浅谈桥梁桩基础施工成本控制

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  【摘 要】 研究如何控制桥梁桩基础施工成本,通过对桩基础各种形式与特点的分析,从经济、技术及安全方面综合考虑,采用旋挖机施工既可节约成本,又有利于施工环保,目前在房建、市政工程方面,旋挖机已经基本上替代了人工挖孔桩,而随着入岩式旋挖机进入市场以及技术不断更新,势必也将在桥梁工程上替代人工挖孔桩。
  【关键词】 成本管理;桩基础;施工措施;经济比选
  1 桩基础的形式与特点
  桥梁桩基作为桥梁的重要组成部分,在诸多基础中,钻孔灌注桩桩长可以根据持力层的起伏面变化,并按使用期间可能出现的最不利内力组合配筋,钢筋用量较少,便于施工,是目前比较普遍和常用的一种,它不仅是质量控制的关键点,同时也对项目成本控制起到关键作用。桩基础的常见的成孔方式有人工挖孔、冲击钻及旋挖桩三种。
  从以往的经验来看,一般项目都比较倾向于采用人工挖孔桩,人工挖孔灌注桩做基础,具有机具设备简单,施工操作方便,占用施工场地小,对周围建筑物影响小,可全面展开施工,不受场地影响,缩短工期,造价低等优点,因此得到广泛应用。但随着人工成本的上涨以及机械设备技术的不断更新,在成本方面人工挖孔桩已不再有优势。同时人工挖孔桩人员流动性大,人员素质层次不齐,管理难度较大,在桩长超过16m时,桩基危险性较大,安全隐患多,一旦出现安全事故,后果不堪设想。
  冲击钻也是桥梁桩基施工的常用方法,入岩能力较强,基本不受地质影响,施工操作也比较方便,施工安全、高效,但震动干扰较大,对周围建筑物影响较大,一般晚上不允许施工,对于离建筑物很近的桩基不能采用冲击钻施工,并且受地下管线限制,泥浆用量非常大,尤其在城市或者城乡结合部,泥浆很难找地方存放,处理的费用非常高,不利于环保、文明施工。
  旋挖钻有着快速、高效、环保等特点,泥浆用量较少,基本都可循环使用,不需要外运,但设备进出场费用高,设备移动费用较高,以往的旋挖机一般都只适合土层,而桥梁桩一般为嵌岩桩,需入岩3-5m,因此通常在桥梁桩基础中较少使用,而目前市场上新型的入岩式旋挖机已崭露头角,势必也会逐渐地替代普通的旋挖机成为主流旋挖机。
  2 各种成孔方式的经济对比
  2.1人工挖孔桩
  以桩长30m,直径1.5m的桩基为例,人工挖孔桩由于上下都要做护壁,因此需要做成上宽下窄的喇叭状,综合考虑8%的扩孔系数,同时需要增设15cm的护壁混凝土。
  目前人工挖孔工费市场价格为每立方290元,C30砼按230元/m3,钢筋按5000元/T(含制安),电费按1元/度。
  计算工式如下:
  (1)人工挖土方费用(包人工挖土石方、人工护壁及浇筑混凝土):
  3.14*0.9m2*1m*290元/m3=661元
  (2)C20砼材料费:
  3.14*0.75m2*230元/m3*1.08元/m3=439元
  (3)鋼筋费用每米按6kg计算
  6kgx5元/kg=30元
  (4)护壁混凝土费用
  3.14*(0.9*0.9-0.75*0.75)*200=155元
  (5)设备配合费
  一台吊车配合20个桩基的钢筋笼吊装,按30天成桩计算,吊车台班按1300元计算(因运转时间短,油耗低,台班费用较低)。
  吊车台班费为1300元/台班*30天/20根/30m=65元
  (6)场地平整费
  因机械施工需要场地平整,按1根桩50m2的场地计算,摊铺厚度为60cm。
  场地平整费用:50m2*0.6m*25元/m3/30=25元(场地平整摊铺碎石费用为25元/m3)
  (7)人工挖孔桩费用每米是:661+439+30+65+155+25=1375元
  人工挖孔工期长、费用高、操作人员多、危险性大。
  2.2冲击钻
  (1)冲击机包进出场费、动力费的分包市场价为320元/m3:
  3.14*0.75m2*1m*320元/m3=565元
  (2)混凝土材料费
  冲击钻的扩孔系数可控制在15%以内,3.14x0.75m2x1.15x230元/m3=467元
  (3)破桩头
  破桩头费用为400元/个,每延米费用为400元/个/30m=13元
