超长钻孔桩（共8篇）
超长钻孔桩 篇1
1 嘉绍大桥的基本情况
自从20世纪60年代开始, 钻孔灌注桩应用于我国的桥梁和港口的建筑基础, 钻孔灌注桩已达150 m, 最大桩径3 m。目前有朝更大桩径发展的趋势。本文着重介绍目前国内桩径最大直径——3.8 m钻孔灌注桩施工工艺。
1.1 嘉绍大桥的工程概况
嘉兴至绍兴跨江公路通道嘉绍大桥第V合同段北岸水中区引桥的起止里程为K 4 3+9 7 5~K 4 6+4 2 5, K 4 6+8 0 5~K48+975, 全长共计4480 m, 采用3.8 m单桩独柱墩形式, 共65个桥墩, 左右两幅布置, 每墩一根, 桩长约为110 m, 均为摩擦桩, 单桩钢筋笼最大重量71.8 t, 永久钢护筒直径4.1 m, 底标高-35.0 m, 顶面标高与桩顶标高一致, 最大重量94.04 t, 单桩混凝土最大方量1318.4 m3。
1.2 嘉绍大桥的施工条件
嘉绍大桥的施工条件:大桥址区地层上部为较厚的沉积物地层, 泥质粉砂岩、砂砾岩风化层, 钻孔桩桩尖处于密实的圆砾、卵石层。
嘉绍大桥的水文条件:大桥址区潮流为不规则半日浅海潮, 水流方式为往复流。平均高潮位4 m, 平均低潮位为-2.41 m, 潮差6.41 m。
2 嘉绍大桥的施工方法
2.1 钢护筒施工
根据嘉绍大桥现场的施工情况, 以及其加工车间的设备起吊能力为基础, 将钢护筒施工分为三节, 具体为:底节长度为14 m, 重约42.9 t, 中节长度为14 m, 重约38.47 t, 顶节长度17.5 m, 重约49.1 t。
2.2 钻孔施工
根据桩径、桩长及桥址区地层岩性, 选用KTY4000型全液压动力头钻机成孔。KTY4000钻机采用动力头旋转钻具, 配备恒压自动钻进系统, 使用压缩空气气举反循环排渣, 适用于大口径钻孔桩施工, 具有扭矩大、成孔质量高的性能。
2.2.1 钻孔施工各重点环节的控制
护筒内外水头差控制:大桥位处潮差较大, 平均超过6 m, 为防止塌孔, 保持护筒内水头始终高于高潮位2.5 m以上的位置, 根据情况通过向孔内补充泥浆提高或者换浆排渣降低护筒内水头高度。
钻孔垂直度的控制:钻孔垂直度是一项至关重要的控制承载能力的指标, 为了更好的保证此项指标的有效性, 避免出现钻孔倾斜的现象, 在工程中必须把检测钻孔垂直度这项工作作为一项常规工作, 安装钻杆稳定器, 并每日定时进行钻盘水平度以及钻杆垂直度的检查, 并随时在钻孔过程中注意校核钻杆的垂直度, 出现倾斜时立即纠正。在遇到地基不均匀等其他情况时, 务必在施工前做好各项准备工作, 保证钻孔的垂直度。$
2.2.2 成孔质量检测
换浆清孔使泥浆指标达到验收标准后, 拆除钻机钻杆, 使用超声波孔壁测定仪测量, 检查钻孔桩的孔径、孔深和倾斜度是否符合验收标准。
2.3 钢筋笼施工
钢筋笼施工场地设置在生产区内, 在这个区域中, 分别设置三条生产线以保障生产需要。采用长线施工的方法, 需要现场配备两台26 m跨32 t龙门吊机。施工前对钢筋笼加工场地面进行硬化处理, 在处理好的地面上浇注胎模基础, 基础间距2.5 m, 在胎膜基础上安装钢结构胎模, 使用经纬仪和水准仪控制其平面位置和高度。
2.4 混凝土灌注施工
混凝土灌注施工是非常关键的一到工序, 首先要保证混凝土的质量在合格的标准之下, 其次要重视沉渣是否清除。在导管安装后通过进行孔深测量值分析, 来判断沉渣厚度是否大于20 cm, 如超过此项值就须进行第二次的清孔。二次清孔时是利用反循环进行的, 高压风管在导管内和安装了压重型钢的钢丝绳捆绑, 避免出现堵管现象出现, 因此, 沉渣利用反循环清孔能达到较好的效果, 而且费用较低, 简单容易操作, 效果还非常理想。
2.4.1 导管埋深控制
在混凝土灌注过程中, 沿钻孔桩四周应该设置四个主观测点, 定时测量混凝土面标高, 导管埋深要求按4~6 m进行控制。导管的密封性在灌注过程中起到至关重要的作用, 法兰盘和螺栓连接在导管两端, 垫好橡皮圈避免漏水, 在灌注前检查导管的密封性, 再次确保导管密封性好。
3 施工工艺实践效果
首先, 通过对已经完成浇注的42根3.8m钻孔灌注桩的客观总结, 成桩质量检测结果为Ⅰ类桩, 桩身质量良好, 施工周期较短, 完全符合国家要求和标准。
其次, 施工中几处细节的处理, 节省了时间, 大大提高了功效, 保证了施工质量。
第一, 混凝土灌注时, 30 m储料斗的运用。大储料斗的运用, 不仅保证了拔球时混凝土储备量, 而且在正常灌注过程中, 即使拆除导管, 也可将阀门关上保证两台地泵不间断输送混凝土。大大缩短了灌注时间, 确保12 h内完成灌注任务。
第二, 钢筋笼安装时, 注意对声测管和压浆管的保护, 且每下一节确保清水灌满并能流通。既保证了顺利初裂和桩底注浆要求, 又利于成桩检测。截止目前未出现一例因声测管原因而导致初裂、压降或成桩检测困难的问题。
4 结语
伴随着国家对基础交通设施建设的越来越重视, 更加先进的建筑技术会更多的应用到实际的工程当中, 钻孔灌注桩未来的发展趋势也会越来越好, 其操作简便、价格合理、适应性强等优点必然会更加广泛的被应用于桥梁建设或者其他工程建设领域。因此, 在未来钻孔灌注桩的操作流程、工程质量把关也会随之越来越严格, 这就要求我们在今后的施工过程中要更加注重实效, 提高工程质量, 节约时间及成本, 为国家和人民造福。
摘要：本文主要介绍嘉绍大桥3.8m大直径超长钻孔灌注桩的钢护筒插打、成孔、钢筋笼安装及混凝土灌注施工工艺和实际效果, 并将各工序中容易出现的问题及避免措施进行了阐述, 为同类大孔径超长水上钻孔桩提供了相关的借鉴经验。
关键词：嘉绍大桥,超长钻孔桩,施工
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超长钻孔桩 篇2
摘 要： 基于超长桩试验资料，提出桩侧广义双曲荷载传递模型以反映桩侧土弹塑性、软化 与稳定三阶段工作特性，桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性，并引入混 凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状，从而建立了与 超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析理论。该理论可用于计算多层地基 中超长桩的沉降和极限承载力，也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律。计算得到 的荷载-沉降曲线与实测的曲线较为吻合，可作为确定桩承载力的依据，经过对工程实例的 计算与实测对比分析，证明该理论可靠、方法简单，且具有较好的适用性。
关键词：超长桩；广义双曲荷载传递模型；层状地基；侧阻软化；Rus ch模型
中图分类号：TV322 文献标识码：A 文章编号：1672-1098(2008)03-0022-05
近年来，随着我国深厚软土地区超高层建筑及大型水工建筑的出现，超长桩（L＞50 m, L/D＞50）得到广泛应用。
