沉管夯扩灌注桩（精选4篇）
沉管夯扩灌注桩 篇1
1 引言
振动沉管夯扩灌注桩以其施工方便、效率高、单桩承载力较高及造价低等优点,在湖南地区中小型商住房、学校等建筑应用颇多;同时由于施工技术和质量管理等人为因素,由此而引发的质量安全技术问题也时有发生。本文就一实际工程项目中振动沉管夯扩灌注桩质量事故来探讨如何完善该技术,供类似桩施工参考。
2 工程概况
本工程系一栋6层学校综合楼(1层地下室),框架结构,建筑面积16 000m2,重要性等级二级,抗震设防烈度6度。采用天然基础,持力层为硬塑状粉质黏土,地基承载力特征值fak=220kN/m2,局部持力层为粉土,fak=180kN/m2;考虑到实际的场地情况,场地地质条件较差,地下水位高且持力层顶标高变化幅度大,采用振动沉管夯扩灌注桩,桩径325mm,成孔350mm,扩大头直径500mm,桩端持力层为圆砾,其桩端端阻力特征值为:沉管夯扩灌注桩qpa=1800kPa,根据计算结果,确定单桩竖向承载力特征值为:450kN,桩长约7m,桩身混凝土强度等级C25,基础形式主要为柱下群桩承台,局部为单桩承台。在施工过程中,发现东北角部群桩承台桩整体偏位,中部楼梯间二桩承台桩整体偏位,未能达到设计要求,需进行处理。
3 事故原因分析
首先确定桩偏位的影响因素、桩偏位对单桩载力的影响。影响桩偏位可能有两种原因:(1)放样而引起的施工误差;(2)由于地下室土方开挖引起的桩偏位。通过检查原始施工记录:施工日期、地下室周边位移测量数据、基础施工日期、桩长、贯入度、混凝土坍落度、浇注时间以及拔管速度等等,确定桩偏位的时间和相关数据。经核实,楼梯间处桩整体偏位400mm,系放样引起的系统误差,对单桩承载力本身没有影响。东北部桩偏位是由于施工方赶进度,在该段采取边打桩边开挖的施工方案,又在开挖时把土堆在东北角空地处,造成该处和其他位置处土体高差悬殊,施工振动沉管过程中,土体受到强烈挤压扰动,产生超静孔隙水压力,土体抗剪强度降低,侧向压力增大,同时,由于邻桩在施打工程中造成静水压力不断升高,可能会使桩倾斜乃至折断。
4 事故处理措施
4.1 桩身完整性检测
为了复查桩位,观察和监控桩顶位移和低应变的发展,进一步了解发生偏移后桩的承载能力,结合工程地质资料、施工原始记录、施工方法、现场条件、桩的类型,选取3根有代表性的桩做静载荷实验,无发现异常;对倾斜轻微的桩,选取了2根桩做动测试验,结果显示无异常;同时,选择进行开挖2m进行检查,未见裂缝。
4.2 处理方案的比较
1)采用原桩型补桩:对于这些基本接近设计要求承载力的桩而言,采用原桩型补桩造成浪费过大,而且施工工期较长,费用很高的话,还会引起违约索赔。
2)加大承台以及地梁,增加桩的整体性来进行补强加固处理。该办法对桩倾斜小、承载力下降低的桩尚可,而对桩倾斜较大、承载力下降过大的桩不宜采用。
3)推顶法对桩进行纠偏处理。《建筑桩基技术规范》中公式计算得出桩的水平变形系数后,再计算出允许水平推力值Rh,采用小于Rh的水平推力对桩身是安全的。施工时清除桩前侧的土,最大幅度减少所需的水平推力,再采用小于Rh水平推力使偏位的桩复位。此办法只适用于偏移轻微的桩。如果纠偏产生断桩,则采用人工挖孔从断处接至承台底面。
4)锚杆静压桩补桩:通过锚杆桩来弥补桩偏位所丧失的部分承载力,但是要注意在浇筑承台时预留好锚杆桩桩孔,不至影响到工程质量。
经过比较,综合考虑采用几种方案相结合的办法。
4.3 几种处理方案相结合的办法
1)对于桩顶偏移大于400mm的桩,为确保工程的安全,由设计计算进行补桩。
2)部分桩顶偏移大于400mm的桩不便补桩可以进行浅部开挖(初步定为2m),按纠偏方法进行处理,纠偏后偏位值应控制在250mm以下,再通过设计计算,采取适当加大承台、加高地梁等措施来提高桩基础的整体性;如果纠偏产生断桩,则采用人工挖孔从断处接至承台底面,人工控孔桩桩径为833mm,最大不应超过1 000mm,14根Φ14mm主筋,C25混凝土。
3)对于桩顶偏移200mm~400mm之间的桩,采取纠偏处理后,也应通过设计计算,采取适当加大承台、加高地梁等措施来弥补桩承载力损失。
需要注意的是,采取纠偏处理时应安装水平型钢支架和油压千斤顶,逐级加载水平力,控制桩复位速度。
4.4 推顶法的施工步骤
1)钻孔排土。根据偏位的程度在桩前侧用地质钻机钻孔,插入注浆管,注水造浆,同时排浆清除桩身前侧土体,以有利于用较小的水平推力回复桩位。