  (4)设备配合费
  一台挖机与一台吊车配合六台冲击钻,按7天成桩计算,挖机台班费用按1400元/台班计算,吊车台班按1300元计算(因运转时间短,油耗低,台班费用较低)
  挖机每延米应摊销的台班费为1400元/台班*7天/30m/6根=54元
  吊车每延米应摊销的台班费为1300元/台班*7天/30m/6根=51元
  (5)泥浆外运费50元/m3:
  50元/m3*3.14*0.75m*0.75m=88元
  (6)场地平整费
  因机械施工需要场地平整,按1根桩150m2的场地计算,摊铺厚度为60cm:
  场地平整费用:150m2*0.6m*25元/m3/30m=75元
  (7)冲击钻每延米成本为565+467+13+54+51+88+75=1262元
  2.3旋挖机
  (1)旋挖机包进出场费、动力费的分包市场价为350元/m3:
  3.14x0.75m2x1x350元/m3=618元
  (2)混凝土材料费
  旋挖机的扩孔系数可控制在8%以内,3.14x0.75m2x1.08x230元/m3=439元
  (3)破桩头   破桩头费用为400元/个,每延米费用为400元/个/30m=13元
  (4)设备配合费
  一台旋挖机需要一台挖机一台吊车配合,按一台旋挖机一个台班成桩1.5根计算,挖机台班费用按1400元/台班计算,吊车台班按1300元计算(因运转时间短,油耗低,台班费用较低)
  挖机每米台班费为1400元/台班/30m/1.5根=31元
  吊车台班费为1300元/台班/30m/1.5根=29元
  (5)场地平整费
  因机械施工需要场地平整,根据实际施工经验,按1根桩150m2的场地计算,摊铺厚度为60cm:
  场地平整费用:150m2*0.6m*25元/m3/30m=75元
  (6)旋挖桩每延米成本为618+439+13+31+29+75=1205元
  2.4综上所述,人工挖孔桩每米的成本为1375元,冲击钻为1262元,旋挖钻为1205元,旋挖机的成本最低,而且从项目大成本考虑,旋挖机效率高,可大大加快施工进度,节约项目固定成本支出;从技术层面考虑,人工挖孔桩成孔时间长,往往会出现缩径、坍孔、清底不彻底的质量隐患,容易出现3类桩,而旋挖机成型快、成孔规则,清孔彻底,有利于桩基的质量控制;从安全环保层面考虑,旋挖钻不需要大量泥浆,不需要火工品,有利于安全文明施工。
  3 水中桩的施工方案经济比选
  3.1概述
  桥梁工程水中桩是比较常见的形式,水中桩的施工首先进行的是钻孔平台可采用钢便桥、填土便道、起重码头、浮吊等辅助措施,对于跨江河等水位较深的水中桩,一般可采用钢便桥、起重码头、浮吊等施工措施,在实际情况中,通常会遇到水位在2-5m的水中桩,由于各个工厂所处场所不同,环境条件千差万别,如何选用水中作业平台将对成本控制产生很大的影响,下面以杭瑞高速某段高速公路水中桩为例,就施工措施费用做经济比选。
  本桥14~26号墩均为水中桩施工,共有φ1.8米墩柱28根,墩高20.771~23.424m,φ1.6米墩柱24根,墩高14.709~20.129m;φ2.0米钻孔桩基础28根,桩长13.0~17.5米,φ1.8米钻孔桩基础24根,桩长13.0~18.0米;桩系梁26道,柱系梁26道。
  桥位区出露的主要地层为第四系种植土、人工填土,残坡积的粉质黏土,下伏基岩为元古界冷家溪群板岩,桥位区未见影响桥位稳定的不良地质现象。
  3.2施工方案
  根据本桥的实际情况,施工期水深约2.5米,14~26号墩施工需修建460米长的水上通道。
  3.2.1水上通道比选
  (1)钢便桥
  钢便桥一般段桥面宽4m,在各作业平台处设置会车道,会车道长9m,加宽2m。桥梁总长度460m,按4.5m/跨设计。设计承受荷载40t。
  钢便桥采用钢管桩作为立柱,立柱用25t汽车吊配合45KW震动锤插打钢管桩的方法将钢管桩打入湖床作为钢便桥桥墩,打入深度不小于2m,主要以贯入度和入土深度控制,以达到设计承载力。管桩为直径480mm,壁厚8mm的钢管,单根长度5.5m。桩顶焊接5mm厚50×50cm钢板后铺设I25工字钢横梁,工字钢与钢板满焊,使之连成整体,提高稳定性。工字钢横梁上架设I25工字钢纵梁,纵梁间距0.5m,面层用20×15×400cm方木满铺。纵梁与横梁及面层槽钢采用U型螺栓锁紧,以保证施工机械的安全行走。
