拔桩工程

拔桩工程（共7篇）

拔桩工程 篇1

近年来, 随着国家经济的飞速发展, 大中型都市旧城区改造、市政建设、地铁隧道、桥梁改扩建工程等项目的不断增加, 经常会遇到废弃的旧桩基, 这些旧桩多处在河道边、建筑密集区域且埋置深度大, 采用常规的拔桩机拔除可能会影响周围管线及建筑物的安全并且影响周边单位及居民的正常工作与生活。因此, 为保证施工进度、质量和安全, 拔桩施工的工艺和机械在不断更新, 拔桩手段也更加先进, 将拔桩施工对周边环境的影响程度降到最低。

1 工程概况

常州轨道交通一号线配套工程———同济桥改造工程中, 由于老同济桥的桥位处于新建地铁洞身之上, 老桥的地下灌注桩成为了盾构推进的障碍物;因此, 在新建桥梁施工时, 需要将影响轨道1号线盾构施工的老桥桩基同步清除。经统计, 影响盾构机施工的老桥灌注桩主要有:46根桩径800 mm灌注桩、清除桩长约20 m;37根桩径1 000 mm灌注桩、清除桩长22 m;盾构范围内:32根桩径1 200 mm灌注桩、清除桩长22 m。盾构范围外:8根桩径1 200 mm灌注桩、清除桩长10 m等;13根桩径1 500 mm灌注桩、清除桩长23 m。环境特点:同济桥工程拔除的灌注桩数量较多, 从桃园路以南至和平路清凉寺门口, 新建桥梁施工范围以及道路施工范围内均有分布, 分布范围较广。拔桩的深度较深, 最深的桩将近25 m。桩径从0.8 m~1.5 m不等, 对于1.5 m灌注桩的拔除, 目前国内尚无相关施工案例, 具有较大的施工难度, 对拔桩的机械设备具有较高的要求, 技术上也有一定的施工难度并且本工程位于常州市中心, 周边学校、寺庙、文保单位、民居等较为集中, 施工时需要严格控制机械设备噪声、减少粉尘等污染物, 现场安全文明施工的管理要求较高。

2 施工机械选择

由于灌注桩使用年限已久, 周围土体日趋稳定, 桩土摩擦力增大, 因此拔桩的难度也越来越大。常规水冲法采用振动钢套管+高压空气+大量高压水冲法, 利用大功率振动器边振动钢套管, 边用高压水加高压气将桩周土体冲释成大量泥浆, 将桩周边土体严重破坏, 再由人工下到孔内焊接桩帽或套上钢丝绳后拔桩。然而, 水冲法由于其速度慢、环境污染严重、工期长、安全隐患多等局限性, 对后期地铁盾构施工有一定影响。本工程迫切需要一种安全、质量可靠的新型拔桩施工工艺。

CD全回转拔桩采用全液压驱动镶嵌有合金钻头的钢管套360°旋转切割、边旋转边下压安全、无振动、低噪声, 不会对临近建筑造成影响, 既快速又安全, 并可保证拔除桩体和回填的质量。因此本工程采用360°全回转全套管钻机作为本次灌注桩拔除的机械设备。

3 施工工艺

1) 施工准备。设备作业平台就位、吊装设备就位、套管回旋压入。a.设备安装固定→确定老桥桩的大小→选择合适的套管 (Ф1 200 mm, Ф1 500 mm灌注桩采用2 000 mm钢套管, 800 mm, Ф1 000 mm灌注桩采用Ф1 500 mm钢套管) →将第一节套管置于需清除桩的正上方→开始旋回转往下压→接着第二节套管螺丝连接→第二节套管压入……→直到套管底部达到预定标高。b.将套管与灌注桩同心压入, 如切到桩体, 则适当移动套管位置, 直到能完全套住灌注桩为准, 如图1所示。

2) 回旋偏心切削→老桥桩全断面回旋切断。确定老桥桩的位置, 在套管内壁与桩之间插入倒三角锤, 回转套管, 切断老桥桩 (倒三角锤重量5 t、长5 m) , 如图2所示。

3) 起拔断桩→断桩装卸处理。当原有桥桩与套管同时旋转时, 将倒三角锤取掉, 用抓斗取出原有桩, 如图3所示。

4) 压入清理。第一段桩头取出之后, 将该段套管内的砂土及杂物清理干净。

5) 分段取桩至作业深度、清除全部老桥桩。将全套管的下端旋挖至老桥桩的作业深度, 当老桥桩与套管同时旋转时, 用抓斗将剩余的桥桩取出, 并将孔洞内松土及杂物全部清理干净, 如图4所示。

6) 起拔套管→同步进行回填作业。老桥桩拔除后, 为防止孔洞坍塌, 桩孔必须立即进行回填。本工程除了驳岸位置的老桥桩采用粘土回填压实外, 其余采用混合砂浆回填, 如图5所示。粘土回填方法:a.分段拔出套管, 从底部往上回填粘土。粘土回填的孔洞直径为钢套管的外径。b.桩孔回填粘土, 每次回填的高度不超过2 m。c.每次回填后, 用十字冲锤夯击3次, 以保证回填密实。重复以上步骤, 直至将粘土填满孔口为止。

混合砂浆回填方法:该方法类似于钻孔灌注桩灌注混凝土的施工方法。首先, 对浇筑所用导管检测并进行水压试验。分段拼装导管, 采用履带吊配合, 伸至距孔底50 cm左右的距离。然后装料斗, 开始浇筑混合砂浆, 导管上拔的方法类似于灌注桩的施工方法, 直至孔口冒出混合砂浆为止。

7) 转场施工至全部施工完毕。

4 施工总结

1) 施工进度。根据本工程施工统计, 单台CD全回转全套管拔桩机正常拔除桩径800 mm灌注桩约1根/d~2根/d、桩径1 000 mm灌注桩约1根/d~2根/d、桩径1 500 mm灌注桩约1根/2 d~1根/3 d。