2)安装反力架,就位千斤顶,推桩移位。用高压注浆管贴紧桩身冲孔,深至持力层,借千斤顶初步推桩移位,要严格控制推挤桩顶移位的速率,以2cm/h~5cm/h为宜,完成总偏移量的一半时停30 min~60min,保持用高压注浆管扩孔,第二次将桩顶推至复位。
3)桩的固定。在桩侧的孔穴内,灌入5mm~25mm碎石,人工插捣致密,注入速凝水泥浆,使桩侧和桩底虚土中的孔隙部分被浆液所充填,散粒被胶结,并较大幅度的增加桩侧和桩底一定范围内的土体强度和变形模量,提高桩底土的抗偏荷载能力。
4)对所有经纠偏处理的桩进行再次低应变检测,以便确定还有缺陷的管桩的损伤位置,然后用高压水冲洗管桩孔至损伤处以下1m~2m,排出泥浆,投5mm~25mm碎石并注入速凝水泥浆,使管内形成牢固的混凝土柱。这样,不但可加固桩身,保证损伤程度不再加剧,而且能确保开口管桩以全断面承受荷载。
5)增加沉降观测点,加强对沉降量和沉降差监测。
按以上措施处理,基本达到了设计要求。
5 几点体会
引起工程质量问题的原因错综复杂,对产生质量问题的原因应从业主方、设计方和施工方在施工前和施工过程中采取有针对性的技术措施。
5.1 业主方
合理确定工期,不要为了片面赶进度而大幅压缩工期,造成质量隐患;业主也宜在施工前认真熟悉地质报告,必要时追加技术措施费;充分考虑施工单位的技术力量,认真审核施工单位施工方案,及时发现问题。
5.2 监理方
通过事前、事中、事后控制来全面控制工程桩的施工质量。
1)熟悉工程资料,特别是场地内地质情况,确定施工参数,组织试桩工作。
2)确定施工过程中的监理控制点,比如沉管有效长度,最后三击贯入度等质量控制点并明确告诉施工单位,搞好监理工作交底。
3)注意轴线、桩位的复核,原材料的质量控制和桩施工的过程控制。
4)会同各方静载、动测检测桩,把握桩的复核验收。
5.3 设计方
根据地质情况合理选择持力层,桩基选型适应工程场地条件,合理确定桩间距、桩长、夯扩参数,以及桩身的设计和夯扩桩的变形验算并充分考虑施工的周边环境,当地的习惯做法,以及施工质量控制要点。
5.4 施工方
1)合理安排成桩顺序。大片密集群桩打桩顺序应根据持力层埋深情况,宜按先深后浅顺序施工;根据桩径桩长,按先大后小,先长后短顺序施工;一般采用横移退打的方式,由中间向两端对称进行;严格控制单桩垂直度,并应充分考虑新桩施工对已成桩体的振动影响。
2)桩管套入柱尖后,应先压后振,静压至桩架向后抬起后再开始加压振动,尽量减少对桩周围土体的扰动,防止土体液化范围扩大,影响桩身的质量;对于地下水位较高的地层,采用夯扩桩投入天然级配砂卵石混合料(或碎砖)和干硬性混凝土,然后加适量水泥封堵沉管内进水。
3)沉管的过程中注意桩管的垂直度不得超过1%,以确保单桩竖向承载力。
4)扩大头部分的灌注应严格按夯扩次数和夯扩参数进行,扩大头桩的施工按设计要求进行,桩入土深度应采用贯入度为主设计持力层标高为辅双控,确保桩端进入土层满足设计要求。
5)控制桩身混凝土质量,首先施工单位要充分了解施工场地工程地质条件,还要掌握地下水位情况;其次,严格选材,选用合格的水泥、砂、石,按照桩身混凝土强度要求,正确设计配合比,充分搅拌,控制坍落度。再者,要满足施工工艺要求,在拔管时不断锤击外管,使地下超孔隙水压力有一定程度的降低,同时桩身混凝土振动密实,保证桩身混凝土的质量。
6)井点降水井施工应在夯扩桩施工完后进行。
7)拔管时应控制桩内管压在超灌混凝土面上缓慢均匀上拔,同时内管徐徐下压直至桩顶标高,拔管速度控制在1m/min~2m/min,以保证桩体混凝土密实;考虑到桩身、扩大头连接处易离析缩径,施工时应采取措施(适当增加干硬性混凝土的含水量;桩体底部2m采用反插法施工护筒提出后,用软轴振动棒振捣密实;加强施工连续性),消除质量隐患。
8)在沉管过程中出现沉、拔管困难,沿管壁注少量清水,可提高沉管速度;沉管特别困难,可在护筒上插入沉管栓,直接击打沉管栓,将护筒沉至设计标高。
9)施工完成后,应检查夯扩桩桩数、桩位及桩头外观质量,如发现漏桩、桩位偏差等质量问题,应立即采取补救措施;对单桩、二桩承台桩基础桩应全部进行低应变检测。
摘要：通过一栋采用振动沉管夯扩灌注桩的某6层学校综合楼的工程实例,分析了质量事故原因,通过事故处理措施的分析比较,总结和归纳了各方应注意的技术措施,以确保工程质量。
关键词：振动沉管夯扩灌注桩,控制措施,技术措施
参考文献
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[2]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].
