超长桩施工

2024-11-03

超长桩施工（精选8篇）

超长桩施工篇1

随着我国建筑市场的发展, 超高层建筑及大跨度桥梁的不断增多, 对建筑物的高度、荷载以及沉降控制越来越严格, 地基承载力变形无法满足设计要求。针对目前形势, 桩基础作为提高地基承载力最有效的一种方式, 加大桩长是一种最直接、最有效的方法。目前, 普遍认为桩长L≥50 m且长径比L/D≥50的桩为超长桩。对于超长桩, 长度的增加给施工带来了较大的困难, 不能沿用和套用传统的短桩、中长桩的施工经验来指导施工, 因此了解超长桩的工作性状及施工的重难点, 掌握施工控制的技术要求就极为迫切和重要。

1 工程概况

铁四院总部设计大楼桩基工程钻孔灌注桩的施工属于超长桩施工的范畴, 地基基础设计等级为甲级, 钢筋混凝土钻孔灌注桩共计528根。桩径800 mm, 总桩长约60 m, 有效桩长50 m。桩分布较密, 桩间距不小于2.4 m, 地质情况复杂, 场地内砂层厚度为17 m~40 m, 设计要求桩端进入强风化岩不小于8 m。

2 施工中存在的问题

超长桩施工过程中需要穿越各土层进入设计要求的持力层来提高地基承载力, 需主要考虑的问题包括成桩可能性及质量控制两个方面。成桩的可行性是首当其冲的问题, 由于干作业成孔要考虑地下水的影响, 而采用全护筒工法的成孔方式要受到目前机械设备能力及造价等因素的影响, 因此采用泥浆护壁的成孔工艺是解决成孔可能性的主要方法。

其次, 泥浆护壁超长桩的施工难度主要包括泥浆护壁孔壁的稳定性、孔底成渣的控制以及孔身垂直度等方面。泥浆护壁超长桩在保证成桩可能性的前提下, 施工过程中的质量控制就是超长桩成桩效果的最主要影响因素。桩基础有隐蔽性、不可重复性以及处理难度大等特点。在施工过程中, 有效的控制措施是提高超长桩成桩合格率的唯一途径。超长桩施工控制重点主要包括桩位、垂直度、泥浆参数、成渣、混凝土灌注。

3 相关问题的处理措施

3.1 成桩可能性的考虑

本工程施工场地内砂层分布广泛且层厚较厚, 厚度为17 m~40 m。采用旋挖钻机进行施工, 泥浆护壁难以达到成孔要求, 且旋挖钻机入岩施工困难, 会导致成孔失败;采用冲击钻机成孔, 对相邻桩及周围建筑物有较大影响, 且施工速度很慢, 无法满足工期要求。为了保证本工程灌注桩的顺利施工, 克服砂层较厚对桩机成孔的影响, 经过分析采用反循环回旋钻钻孔的成孔工艺, 该工艺钻进速度适中, 震动小, 泥浆护壁效果好, 钻进过程中孔壁能形成良好的泥皮对孔壁进行保护。

3.2 质量控制重点

3.2.1 桩位、垂直度控制措施

1) 本工程施工场地狭小, 桩数较多, 桩位较密, 空桩约10 m, 为了防止土方开挖后桩位偏差较大, 工程桩桩位采用放一打一的测设方法, 对于测放后没有及时就位开孔的工程桩, 开孔前进行复检, 复检合格后方可进行开钻成孔施工。

2) 机械就位前保证地面坚硬平实, 保证机械平稳就位。在钻机就位后, 利用水平尺检查钻机机台的水平度, 利用磁力铅垂对钻机钻杆的垂直度进行检查, 符合规范要求后进行钻进施工。在钻进过程中, 利用磁力铅垂每5 m检查钻杆垂直度一次, 出现偏差及时纠偏, 保证钻杆的垂直度, 防止形成偏桩对桩基承载力产生影响。同时成孔垂直度也是保证桩位合格的重要措施。