2) 拔桩效果。采用CD全回转拔桩机拔桩, 施工速度快、质量高、对周围土体扰动小;节能环保, 优质高效。

5 结语

CD全回转全套管桩基清障施工技术与常规清障技术相比, 在施工速度、可靠度、经济性等多方面有很大的优势, 受环境因素限制小, 对工程的进展具有良好的保障作用。此项技术将会在以后的工程实践中得到更加广泛的应用。

摘要：针对常州轨道交通一号线配套工程同济桥的拆除、改建涉及到废弃灌注桩的拔除问题进行了研究, 根据周围环境特点, 采用CD全回转拔桩机进行了拔桩清障, 并对施工所用机械、施工工艺等进行了阐述, 实践证明, 该工艺清除成效好, 使用可靠。

关键词：桥梁,灌注桩,CD全回转拔桩,改造

参考文献

[1]汪海天.FCEC内螺旋钻外全套管钻机超深桩基清障施工技术[J].建筑施工, 2010, 32 (11) :15-16.

拔桩工程 篇2

福建大剧院是福建省重点工程,位于福州市五一广场南侧,是福州市标志性建筑之一,总建筑面积约3万平方米。由于本工程地下室较大,部分区域地下室较深,而上部结构仅有3-4层,上部结构的自重难以平衡地下水给整个建筑物造成的向上的浮力,因而部分桩型设计为抗拔钻孔灌注桩。为提高本工程抗拔钻孔灌注桩的抗裂性能,在抗拔桩中采用了预应力技术,受力明确,有效地提高了抗拔桩的抗裂性。该工程由中建七局三公司基础分公司总承包,福建省建筑科学研究院进行预应力专项施工。

本工程基础中共有预应力抗拔灌注桩61根,桩长35～50m不等,桩径Φ800。单桩竖向最大抗拔承载为2000kN,预应力配筋为2-3Φj15.24。预应力配筋可选用无粘结和有粘结两种方式:①无粘结预应力方式施工相对简单,但因为锚固端完全靠P型挤压锚承压,一旦端部出现问题,将因为预应力筋的固定端深埋地下而无法处理。②有粘结预应力方式,施工工艺相对复杂,需要预留预应力钢筋的孔道,保证自由段不漏浆,张拉后需在孔道中灌入水泥浆。本工程最后用有粘结预应力配筋方式,预应力预留孔道采用钢套管(见图1)。

2 有粘结预应力抗拔桩的施工难点

(1)沉管桩施工时,钢筋笼是在地面成形后,分节吊装就位的,上下节钢筋笼连接时,采用焊接或直螺纹连接;而预应力筋要整束穿在钢套管内并置于钢筋笼内侧,安装难度大。

(2)按原设计方案,注浆管为Φ20塑料管,放在Φ80钢套管内。此方法难以保证安装质量,且张拉时容易被挤坏。一旦损坏,难以修复,将使灌浆工序难以进行。

(3)预应力筋自由段上下端如何封闭。

因为施工过程较长,钢筋笼和预应力筋安装就位、浇捣混凝土后,到张拉锚固这一段时间,预应力筋及钢套管都埋在混凝土桩身内,一旦钢管漏浆,会使将来的张拉灌浆不能顺利进行,严重影响工程质量。

3 有粘结预应力抗拔桩的施工

3.1 施工难点的解决

(1)本工程抗拔桩较长,最短的30多米,最长的达到50米。钢筋笼一次整体起吊沉入桩孔的施工工艺难以做到。一般分为4-6段分节制作,分节起吊,在孔口进行垂直接驳。普通钢筋可以通过各种接头形式不断接长,而预应力钢绞线不允许中间断开,需随着钢筋笼的安装起吊,用吊车吊住钢绞线末端,由专人协调钢筋笼、钢套管与钢绞线的起吊、连接,避免出现钢绞线的死弯。

(2)预应力注浆用的塑料管改为Φ25壁厚1.5mm钢管,原Φ80钢套管(钢绞线装在其中)改为Φ59壁厚2mm厚钢管,形成大小两管并排,在两个管的下部用一根弯管连通(见图2),在钢绞线就位后,大小钢管的顶部用大一号套管封住。经此调整后,注浆管在安装,浇筑混凝土过程中就不易被破坏。事实上,也为后来少部分因桩身砼质量不好而锚固欠佳的桩进行处理留下了余地。

(3)预应力筋下部5m为锚固段,5m以上为自由段;自由段装在Φ59钢管内。管底封堵示意图见图2,Φ59钢管底部用钢板焊接封口,只留3个Φ16钢绞线预留孔,孔口处钢绞线穿过后,在规定的位置固定,往套管内灌入环氧树脂,环氧树脂的高度不能超过两个钢管底部的连通管,最好在连道管下1cm处,待环氧树脂凝固后就形成了底部的封闭空间。

3.2 张拉端和固定端的设置

张拉端采用多孔锚板和相对应的锚垫板,螺旋筋,预留孔采用Φ59钢管成孔,钢管接头采用Φ70钢管焊接过渡,钢管每隔0.5m用钢筋焊在主筋上。固定端采用P型挤压锚加5m的锚固段。

3.3 预应力筋的张拉

桩身强度达到设计强度后方可进行张拉。预应力筋有效拉力达到每索150kN,且同一桩内两孔束3Φj15.24预应力筋同时张拉,张拉后从张拉端伸出的预应力筋不剪断,直接锚入承台和柱中。

3.4 灌浆

张拉完毕后,马上用水泥净浆进行注浆,水泥浆采用42.5级普通硅酸盐水泥配制,水灰比0.4,并掺入适量的微膨胀剂UEA(8%)和高效减水剂TW-3(1.5%)。

3.5 工程缺陷的处理

在张拉中,曾有3根桩的预应力束在张拉力快达到150kN时,张拉伸长值突然伸长,压力表值下降,表明这2束钢绞线的锚固端出现了无法锚固的工程缺陷。经分析,可能是该桩在桩底处,锚固端头和锚固段保护层太小,导致混凝土没有足够握裹力。经与各方商议,采取了以下措施:

从Φ25钢管灌入水灰比为0.4的水泥净浆(加缓凝型减水剂)。因Φ25与Φ59钢管形成连通器,这两根钢管内水泥浆将达到同样的高度。精确计算灌入的浆量,让水泥浆的高度达到4-5m,待这部分水泥浆达到一定强度后,将重新形成握裹力。实践中在3天后,对水泥砂浆试块进行试压,强度达到50MPa以上,开始重新张拉。从张拉端口重新插入Φ20塑料管至砂浆体顶部,做为二次注浆孔。实践证明,以上措施有效地对锚固端失效的工程缺陷进行了补救,张拉后的预应力抗拔桩达到设计要求。

参考文献

[1]GB50204-2002,《混凝土结构工程施工质量验收规范》[S].