有关桩身荷载传递规律或桩土共同作用机理，国内外不少学者对此进行了一系列的研究 。20世纪50年代以来，文献［1］首先提出了荷载传递法之后，国内、外的学者相继在该法 上取得了一些进展，建立了多种形式的荷载传递函数［2-6］。但上述模型均以普通 桩的荷载传递机理为基础，不能完全吻合超 长桩桩侧土的工作特性。目前对超长桩的研究刚刚起步，研究集中在试验和数值模拟方面， 而且在桩基分析中考虑桩基弹塑性的理论研究文献甚少。鉴于此，本文基于超长桩大量试验 资料，桩侧采用广义双曲荷载传递模型以反映桩侧土特有的弹塑性规律以及侧土软化及稳定 工作状态，桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性，并引入混凝土的Rusch 模型来考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状，从而建立了与超长桩工作性 状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析理论。
1 计算模型
1.1 桩土荷载传递体系
在荷载传递法中，桩被视为弹性单元组合体，每一单元与土体之间(包括桩端)均用线性 或非线性弹簧联系，其应力—应变关系表示桩侧摩阻力（或桩端阻力）与剪切位移（或桩端 位移）之间的关系，通常称为荷载传递函数［7］(见图1)。
1.2 桩身混凝土的弹塑性模型
超长桩在低荷载作用下，桩身压缩主要为弹性压缩；而在高荷载水平下，则表现为较大 的塑性变形［8］。对于超长桩，长径比L/D较大，与高水平的轴向荷载相比，桩 侧土体的横向 约束相对较小，通常桩的轴向受压应力与横向所受应力之比为数量级关系。因此可将桩视为 单轴受压［9］554。单轴受压下的混凝土弹塑性σ-ε关系，本文采用Rusch计算 模型［10］(见图2)。
1.3 考虑侧阻软化稳定的桩侧荷载传递函数
从式（6）中可以看出，求解桩土体系荷载传递基本方程的关键是确定合理的荷载传递函数 τ(z)-S(z)。桩土间侧摩阻力传递函数与桩土相对位移，桩侧和桩端土的性质等有关。 目前有关超长桩的试桩及数值模拟结果表明［11-13］，对深厚软土地基中的超长 桩，在高荷载水平作 用下侧阻会因为桩土间滑移发生软化现象，随着滑移，侧阻很快越过峰值而维持一个残余强 度(见图3)。传统的双曲线模型［14］108并没有考虑侧阻的软化效应。本文在大量 超长桩试桩结果基础上，采用广义双曲荷载传递模型模拟超长桩的工作性状(见图4)。
3 实例验证
实例1 为验证本文方法的正确性，下面采用某试桩原始资 料，运用本文方法对其进行荷 载-沉降关系的计算与分析，并与实测结果进行对比。岩土分布特征为：上部为淤泥质粘土 、粘土及细砂层，其力学性质差，承载力较低；下部的粘土、 砂砾石、 砂卵石等 土层及泥质 粉砂岩，承载力较高但埋深较大。强风化泥质粉砂岩及成岩较差的细砂岩与泥质胶结的泥质 粉砂岩，其力学性质较差，承载力较低，分布不稳定。试桩直径1.0 m， 桩长61.5 m，埋深60 m。桩身混凝土设计强度为C30，取E0= 3.471 07 kPa。桩身内埋设了钢筋应力计和混凝土传感器。 实测桩侧各主要土层的τ～s关系曲线如图6所示。根据该关系曲线可得桩侧各土层计算 参数(见表1)。桩端荷载传递函数参数为：1/a璪=34.1 MPa/m，1/b璪 =157.4 kPa。按照本文方法与表1参数所获得的计算荷载-沉降关系与实测对 比较为吻合(见图7)。
实例2 为进一步验证本文理论，现以某世贸中心一试桩(S 1 )载荷试验结果进行比较分析。桩身混凝土强度C40，桩长119.85 m，桩径1 100 mm，各土层参数详见文献［9］553，计算结果如图7～图8所示。可以 看出，在加载的全过程，本文结果和实测结果非常吻合。
4 结语
（1） 桩侧采用考虑侧阻软化的广义双曲荷载传递模型，以双曲线荷载传递模型模拟桩端 土的非线性变形特性，并引入混凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝 土的弹塑性性状，从而建立了与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析理 论。
（2） 采用本文所提出的解析-迭代方法得到的荷载-沉降曲线与实测曲线较为吻合，具有 方法简单、适用性强、精度高等优点。该理论可用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承 载力，亦可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律。
（3）大直径超长桩（D≥3 m）具有较高的承载力，要达到其极限 承载力，桩顶要产生较大的 沉降变形，而目前载荷试验荷载一般加到设计荷载的两倍即停，试桩沉降远小于规范允许变 形量。此时，载荷试验变成了对设计结果和施工工艺的验证，而不是用来确定极限承载力。 采用本文所建立的理论来计算大直径超长桩的荷载-沉降关系，达到减少或者部分代替现场 试桩工作的目的是具有实际意义的。
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超长钻孔灌注桩基础群桩效应分析 篇3
1群桩效应的基本概念
群桩基础受竖向荷载作用后,由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧摩阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同,这种效应称之为群桩效应[1,2]。群桩效应的出现,会使中心桩的沉降大于周边桩的沉降,中心桩的轴力小于周边桩的轴力。
群桩效应通常采用群桩效应系数[3]来衡量,群桩效应系数是指群桩的极限承载力与群桩中各桩按独立单桩考虑的极限承载力之和的比值,可按下式计算:
其中,η为群桩效应系数;Fm为群桩的极限承载力;n为群桩桩数;Fs为单桩极限承载力。
2群桩效应的数值分析
为了研究超长钻孔灌注桩的群桩效应,本文以位于长江中下游的某大型跨江大桥为依托,通过有限元法分析超长钻孔灌注桩群桩效应的影响因素,主要分析桩间距和桩数的影响。
模型几何尺寸以及参数均参照依托工程。桩长109 m,桩径2.7 m,基桩采用线弹性本构模型,弹模取33 GPa,泊松比0.168,密度2 400 kg/m3。土体采用邓—肯张模型[4],模型参数如表1所示。桩土之间设摩擦接触。桩距2.4d时的有限元网格见图1。
1)桩间距影响。不同桩间距条件下的桩顶荷载与沉降P—S计算曲线如图2所示。在相同的轴向荷载作用下,桩间距小的群桩基础沉降较大。桩间距越大,群桩的平均沉降越小,P—S曲线越平缓,这也表明随着桩间距增加,群桩基础的整体稳定性增强了,发生整体破坏的趋势减弱。不同桩距条件下的极限侧阻如图3所示,从图3中可以看出,桩距越小,极限侧阻越大,这主要是由于,桩距越小,桩间土体受桩的侧向挤压力越大,土体也就越密实,其极限侧阻力也就越大。
