机械供应以及现场情况等条件来选择。
3)设备、材料供应计划
制定设备、配件、工具(包括质量检查工具)、桩体(对于预制桩、钢管桩和埋入桩等)、灌注桩所需材料(钢筋、水泥、砂、石及外加剂等)的供应计划和保障措施。
4)设桩方法与进度要求对于打入桩要考虑桩的预制(对于钢筋混凝土桩)、起吊方案、运输方式、堆放方法、沉桩方式、打桩顺序和接桩方法等;对于就地灌注桩要考虑成孔、钢筋笼的放置、混凝土的灌注、泥浆制备、使用和排放(对于泥浆护壁灌注桩成孔的情况)、孔底清理等。
5)作业和劳动组织制定施工作业计划和劳动组织规划。
6)桩的试打或试成孔如编制施工组织设计或施工方案前未进行桩的试沉(对于打入桩、压入桩)或试成孔(对于灌注桩),则此项工作应在桩正式施工前进行。
7)桩的载荷试验如无试桩资料,设计单位要求试桩时,应制定试桩计划。
8)制定各种技术措施制定保证工程质量、安全生产、劳动保护、防火、防止环境污染(振动、噪声、泥浆排放等)和适应季节性(冬季、雨季)施工的技术措施以及文物保护措施。
9)编制施工平面图在图上标明桩位、编号、数量、施工顺序;水电线路、道路和临时设施的位置;当桩施工需制备泥浆时,应标明泥浆制备设施及其循环系统的位置;材料及桩(对于预制桩)的堆放位置。
10)安排施工前的准备工作计划
(1)施工前,应清除妨碍施工的地上和地下障碍物。
(2)施工前应做好场地的平整工作,对不利于施工机械运行的松软场地应进行坚实处理。雨季须采取有效排水措施。
(3)施工前应复核测量基线、水准基点及桩位。桩基轴线的定位点及施工地区附近所设的水准点,应设置在不受桩基施工影响处。
(4)在建筑物旧址或杂填土地区施工时,应预先进行钎探,并将探明在桩位处的浅埋旧基础、石块、废铁等障碍物挖掉,或采取其它处理措施。
(5)基础施工用的临时设施,如场地的三通一平、排水措施、防冻措施及暂设房屋等。
(6)在打入桩施工前应对现场周围(一般为10ｍ以内)的建筑物作全面检查,如有危房或危险构筑物,必须予以加固。在邻近原有建筑物(或构筑物)时,打桩前应采取适当的隔振措施,如开挖防振沟、打隔离板桩等。
6 桩基工程全面质量管理桩基工程是建筑工程中一个重要的分项工程,又是地下隐蔽工程,因此认真编写质量体系文件(含质量手册、质量体系程序和其它质量文件),实施全面质量管理,做好桩基施工质量的检验评定(简称质量验评)工作,及时办理验收手续,不仅是保证桩基工程质量的需要,也是保证整个建筑工程继续顺利进行的必要条件。
6 1 影响桩基工程质量的因素影响桩基质量的因素有以下几方面:业主的职业素质、道德品质(是否无理压价、是否拖欠施工款项)与桩基知识;工程地质与水文地质勘察资料的准确性和代表性;设计选用桩型、持力层与桩基参数(桩侧摩阻力、桩端阻力、设计承载力等)取值的合理性;工程监理制度的严格性与完善性;质量监督部门的执法公正性与严肃性;桩基测试的科学性,测试手段的可靠性;桩基施工方法和施工工艺的合理性,桩基施工技术的先进性和可靠性,以及施工管理的严密性和真实性等。
总之,桩基施工质量的优劣取决于业主、勘察、设计、监理、质量监督、检测和施工等部门的分工、协调和配合的好坏,其中某一方面失误或不周,就会造成质量问题或事故。一般说来,桩基施工单位是保证和影响桩基施工质量的主体。
6 2 全面质量管理的基本概念全面质量管理的基本特点是从过去的事后检验和把关为主转变为预防和改进为主,从管结果变为管因素,把影响质量的诸因素查出来,抓住主要矛盾,发动全员、全部门参加,依靠科学管理的理论、程序和方法,使生产的全过程都处于受控状态。因此,推行桩基施工全面质量管理时,也应该注意做到“三全、一多样”,即全员、全过程、全企业的质量管理,所运用的方法必须多种多样,因地制宜。质量控制是质量管理的一部分,致力于满足质量要求,如适用性、可靠性、安全性等。它涉及质量形成全过程的各个环节,其内容涉及专业技术和管理技术两个方面。故应围绕工程质量形成全过程的各个环节,对影响工程质量的人、机(器)、(原材)料、(方)法、环(境)诸要素进行控制,并对质量活动的成果进行分阶段验证,以便及时发现问题,采取措施,防止不合格重复发生。质量控制应坚持“质量第一,预防为主”的方针,坚持以人为控制的核心,坚持质量标准,坚持全面控制;还应实施“计划、执行、检查、总结”(Ｐ Ｄ Ｃ Ａ)的循环工作方法。进行质量控制均应依次完成下列工作内容:1)确定项目质量目标;2)编制项目质量计划;3)实施项目质量计划;4)项目质量持续改进与检查、验证。