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[4]梁典雄,方伟国.粉砂土地基夯扩桩施工常见质量问题与对策[J].浙江建筑,1998(5):25-27.
沉管夯扩灌注桩 篇2
随着城市建设发展速度的加快, 城市建筑物的多样性也在发生变化, 主要是向高层和大体量方面发展。因此, 为满足建筑物对其基础的要求, 地基基础的处理出现了很多新技术, 长螺旋引孔夯扩混凝土灌注桩施工技术, 就是在这样的需求情况下发展起来的一项新型地基处理工艺。
2 工艺特点
1) 施工所采用的动力设备、机具均为专业厂家按标准化设计制造、性能稳定、安全可靠。
2) 长螺旋引孔工艺有效的解决了成孔困难问题。
3) 采用内外管同时沉管, 内管增设柴油打桩锤, 沉管时先利用内外管自重沉管至一定深度, 然后利用振动头的振动进一步沉管。
4) 采用杆式打桩机沉管和制造扩大头工艺。震动桩机在混凝土灌注后易于拔管和对桩身混凝土进行振捣, 有效的保证了桩身混凝土的施工质量。
5) 采用了内外桩管施工技术, 外管对有效桩长范围内的桩身进行了保护, 防止塌孔和对已成孔的挤压而形成断桩或缩颈。同时通过外管的有效保护, 保证了桩身钢筋保护层厚度。
6) 改进了外管构造, 底部端头外焊接1m高200mm宽的钢板, 并在每量钢板之间留有100mm宽的空隙, 既保证了设计有效桩径, 又减小了桩身周边土体的侧向压力, 减少了外管的上下阻力, 提高了沉拔管速度。
7) 成桩速度快, 单机台班产量20 根以上, 减少了能源的浪费, 经济效益、社会效益良好。
3 使用范围
长螺旋引孔夯扩桩法适用于密实的砂土与黏土层, 砂土、粉土与黏土交互层, 可塑、硬塑性土层桩长超过10m以上的桩。
4 工艺原理及操作要点
4.1 施工准备
1) 正式进场前应对施工设备进行检查, 保证设备状态良好, 禁止带故障设备进场。做好与施工相关的水、电管线布置工作, 保证进场后立即投入施工。施工现场内道路、基坑坡道应符合设备运输车辆和汽车吊的行驶要求, 保证运输安全。
2) 设备组装时应设立隔离区, 专人指挥, 严格按程序组装, 非安装人员不得在组装区域内, 以杜绝安全事故。
3) 按要求进行材料复检和混凝土配比试验。
4) 开工前进行质量、安全技术交底, 并填写《技术交底记录》。
4.2 施工放样
根据建筑物定位轴线, 由专职测量人员按桩位平面图准确无误地将桩位放样到现场。现场桩位放样采用插木制短棍加白灰点作为桩位标识。
桩位放样允许误差:20mm。
桩位放样自检无误, 填写《施工测量放线报验表》。
4.3 引孔
1) 钻机就位并调整机身, 应用钻机塔身的前后垂直标杆检查导杆, 校正位置, 使钻杆垂直对准桩位中心, 以保证桩身垂直度偏差不得大于允许偏差。
2) 引孔应先慢后快, 在成孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻时, 应停机或放慢进度, 遇到障碍物应停止钻进, 分析原因, 禁止强行钻进。
3) 根据桩长, 确认钻孔深度并在钻机塔身前相应位置做醒目标注, 作为施工时控制桩长的依据, 当动力头底面达到标志时, 桩长即满足设计要求。
4.4 清土
在引孔的过程中, 一部分土被旋出孔外, 钻孔成形后, 将旋出孔外的土用装载机清掉, 以保证工作面的整洁。
4.5 夯扩成孔
引孔机退出场外, 将夯扩桩机移至已引成的孔旁边, 将夯扩机携带的内外管置于已引成的孔内, 松开刹车, 使内外管及整个装置在重力作用下下沉, 当内外管不再下沉时, 开动带在内管上部的T40 柴油锤夯击内管, 带动外管一同下沉, 直至预定的沉孔深度。
4.6 夯扩桩端扩大头
在内外管沉入预定深度后, 拔出内管。通过外管的进料口, 将预先拌好的干硬混凝土灌入外管中, 每次灌注0.3m3左右。灌完干硬性混凝土后, 将内管插入外管下伸到底, 用柴油锤夯击外管内干硬性混凝土, 外管内干硬性混凝土在内管的冲力下进入桩端土层, 由于桩端土层较软, 干硬性混凝土就在软土中形成一个扩大头, 以提高地基承载力。