不同桩间距条件下的群桩效应系数如表2所示。从表中可以看出,随着桩距的增加,群桩效应系数越来越大,也就是群桩效应越来越弱,当桩径大于6倍直径时,群桩效应就基本不存在了。
2)桩数的影响。为研究桩数对群桩效应的影响,分别建立了多个有限元模型,桩数分别为1,4,7,9,16。桩顶荷载与沉降P—S曲线如图4所示。从图4中可以看出,在相同的荷载作用下,桩数越多,其沉降值越大。随着桩数的增加,荷载—沉降曲线更加平滑,这说明桩数越多,基桩稳定性越强。
由不同桩数条件下的群桩效应系数可以看出,在相同桩距的条件下,桩数越多,也就是群桩基础的规模越大,群桩效应越明显。
3结语
利用有限元法分析了群桩效应的影响因素,主要表现在以下两方面:
1)桩距越小,群桩效应越大,当桩间距大于6倍直径时,群桩效应基本不存在;2)桩数越多,群桩效应越大。
摘要：结合某大型桥梁工程实例,建立了多个有限元模型,对影响超长钻孔灌注桩群桩基础的群桩效应进行了研究,着重分析了桩距和桩数两大因素。结果表明,桩距越大,群桩效应系数越接近于1;桩数越小,群桩效应系数越接近于1。
关键词：灌注桩,群桩基础,群桩效应
参考文献
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超长钻孔灌注桩钢筋笼吊放技术 篇4
天津西站至天津站地下直径线工程胜利路段里程范围为DK4+162.25—223, 隧道位于天津市河北区胜利路正下方, 斜跨胜利路。胜利路是城市主干道, 车流量较大, 地下管线繁多, 施工前需进行交通导改、管线改移等工作。
胜利路段设计为单洞双线, 采用明挖法施工, 隧道基坑总长60.75 m, 宽14.2 m, 深16.69～15.00 m, 隧道坡度2.27‰。围护结构采用φ8 0 0 m m、间距1 0 0 0 m m钻孔灌注桩+φ850 m m、间距600 m m三轴水泥搅拌桩, 基坑横向采用φ600 mm钢管支撑作为支撑体系 (见图1、图2) 。
胜利段岩性主要为黏性土、淤泥质土、粉土、粉砂及细砂。隧道内表层地下水类型为第四系空隙潜水。赋存于第Ⅱ陆相层及其以下粉砂及粉土中的地下水具有微承压性, 为微承压水。勘测期间对微承压水进行了稳定水位观测, 稳定水位埋深约为3.73～7.85 m (高程为-4.55～-1.17 m) 。其承压水头为隔水顶板到稳定水位距离。经取样化验, 该段第一层微承压水对混凝土结构具有硫酸盐腐蚀, 环境作用等级为H2。
2 钻孔灌注桩施工
钻孔桩施工时钻机配备2 m深护筒, 护筒预先埋设在桩位上。钻机就位时, 保持底座平稳, 不发生倾斜移位。钻孔灌注桩施工前在设计桩位进行人工沟槽开挖, 深度满足护筒高度后埋设护筒。经精确放线后钻机按“隔四打一”的间隔跳打法原则进行跳桩施工, 成孔后进行清孔。待钢筋笼下放完成后, 即进行二次清孔。清孔完成后下放导管进行混凝土的灌注。最后提拔完导管、护筒。
工艺流程图见图3。
3 钢筋笼吊放
3.1 吊点计算
根据施工经验采用3个吊点, 设构件长L, 构件自身的均布荷载为q, 悬臂部分长为A, 3个吊点位置见图4。
由工程力学知识得知, 三点支撑结构属于一次超静定结构, 去掉中间的支撑联系, 由X1代替中间支撑所受到的力F2, 将超静定结构转化为静定结构, 如图所示变形协调条件是竖向位移为零。
由力学方程得知:δ11 X1+△1P=0。 (1)
将式 (2) 、式 (3) 代入式 (1) 解得:
由于结构对称受力, 所以:
在F 1、F 2之间任意截面X处 (距离F 1为X) , 其弯矩:
支撑点F1的弯矩:MA=q A2/2。 (8)
由于够件F1、F2两点存在负弯矩, 故在F1、F2两点之间必然存在正弯矩, 并且极值存在, 即MXmax=0存在, 也就是:
将式 (6) 、式 (9) 代入式 (7) 得:
支点位置的选择, 根据施工过程中可能出现的具体情况分析后确定。
(1) 端部支撑够件上缘的负弯矩MA, 与跨中最大正弯矩相等, 这时两者弯矩值不是最大, 支点及跨中配筋最省, 即 (8) = (20) , MA=MXmax即qA2/2=qZ2/8-qAZ/2将Z值代入上式, 解得A=0.121L。
(2) 中间支撑点处的负弯矩MB, 与跨中最大正弯矩相等, 这时两者弯矩值都不是最大, 支点处及跨中配筋最省, 即MB=MXmax
联立式 (5) 、式 (1 0) 、式 (1 1) , 解得A=0.192L。
(3) 如果端支撑与中间支撑处杆的上缘拉应力相等, 也可以认为支点合理, 即两支点结构上缘配筋相等, 即MA=MB, 联立式 (5) 、式 (8) 、式 (11) 解得A=0.145L。
(4) 如果中间及两端部支点的反力相等, 也可以认为, 3个吊点的吊绳张力相等, 则吊点位置合理, 即F1=F2由于F2=X1, 所以F1=X1, A=0.153L。
由以上计算可知当桩身主筋强度足够时, 应考虑3个吊绳受力相等, 以确保安全, A=0.153 L。
3.2 吊车、吊具的选用
钢筋笼最大长度28 m, 质量约2.8 t。起吊时, 钢筋笼最大拉力28 kN, 为保证施工安全, 钢丝绳安全使用系数为1.4。经查7×19 (7股, 每股19芯) 、直径为8.0 mm的钢丝绳最小破断拉力40.1 kN, 故安全拉断系数40.1/28=1.45>1.4。故可选用7×19 (7股, 每股19芯) 、直径为8.0 mm的钢丝绳。
钢筋笼最大长度28 m, 汽车吊伸臂长度应不小于35.08 m, 经查吊车性能表, 25 t汽车吊最大起升高度51 m, 其安全系数51/35.08=1.45>1.4。为了钢筋笼安全吊放, 应选用25 t以上汽车吊, 7×19 (7股, 每股19芯) 、直径不小于8.0 mm的钢丝绳。
3.3 钢筋笼吊放
钢筋笼吊放施工工艺:吊车就位→吊车主钩、副钩同步起吊→离地30 cm, 检查是否正常→正常, 主、副钩提升, 主钩起吊→主钩提升, 钢筋笼竖直, 解除副钩→主钩吊运至桩孔处→钢筋笼下放→吊放结束。
操作要点: (1) 钢筋笼焊接质量必须符合实际要求, 吊点处必须加强满焊, 主筋与箍筋采用点焊连接。 (2) 当钢筋笼吊离地面后应停止起吊, 注意观察是否有异常情况发生, 若有应立即补焊加固。 (3) 钢筋笼吊放入孔时, 应匀速慢放, 不允许强行入孔。 (4) 钢筋笼下放到位后, 为确保钢筋笼标高, 应立即用水准仪测量钢筋笼笼顶标高, 根据实际情况进行调整, 将笼顶标高调整至设计标高。
参考文献
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超长钻孔灌注桩施工的质量控制 篇5
关键词：钻孔,泥浆,导管
1 超长钻孔灌注桩施工质量控制要点
1.1 桩位放样
在施工前一般采用经纬仪或全站仪对桩位放样定点, 同时测出桩基轴线与桩位, 同时应将轴线引致四周不易被破坏的地点以便于桩位复核, 并应在桩位钉木桩, 木桩上用红漆标注桩号, 之后可在桩四周埋设四个辅助桩以便于护筒埋设, 在正式施工前应对桩位进行复核并做好记录。