  钢便桥桥台采用M10浆砌片石桥台,尺寸为5×1.5×2m。
  (2)土路堤围堰
  土路堤围堰采用草袋或编织袋装土七分满,堆码两条宽1.5m,高3.5m的土袋围堰,围堰间距3.5m用粘土填筑。在各作业平台处设置会车道,会车道长10m,加宽2m。各作业平台之间的施工便道下埋设三道Φ100涵管,作为过水通道。
  3.2.2水上作業平台比选
  (1)钢管桩平台
  需搭建长25m,宽4.5m的作业平台。
  钢管桩平台的搭建方法与钢便桥的一致,钢管桩纵向间距5m,横向间距1.5m,面层采用20×15×400cm方木满铺。
  桩系梁及水下墩柱施工采用钢板桩围堰施工,采用拉森IV型,钢板桩长度为7.5m,钢板桩围堰平面尺寸为24.5m×4m。钢板桩围堰顶面高程拟定为3.5m,高出施工水位1.0m(施工水位高程2.5m),钢板桩入土深度最低不少于4m。
  钢板桩围堰完成后在底部满铺一层15cm厚C15砼,作为系梁施工的找平层及墩柱、柱系梁、盖梁施工时钢管脚手架的基础层。
  共有水中墩13个,考虑采用5个作业平台施工,则钢管桩平台须投入108万元。
  (2)围堰筑岛平台
  需围筑长28.75m,宽12.2m的作业平台。
  作业平台围筑方法同土路堤围堰一致,周边堆码宽1.5m,高3.5m的土袋围堰,围堰内用粘土填筑。
  待桩基施工完毕后,采用挖掘机开挖23.45×3×5.4m,侧壁坡度为1:0.5的系梁施工基坑,基坑完成后在底部满铺一层15cm厚C15砼,作为系梁施工的找平层及墩柱、柱系梁、盖梁施工时钢管脚手架的基础层。
  共有水中墩13个,需修筑13个作业平台,则围堰筑岛平台须投入78万元。
  3.3结论
  常规水上钻孔桩施工是搭设水上钢管桩平台,这样水上平台投入相当大,为了减少成本投入,选择土路堤围堰筑岛施工方案,就可将13个墩52根钻孔桩由水中施工变为陆上施工,有利于多上钻机,全面铺开钻孔桩施工,加快施工进度,较钢便桥钢管桩平台施工方案节约费用171万元,减少了成本投入。但填土也存在一定的不确定因素,项目部在施工前应充分做好调研工作,在施工过程中严格遵守国家环保部门及项目的有关规定,采用有效的措施,使生产生活设施符合环保要求,认真接受当地政府及有关部门的监督,加强环保意识,考虑好是否会对水源造成污染,协调好当地的关系,跟水务局、环保局上报水土保持等申请资料,做好资料的闭合。
  4、项目管理对桩基成本的影响
  若项目确定采用了旋挖机施工,下步成本控制的关键点就是对班组的管理与控制,首先是作业队伍的选取及合同的签订,作业队伍可采用模拟招标的形式,从施工技术、施工管理及报价上综合考虑择优选取实力较强的队伍,在合同签订前要严格审查其资质及年审情况,规避分包风险,合同签订一定要严谨,由项目领导班子及各系统部门评审,明确承包内容,规避各种不必要的风险。
  在桩基开工前,项目部首先需要清楚,协作队伍的水平也代表了项目部,若在单价合理的情况,协作队伍干不好或者亏损了,最终还是得找项目部承担该部分损失,项目部也不会得到业主的认可。从目前的情况来看,大多数队伍的退场或者合同纠纷都跟项目部的管理有关,比如说,项目准备工作不到位,场地不能及时提供或平整、钢筋笼加工跟不上、混凝土供应不及时,或者是挖机、吊车配合不到位,有时候确实遇到硬岩或者溶洞等地质灾害,过于死板按合同条款执行,过分关心小成本,从而造成分包方机械闲置、设备窝工,结果是班组亏损,项目部进度也上不去,最后班组退场进而造成更大的损失。
  因此对于分包的管理一定要树立合作共赢的意识,主动帮扶,多与分包方沟通,顺利完成桩基作业。
  5、结束语
  目前在房建、市政工程方面,旋挖机已经基本上替代了人工挖孔桩,而随着入岩式旋挖机进入市场以及技术不断更新,势必也将在桥梁工程上替代人工挖孔桩。
  6、现场施工图片
  参考文献:
  [1]翁国强,钢护筒支承水中钻孔平台施工工法.公路工程工法汇编,2009年下册
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