3.2.2 泥浆护壁的控制措施

对于超长桩的施工对泥浆护壁提出了更高的要求, 由于桩基础施工过程中工序较多, 随着桩长的增加, 施工作业时间大大增加, 对孔壁的稳定性要求更高。因此本工程采取膨润土、火碱、纤维素相结合造浆的护壁方式, 且在泥浆入孔以前对泥浆进行泥浆指标检测, 泥浆比重要求大于1.3, 砂率小于4%, 泥浆指标合格后, 流入孔中, 由于泥浆的压力超过静水压力, 在孔壁上形成一层泥皮, 阻隔孔外渗流, 形成护壁, 保护孔壁免于坍塌。

3.2.3 桩底成渣控制措施

1) 本工程桩端位于强风化岩中, 孔中岩渣、砂子以及角砾石较多, 造成孔底成渣较厚, 在钻孔达到设计标高提钻之前, 利用循环钻机的大功率反循环泵进行抽渣, 将孔中大部分沉渣抽出孔外。

2) 在导管下放完毕后, 利用导管进行二清, 二清的过程中进行泥浆置换, 置换入孔的新泥浆要求为泥浆比重不大于1.1, 砂率不大于4%, 粘度不大于10 s, 利用新泥浆将桩孔中的旧浆及旧浆中渣屑置换出来, 保证孔中泥浆参数符合规范要求, 因为在混凝土浇筑将近结束时, 导管内混凝土与桩孔中混凝土高差相对减少, 导管内混凝土自重压力降低, 而导管外桩孔内泥浆稠度增加, 比重增大, 沉淀逐渐增多, 容易造成混凝土灌注困难, 成桩失败。

3) 在泥浆置换的过程中, 新泥浆不断冲刷孔壁, 使护壁泥皮厚度减小, 保证桩基承载力不因为过厚的泥皮影响而降低。

3.2.4 混凝土灌注控制措施

1) 由于在二清的过程中, 有部分空气滞留在导管内壁上, 在混凝土灌注过程中容易在导管中产生高压气囊造成堵管, 因此在二清结束灌注混凝土之前, 需要对导管进行排压, 具体操作为将导管整体沉入泥浆面以下, 通过提升和下放导管使导管内气体排出, 当导管内外浆液面稳定在同一高度时排压合格。

2) 因为超长桩混凝土灌注方量较大, 灌注时间较长, 因此对混凝土的初凝时间及混凝土的和易性有更高要求, 在选择材料供应商时应选择生产质量稳定的混凝土供应商。在开始灌注时, 必须检查混凝土的和易性, 满足规范要求后方可开始灌注。

3) 在灌注过程中, 当导管内混凝土不满时, 尤其是在前一车灌注完毕后一车开始灌注时, 不可整斗一下灌入导管, 应徐徐地沿漏斗壁进行浇筑, 避免混凝土瞬时封闭导管, 在导管内造成高压空气囊, 导致堵管。

4) 超长桩的灌注不同于传统的中短桩, 导管埋深不宜过大。在灌注过程中, 在满足规范要求的前提下, 勤拔勤测导管, 防止导管埋深较大, 造成混凝土灌注阻力增加, 灌注困难, 甚至形成堵管。

3.2.5 缩径的控制措施

1) 超长桩施工控制缩径的一个重要原则, 就是各工序之间应连续施工, 减少施工停滞时间, 在桩孔相对稳定的时间段内, 完成成桩施工。

2) 超长桩施工钻头的选取与传统的中短桩相比, 应适当增大, 防止缩径影响导致桩体直径不够。在试桩施工过程中, 应通过试桩混凝土方量的变化来确定工程桩施工钻头的大小, 在达到工程质量要求的前提下, 确保工程桩施工的经济性。

4 效果分析

在铁四院总部设计大楼桩基工程施工过程中, 通过对超长桩施工机械的合理选择以及施工过程中施工质量控制的总结、分析、研究, 制定相应的质量控制措施, 桩基施工效果较好, 在第一阶段共利用超声波检测方法检测工程桩207根全部合格, 其中Ⅰ类桩204根, Ⅱ类桩4根, Ⅰ类桩比例98.6%。

5 结语

超长桩的施工在今后的各类高大型、重型建筑中将广泛采用, 通过铁四院总部设计大楼桩基工程超长桩施工技术的研究, 总结超长桩施工控制要点, 为我单位今后超长桩的施工积累了一定的经验, 有较高的推广价值。