1.2 施工机具定位
施工所用机械在进场前应进行试运转, 成孔设备安装完成后应保证平整稳固以免在施工中发生倾斜、移位现象, 应检查钻机的天车、滑车和转盘中心是否位于同一直线, 并应控制其与护筒中心线间的偏差不超过10mm, 并应控制主动钻杆的垂直度符合要求。
1.3 护筒埋设
施工所用护筒内径一般较钻头直径大100mm, 应控制护筒板厚度和高度, 并应在护筒上下端和中部外侧加焊增强箍以增加护筒强度, 一般护筒埋设采用挖埋布设, 所挖护筒坑直径一般较外径大50-100mm, 坑挖好后将坑底整平后方可置入护筒, 检查护筒位置正确、筒身竖直后方可在四周用粘土回填, 回填应采取分层夯填并以不漏为准, 填埋过程中应随时观察护筒是否发生偏移, 一般采用十字交叉法以控制其与桩位中心偏差, 护筒埋设后应复核校正以控制中心与桩位中心偏差不超过50mm, 埋设后护筒应高出地面200mm左右但不应超过枕木面以免地表水进入[1]。
1.4 泥浆配置
泥浆质量优劣在很大程度上决定着灌注桩施工质量, 泥浆在施工中起到护壁、排渣和冷却钻头的作用, 其中护壁是由于泥浆液柱压力作用于孔壁后除了平衡土压力、水压力外, 同时给孔壁一个向外的作用力, 导致泥浆内部分水渗入地层而形成一层泥皮, 若泥浆性能良好则失水量小, 形成的泥皮薄而密且有较高的粘接力, 从而起到维护孔壁稳定的作用。因而为保证泥浆的性能一般在原土内掺加膨润土或纯碱等化学处理剂, 增加纯碱是为了去除原土中部分钙离子以将其转变为钠质土, 从而增强土颗粒水化作用, 加速粘度分散速度以提高粘土的造浆率;也可在原土内掺加山岗土以控制好泥浆比重提高其护壁作用。
1.5 成孔
开钻前应将钻头对准桩中心, 在钻进过程中应结合土质结构来选择不同的转盘转速和进尺速度, 并应采用刚性良好的法兰, 开孔时应轻压慢转并及时添加重块以降低钻具重心, 钻进过程中应随时监测斜孔情况以便于扶正防斜, 一旦发现孔斜超标则应将钻具提升2-3m以用“吊磨法”进行纠斜, 并应添加配重块来加大钻头部位重量, 钻头侧刃应采用锋利刀片以加强其导正效果, 并应控制钻具下降速度以利于修孔导正;钻进过程中若遇到淤泥质好流塑性土层则应减少水泵量钻进以防止泥浆冲刷孔壁导致坍孔, 若土层为可塑性粉质黏土层则在钻进过程中必须减慢进尺以保证钻头有足够回转时间以消除孔壁变形所产生的塑性土, 从而防止缩颈, 并应提高泥浆粘度以增强护壁能力, 同时应不但上下窜动钻头以检测孔径形状, 在不同性质土层过渡段施工时应防止因软硬不均而导致斜孔或生成台阶。
在护筒内施钻应保持高速钻进, 到护筒底口附近则应慢速钻进以稳定孔壁, 待钻头钻出护筒则可恢复钻速, 临近护筒底口时则应采用低档、慢速减压钻进以防扩孔或坍孔;当遇到地层软硬变换则应轻压慢钻以防钻孔偏斜;整个钻进过程中应控制好泥浆质量, 并每隔0.5h检测一次泥浆稠度和相对密度, 并应针对不同的土层保持孔内一定的静水水头压力以按照平衡钻进原理控制泥浆, 若泥浆稠度不足则应选择造浆能力强、粘度大的粘性土造浆以保证不发生坍孔和缩孔;钻进过程中应随时校正磨盘水平和每根钻杆连接情况, 以免因钻杆松动导致孔内事故和泥浆损失, 正常泥浆压力不能传递到孔底导致孔底沉渣不能及时排除而影响清孔效果和钻进速度;同时每钻进一定深度则应采用孔径测斜仪来测量钻孔垂直度, 若存在较大偏差则应随时调整;当钻深达设计标高则应对孔深、孔径以及垂直度进行检验, 同时应计算沉渣厚度是否满足要求[2]。
1.6 成孔检测
孔深。为保证能够准确测量钻孔深度应在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具总长度并做好记录, 便于成孔后根据钻杆上留出的长度校验孔深。孔径。钻进过程中应针对地质情况随时调整钻进速度, 同时由于钻头直径将直接影响孔径大小, 因而在钻进过程中应经常复核钻头直径, 一旦磨损度超过10mm则应及时更换;垂直度测量。成孔垂直度偏差大则会影响钢筋笼安放, 因而为保证成孔垂直度则应扩大桩机支撑面积提高稳固程度, 并应经常校核钻架及钻杆的垂直度, 成孔后可做井径、井斜超声波措施[3]。
1.7 清孔
清孔的目的是清除孔底沉渣以免影响灌注桩承载能力, 清孔一般采用双泵并联正循环清孔, 并应将钻具满足转动以不断改变泥浆循环上返通道以保证泥块返出排除泥屑, 清孔最终应以无泥块返出, 泥浆密度在1.3左右, 孔底沉渣厚度不超过50mm为止。
1.8 钢筋笼吊放
在钢筋笼吊放前应在其四周每隔2m部位一个横截面上设置4个砂浆垫块以保证其保护层厚度, 并在吊装前检测孔内有无坍塌现象及影响钢筋安装的障碍物;吊装时应对准孔位并做到竖直轻放、慢放, 若遇到障碍物可通过慢起慢落或正反旋转使其下落, 若不能实现障碍物下落则应停止安放钢筋笼, 而严禁高起猛落、强行下放等行为导致坍孔, 钢筋笼入孔后应对其牢固定位, 其容许偏差不超过50mm并应保证钢筋笼处于悬吊状态;吊放过程中应随时检测连接部位的焊接质量, 对不符合要求的部位应及时补焊, 并在安放过程中应避免碰撞孔壁, 若由于成孔偏斜导致不能顺利安放钢筋笼则应复钻纠偏, 重新验收合格后方可重新吊放。
1.9 导管下设
在沉放导管前应检查导管连接是否牢固密实, 以防其漏气漏浆影响灌注质量, 并应确保管内壁平滑、连接顺直, 接头部位密封胶垫和连接丝扣完好, 并应进行水密封承压试验以确保其良好的密封性能, 导管安放后浇筑混凝土前原本处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩底, 混凝土浇筑后不能被混凝土冲击而成为永久性沉渣, 因而在混凝土浇筑前一般应进行二次清孔, 待孔口返浆密度和沉渣厚度符合要求后方可浇筑水下混凝土。
1.1 0 水下混凝土灌注
灌注前应对成孔质量、沉渣厚度以及泥浆指标进行复核以防影响成桩质量, 应保证导管处于孔内中心位置以防跑管撞坏钢筋笼, 所用隔水塞应和导管尺寸吻合以防卡管, 并应用铁丝将隔水塞悬挂牢靠, 导管应连接完好并有良好的同心度和垂直度;根据导管距孔底间距、导管埋深及导管内混凝土高度计算首批混凝土浇筑量, 可在导管口悬挂一根胶管便于在倒入混凝土时将导管内空气排出, 以免在导管内形成气囊将密封圈挤破造成漏水, 灌注过程中应随时探测孔内混凝土面以计算导管埋深, 应保证混凝土灌注连续进行;混凝土灌注临近结束因管内混凝土高度降低而压力降低, 但此时导管外泥浆稠度增加因而导致顶升困难现象, 因而可采用注水稀释以降低泥浆对混凝土的压力保证顺利浇筑。
2 结语
超长钻孔灌注桩施工中成孔垂直度、安全及成桩质量影响因素多种多样, 因而在其施工中应结合施工工艺进行控制, 并以工序控制和事前控制为主, 实施系统化的动态控制方可最终保证成桩质量, 实现其经济效益和社会效益。
参考文献
[1]蒋晓燕.钻孔灌注桩施工质量控制浅议[J].工程建设与设计, 2004 (7) .[1]蒋晓燕.钻孔灌注桩施工质量控制浅议[J].工程建设与设计, 2004 (7) .