所谓质量目标是指合同规定的工程应达到的性能,经济技术指标(包括工程主要特性指标、寿命周期、质量等级、环保指标、安全指标),施工中控制的技术参数,依据的技术标准和行政法规。对于桩基工程而言,所依据的技术标准有:
(1)国家标准:《建筑工程施工质量验收统一标准》ＧＢ50300 2002,《建筑地基基础设计规范》ＧＢ50007 2002,《岩土工程勘察规范》ＧＢ50021 2002及《建筑地基基础工程施工质量验收规范》ＧＢ50202 2002等;
(2)行业规范:《建筑桩基技术规范》ＪＧＪ94 94及铁道部、交通部有关规范;(3)地方规范:各省、市、自治区有关规范;(4)企业标准。
桩也是产品,符合技术标准的就是合格品,反之就是不合格品。需要注意的是,广义的质量,除产品质量外,还包括工作质量。工作质量是与产品质量有关的工作对于产品质量的保证程度,前者是后者的基础和保证。产品质量取决于企业各方面的工作质量,它是各方面、各环节工作质量的综合反映。要把质量管理的重点,从产品质量转到工作质量上来,只有搞好工作质量,才能保证提高产品质量。
6 3 桩基工程质量检验与评定的主要内容
6 3 1 成桩质量检查1)打(压)入桩(预制混凝土方桩、先张法预应力管桩、钢桩)的成桩检查的主要内容有:制桩质量、打(压)入深度、终止锤击(压入)的控制原则、桩位及垂直度检查。建筑地基基础工程施工质量验收规范[6]规定,打(压)入桩(预制混凝土方桩、先张法预应力管桩、钢桩)的桩位偏差,必须符合表1的规定。斜桩倾斜度的偏差不得大于倾斜角正切值的15%(倾斜角系桩的纵向中心线与铅垂线间夹角)。
注:Ｈ为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离。
2)钻(冲)孔灌注桩(干作业法、泥浆护壁法与套管护壁法钻、挖成孔灌注桩及冲击钻成孔灌注桩)成桩检查的主要内容有:成孔与清孔;钢筋笼制作与安装及混凝土制备与灌注等主要工序过程的质量检查。该类桩型成孔方法繁多,成孔成桩质量管理难度较大,质量控制要求较高。图1为某工程反循环钻成孔灌注桩的主要工序及其因果关系,该基础桩直径为1000～1100ｍｍ,桩长77 6ｍ,配筋28Φ28～Φ32。由图1可知该桩施工的全过程及质量管理项目。
3)挤土灌注桩(沉管灌注桩和沉管扩底灌注桩)的成桩检查的主要内容有:成孔质量、混凝土质量与配合比、混凝土灌注的充盈程度及桩身密实度等。建筑地基基础工程施工质量验收规范[6]规定的灌注桩表1 预制桩(钢桩)桩位的允许偏差(ｍｍ) 的平面位置和垂直度的允许偏差见表2。该规范[6]还规定:灌注桩的桩顶标高至少要比设计标高高出0 5ｍ;桩底清孔质量按不同的成桩工艺有不同的要求,应按规范有关章节的要求执行;每浇注50ｍ3必须有1组试件,小于50ｍ3的单柱单桩,每根桩必须有1组试件。
图1 某工程反循环钻成孔灌注桩因果关系
6 3 2 规范[6]规定工程桩应进行承载力检验对于地基基础设计等级为甲级或地质条件复杂,成桩质量可靠性低的灌注桩,应采用静载荷试验的方法进行检验,检验桩数不应少于总数的1%,且不应少于3根,当总桩数少于50根时,不应少于2根。表2 灌注桩的平面位置和垂直度的允许偏差
注:1 桩径允许偏差的负值是指个别断面;
2 采用复打、反插法施工的桩,其桩径允许偏差不受上表限制;
3 Ｈ为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离,Ｄ为设计桩径。
6 3 3 桩身质量应进行检验规范[6]规定,对设计等级为甲级或地质条件复杂,成检质量可靠性低的灌注桩,抽检数量不应少于总数的30%,且不应少于20根;其他桩基工程的抽检数量不应少于总数的20%,且不应少于10根;对混凝土预制桩及地下水位以上且终孔后经过核验的灌注桩,检验数量不应少于总桩数的10%,且不得少于10根。每个柱子承台下不得少于1根。
6 4 桩基施工质量管理基本内容桩基施工质量管理可以分为质量保证项目、质量检测项目、施工质量管理和内业资料等三大部分。