摘要：结合铁四院总部设计大楼桩基工程超长桩的施工实例, 对超长桩施工过程中存在的问题进行了分析, 并提出了有针对性的处理措施, 解决了超长桩施工技术中的质量控制难题, 为今后超长桩的施工提供了参考借鉴。

关键词：超长桩,施工技术,处理措施

超长结构车库施工质量控制篇2

【关键词】超长结构；车库；工程质量

1.基本概况

济南经纬嘉园地下车库，位于济南经一路北侧，东起纬五路，西至纬六桥东侧，建筑面积为20044，地下一层，东西长364.8米，南北宽100.5米，独立基础加框架柱无梁楼板结构，柱距8.4米。车库底板标高26.00米，区域的常年地下水位在29米左右，车库底板常年处于地下水范围内。整个车库范围内未设置伸缩缝，属超长结构。施工过程中，选用了适宜性能的混凝土，合理设置了后浇带，突出了温度裂缝控制，进行了施工荷载验算，安全优质高效地完成车库施工任务，取得了较好的施工效果。

2.选用适宜性能的混凝土

2.1混凝土原材料选用

（1）水泥：选用普通硅酸盐水泥P.O42.5，硬化时干缩小，不易产生裂缝。

（2）粉煤灰：选用二级或以上粉煤灰，能够延缓水化反应速度，有效利用后期强度的增长，抗渗性较好，干缩性较小，抗裂性较好。

（3）减水剂：选用减水率达18%以上的高效减水剂。

（4）膨胀剂：在混凝土中掺入膨胀剂可缓冲混凝土收缩应力，避免产生裂缝。

（5）纤维：选用聚丙烯纤维，长度12-19mm，防止混凝土收缩应力而导致微裂缝的出现。

（6）细骨料：选用含泥量少的中砂。

（7）粗骨料：选用含泥量少的碎石。

2.2混凝土配合比

为防止地下无梁楼板超长结构产生裂缝，经过计算和试配，合理确定了混凝土配合比，混凝土强度等级C35，抗渗等级P8，混凝土配比中胶凝材料用量440kg/m3。采用自动计量方式搅拌混凝土。主要参数如下：

（1）粉煤灰：掺入量控制在胶凝材料总量的30%。

（2）膨胀剂：掺入量控制在胶凝材料总量的8%。

（3）减水剂：经试配既能保证混凝土的强度也能满足混凝土的工艺性能，使混凝土水胶比控制在0.39，坍落度达到在180±20mm。

（4）纤维：掺量为0.9kg/m3。

3.后浇带的设置施工

3.1后浇带设置

施工过程中每隔4跨计43.6米，设置贯通整个结构横截面宽1000mm的混凝土后浇带，使混凝土可自由收缩，减少了收缩应力，从而提高结构抵抗温度变化的能力；后浇带在主体混凝土养护45天后进行浇筑。图示为施工现场设置的后浇带。

3.2后浇带在浇筑前，将整个混凝土表面清理干净

填充后浇带混凝土采用采用比原结构混凝土结构高一等级的c40高强度等级混凝土浇筑，保持20天的湿润养护。

4.温度裂缝控制

在地下无梁楼板超长混凝土结构施工过程中以及结构施工完成后，应充分考虑浇筑时的大气温度、浇筑当天的温差、入模温度、混凝土凝结过程的温差、后浇带浇筑时的温度等，对这些温度加以控制，避免因温度的影响而使结构产生裂缝。

（1）超长结构混凝土浇筑宜选择低温季节进行。为此，经纬嘉园车库混凝土浇筑选定在2011年10月5日-2012年4月1日施工，期间最低气温为-10℃，最高气温为23℃。

（2）混凝土选择在当日温差较小的情况下进行浇筑。浇筑时对混凝土的入模温度进行测量并控制入模温度不要过高，与大气温差不超过15℃。

（3）冬季浇筑完成第一次收面之后，及时覆盖一层塑料薄膜进行保温保湿，再覆盖两层棉毡进行保温养护，不可等到二次收面完成之后再进行养护。二次收面时，只将收面之处保温层掀起，收面完成之后立即进行恢复。养护当日24小时内温度均在5℃以上时应洒水进行养护。