[2]刘建航, 侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.[2]刘建航, 侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
浅议超长钻孔灌注桩施工技术 篇6
关于超长桩的概念和定义至今尚未有明确的规定, 现实的规范也没有具体的规定。不同的学者也有着不同的提法。同济大学的赵锡宏于1989年提出超长桩是指桩长大于50 m的各种类犁的桩, 随后的阳吉宝 (1998) 、胡建华 (1999) 、池跃君 (2000) 等还有不少其他学者也这样认为;而刘金励 (1991) 认为桩长大于40 m就是超长桩;俞炯奇 (2000) 把10%端阻分担比作为长短桩的分界点, 认为均质土中L/D>50作为超长桩判断依据;以及其他的文献认为L/D>70, 或者L>50 m且L/D>50, 又或者L>50 m且L/D>100为超长桩判断依据。以上关于超长桩的提法可以大致分为两类:
(1) 根据桩长确定, 主要是考虑施工因素。
(2) 以桩长和长径比综合确定, 主要是考虑到施工和桩的荷载传递特性。实际上, 随着桩长的增加, 桩端阻力在其承载力中所占的比例越来越少, 因此把某一端阻分担比作为划分超长桩界限的标准, 其实质还是以桩长为依据的。同时现有的研究表明, L/D对荷载传递的影响较大。在均匀土中的钢筋混凝土桩, 其荷载传递性状主要受L/D的影响。综上所述, 在定义超长桩的概念时应当同时考虑桩长和L/D, 因其对桩的荷载传递特性影响很大, 至于究竟是L/D>50, 还是L/D>100属于超长桩, 其具体的界限值应当进一步研究后再做决定。
2 施工工艺
2.1 钻机选择及钻孔方法的确定
应选用性能优良的压转盘式钻机。便于在钻孔施工中较好地完成了施工任务。
根据工程实际, 考虑施工的基本思路是:①钻孔施工在水上平台上进行, 其稳定性相对较差;②桩孔密集且桩又长, 对桩垂直度和孔壁稳定性要求严格;③钻进过程必须平稳, 钻具导正性要强;④桩孔深度大清孔困难, 泥浆性能要好, 并要有足够大的泵量。
2.2 钻孔
2.2.1 钻机就位
要求钻机支垫牢固, 钻尖对中 (偏差小于10 m) , 钻杆垂直 (钻孔垂直度偏差不得大于l/300) , 采用相应精度的水平尺测量。为保证钻孔垂直度, 机架滑车中心、磨盘中心、桩位中心3点必须成一直线 (这点很重要, 许多大的偏差均因忽视此项检察而造成) 。
2.2.2 泥浆的调制
泥浆在钻孔中起着悬浮和携带钻渣、清洗孔底、维持孔内外压力平衡、增加孔壁稳定性、防止塌孔、润滑和冷却钻头等作用。由于多数河床覆盖层以易塌孔的砂层为主, 因此泥浆质量要求较高。
钻孔开始阶段, 泥浆一般由水、粘土 (或膨润土) 和添加剂按适当配合比配制而成, 其性能指标如表l所示。中间及后期的钻孔泥浆采用已完成基桩的泥浆。
由于正循环对泥浆护壁较为有利, 因而覆盖层采用正循环, 用梳齿钻头, 低压慢速钻进;当进入强风化层后换用滚齿钻头, 采用气举反循环, 适当增加钻压。
在正常钻进时, 泥浆根据地层的土质不同略做调整, 钻进时泥浆稠些为好。一般要求比重为1.1～1.2, 粘度为18S～22S, 含砂率<8%。
2.2.3 钻孔
钻速是保证孔不倾斜的关键因素, 开钻时应慢速钻进, 待导向部位或钻头全部进入地层, 方可适当加速钻进, 当遇地层软硬变换时, 应轻压慢钻, 以防钻孔偏斜。需要注意:在粉砂土地层要慢速钻进, 防止扩孔系数过大, 或在地层变化处出现缩径现象。在地层变化处捞取渣样, 判明后记人记录表中并与地质剖面图核对。钻进采用增重减压钻进保持孔底承受的压力不超过钻具重量之和 (扣除浮力) 的80%, 以避免斜孔、弯孔和扩孔现象。护筒内外水头差保持在2.0 m以上。
成孔过程中, 必须做好泥浆的维护管理工作。每0.5 h测一次泥浆的稠度和相对密度。根据泥浆成分的变化, 分析孔内、护筒脚等部位的变化而做出相应的处理措施, 并密切注意黄河流量与水位情况, 及时调整泥浆面位置。钻进时孔位倾斜检查用水准仪、经纬仪、水平尺配合进行。
2.2.4 钻孔检查
清孔后, 用JJC-1A型孔径检测仪和JJX-3B型测斜仪对孔径、倾斜度以及沉淀厚度进行测定, 测试检查合格后做好下放钢筋笼的准备。
2.3 钢筋笼的制作
2.3.1 制作场地的选择
制作场地宜选择在运输和安装比较方便的场所。一般设置在施工现场内。制作场和临时堆场应有较好的排水条件, 地面适当硬化, 如采用浇灌混凝土或铺水泥石屑等。
钢筋在储存保管时宜按不同的型号、直径与长度分别堆放。通常都在施工现场附近的场所进行绑扎、焊接, 然后将制作好的半成品放置在现场附近, 在沉放前再用吊车装运。为了使吊装工作能顺利进行, 制作场地需满足吊车的操作, 并有车辆或移动式吊车的通行道路。
当施工现场相当狭窄, 或即使在同一现场内却分散在整个场地面积内时, 可另选在其它场地制作, 如企业的加工场等。对此应注意在公路上用卡车运输半成品钢筋笼的长度限制、卡车转弯半径及长距离运输时防止变形等问题。迫不得已仍需在施工现场制作时, 可以采取随着施工桩位的不断移动, 制作场地也跟着不断搬移的办法。
2.3.2 制作方法
绑扎时, 一般是将主筋等间距布置, 在固定好架立筋后, 按设计间距安设箍筋。可预先将箍筋与架立筋加工成圆形, 再将主筋与箍筋、架立筋用电弧焊接等方法固定。但采用电弧焊接时, 应防止烧伤主筋。
钢筋笼的主筋应采用直钢筋, 对分段制作的上下两段钢筋骨架的连接, 一般都把搭接段的箍筋暂缓安设固定, 待沉放钢筋笼时两段连接好后再绑扎。
在吊装时一般以架立筋为吊钩, 因而架立筋不仅要有一定的强度, 而且应绑扎得比较牢固。近年来, 有些工程使用角钢或扁钢作为架立筋, 这对大直径超长钢筋笼的制作刚度和防止吊装时变形等, 是很有利的。
3 结语
超长钻孔桩 篇7
1 超长钻孔灌注桩及桩端后注浆工艺
1.1 超长钻孔灌注桩