1)质量保证项目保证项目属确保项目,是必须保证百分之百达到的项目,其中有:
①2002年颁布的系列国家标准(ＧＢ50300,ＧＢ50007,ＧＢ50021及ＧＢ50202等)中以黑体字标志的强制性条文,必须严格执行;
②2000年8月颁布的中华人民共和国《工程建设标准强制性条文(房屋建筑部分)》有关勘察和地基基础的条文,也必须严格执行;
③有关行业规范和地方规范中的“严禁”和“必须”条款,也必须严格执行。现举例说明,本文中表1和表2中所列的桩位及垂直度的允许偏差均为规范(ＧＢ50202 2002)的强制性条文;桩身混凝土强度等级为规范(ＧＢ50007 2002)的强制性条文,均属质量保证项目。
2)质量检测项目检测项目系施工中能够实测的项目。例如,预制桩的钢筋骨架的容许偏差和制作偏差,灌注桩的钢筋笼制作容许偏差,灌注桩的桩径垂直度和桩位的容许偏差,混凝土搅拌时间和坍落度,护筒中心与桩位中心线偏差等等。
3)施工质量管理和内业资料桩基础是隐蔽工程,在现场无法直接观察到桩质量的好坏程度,而且目前检测手段还不完善,有时难以准确判断桩质量,因此施工质量管理和内业资料是衡量质量和全面质量管理的一个重要方面。其主要内容包括:施工组织设计、图纸会审、设计变更、施工记录、事故处理记录和技术安全交底等文件。
国外有关桩施工全面质量管理经验值得借鉴和吸收。现举大直径大深度钻孔扩底桩为例。在日本,为了确保扩底桩施工质量,各公司确立了一套严密的施工管理办法。
(1)制定确保扩底桩质量展开表。在该表上,对桩的位置偏差,桩孔钻孔偏差,钢筋笼的制作、入孔和混凝土的灌注都有具体的规定和要求。
(2)列出影响桩质量的主要因素,绘制扩底桩特性管理图,使施工人员心中有数。
(3)绘制质量管理计划图(即ＱＣ工程图)。所谓ＱＣ工程图就是作为工程管理的标准,把管理的目的(Ｗｈｙ)、管理的对象(Ｗｈａｔ)、何处(Ｗｈｅｒｅ)进行管理以及何时(Ｗｈｅｎ)由谁(Ｗｈｏ)来怎样(Ｈｏｗ)进行管理等(即5Ｗ1Ｈ),对每个工序明确地用图表形式表示出来。扩底桩的ＱＣ工程图主要包括以下具体内容:工艺流程、检查项目、规定偏差、检查时间、测定方法、测定频度、记录资料以及异常处理等。ＱＣ工程图中还明确管理负责人、管理担当人和管理辅助者的职责。
(4)填写质量管理的记录表格。按工艺流程逐桩填写。
(5)绘制质量管理状态的判断—管理图。按ＱＣ工程图中管理项目,画出管理图,以判断工程的安定状态。在管理手段方面采用了一些先进的仪表装置。例如,用超声波探测仪记录并画出桩身和扩底部的断面形状;用行程检测仪测量钻孔深度;用油压计测量扩底部的扩大量;用数字显示仪、Ｘ Ｙ记录仪和监测电视等了解钻孔过程;也有采用自动控制的钻进机构。
7 桩基工程验收
1)规范[6]规定桩基工程的桩位验收,除设计有规定外,应按下述要求进行:
(1)当桩顶设计标高与施工场地标高相同时,或桩基施工结束后,有可能对桩位进行检查时,桩基工程的验收应在施工结束后进行。
(2)当桩顶设计标高低于施工场地标高,送桩后无法对桩位进行检查时,对打入桩可在每根桩桩顶沉至场地标高时,进行中间验收,待全部桩施工结束,承台或底板开挖到设计标高后,再做最终验收。对灌注桩可对护筒位置做中间验收。
2)桩基工程验收时,应具备下列资料:
(1)桩基施工任务书、技术要求;
(2)桩基岩土工程报告;
(3)桩基施工图,桩位测量放线图(包括工程桩位线复核签证单);
(4)桩位竣工平面图(基坑开挖至设计标高的桩位图);
(5)经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更情况;
(6)图纸会审纪要、设计变更单及材料代用通知单、事故处理记录等;
(7)构件与材料(预制桩、钢管桩、钢筋、钢材、水泥及焊条等)质量保证书、出厂证及检验报告;
(8)灌注桩用材料(钢筋、钢材、水泥、砂、石、外加剂、焊条及商品混凝土等)的试验报告及混凝土配合比、坍落度等试验报告;
(9)桩的工艺试验,包括:试打(对于打入式桩)、试压(对于压入式桩)或试成孔(对于灌注桩)的记录;
(10)桩施工日志;
(11)桩与承台的施工记录或施工记录汇总表以及质量检查表;
(12)隐蔽工程验收记录;
(13)桩的静载试验、动测试验和原位测试报告;
(14)施工监理记录;
(15)桩基施工承包合同书。