拔桩理论计算与安全措施 篇3

拔桩主要是通过千斤顶实现的, 首先在桩孔上安放一块混凝土垫板, 垫板中间有孔, 孔径稍大于桩直径, 在孔两边沿长边方向各放一块3cm厚钢板, 钢板面积1.0m×0.8m, 钢板下铺薄砂一层, 再在两块钢板上并排横担两根工字钢, 将另两块2cm厚钢板对称于孔中心放置于工字钢上, 再在每块钢板上各置一只千斤顶, 两只千斤顶上放置一根横担梁, 吊筋压在横担梁上, 吊筋的下面通过焊接连接在钢筋笼的主筋上。

假设钻孔桩孔深17m, 桩径1.2m, 已灌注混凝土深9.7m, 混凝土柱与土之间摩擦力65kN/m2, 则9.7m深摩擦力:3.14×1.2×9.7×65=2376kN。

混凝土重:3.14×0.6×0.6×9.7×2.4×9.8=257.89kN。

钢筋笼重:1.24×9.8=12.15kN。

总重:2645.77kN。

六根Φ25螺纹钢筋及两根Φ32螺纹钢筋做成U型吊筋, 十六个吊脚焊接在钢筋笼的十六根主筋上。

十六根Φ25螺纹钢筋受力:3.14×12.5×12.5×335×16/1000=2629.76 kN。

六根Φ25螺纹钢筋及二根Φ32螺纹钢筋受力:3.14×12.5×12.5×335×12/1000+3.14×16×16×335×4/1000=3049.46kN。

由于采用的是HRB335钢筋, 因此在U型的弯曲处容易产生脆断, 在弯曲后, 其能承受拉力情况也发生改变, 其值变小, 因此在使用过程中弯曲处需进行加强处理。

两台150t千斤顶顶起最大力:150×2×9.8=2940kN。

孔口混凝土板承受压力, 按300kN/m2计算, 则长4m, 宽2.5m, 内孔1.3m, 承受压力: (4×2.5-3.14×0.65×0.65) ×300=2602.01kN。

功:

变形能:1/2×P×Δc

根据虚功原理, 则有:

即:Δc EI=P×[L13/48+L12 (L2-L1) ×2]

其中:E=206GPaI=65585.0cm4 (按I56a考虑)

Δc:工字钢变形最大挠度;

E:工字钢的弹性模量;

I:工字钢X轴方向的截面惯性距;

P:工字钢承受的最大压力。

56cm高工字钢能承受的压力:挠度≤1.5‰, 则单根3m工字钢下降挠度不大于4.5mm, 按最大值4.5mm计算, 则:

则两根工字钢能承受:1325.14×2=2650.28kN。

2 拔桩安全措施

千斤顶拔桩是非常危险的, 由于吊筋与钻孔桩钢筋的连接需焊接, 以及吊筋需弯曲等因素, 很容易出现某根钢筋在意想不到的位置断筋, 钢筋的脆断是瞬间的, 事前没有什么征兆。断筋通常在三个位置, 首先, 钢筋与钢筋的焊接断开, 通常是因为焊接工艺不过关造成。其次, 在焊接钢筋的根部, 由于根部钢筋已变成单根钢筋受力, 又受焊接热化的影响, 导致根部受力低于其他位置, 甚至焊接使钢筋产生缺口, 导致钢筋截面积减小, 承受拉力自然会降低。再者位于吊筋的弯曲处, 由于弯曲导致受力减小, 更需要采取加强措施以保证拉力。

使用的吊筋总面积一定要大于连接在吊筋上的钢筋笼的主筋面积之和, 这样, 发生脆断的位置最大可能性位于钢筋笼的主筋上, 而主筋位于桩孔内, 瞬间脆断产生的危险会小些。

为防止钢筋脆断, 采取通过控制千斤顶最大压力的办法实现, 拔桩所需的拉力除以千斤顶底座面积, 得出底座产生的最大均布荷载, 在底座与工字钢之间设置混凝土垫块, 垫块的破坏荷载等于最大均布荷载, 这样, 当承载力到极限值的时候, 首先破坏的是混凝土垫块, 而不是钢筋脆断。混凝土垫块的破坏是一点点的发生的, 首先是裂纹, 然后慢慢变成碎块, 其极限承载力又可通过万能试验机测定。

3 结论

拔桩方案要求钻孔桩周围地质为土质结构, 而不能是岩石层, 即只能针对摩擦桩, 不能针对嵌岩桩实施。岩石层由于混凝土与岩石形成整体, 而拉断岩石与混凝土之间的结合, 其力量是非常大的。

拔桩方案应快速实施, 原因是孔壁如果长期经水浸泡, 会发生塌孔、扩孔等现象, 同时, 混凝土垫板下的地面经水浸泡, 承载力会降低很多。

由于采用I56a工字钢, 是目前市场能够买到的最大工字钢, 因此对于采取此拔桩方案, 对于常见的1.2m直径钻孔桩来说, 所能拔桩最长为9.7m。这为拔桩理论的使用提供了明确的指导方向。

参考文献

[1]包世华, 崔玉玺.结构力学[M].北京:中国建材工业出版社, 2004.