在形成扩大头的过程中, 应注意的事项:
1) 一次干硬性混凝土不能填的太多, 否则容易发生堵管现象, 以0.3m3左右为宜。
2) 内管夯击干硬性混凝土时, 以贯入度控制。当贯入度较大时应再灌再夯, 但上限控制在不大于1.8m3为止。
4.7 钢筋笼的起吊
1) 钢筋笼应保证平直起吊。
2) 笼子吊离地面后, 利用重心偏移原理, 通过起吊钢丝绳在吊车钩上的滑动并稍加人力控制, 实现平直起吊转化为垂直起吊, 以便入孔。
3) 钢筋笼各起吊点应加强, 防止起吊过程中钢筋笼变形。
4) 钢筋笼沉放时值班工长、质检人员、安全员必须在场, 并由值班工长统一协调指挥。
4.8 灌注混凝土
钢筋笼安装好后, 开始浇注混凝土。浇注混凝土时, 要求混凝土的流动性要好, 使混凝土能顺利地通过溜槽进入外管内腔, 外管上部和中部分别留一个约250mmx250mm的方形进料口和补料口。未浇筑混凝土时进料口用铁门封住, 两个料口的位置的设置根据下面的计算式设置。
为加大一次混凝土浇筑方量, 以及考虑到操作方便等原因, 将进料口设置在离外管上端h1=0.76m处。已知外管总长度H=18.5m、进料口下部与外管上端部距离h1=0.76m、外管内径r=0.4m、外径R=0.45m、混凝土充盈系数i为1.1, 计算即一次混凝土浇筑量为:
即一次浇筑混凝土后, 桩身混凝土距外管底部12.7m, 为保证外管插入混凝土中的深度, 一次拔管高度应不大于11m, 同时为保证二次补料数量, 防止出现断桩, 将补料口位置确定为距外管底端10m, 第一次拔管时补料口提升至地面以上1.5m处。此时拔管高度7.74m<11m, 外管插入混凝土深度4.96m, 满足要求。
将混凝土浇注至外管上进料口面时, 停止浇注, 开始拔外管。拔外管时要先开动外管顶端的电力振动锤, 边振边拔。这样, 桩身的混凝土得到振捣密实, 同时避免了由于塌孔跌落的土砂污染混凝土造成断桩情况的发生, 在振动力的作用下也解决了缩颈的问题。
拔管时当补料口下沿露出地面1.5m时, 停止拔管, 打开补料口, 支上溜槽, 将混凝土补灌到补料口位置, 再开动机器上拔外管至地面。二次补料后浇筑高度为:
这时, 混凝土顶面距地面0.05m, 移开机器补浇混凝土至地面高程后, 用振动棒振实上部混凝土。
4.9 破除桩头
由于在成桩施工时, 成桩桩头标高高出设计基程1m左右, 在成桩后应将高出的部分凿除, 凿除桩头要保证凿面整齐, 不允许凿面桩身劈裂, 为保证桩头不劈裂, 选用手持切割机在桩头设计高程线环切一刀, 深度不小于2cm。环切线既保证凿除桩头高程, 同时保证凿除桩头时, 桩头整齐不劈裂。
5 结语
长螺旋引孔双管夯扩灌注桩施工工艺适用于地质构造复杂、土质结构比较密实、容易塌孔的地区。该工艺施工噪音小、现场无扬尘, 满足文明施工要求, 并且大大提高了机械的使用率, 节约了材料, 降低了成本, 同时工程质量得到了保证, 应用前景良好。
参考文献
[1]李晓君, 镡春来.复合载体夯扩桩的特点和应用[J].低温建筑技术.2013, 7 (03) :32
[2]杨生彬, 葛克水.复合载体夯扩桩在石家庄某工程中的应用[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) .2014, 9 (04) :121
沉管夯扩灌注桩 篇3
挤土夯扩沉管灌注桩具有单桩承载力高、工程造价低、施工进度快、质量易保证、现场无污染等优点。本文结合我公司监理的阳泉市东城水岸1号住宅楼工程桩基础采用挤土夯扩沉管灌注桩的实践,就挤土夯扩沉管灌注桩的施工方法及监理质量控制要点做简要的论述。
2 挤土夯扩沉管灌注桩技术的适用范围