（4）从混凝土浇筑完成至养护期间内，对混凝土内部温度、表面温度及大气温度进行测量，保证混凝土里表温差不大于25℃，表面与大气温度不大于20℃，当混凝土里表温差大于20℃时，要采取降温措施，并加强养护。

（5）浇筑后浇带混凝土不宜在高温下进行，混凝土振捣密实但注意不可过振，浇筑完成之后蓄水进行养护。

（6）在混凝土强度达到设计强度之后，及时进行上部土方的回填，使整个结构的环境温度处于低温状态，避免夏季太阳直射高温以及混凝土后期强度的增长导致混凝土结构出现裂缝。

5.施工中的荷载控制

（1）为避免基础不均匀沉降，引起沉降裂缝，柱基开挖到位后按照梅花状布置进行钎探，钎探时套锤重10kg，自由落距80cm，钎径Φ22，每30cm为一步，计六步。综合分析106个探点锤击数，基层比较均匀，土层为粘性土，可以进行后续施工。局部地基超挖部分，用级配砂石换填，换填后进行静载试验，试验合格后进行后续施工。

（2）回填土施工车库顶承载力验算。车库顶板（标高-1.95m）至室外标高（-0.45m）回填土1.5m高，按最不利情况考虑进行受力分析，静荷载按1.5m厚考虑，取顶板最小配筋率作为受力计算模型。车库顶板厚400mm，混凝土强度等级为C35，最小配筋为上部纵向ф16@200，横向ф18@200；下部纵向ф18@120，横向ф20@120；运输车辆及铲车全部按均布荷载考虑（按一米计算），受力简图如下：

故满足要求，不会对结构造成破坏。

为此，为了更好的检查地下水恢复到正常水位后车库的防水效果，选定了车库底板暂不回填土施工，顶板回填土到位即停止基坑降水的方案。

6.结语

嘉绍大桥超长钻孔桩施工探讨篇3

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

参考文献

[1]JT/J041-2000, 公路桥涵施工技术规范[S].北京:中国标准出版社, 2000.

[2]JT/G F80/1-2004, 公路工程质量检验评定标准[S].北京:中国标准出版社, 2004.

[3]嘉绍大桥专用施工技术规范[S].嘉绍跨江大桥工程建设指挥部, 浙江省交通厅工程质量监督局, 交通部公路科学研究院, 2009, 10.

超长桩施工篇4

钻孔灌注桩有向大直径、超长化发展的趋势,超深大直径钻孔灌注桩是指孔深>50m或长径比>50,并且孔径>800mm的钻孔灌注桩[1]。1985年,河南郑州黄河大桥,桩长70m,桩径2.2m;1990年,铜陵长江大桥,桩长100m,桩径2.8m;在建的甬江特大铁路桥,南岸桩长132m,北岸桩长132.5 m,桩径3m,是目前最大的铁路桥梁桩基础。目前,我国桥梁工工程中单桩承载力高达2×105kN。单桩设计承载力越来越大,达到了以“×104 kN”计的设计水平[2]。随着国内桥梁大建设,大直径超长桩成为大型桥梁基础的首选。选择合适的施工工艺和施工参数,决定了工程能否顺利进行,质量控制能否达标,生产进度能否保证工期。目前大直径超长桩一般采用气举反循环工艺

1 气举反循环原理

气举反循环又称压气反循环,其基本原理是将压缩空气沿输气管道送入井内一定深度,经混合器注入钻杆管腔内,与管内液体混合。由于混合液的相对密度小于泥浆的相对密度,在井筒内与钻杆间产生压差,并在井筒内液柱压力的作用下,使得导管内的混合液体以较高的速度向上流动。同时在导管下部产生负压,从而将孔底的钻渣连续不断地排出孔口,流至沉淀池后,气体逸散,钻渣沉桩孔形成循环[3]

1.1 气举反循环必要性

对于大直径工程桩,采用正循环回转钻进时,其钻杆与孔壁之间的环状断面积大,泥浆上返流速低,排除钻渣能力差,沿途重复破碎现象严重。因此采用正循环回转钻进成孔,桩孔直径一般不超过1 000mm。

1.2 气举反循环原理分析(见图1)