抗拔桩设计参数的合理选用 篇4

抗拔桩,也叫抗浮桩,是指当建筑工程地下结构如果有低于周边地下水位的部分时,为了抵消地基水对结构产生的上浮力而打的桩。抗拔桩主要靠桩身与桩侧土层摩擦力来受力。

目前,在抗拔桩设计中,设计人员往往存在两个误区:一是抗拔桩越长越好;二是桩径越大越好。在设计中没有考虑到抗拔桩中钢筋强度是否充分发挥,为满足抗拔力的要求只是一味加大桩长桩径,造成抗拔桩设计中的严重浪费。

显然,受拉钢筋强度的充分发挥、桩长桩径的合理选取,对降低抗拔桩成本具有直接影响,这也是广大工程技术人员关心的重要问题之一,本文将对此进行一些分析和讨论。

1 抗拔桩承载力设计

1.1 抗拔桩承载力和裂缝宽度计算

根据《建筑桩基技术规范》[1](JGJ94-2008)(后简称桩基规范),承受拔力的桩基,应按下列公式同时验算群桩基础呈整体破坏和呈非整体破坏时基桩的抗拔承载力:

式中:Nk——按荷载效应标准组合计算的基桩拔力;Tgk——群桩呈整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值;Tuk——群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值;Ggp——群桩基础所包围体积的桩土总自重除以总桩数,地下水位以下取浮重度;Gp——基桩自重,地下水位以下取浮重度。

1)群桩呈非整体破坏时,根据桩基规范,基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算:

式中:ui——桩身周长;qsik——桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值;λi——抗拔系数,可按表1取值。

表1

注:桩长l与桩径d之比小于20时,λ取小值。

2)群桩呈整体破坏时,根据桩基规范,基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算:

式中:ul——桩群外围周长。

1.2 抗拔桩裂缝控制计算

根据桩基规范,对于允许出现裂缝的三级裂缝控制等级基桩,按荷载效应标准组合计算的最大裂缝宽度应符合下列规定:

式中:ωmax——按荷载效应标准组合计算的最大裂缝宽度,可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)计算;ωlim——最大裂缝宽度限值,按表2取用。

表2

注:1.水、土为强、中腐蚀性时,抗拔桩裂缝控制等级应提高一级;2.二a类环境中,位于稳定地下水位以下的基桩,其最大裂缝宽度限值可采用括弧中的数值。

《混凝土结构设计规范》[2](GB50010-2002)中有关结构构件最大裂缝宽度计算的公式:

式中:αcr——构件受力特征系数,对钢筋混凝土轴心受拉构件αcr=2.7;σsk——按荷载效应的标准组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力,σsk=NK/As,As为受拉区纵向钢筋截面面积;Es——钢筋弹性模量;c——钢筋保护层厚度,c<20,取20 mm;c>65,取65 mm;deq——钢筋直径;ρte——配筋率;φ——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数,φ=1.1-0.65ftk/(ρteσsk),当φ<0.2时,取φ=0.2;当φ>1.0时,取φ=1.0;ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值。

2 抗拔桩设计参数对钢筋抗拉强度发挥及抗拔桩成本的影响

2.1 钢筋直径对钢筋抗拉强度发挥及抗拔桩成本的影响

表3给出了相同桩长(桩长16m)、相同桩径(桩径600mm)、不同钢筋直径的抗拔桩成本的比较。表中基础下土层为粉土,抗压极限侧阻力标准值qsk=40 kPa,抗拔系数λ=0.7,基础面积64 m2,要求总抗拔力7000kN。钢筋型号:HRB335,钢筋强度设计值f′y=300 N/mm2,保护层厚度c=50mm。

由表3可以看出,总抗拔力固定,裂缝宽度控制相同时,桩长和桩径相同,桩数相同,混凝土用量相同;桩径相同,随选用的钢筋直径的增加、配筋率增加,钢筋强度发挥度降低,钢筋总量增加,抗拔桩的成本由钢筋的用量决定。即桩长、桩径相同时,选用的钢筋直径越大,配筋率越高,钢筋用量越大,抗拔桩总成本越大。也可看出,相同桩长、相同桩径,选用相同钢筋直径时,裂缝宽度限值0.3mm比0.2mm成本低。

2.2 桩径对钢筋抗拉强度发挥及抗拔桩成本的影响

表4给出了相同桩长(桩长16m)、不同桩径(分别为400mm、600mm、800mm)、不同钢筋直径的抗拔桩成本的比较。地质条件及桩侧阻标准值同表3,基础面积64m2,要求总抗拔力7000kN,钢筋型号:HRB335,保护层厚度c=50mm。

由表4可知,总抗拔力固定,桩长和钢筋直径相同,随桩径的增加,钢筋强度发挥度虽有提高,但是并不明显,钢筋的用量差别不大,混凝土的用量变化较大,抗拔桩的成本由混凝土量决定。桩长和钢筋直径相同,桩径越大,抗拔桩比表面积越小,单方抗拔力越小,混凝土的用量越多,抗拔桩总成本越大。

表3

注:钢筋3600元/t,混凝土270元/m3

表4

注:1.钢筋3600元/t,混凝土270元/m3;2.桩径800mm未计桩侧阻折减;3.最大裂缝宽度控制在0.3mm

2.3 桩长对钢筋抗拉强度发挥及抗拔桩成本的影响

表5中,地下土层为砂土层,抗压极限侧阻力标准值qsk=50 kPa,抗拔系数λ=0.7,基础面积64 m2,要求总抗拔力7000kN。设计桩径400mm,钢筋型号:HRB335,保护层厚度c=50mm。

由表5可以看出,总抗拔力相同,桩径不变,桩长越长,钢筋强度发挥度越低;混凝土的用量基本相同,抗拔桩的成本由钢筋的用量决定。即钢筋直径相同时,桩长越长,单方钢筋用量越多,钢筋用量越大,抗拔桩总成本越大。

表5

注:钢筋3600元/t,混凝土270元/m3,最大裂缝宽度控制在0.2mm

3 算例

某地下结构为方形基础,基础面积64m2,要求总抗拔力6600kN,ωmax≤0.2mm,地基情况见图1,为综合比较钢筋直径与桩长桩径对抗拔桩成本的影响,拟采用大桩径大桩长粗钢筋和小桩径小桩长细钢筋两套方案设计:(1)桩径0.8m,桩长23.5 m;钢筋直径32 mm;方案(2)桩径0.4 m,桩长11.5m,钢筋直径16mm。