挤土夯扩沉管灌注桩是地基处理的一种新技术桩型,其主要适用于单桩极限承载力标准值不大于6 000 kN的工业与民用建筑。该技术适用的地层非常广泛,除了湿陷性黄土地区不仅能通过挤密来消除黄土的湿陷性,在桩底端形成扩大头来提高单桩承载力以外,还能够在地下水位较高的场地通过内外双重套管长度差解决成孔时桩孔的进水问题。同时,在杂填土、砂层、卵石层、圆砾层和强风化岩场地通过挤密不排土来成孔,从而解决了上述场地在传统成孔方法上的瓶颈问题;又由于外管比内管长10 cm～15 cm的独特设计,重锤锤击双套管成孔时,外管的前端(底部)如同一个圆形的切割利器,可以破碎粒径在0.5 m以上的飘石、混凝土块等固体块状障碍物,从而可以保证成管至设计桩长深度。因此,该技术应用范围十分广泛,地层适应性很强。
3 挤土夯扩沉管灌注桩的施工工艺特点
3.1 提高承载力
这种桩型是利用内管和桩锤的自重将外管内现浇混凝土压密成型,使水泥浆压入并挤密桩侧土体,增大了地基的密实度,从而使桩的承载力大幅度提高。
3.2 技术可靠,工艺科学,质量容易保证
挤土夯扩沉管灌注桩是由沉管灌注桩及扩底桩改进发展起来的一种以桩端扩大头支撑为主,以桩周摩擦力为辅的端承摩擦桩。它除桩端扩大头采用特殊工艺施工外,桩身混凝土采用自由下落灌注,在柴油锤及内夯管的自重压力下成桩。其施工过程,以控制填料量及贯入度两个控制手段来保证扩大头体积及质量,从而保证该技术可靠,工艺科学,质量容易保证。
3.3 机械化程度高、施工速度快、工期短
挤土夯扩沉管灌注桩的施工设备性能完善,机械化程度高,劳动强度低。施工桩径350 mm～600 mm,施工桩长控制在28 m以下,每根桩从开始夯扩到混凝土灌注完毕可以控制在1 h内,每台桩机24 h不间断作业,每天能完成大约20根。
4 挤土夯扩沉管灌注桩的施工工艺流程
将内外管套叠对准桩位→通过柴油锤将双管打入地基中至设计深度→拔出内夯管→向外管内灌入干硬性混凝土,内管放入外管内压在混凝土面上,并将外管拔起一定高度→通过柴油锤与内管夯打外管内干硬性混凝土→拔起内夯管→在外管内放入钢筋笼,并向管内灌注桩身混凝土→将内管压在外管内混凝土面上,边压边缓慢起拔外管→将外管拔出地面,成桩过程完毕。
5 挤土夯扩沉管灌注桩的操作要点
1)平整场地,采用全站仪来进行桩的中心位置放样,并进行编号,测量桩位点误差控制在5 mm以内。2)桩机就位,用吊线锤以十字交叉方向校正桩管垂直度,仔细核对桩位准确无误后,采用锤击内外管沉管工艺,用柴油锤将内外管同时打入地基内设计深度(见图1)。3)采用分次夯扩工艺,在扩大头填干硬性混凝土。内外管夯扩至设计深度后,拔出内夯管,向外管内灌入干硬性混凝土,然后放入内夯管夯击,为了保证夯扩头正常形成,应适当提升外管,每次提升高度小于70 cm,将外夯管内填料全部打完,进行贯入度现场测试,如贯入度满足十击不大于3 cm,即可认为夯扩结束,如贯入度不能满足要求,则需进行再次夯扩,直到贯入度满足要求后,夯扩工序结束(见图2)。4)钢筋笼按照设计和规范要求提前制作,由质检、监理人员验收合格后,方可安装放入(见图3)。5)桩身混凝土灌注时采用导管直接灌入法(即用外夯管),要保证桩身混凝土的超灌高度,以便在内管下压过程中将桩身混凝土压密实(见图4)。6)桩身混凝土浇筑完毕后,将内夯管及锤下压在外管内混凝土面上,边压边缓慢起拔外管,拔管速度控制在1 m/min～1.5 m/min(见图5)。
6 监理要点
我公司项目监理部一进场就编制了针对挤土夯扩沉管灌注桩特点的切实可行的监理规划和监理实施细则。根据本工程的实际地质情况,在监理实际工作中设置了桩基成孔、扩大头控制、桩身混凝土浇筑三个质量控制点。
6.1 成孔控制
1)成孔前应检查桩架及桩管是否垂直,用水平尺测量底支架四个角是否水平,并用吊线锤在十字交叉方向目测,其垂直度应小于1%。2)成孔后终孔标准为双控制,即以设计桩长及贯入度为准,但以贯入度为主,进入预定持力层后,控制最后十击贯入度不大于3 cm。
6.2 扩大头控制
以总填料量及最后十击贯入度双控制,每次夯扩时,为了保证扩大头直径及高度有利成型,应严格控制外管上拔高度,其上限不能超过70 cm。干硬性混凝土配制标准为手握成团,松开不散,50 cm自由落地散。控制最后十击贯入度不大于3 cm,超出3 cm时,仍需进行再次夯扩。
6.3 桩身混凝土的控制