在工程建设过程中, 超长钻孔灌注桩扮演着重要的角色, 因其具有较高的承载能力, 可满足不同工程建设的需求。根据工程实践可知, 此类桩的长度均在50 m以上, 并且具有以下特点:①桩顶沉降是由桩身压缩和桩端沉降构成的。由于桩身直径与其压缩量呈正相关, 而桩身弹性模量与桩身压缩量呈负相关, 因此, 为了控制桩顶沉降, 此类桩应尽量选用直径较长的桩身材料。②桩端沉降是因桩端下土体压缩而出现的, 其影响因素主要为桩端荷载。如果工程位于软土地区, 受连续性软土高压缩性的影响, 则会出现桩侧摩阻力传递。此后, 桩端附近的土地将会受到压缩的影响, 进而出现桩端沉降。③在软土地区应用的超长钻孔灌注桩基本都为大直径桩。在此情况下, 桩钻孔施工时间较长, 成孔难度较大。同时, 孔壁周围的土体也会出现不同程度的松弛问题, 严重情况下, 甚至会出现孔壁土泡水软化现象, 桩侧摩阻力便会随之下降。
1.2 桩端后注浆工艺
桩端后注浆工艺主要是指钻孔灌注桩成桩后, 借助预埋压力注浆管将浆液均匀注入到桩端地层。这样, 不仅可以促进桩承载力的提高, 还可以减少桩基的沉降量。因此, 在实践过程中, 应全面考虑不同的因素, 比如浆液性状、注浆参数、土层特性, 同时, 还要关注压力浆液的不同作用, 比如填充、渗透、置换、固结等。
桩端后注浆工艺的优点为:①促进了各种灌注桩作用的发挥。②保证了桩承载力的提高, 并且具有较好的经济性。与常规灌注桩相比, 前者的承载力提高了2倍左右, 成本节约了50%左右。③解决了灌注桩的相关问题, 在先进桩端压力注浆工艺的支持下, 桩端虚土组成结构有所改变, 从而避免了桩底沉渣问题的出现。
桩端后注浆工艺的缺点为:①施工要求较高, 在施工过程中极易出现各种问题, 比如注浆管堵塞与被包裹、地面冒浆、地下窜浆等。为了提高注浆施工质量, 应严格要求各施工程序。②施工周期较长。压力注浆对桩身混凝土强度有一定的要求, 在满足其要求的前提下方可施工, 进而延长了施工周期。③施工质量影响因素较多, 比如在注浆过程中, 会受到灌注桩成孔及成桩工艺等因素的影响。为了提高施工质量, 应对上述因素予以关注。
桩端后注浆工艺具有较广的适用性, 基本任何土层均可使用。在实际施工过程中, 唯一的要求便是需要具备桩端预留压力注浆装置。
2 试验研究
我国幅员辽阔, 在施工建设过程中常见软土层主要是由黏性土、粉性土和砂性土等构成的。在实际施工时, 受土质因素的影响, 极易出现流砂问题。同时, 土质的压缩性也对工程有着较大的影响。
本文以某软土地区工程的钻孔灌注桩为研究对象, 其桩长为55 m, 直径为800 mm。为了促进灌注桩竖向承载力的提高, 选用了桩端后注浆工艺, 并且对AS2和AS4两根试验桩开展了静荷载试验和轴力试验。
2.1 试验实施
2.1.1 静荷载试验
该项试验分别于AS2成桩后30 d、AS4桩端注浆后28 d开展, 选用的试验设备和仪器包括全自动基桩静载荷测试分析系统、钢弦式频率仪、锚桩反力装置、千斤顶、位移测读装置等。在加载过程中, 主要是利用锚桩反力装置实现的, 同时其加载分级与沉降测读均要符合相关的规范要求。通常情况下, 沉降观测时间分别为加载后5 min、15 min、30 min、45 min和60 min。在沉降量稳定后, 方可再次加载。在卸载过程中, 卸载量为2倍的加载量, 时间间隔为60 min, 直至卸载为零。
2.1.2 轴力试验
该项试验主要是借助振弦式应力计及桩身变形协调实现的, 要求应力计上的应力和桩身钢筋上的应力一致, 同时前者应变与混凝土应变应相互协调。通常情况下, 桩身截面轴力可利用应力计的应力与应变计算。在2个试验桩成桩过程中, 在桩身预埋应力计, 其常位于桩身主要土层分界面与桩顶附近。其中, 标准计算断面主要为桩顶附近埋设应力, 在此基础上可以获得不同荷载条件下桩身的弹性模量, 利于减小计算误差。
2.2 试验结果
2.2.1 静载荷试验结果
2.2.1. 1 AS2桩
此桩端未注浆, 开展试验后, 结果为:荷载在1 900 k N、2 600k N、3 200 k N、3 900 k N、4 500 k N、5 200 k N、5 900 k N、6 500 k N、7200 k N、7 900 k N、6 500 k N、5 200 k N、3 900 k N、1 900 k N时, 沉降分别为2.54 mm、3.76 mm、5.99 mm、7.09 mm、8.54 mm、10.04 mm、11.46 mm、12.43 mm、80.87 mm、83.65 mm、80.74 mm、78.97 mm、75.75 mm、73.13 mm, 其中, 最大沉降量为83.65 mm。同时, 结合Q-S曲线和S-lgt曲线可知, 此桩加载荷载达到6 500 k N时, 桩顶沉降量为12.43 mm。之后持续加载, 则沉降量大幅度增加, 为80.87 mm。此值为最大加载值, 表示试验桩已经接近破坏状态。在7 200 k N时, 沉降量持续增加;而在7 900 k N时, 沉降量趋于稳定。通过上述分析可知, AS2桩底可能伴有较厚的沉渣与虚土, 在压实后, 此桩的竖向承载力有所恢复。依据相关规范要求可知, 此试验桩的承载力在6 500 k N左右。
2.2.1. 2 AS4桩
此桩端注浆, 开展试验后, 结果为:荷载在1 700 k N、2 600k N、3 500 k N、4 500 k N、5 200 k N、6 000 k N、7 200 k N、7 900k N、8 700 k N、9 600 k N、10 500 k N、8 700 k N、6 000 k N、3 500k N、1 700 k N时, 沉降分别为0.54 mm、0.96 mm、1.59 mm、2.29 mm、3.04 mm、4.04 mm、5.46 mm、7.43 mm、8.87 mm、10.65 mm、12.74 mm、11.97 mm、10.75 mm、8.13 mm、6.16 mm, 其中, 最大沉降量为12.74 mm。同时, 结合Q-S曲线与S-lgt曲线可知, 此桩加载荷载达到10 500 k N时, 沉降值最大为12.74 mm, 但其加载尚未达到极限值。受试验反力的影响未继续试验, 此后开始卸载。因此, 此试验桩的承载力应该在10 500 k N左右。