拟采用C25级混凝土,钢筋型号HRB335,钢筋保护层厚度c=55mm。

3.1 根据方案(1)设计

(1)非整体破坏单桩抗拔力计算

由式(3)得:

得出非整体破坏单桩抗拔承载力标准值:

Nk=2067.2/2+165.4=1199.0kN

根据Nk,计算桩数n=6600/1199=5.5,取n=6,布桩见图2。

由于基础底面积较大,桩数很少,抗拔桩发生整体破坏的可能性较小,这里不再进行整体破坏验算。

(2)抗拔桩裂缝宽度计算

经计算,单桩抗拔钢筋数量为14根时,最大裂缝宽度为0.185mm,满足设计要求。

按照规范配置钢筋,钢筋用量见表6。

经计算,方案(1)单桩钢筋用量1931.1kg,混凝土用量12.06m3。

3.2 根据方案(2)设计

表6

(1)非整体破坏单桩抗拔力计算

由式(3)得:

得出非整体破坏单桩抗拔承载力标准值:

N1k=505.8/2+20.2=273.1kN

(2)整体破坏单桩抗拔力计算

根据N1k,计算桩数n=6600/273.1=24.2,取n=25,布桩见图3。

由式(4)得:

得出整体破坏单桩抗拔承载力标准值:

N2k=437.9/2+212.7=431.7kN

N1k<N2k,故取基桩抗拔力Nk=273.1kN

(3)抗拔桩裂缝宽度计算

经计算,单桩抗拔钢筋数量为10根时,最大裂缝宽度为0.182mm,满足设计要求。

按照规范配置钢筋,钢筋用量见表7。

表7

经计算,方案(2)单桩钢筋用量182.6kg,混凝土用量1.51m3。

钢筋按每吨3600元,混凝土每立方270元计算,比较方案(1)和方案(2)成本如表8。

表8

方案(1)和方案(2)相比,方案(1)费用是方案(2)费用的2.18倍,采用方案(2)进行设计比较经济。

4 结论

通过研究各参数对抗拔桩中抗拉钢筋发挥度及成本的影响,可以得出如下结论:

(1)受拉钢筋直径越小,配筋率低、钢筋抗拉强度发挥越高,钢筋用量越少、越经济;

(2)桩径越小,比表面积越大,单方抗拔力越大,混凝土用量越少,总成本越低;

(3)桩长越长,钢筋抗拉强度发挥越低,单方钢筋用量越大,总费用越高;

(4)桩长不宜太小,桩越短、桩距越小、基础面积大、桩数越多越容易发生群桩整体破坏控制,综合考虑施工的因素,桩径宜取0.4~0.6m,桩长宜取8~16m。

摘要：当地下水位较高时,地下车库等附属建筑物不得不对抗浮问题进行考虑,抗拔桩被越来越多地应用于工程中。本文针对目前抗拔桩设计中采用大桩径大桩长造成抗拔桩成本过高的问题,根据规范的设计方法,模拟工况,给出不同情况的抗拔桩设计方案,通过分析得出影响抗拔桩中受拉钢筋强度发挥水平及成本的因素,得到这些因素对抗拔桩中受拉钢筋强度发挥水平及成本影响的一般规律,并通过对算例的分析,结合实际情况,给出了合理的抗拔桩设计参数。

关键词：抗拔桩,抗拔力,整体破坏

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

水下拔桩阻力与沙粒颗粒关系试验 篇5

近年来, 在国际疏浚业黄金发展的大环境下, 我国疏浚业前景大好［1］, 但在目前疏浚过程中, 泥沙对疏浚机具的阻力和粘附是疏浚过程的一大难题。阻力和粘附力大大降低了疏浚机具的工作效率, 严重时甚至导致机具无法正常工作［2］。目前, 泥沙的阻力与粘附机理问题已引起了许多研究人员的关注, 特别是原吉林工业大学对土壤粘附机理的研究, 这对研究泥沙的阻力以及粘附问题具有重要的借鉴意义。尽管如此, 对于泥沙的粘附及阻力机理仍不是太清楚, 需要大量的试验去探究, 特别是挖泥船刀具在水下作业及非自航式挖泥船步进时主桩和辅桩 ( 图1) 在水下泥沙中的轮流上升和下沉, 水下不同的区域泥沙的含量各不相同。因而有必要做试验对水下不同粒径的沙粒对拉伸方向阻力进行比较。

国内相关学者对土壤粘粒的多少对金属表面的粘附力做了相关研究［3］, 由于砂粒的直径大于黏粒, 单位金属表面上黏粒的实际接触面积要比砂粒大, 含黏粒越多的土壤, 与金属表面的实际接触面积就越大, 化学吸附力越大［4］。而水下含沙粒比较多, 疏浚机具在沙粒中作业时主要体现的是阻力, 粘附力的影响相对较小, 并且是在深水下作业, 因而这种土壤的解释就不能够对这种阻力做比较全面的解释。因此需要模拟相对真实的工况, 设计实验比较其在水下竖直方向不同沙粒对拉伸阻力的影响。同时该试验对探究水下泥沙的阻力机理的研究具有重要的意义。

1试验台的结构设计

为了检验沙粒对拉伸阻力的影响, 做多组试验进行对比, 此试验台的设计原理［5］如图2所示

1. 1试验流程

空气压缩机提供气流, 通过三联件和控制阀获得稳定输出的气流, 气流作用于气缸带动拉伸轴在土槽中拉伸。 传感器获得的拉伸力转化为对应的电压信号输出到采集卡, 采集卡采集到电压信号后在PC机上输出。实验采用相同液面下相同高度的三种不同粒径的沙子做多组对比试验, 以获得相对稳定的数据结果进行对比。三种沙粒的参数如表1所示。