下部混凝土靠自重密实,上部4 m由于自重压力较小采取人工振动棒振捣,要求快插慢拔,振捣密实。混凝土坍落度严格控制在160 mm～200 mm,其中,扩大头部分应小些,以形成较密实的夯扩头;桩身部分应大些,使混凝土自由下落以保证桩身质量完好。桩身混凝土的超灌高度控制在2 m～4 m,以便在内管下压过程中将桩身混凝土压密实,达到一定的桩身充盈系数(保证不小于1,一般土质为1.1～1.2,软土为1.2～1.3)。同时,按照相关要求留置混凝土试块。准确掌握好拔管速度是保证桩身混凝土质量的重要因素,要严格控制在1 m/min～1.5 m/min,淤泥或淤泥质土地层中应适当减慢。
阳泉市东城水岸1号住宅楼桩基施工图见图6。
7 结语
实践表明,挤土夯扩沉管灌注桩技术日趋成熟,其单方混凝土承载力远高于其他如静压桩、沉管灌注桩、钻孔灌注桩、预制桩等桩型,而其造价只是其他桩型的一半左右,再加上具有施工进度快、质量易保证、现场无污染等优点,所以具有非常广阔的市场应用前景。
参考文献
沉管夯扩灌注桩 篇4
湖南部分地区地质状况十分复杂, 表现为:淤泥层较厚、基岩 (或持力层) 埋藏深或起伏较大、岩面倾斜、溶洞及土洞较多、基岩风化程度不一 (局部风化程度低或无风化层, 岩面直接与软弱层接触) , 这些特性使常用的建筑桩基础中很多桩型存在无法正常成桩或成桩质量不好或成桩合格率低、经济效益差、桩长差异过大等等许多问题。
譬如, 对于锺击沉管灌注桩来说, 淤泥层厚成桩质量很难保证;基岩 (或持力层) 埋藏深无法达到理想的持力层从而严重影响承载力, 具无法穿过卵石层、砂砾层。对于预制桩来说, 基岩 (或持力层) 埋藏深, 桩身过长, 长细比过大, 有效桩长比例下降, 经济效益降低, 如果软弱层过厚, 还有可能造成桩身失稳的现象;岩面倾斜及桩底直接支撑于硬岩 (基岩风化程度低或无风化层) , 成桩过程中容易烂桩 (有时高达30%或更高) , 即使采用静压方式成桩, 其效果也难以令人满意 (有些工地在烂桩情况下, 采用继续压入, 直至达到设计要求的压力为止, 但这种方式易存在安全隐患) 。对于钻孔 (冲孔) 桩来说, 长桩虽然可以通过增加桩径来控制长细比, 但基础的成本也相应加大;况且, 溶洞及卵石层、砂砾层的问题很难解决。
因此, 在某些特殊地质条件下, 更应注重科学地选择基桩桩型。实践经验表明, 前述地质条件下, 使用夯扩桩作为桩基础, 不管是经济效益, 还是质量保证, 相对其它桩型来说, 有其不可比拟的优越性。并且, 根据各地的使用情况, 在许多地质条件下, 基综合效果与其它桩型相比, 都有较好的适应能力。
2夯扩沉管灌注桩扩底原理及作用机理
夯扩沉管灌注桩 (以下简称夯扩桩) 利用内击锤或内夯管与沉管的共同作用, 在沉管达到设计持力层深度之后, 在管内灌入混凝土进行夯击, 在夯击能量的作用下迫使灌入管内的混凝土向下部及周围的土体挤动, 这样, 既使灌入的管内混凝土形成了扩大端部分, 又使端部所处的持力层在某种程度上得到了夯实, 进而提高了桩端的承载力。
2.1 扩底原理
夯扩桩目前有锤击沉管夯扩桩和振动沉管夯扩桩两种。锤击沉管夯扩桩采用双管, 外桩管为通心钢管, 内桩管下端封底, 两管套装长度相等, 用桩锤将其打到设计深度后拔出内管, 往外管内灌入一定高度的扩底混凝土, 重新插入内管并将外管向上拔一定高度, 锤击力经内外桩管直接传给混凝土, 通过桩管的挤撑作用, 迫使扩底混凝土向下部和四周基本挤压, 形成扩大头 (见图1) 。
振动沉管夯扩桩采用单管, 用振动加压将期打到设计深度, 往管内注入一定高度的扩底混凝土后向上提管, 提管时桩尖活瓣打开, 混凝土进入孔底, 由于桩尖活瓣受外侧阻力关闭, 通过加压振动复打, 迫使扩底混凝土向下部和四周基本挤压, 形成扩大头 (见图2) 。
上述两种夯扩方法, 其扩大头直径和形状与持力层性质及扩底参数有直接关系, 一般一次夯扩, 扩大头直径可达到550 mm;二次夯扩, 扩大头直径可达到700 mm。
2.2 作用机理