对试验结果进行对比、分析可知, 由于AS2桩未采用桩端后注浆工艺, 其竖向抗压极限承载力仅为6 500 k N, 而AS4桩在采用后注浆工艺后, 其竖向抗压极限承载力达到10 500 k N。二者相比, 后者承载力明显提高。此试验结果显示, 软土地区超长钻孔灌注桩在桩端处理时利用注浆工艺促进了灌注桩竖向抗压极限承载力的提高。
2.2.2 轴力试验结果
2.2.2. 1 AS2桩
通过对AS2桩进行轴力试验分析可知, 在1 900 k N时, 桩端阻力为30 k N, 此后增加迅速, 桩端阻力作用发挥得更早。同时, 如果桩端沉渣过厚或者桩端土性较差, 桩侧土的压缩也会迅速向下传递, 并且会对中下部桩身产生一定的下拽力, 而中下部桩身压缩, 则会导致桩端阻力过早出现。在桩顶荷载不断增大的基础上, 中下部桩身和桩侧土会因迅速滑移而破坏。在此情况下, 中下部桩侧摩阻力也会大幅度降低。此结果表明, 灌注桩如果缺少桩端土, 则难以保证桩侧摩阻力。
根据传统理论可知, 单桩竖向承载力是由桩侧摩阻力和桩端阻力构成的。为了保证桩端阻力作用的充分发挥, 要求桩侧摩阻力达到极限值。根据静载荷试验可知, AS2桩的桩侧摩阻力为6 500 k N时, 桩端阻力作用已经丧失。对于软土地区超长桩而言, 其最为显著的特点之一便是桩端阻力和桩侧摩阻力二者相互影响、共同作用。当AS2桩荷载持续增加, 达到6 500 k N时, 桩身中下部桩侧摩阻阻力及桩顶沉降均为最大值。在持续加载过程中, 桩身和桩侧土因向下拉拽而出现滑移破坏, 同时, 中下部桩侧摩阻力也会迅速减小。在桩端沉渣压实后, 桩端土阻力将有所恢复, 中下部桩身受桩端阻力的影响也会持续压缩, 进而使桩侧摩阻力不断增大。
通过对AS2桩的相关数据进行分析可知, 其极限阻力主要是指桩侧摩阻力, 其中, 占较大比例的为桩身中上部桩侧摩阻力。造成此情况的主要原因为该桩受沉渣影响相对较大, 在桩侧摩阻力发挥作用的过程中, 对桩土相对位移有较大的需求。在此情况下, 桩身轴力难以实现有效传递。而此时, 桩身中下部受向下拉拽的影响, 即便桩顶沉降相对较大, 但桩土相对位移量较小, 因此, 制约了桩侧摩阻力作用的发挥。经过分析可知, 超长钻孔灌注桩受较厚沉渣及较差桩端土性等因素的影响, 在桩端阻力减小的过程中, 桩侧摩阻力也不断减小, 桩顶沉降逐渐增大。为了促进桩侧摩阻力作用的充分发挥, 对桩端土有较高的要求。如果桩端土土性较差, 则桩端阻力作用消失得较快。
2.2.2. 2 SA4桩
通过对AS4桩进行轴力试验分析可知, 在加载初期, 桩身上部混凝土压缩会导致桩身及桩周土出现相对位移, 同时, 桩周土对桩产生摩阻力。在荷载增大的过程中, 桩身轴力将发生传递, 其方向为由上至下, 桩身混凝土也会发生压缩, 其方向也为由上至下, 在此情况下, 桩身摩阻力作用十分凸显。当加载达到10 500 k N时, 桩端阻力所占比例较小。此结果显示, 与桩侧摩阻力相比, 桩端阻力的作用相对较小。桩顶沉降主要为桩身压缩, 因此, 在实际设计过程中, 关于极限承载力, 不能只考虑桩侧摩阻力和桩端阻力。如果考虑不够全面, 则会造成桩过长, 从而增加建设成本。
2.2.2. 3 桩端阻力
通过上述试验可知, 两根试验桩的桩端阻力为35 k N时, AS2的加载力为1 900 k N, 而AS4的加载力则为6 000 k N。此时, 中下层土的桩侧摩阻力处于增加阶段, 桩侧摩阻力未达到极限值。经分析可知, 桩端阻力与桩侧土体压缩有一定联系——桩侧土对桩作用, 会产生向上的摩阻力, 同时, 桩对桩侧土也会产生向下的作用力, 进而实现了桩侧软土体压缩。如果桩顶荷载较小, 桩侧土压缩将受下层土的影响;如果桩顶荷载较大, 桩侧土压缩将逐渐向下转移, 直至达到桩端土。此外, 桩端处的桩侧土也会对桩造成一定的影响。在下拽力的作用下, 桩端处桩身将发生一定的变化, 在压缩后将出现桩端阻力。上述情况主要发生在软土地区, 主要是因土体抗压缩性差造成的。根据AS4桩端阻力作用可知, 在加载达到6 000 k N时, 桩端阻力开始发挥作用, 此后逐渐增大, 但其增幅相对较小。造成此情况的原因主要为, 在桩顶荷载达到一定程度后, 桩侧土受中高压缩性土的影响而产生压缩, 同时受低压缩性土的作用, 将其传递至桩端土。在此情况下, 中高压缩性土的摩阻力已经趋于极限值, 甚至可能被破坏, 而中低压缩性土的压缩相对较小, 因此桩身中下部压缩也减少, 最终桩端阻力逐渐稳定, 并且在后者摩阻力达到极限值时, 桩端阻力才能够得到充分的发挥。
对于软体地区而言, 桩端阻力的作用发挥得较早, 无需桩侧摩阻力达到极限值, 因此, 在实际设计过程中, 应结合桩顶沉降量, 以此保证超长灌注桩竖向承载力的合理性和准确性。再者, 软土地区桩端阻力的作用还受其他因素的影响, 比如桩侧土性质、桩长、桩端土性质等。桩端阻力作用与桩侧土性、桩长等呈负相关——前者作用越早, 后者土性越差, 桩长越短。
3 总结
综上所述, 在经济建设发展的过程中, 软土地区的施工建设规模相对较大。为了满足实际施工需求, 应对其灌注桩予以高度的关注, 特别是超长钻孔灌注桩。此类桩的应用具有广泛性和普遍性。为了控制建设成本, 保证灌注桩的质量, 本文以某软土地区工程为例, 对其超长钻孔灌注桩展开了试验分析, 通过静荷载试验与轴力试验分析, 明确了桩侧摩阻力与桩端阻力对其的影响。相信, 在充分考虑各影响因素的基础上, 桩设计质量将不断提高。
摘要：以软土地区为研究对象, 利用静荷载试验、轴力试验分析了该地区超长钻孔灌注桩的荷载及承载性状。试验研究显示, 软土地区常采用桩端后注浆工艺, 同时其超长钻孔灌注桩的荷载主要为桩侧摩阻力。另外, 桩端阻力在注浆过程中也扮演着重要的角色。在全面考虑上述因素的基础上, 充分发挥桩的承载性能。
关键词：软土地区,超长钻孔灌注桩,静荷载试验,桩侧摩阻力
参考文献
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大直径超长桩沉降规律的模型试验 篇8
由于进行大直径超长桩基础的原型试验研究需要花费很大的人力、物力, 更因场地条件及其他因素的限制而无法进行, 这时只好采用模型试验进行研究, 然后在模型试验的基础上推广到实际工程应用中。桩的模型试验在桩基工程技术的研究应用、设计以及施工阶段都占有重要地位, 它不仅为桩基础的理论研究提供试验数据和试验论证, 而且为工程设计提供依据进而指导工程实践。