1. 2产生阻力的机理

拉伸轴在气缸的作用下开始在竖直方向上被拉伸, 产生阻力有两方面因素。1) 当轴的底部与沙粒分离时会出现界面分离, 产生界面空隙, 这时因沙粒和水分来不及及时填充产生的空隙而产生负压阻力, 阻碍轴向拉伸。2) 轴被拉动后, 在其上升过程中, 轴周围的沙粒会被带动, 沙粒间及沙粒和轴的应力发生改变, 对轴产生围岩压力, 阻碍其轴向拉伸。

a) 空气负压又称输空负压, 用符号PH表示为:

其中, PB为大气压力; PA为绝对压力。

b) 围岩压力又称二次应力, 其满足下述方程:

式中, σr是围岩的径向应力; σθ是围岩的侧向应力; a为轴的半径; r为轴的中心线到所求应力点的径向距离。

2试验

2. 1试验系统

试验系统如图3所示。

2. 2测量技术

实验采用的传感器是S型传感器, 其技术参数如表2所示, 测量力的量程为0 - 500 N, 输出电压范围为0 - 20 mv。实验采用的是USB - DAQ500数据采集卡, 编程是其采集电压范围为- 2. 5 V ~ 2. 5 V; 采集频率设定为10次/s; 输入通道选择单通道独立的24位AD; 这样可以保证采集的电压值相对准确, 并使其采集的数据以excel的形式保持于计算机中。传感器与采集卡的链接方式采用差分法连接, 可以保证传感器和采集卡相对同一电位进行测量, 连接简图如图4所示。

3试验结果及分析

为了得到试验兼具比较性和特殊性, 得到完整充分的结论, 分别在沙粒粒径为0. 12 mm, 0. 37 mm和1. 84 mm下进行多次试验, 不同的试验保持沙粒的高度和沙面上的水液面高度保持不变。试验结果如图5所示。

图6为在水下细砂中拉伸阻力随时间变化的关系, 在matlab中拟合2次曲线, 进而可以分析其在一种沙粒中的阻力变化情况。

由图5可见, 沙粒的粒径越小, 拉伸阻力越大。比较单个拉伸阻力曲线, 以细砂中拉力为例 ( 图6) 会发现刚开始拉伸阶段, 拉伸阻力达到最大值, 但随着拉伸过程的进行, 拉力会逐渐减小, 最终在某一稳定值左右浮动。这是由于刚开始拉伸阶段, 要克服负压阻力、围岩压力以及最大静摩擦力, 所以力相对比较大; 拉动后速度趋于平稳, 相关的力由最大变成稳定的力, 就相对减小并且趋于稳定。

4结语

在水下做竖直方向上拉伸力与沙粒粒径的关系对比试验, 相同高度的沙子以及沙子上液面高度相同, 其竖直方向上的拉伸阻力与沙粒的粒径成反比。

参考文献

[1]疏浚工程[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/608489.html?tp=0_11.

[2]刘志, 周宏, 程锦屏.中国疏浚业现状与发展分析[J].水利经济, 2004, 22 (3) :7-9.

[3]丛茜, 任露泉, 陈秉聪.土壤粘附机理的化学吸附分析[J].农业工程学报, 1996, 12 (2) :40-44.

[4]任露.土壤粘附力学[M].北京:机械工业出版社, 2011.

预应力钢绞线抗拔桩技术研究 篇6

随着高层超高层建筑的不断兴建,地下建筑埋深也越来越加大,尤其是高层建筑群周围的裙房,一般层数较低或全部是地下结构,形成大面积的广场式建筑,在地下水位较高地区,抗浮问题非常突出。

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-94第5.5.8条之规定,“对于受长期或经常出现的水平力或拔力的建筑桩基,应验算桩身的裂缝宽度,其最大裂缝宽度不得超过0.2 mm。对于处于腐蚀介质中的桩基,应控制桩基不出现裂缝。”《混凝土结构设计规范》GB50010-2002第3.3.4条及表3.3.4、表3.4.1中对钢筋混凝土结构构件按环境类别对最大裂缝宽度也作了规定:环境类别一类时最大裂缝宽度不得超过0.3 mm,环境类别二三类时最大裂缝宽度不得超过0.2 mm。按以上两个规范中最大裂缝宽度不得超过0.2 mm进行计算,当地基土为性质较好、侧阻力高的砂类土时,抗拔桩的配筋率在2%～4%间,钢筋应力发挥不足,钢筋浪费很大。为此,需要研究一种新的技术解决裂缝问题,解决钢筋应力发挥不足的问题。

1. 预应力钢绞线抗拔桩结构构造

1.1 预应力钢绞线抗拔桩设计总体思路

桩钢筋包裹于混凝土结构中,由于混凝土呈碱性,在这样的环境之中,钢筋表面形成钝化保护膜,阻止钢筋的腐蚀,混凝土结构没有裂缝,钢筋就不能腐蚀。而一般钢筋混凝土受拉构件出现裂缝是正常的,控制裂缝的目的就是解决桩基的耐久性问题,钢筋腐蚀是影响桩基耐久性的首要因素。

要想充分发挥钢筋应力,就要限制裂缝宽度,限制裂缝宽度最有效的办法就是对桩施加预应力,通过施加预应力,使桩身混凝土不产生拉应力,另外一个措施就是对钢筋进行保护,保证钢筋不受外界环境介质的侵蚀。

基于以上考虑,采用高强钢绞线代替钢筋,可充分发挥钢筋应力,降低成本;钢绞线涂油后外套软胶管,可防腐阻锈;基础底板施工完成后,对抗拔桩施加预应力,可控制混凝土没有裂缝或限制裂缝宽度。

1.2 预应力钢绞线抗拔桩传力机理

基础底板受上拔力后,通过无粘结钢绞线直接将上拔力传至抗拔桩底部端头锚碇板,端头锚碇板受拉后将拉力传至桩身混凝土,并与上部整个桩身一起向上变形,桩周围的土体对桩产生向下的摩擦力,阻止桩向上变形,起到抗拔作用。