夯扩桩是充分发挥桩侧摩阻力和桩端支承力的一种新桩型, 以单桩承载力为主, 同时起到挤密和加固地基土, 提高桩端地基土强度的作用, 经静力触探表明, 桩侧比贯入阻力提高5%～10%, 扩大头比贯入阻力提高25%～35%。
3夯扩桩承载力的设计取值
3.1 扩大端直径的计算
根据成桩工艺, 设计沉管进入土层后基底部在A-A位置 (见图3) , 设计沉管内径为d1, 灌入的混凝土在管内的高度为H, 沉管振起的高度为h, 经过夯击之后沉管同时下沉距离为C, 设计形成的混凝土扩大部分为管心球体, 则扩大头的直径为:
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式中, a为形状系数。当夯扩完成后形成的扩大端完全为圆球体时, a=1, 当扩大端为竖向或横向的椭圆球时, a≠1。A是桩端处土层的侧压力系数K、泊松比μ、竖向压缩模量Es的函数, 其关系为a=f (K, μ, Es) 。设扩大端主要受土层的侧压力系数K、泊松比μ所控制, 则有
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一般地, a=0.8～1.2, 视具体情况而定。
当桩端所处持力土层的土质较差时, 则易于夯扩形成扩大端, 应该在施工控制中增加夯扩混凝土量;当桩端土层的土质较好时, 在相同的其它地质条件下, 拔管高度小比拔管高度大夯扩后所得到的扩大端直径为大。然而, 当拔管高度过小且管内的混凝土量一定时, 则施工中管内存留的混凝土就多, 在进行夯扩时容易出现卡管;若增加击实能量时, 则容易出现将沉管夯裂。因此, 式 (1) 、 (2) 有实际应用意义, 但在施工过程中, 必须根据具体情况, 视地质土层性状, 控制合理的施工方案。
3.2 按公式估算夯扩桩单桩设计承载力
为实用上的方便, 按一般摩擦桩承载力由桩侧阻和桩端阻两部分提供的概念, 夯扩桩的承载力也由桩身侧阻承载力和扩大后的端部承载力所构成。夯扩桩单桩竖向极限承载力标准值按下式计算 (桩基所承受的主要坚向力) :
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式中: Ruk—单桩竖向极限承载力标准值 (kN) ;
d2—桩身直径, 按外管外径确定 (m) ;
qski—桩周第Ⅰ层土的极限摩阻力标准值 (kPa) , 对于扩大头变截面以下不计侧阻力;
L1—桩周第Ⅰ层土的厚度 (m) ;
qp—桩端极限阻力标准值 (kPa) ;
β—桩端土夯实综合修正系数, 表9.7.5。取1.05～1.40, 粘性土取小值, 砂性土取大值。
在正常施工条件下, 影响β的主要因素也同样是桩端处土层的性质。实践经验表明, 易于夯扩的桩端土层, 经检测得到的桩端承载力提高的比率就大一些;对于不易夯扩的桩端土层, 其桩端承载力提高的比率就大一些;对于不易夯扩的桩端土层, 其承载力本来就高, 在某一特定的传播能量下, 提高其土层的承载力是不易得到的。设计估算值与经验值有较大差距, 常规做法是按设计估算值进行施工, 采用工程桩做试桩, 不压至破坏, 以沉降量不超过40 mm这一值对应的荷载值作为单桩承载力标准值。工程实例分析表明, 有的桩静载试验沉降量只达到几毫米, 就满足单桩承载力的设计值要求, 没有充分发挥夯扩桩的实际潜力, 特别是上部结构刚度大, 对沉降要求可放松容许值的工程将造成较大浪费。因此, 对夯扩桩应根据工程特点、地质条件、桩长、夯扩次数取用合理的单桩承载力标准值。
4工程概况
衡阳某高等院校有5栋全框架教学楼, 均为7层且相邻, 部分教学楼与楼之间有连接体相通, 主体基础采用夯扩灌注桩, 连接体采用沉管灌注桩, 夯扩灌注桩管径377 mm, 成孔直径400 mm, 均复打两次, 扩底直径为700 mm。其中3栋教学楼的土层分布等有关数据见表1, 表中, 02栋的有效平均桩长为14.60 m, 01、03栋为14.80 m, 3栋桩径均为400 mm, 试验方式均为静载动测。按表1所列数据代入公式即可计算出各栋的单桩竖向极限承载力标准值分别为:01栋653.2 kN, 02栋676.5 kN, 03栋663.8 kN。根据试验结果, 单桩承载力标准值为550 kN。