1 模型试验方案
1.1 试验原型
试验原型为地上36层 (地下2层) 钢筋混凝土筒中筒结构桩筏基础, 筏板平面尺寸为5050m, 厚1000mm;中心核心筒与四周荷载比约为3:1;基桩采用钻孔灌注桩, 桩径2000mm, 桩长50m (属超长桩) 。
1.2 试验模型
本次试验为群桩低承台方案, 用来研究桩-土-承台结构的相互作用。试验在室内高1m, 长宽均为1.5m的模型箱内进行, 模型箱采用钢板焊接而成, 模型桩采用铝管, 其长度均为50cm, 桩入土深度为49.5cm, 管材为空心管, 外径为20mm, 壁厚为1mm, 模型桩长径比l/d=25, 桩周采用钢锉拉毛做粗糙处理。承台采用1cm厚的钢板, 面积为50cm×50cm。
1.3 试验加载方案
加载方式采用慢速维持载荷法, 由千斤顶施加反力于两个钢板框上来模拟框筒结构加载。试验分为两个阶段:第一个阶段为正常情况下加载;第二个阶段为维持荷载稳定下模拟地下水回升状态。地下水的回升由水通过模型箱底部的两个入水孔向上回渗来模拟。
1.3.1 荷载分级
本次试验分为加载、加水和卸载三个环节。预估荷载为120kN, 第一次加荷至20kN, 以后每次加载10kN, 直到预估荷载。荷载稳定在110kN, 加水。卸载一次20kN, 逐级卸载至0。
1.3.2 沉降观测
共布置4个沉降观测点, 根据现有规范中对桩基础静载荷试验沉降观测的规定, 每级加载后间隔5、10、15min各测读一次, 以后每隔15min测读一次, 累计1h后每隔30min测读一次。
1.3.3 沉降相对稳定标准
当每一小时的沉降不超过0.1mm, 并连续出现两次 (由1.5h内连续三次观测值计算) 时, 认为已达到相对稳定, 可加下一级荷载。
1.3.4 终止加载条件
当出现下列情况之一时, 即可终止加载:
(1) 某级荷载作用下, 桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍;
(2) 某级荷载作用下, 桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍, 且经24h尚未达到相对稳定;
(3) 已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。
1.3.5 卸载与卸载沉降观测
每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后隔15min测读一次残余沉降, 读两次后, 隔30min再读一次, 即可卸下一级荷载, 全部卸载后隔3~4h再读一次。
2 试验结果
2.1 未渗水时试验结果
承台———群桩体系的桩身轴力Q与沉降s曲线呈非线性关系, 其Q-s曲线可分为三个阶段:
(1) 线性阶段 (oa段) , 当外荷载小于承台-群桩体系的比例界限荷载Q0 (约50kN) 时, Q-s曲线均呈线性特征 (图1) , 反映了荷载与沉降变形接近线性关系, 该阶段的s-lgt曲线 (图2、图3、图4、图5) 接近水平状。
(2) 非线性阶段 (ab段) , 当外荷载大于承台———群桩体系的比例界限荷载Q0时, 荷载与沉降变形之间不再保持原有的近直线关系, Q-S曲线呈现出明显的非线性特性, 曲线开始向下弯曲, 曲线的斜率逐渐增大, 表明在同样荷载增量的情况下, 沉降增量逐渐增大, 桩侧摩阻力和桩端阻力逐渐发挥至极限值, 承台板下土体也开始逐渐屈服, 但该阶段的s-lgt曲线变化比较平坦, 反映出沉降比较稳定。
(3) 剪切破坏阶段 (bc段) , 当外荷载超过承台——群桩体系的极限承载力值Qu (约90kN) , 承台——群桩体系的沉降难以达到稳定, 在Q-S曲线上也反映斜率增大, 图中相应的s-1gt曲线向下倾斜, 表明承台———群桩体系的沉降难以达到稳定。
2.2 模拟水上升及卸载时实验结果
图6为模拟水上升时承台———群桩体系Q-s曲线图, 可以看出当地下水回升而保持荷载不变的情况下各测点的沉降由17.27~19.01mm增大到75.58~83.88mm, 增大了三倍多, 由此可见当桩基础的持力层和桩周土层含水量增加时即使荷载不增加, 基础的沉降也会有很大程度的增加。由图6中还可知在卸载时基础的回弹量比较小, 只有1.43~1.51cm, 可见在地下水上升使土层含水量增大或至土层饱和的情况下, 基础沉降绝大部分为不可恢复的塑性变形。
图7为模拟水上升时承台———群桩体系s-lgt曲线图, 在水从下向上回渗的前两个小时内, 沉降的变化不是很大, 只增加了2.8mm, 在图7上表现为水平状的曲线, 其主要原因应是在较短的时间内, 由于桩端的古土壤渗透系数较小, 古土壤还未达到饱和甚至含水量还不是很大故承载力未明显下降, 而桩周土层的含水量更是基本没有变化, 桩的侧摩阻力也未减小。此后, 随着时间的增长, 桩端土与桩周土含水量均增大而使之迅速软化, 致使桩的端阻力和侧阻力都下降明显, 桩基础的沉降速度迅速增大, 从21.5mm增大到了76.2mm, 测点4更是增大到了84.11mm是地下水未回升时的四倍多。其s-lgt曲线在图7中表现为斜率较大的倾斜曲线。
图8为卸载时的承台——群桩体系s-lgt曲线图, 由此也可看出只是在卸载到最后时才有少许的回弹量。
3 结论
通过对竖向荷载下群桩基础的沉降进行测量和分析可以发现, 水未上升时承台-群桩体系的Q-s曲线呈非线性关系, 其Q-s曲线可分为三个阶段:线性阶段、非线性阶段和剪切破坏阶段。由对加水后基础的沉降分析可知, 当超长桩基础的持力层和桩周土层含水量增加时即使荷载不增加, 基础的沉降也会有很大程度的增加, 而且在卸载时的回弹量比较小, 基础沉降绝大部分为不可恢复的塑性变形。
摘要：通过模型试验, 研究了黄土地区大直径超长桩的沉降规律, 分析了地下水上升引起持力层和桩周土层含水量增加对基础沉降特性的影响。
关键词：大直径超长桩,沉降,塑性变形
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