1.3 预应力钢绞线抗拔桩结构构造

2. 预应力钢绞线抗拔桩设计计算

2.1 地层提供承载力计算

根据勘察报告提供的地层参数,按《建筑桩基技术规范》JGJ94-94计算单桩抗拔力,确定桩长桩径。

2.2 混凝土强度计算

桩身混凝土均受压,位于端头锚碇板处混凝土受压力最大,根据单桩抗拔力,计算确定混凝土强度标号。

2.3 钢绞线强度计算

根据单桩抗拔力,选定的钢绞线规格,初步计算需用的钢绞线根数。

2.4 张拉控制应力计算

有效预应力应等于单桩抗拔力,才能保证桩身混凝土不产生拉应力。张拉控制应力等于有效预应力加上各种预应力损失。预应力损失包括以下各项:

①张拉端锚具变形和预应力钢绞线内缩;

②预应力钢绞线的摩擦;

③预应力钢绞线的应力松弛;

④混凝土的收缩和徐变;

⑤采取分批张拉时,张拉后批预应力钢绞线产生的混凝土弹性压缩损失。

3. 预应力钢绞线抗拔桩的实施过程

预应力钢绞线抗拔桩为混凝土灌注桩,桩的施工不受桩型设备的限制,施工环节与普通抗拔桩没有明显区别,根据设计的桩径大小及地层条件选择施工工艺,正反循环钻进、旋挖钻进、长螺旋钻进、挖孔作业均可,一般先下钢绞线,后灌混凝土,如果地层松散塌孔,也可采取先灌混凝土,后下钢绞线工艺。

基础底板施工时钢绞线穿过底板,多留置一定长度,待基础底板施工完成,混凝土强度满足要求后,即可进行张拉作业。小桩可用一个多孔锚头,也可分别使用单孔锚头,锚具及上下锚垫板、锚碇板均进行防腐处理。

4. 与常规设计抗拔桩技术经济比较

某工程Φ600抗拔桩径抗拔桩,桩长12m,单桩抗拔力特征值1300kN,混凝土强度等级C35。

4.1 按常规设计抗拔桩计算

式中:ωmax—或为按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度;

σcr—或为构件受力特征系数;

σsk—或为按荷载效应标准组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋应力的等效应力;

Ψ—或为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数;

Es—或为钢筋弹性模量;

C—或为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边距离;

ρte—或为按有效受拉钢筋截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率;

Ate—或为有效受拉混凝土截面面积;

As—或为受拉区纵向非预应力钢筋截面面积,Ap=受拉区纵向预应力钢筋截面面积;

deq—或为受拉区纵向钢筋等效直径;

Nk—或为按荷载效应标准组合计算的轴向力;

采用HRB400钢筋Φ25@70,计算得ωmax=0.189mm<0.2mm,满足规范要求,配筋率为3.82%,每立方米混凝土中钢筋含量300kg,钢筋成本约2000元,每根桩钢筋成本约6792元。

4.2 按预应力钢绞线抗拔桩计算

采用7Φ5的钢绞线,钢绞线强度设计值fpy=1320N/mm2,单根钢绞线强度设计值为181 kN,有效预应力为1300kN,经计算各种预应力损失为300N/mm2,张拉控制应力等于1690 kN,需用钢绞线13根。每根桩钢绞线成本约1300元。锚头,压力锚及上下锚垫板、锚碇板成本约2340元,总成本约3640元。

两种抗拔桩技术在成孔、灌注、检测、工期等其他方面没有区别,只在钢材用量方面预应力钢绞线抗拔桩是常规设计抗拔桩成本的53%,经济优势非常明显。

5. 结语

预应力钢绞线抗拔桩技术能够控制混凝土结构裂缝,使钢绞线不能腐蚀,充分发挥钢绞线应力,节约钢材,节省造价。

预应力钢绞线抗拔桩技术无特殊设备及施工工艺要求,可广泛用于各类工业与民用建筑,应用前景广阔。

参考文献

[1] 中国建筑科学研究院.建筑桩基设计规范(JGJ94-94) [S].北京:中国建筑工业出版社,1995

[2] 中国建筑科学研究院.混凝土结构设计规范(GB50010-2002) [S].北京:中国建筑工业出版社,2002

[3] 张峰.全埋式地下工程结构的抗浮与裂缝控制(CJJ).广东科技,2006(7) ,66-68

抗拔桩在某地下车库抗浮中的应用 篇7

随着城市大规模建设的开展, 地下空间的利用率也越来越高, 在地下空间的利用过程中, 特别是在我国降雨量较为丰富、地下水位较高、土层地质条件较差的南方某些地区, 当地下建筑的自重和地面回填土的重量以及抗拔桩的抗拔力不能平衡水的浮力时, 地下建筑的抗浮问题也随之而来[1], 如地下停车场、污水厂的生化池、建筑物的地下室结构等, 设置抗拔桩是当前地下结构抗浮的常用措施之一。

2 工程概况

该地下车库紧邻马路, 建筑场地开阔, 周边无高大建筑物, 地下车库上方周围为待建小区空地, 地下车库为地下一层, 框架结构, 设计±0.000标高为21.60m (黄海高程) , 地下室板面标高为-4.000m, 基础板厚550mm, 基坑开挖平均深度为5.45m, 其中车库基坑东侧开挖深度7.45m, 地下室呈不规则形状, 周长600m, 面积近11007m2。

3 地质水文概况

3.1 地质概况

该车库所处地段的地质构造为剥蚀残丘地貌单元, 场地西部有冲沟发育, 地形略有起伏, 地面高程在19.0～30.5m之间。拟建场地在勘察深度范围内地层主要为三叠系石灰石, 燕山期闪长岩及第四系堆积层。地下车库所处场地各土层主要为:

⑴素填土:杂色, 以红色为主, 呈干-湿, 松散状态, 以开山弃土 (砂、石含量高) 、石块为主, 为勘察期间回填, 层底及场地中东部为灰色耕植土、含植物根。

⑵粉质粘土:黄色、灰黄色, 软-可塑状态, 含少量砂、高岭土。场地中西部原冲沟地段分布。

⑶粉质粘土:杂色, 以黄、灰色为主, 软-软可塑状态, 含砂、砾、碎石约15%, 少量铁锰质结核, 土质不均一, 场地中西部原冲沟地段分布。

⑷粘土:黄褐色, 硬可塑-硬塑状态, 含铁锰质结核, 少量高岭土、砂、砾。场地东部残丘地段分布。

⑸粘土:红褐色、褐红色, 可塑状态, 含高岭土、少量砂、砾。场地东部残丘地段分布。

⑹粘土:红褐色、褐红色, 软-可塑状态, 含高岭土、少量砂、砾。分布于基岩面之上, 分布范围无规律。

工程场地底层结构及主要物理力学性质如表1所示:

3.2 水文概况

场区地下水为上层滞水和裂隙水两种, 上层滞水赋存于 (1) 层杂填土, 无隔水顶板, 与大气降水和地表水体有密切水动力联系, 主要受地表水体的侧向渗透补给。 (2) ～ (6) 层粘性土为隔水层, 基岩裂隙水赋存于下伏基岩节理裂隙 (溶洞) 中, 地下水水量和水头、运动无规律。此外, 根据地下水水质分析, 表明场地地下水对混凝土及和泥土中钢筋无腐蚀性。

4 抗拔桩设计

抗拔桩的承载力一般同时受2个方面因素制约: (1) 桩身材料的抗拉强度; (2) 桩周表面的特征 (即桩一土壁界面的几何特征) 和土的物理力学特性[2]。该工程采用摩擦桩, 桩体为等截面钻孔灌注桩, 利用桩侧壁摩阻力及其自重来平衡地下水的上浮力。桩径为420mm, 纵筋为6Φ14mm, 采用通长配筋, 且锚入承台40d (d为纵筋直径) , 纵筋沿桩身周边均匀布置。为防止钢筋受腐蚀, 钢筋笼侧壁保护层厚为50mm, 钢筋笼底端保护层0.1m, 箍筋采用螺旋箍筋, 非加密区箍筋采用Φ8@250, 加密区为Φ8@100, 加径箍为Φ12@2000, 单桩抗拔承载力特征值为100KN, 抗拔极限承载力≥200KN, 桩体混凝土设计强度为C25, 桩体结构如图1、2所示。每根抗拔桩钢筋笼内固定1根内径为25mm的镀锌钢管作为注浆管, 钢管下部开4排直径为3mm的注浆孔, 每排2眼, 用于后压力注浆。

5 抗拔桩施工

施工前先按设计要求做3根试验桩, 并测定桩身完整性及抗拔承载力等指标, 测定单桩抗拔破坏试验荷载达260KN, 确认满足设计要求, 再开始抗拔桩施工。本工程共设抗拔桩1449根, 采用内径为420mm的洛阳铲成孔至设计标高, 清孔经自检, 并由监理人员验孔合格后, 即放入钢筋笼和镀锌钢管, 箍筋加密段朝上放置, 以承担初始抗拔力。施工时要严格确保钢筋笼和镀锌钢管的垂直度并按要求设置垫片, 以保证设计要求的保护层厚度。镀锌钢管伸至孔底, 顶部露出桩孔口≥50cm。随后即浇灌混凝土, 待成桩2d后, 以约2MPa压力的清水冲开管底封口, 采用后压力注浆法灌入纯水泥浆, 水泥采用标号为32.5的矿渣水泥, 水灰比w/c为0.75, 以填充桩底沉渣并与桩侧土体良好结合, 提高其桩体完整性和抗拔承载力。

在后压力注浆施工过程中, 由于设计压力和注浆速度之间存在一定相关性, 若压力过大, 注浆速度过快, 可能导致冒浆、跑浆或桩体的上拔量过大;如果注浆压力过小, 则浆液流速过慢, 可能导致水泥浆体在管路中初凝并发生管路堵塞, 或者浆体无法通过劈裂-压密作用加固桩测土体[2,3]。所以须控制合理的注浆压力, 以确保注浆质量, 提高桩体的完整性和抗拔承载力, 该工程中由于该桩体埋深较小, 经试验后确定注浆压力为1.2～2.5Mpa。一般在注浆初始阶段, 采用较小压力, 待注浆结束阶段, 由于浆液已经充满地层, 此时所需要的压力较大。以使浆体充分挤密桩土间空隙, 注浆压力可通过桩端压力表控制。

6 施工遇到的问题与处理

部分桩成孔过程中, 遇到有淤泥, 流沙等情况, 采用倒入适量干水泥, 待其与淤泥结合后, 再继续成孔。

若干桩成孔过程中在3.0m深度附近遇到基岩, 为保证基础和地下室整体结果满足设计抗浮设计要求, 根据设计变更要求, 采用在该桩体周围补桩, 以提高桩基整体抗拔力, 本工程共补桩66根, 补桩仍采用与原桩相同的桩径, 并采用后压力注浆措施提高桩体抗拔承载力。

7 抗拔桩的承载力检测

注浆后20d, 对桩取样50%采用小应变法检测桩体完整性, 并抽取1%测定桩的抗拔承载力。检测结果显示桩体完整性、单桩抗拔极限承载力标准值均达到设计要求, 结合现场变形观察未发现上移现象。

8 小结

实践证明, 对于在地下水位较高地区的地下建筑物采用抗拔桩, 并于成桩后采用后压力注浆加固桩体来解决结构抗浮问题, 具有较好的技术和经济适用性, 有较高的推广应用价值。

摘要：结合某地下车库工程抗拔桩基础施工的实践, 根据抗拔桩的受力特点和机理, 分析了该抗拔桩基础施工中的一些问题。

关键词：抗拔桩,后压力注浆,抗浮

参考文献

[1]胡香兰, 钱健康, 赵华荣.水浮力对建筑的影响分析[J].浙江建筑.2006, (5) :11-14.

[2]杨瀛.抗拔桩在人防地下室工程中的应用[J].宁夏工程技术2008, (3) :81-83.