5夯扩灌注桩的极限承载力和静载、动测取值
如要发挥桩的载荷潜力, 必须发挥桩侧阻力和桩端阻力, 桩侧阻力和桩端阻力都与桩土的相对位移密切相关, 桩侧阻力达到极限所需的位移量随土层性质不同而不同。对于粘性土约为5 mm～7 mm, 砂性土约为10 mm。桩端阻力发挥极限承载力所需的位移量目前尚无充分的资料, 有资料介绍, 桩端阻力需在s=40 mm～60 mm或更多时才发挥作用, 由于桩尖“软垫”的压缩影响, 发挥端阻力所需的位移量要比侧阻力大得多。一般桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来, 随着荷载增加, 桩侧阻力和桩端阻力以不同速率增长, 桩侧阻力逐渐趋于稳定, 而桩端阻力不断增加, 所以单桩承载力的极限状态一般由桩端阻力破坏所控制。本文的工程实例均按规范规定的桩顶总沉降量s=40 mm范围内取值。如表1所示, 对01、02、03栋楼桩基做静载和动测试验。每栋楼取一根试桩 (因为3栋相邻) , P-s曲线见图4。从图4 (a) 的P-s曲线上可以看出, 当荷载加至1 200 kN, 沉降量s=19 mm, 图4 (c) 中荷载加至1200 kN, 沉降量s=18 mm。静载试验报告取单桩承载力标准值为550 kN, 承载力满足设计要求。同时做了动测试验, 详见图5及表2。
反射波法测桩 (测桩身完整性) 的实测波形图详见图5。从表2中可看出其3根桩的单桩承载力标准值均大于600 kN, 满足设计要求, 可做设计取值时参考。
6施工效果分析
从图4可以看出, 荷载加至单桩极限承载力时, 最大沉降量为19 mm, 小于规范规定的沉降量40 mm, 曲线也没有明显的陡降段, 呈缓变形。证明静载试验时, 荷载加至满足单桩承载力设计值时就要求停止, 没有发挥夯扩桩的实际潜力, 较偏于安全。
按公式估算的单桩承载力设计值为650 kN左右, 工程实例中单桩承载力设计取值550 kN (经静载、动测试验得出) , 设计取值约为按公式估算值的85%～90%。其主要原因为:一是桩端扩大头实际最大直径不一定能达到按公式估算的最大直径D;二是复打桩桩径不一定能达到按公式估算时的桩径;三是受施工工艺的影响;四是一般在公式估算值的基础上初步确定单桩承载力设计取值, 与工程试桩确定单桩承载力 (容许值) 有差别。基于这些原因, 所以公式估算值比设计取值高。
从经济效益的角度来看, 夯扩桩混凝土强度一般为C20, 需配置6ϕ12的钢筋笼, 其长度只有桩长的1/3～1/2。根据已施工的桩基工程计算分析, 其单方混凝土平均含钢量为21 kg/m3～32 kg/m3, 按单方混凝土计算, 夯扩桩比钢筋混凝土预制桩的造价约低41%;与普通沉管灌注桩相比较, 夯扩桩在施工工艺上多较复杂, 其定价高于普通沉管灌注桩, 但夯扩桩承载力一般可比同类沉管灌注桩提高60%以上, 夯扩桩的综合造价显然低于普通沉管灌注桩。对于同一工程, 更换夯扩桩型, 不仅可以提高承载力, 而且也可以减少桩的沉降量。
7结语
综上所述, 当基岩埋藏较深, 只要上部土层中有一定厚度的中等强度的土层, 均可优先选用夯扩桩, 以获得更好的经济效益, 实践证明, 夯扩沉管灌注桩是集合了锤击桩和振动沉管灌注桩优点的一种新型沉管灌注桩, 只要施工控制好施工质量, 就能达到好的应用效果。
参考文献
[1]JGJ94-94, 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社.
[2]JGJ106-2003, 建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.
[3]JGJ/T135-2001, 复合载体夯扩桩设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2001.