1.2.1 主要参数

由图1可以看出,上反力来自于钻杆内外液柱压力差,即:

式中:h0为混合器沉没深度(m);h1为升液高度(m);a为泥浆重度(kN/m3);γm为三相流的重度(kN/m3)。

由公式可见,升液高度h1取决于钻机,混合器沉没深度h0、泥浆重度γa、三相流的重度γm均会影响气举反循环钻进能力,也就是说混合器的沉没深度、风压、风量是影响气举反循环钻进能力和钻进效率的重要参数。

1.2.2 沉没比

当其他参数不变时,混合器沉没深度h0越大,则△p越大,同时考虑到升液高度h1的影响,引出了沉没比a的概念:风包埋入液面深度与风包到动力头排出口的距离之比:

式中:a为混合器的沉没系数;h0、h1同式(1)。

对于气举反循环来说,沉没比越大工作效率越高,一般的沉没比>0.5,若<0.4将无法实现反循环。实际上,在沉没比≥0.5的前提下,只要空压机能力允许,可适当提高沉没比[4]。

2 工程实例

甬江左线特大桥是宁波铁路枢纽新建北环线最大的控制工程,全长14.95km,主桥设计为全长909.1m的双线铁路斜拉桥,主跨468m过甬江,为国内铁路工程中首次采用大跨度钢混结合梁斜拉桥结构,斜拉桥索塔高177.91m,具有独创性,主桥钢-混结合段、大孔径140m深钻孔成桩、索塔整体钢锚箱、斜拉桥线型控制等技术科技含量高。

2.1 工程地质概况

场址表层为第四系杂填土()、第四系全新统海积()黏性土和淤泥质黏性土,其下为第四系上更新统冲海积()黏性土及冲洪积()砂类土,下伏基岩为白垩系下统馆头组()泥质粉砂岩、喜山期(γ)玄武岩及侏罗系上统。段()流纹岩。

2.2 施工概况

2.2.1 桩基础施工概况(见表1)。

2.2.2 钻机

本工程采用ZJD4000动力头钻机。

2.2.3 钻头

该工程配备并使用了双腰带四翼刮刀钻头和滚刀钻头,以适应不同岩土层。开钻到入岩(弱风化泥质粉砂岩)使用了双腰带四翼刮刀钻头,入岩后提钻换滚刀钻头。

双腰带四翼刮刀钻头由配重钻杆、中心管、翼板、上下导正圈(俗称腰带)、立柱、横支杆、斜支杆和超前小钻头等组成。钻进时,由于上下导正圈的导向作用和超前小钻头的定心导向作用,转动时钻头工作平稳、摆动少,钻孔的垂直精度较高[5]。

大口径组合滚刀(牙轮)钻头在嵌岩桩施工中,由于具有成孔质量好、钻进时效快、寿命长等优点得以广泛应用。钻头结构为多点扶正,宝塔式钻具结构;泥浆采用优质低固相泥浆;钻进过程中要保证足够的钻进压力和合适的转速。

2.3 钻进参数

2.3.1 风包埋深理论计算

式中:γa为孔内泥浆重度(kN/m3);h0为风包埋入深度(m);△p为供气管道压力损失(MPa),一般取0.03～0.05MPa。

以此计算风包最大埋深,如表2所示。施工过程中,可以由风包在孔内埋深反推计算出空压机最小的输出压力。

2.3.2 风包倒换

风包倒换方案为:钻进第6根钻杆开始反循环,即加风包钻杆(加在钻头上一节)。钻进至第25～29根钻杆(90 m左右)提钻,把风包钻杆加在第15根的位置。钻至入岩后,提钻换滚刀钻头时调整风包钻杆位置,保证风包钻杆之下有15根钻杆(15×3+5.6=50.6m)。终孔时风包埋入深度最大:+3m(护筒顶标高)-(-136.5m)(终孔时孔底标高)-50.6m=88.9m。

2.3.3 沉没比变化

图2为P6-14桩风包埋深、沉没比与风压关系示意。

由图2可知,沉没比从反循环开始后一直增加,到-70m后基本稳定在0.84左右,不再增加。另外,在110.588m提钻换滚刀后会调整风包位置,保证钻头至风包有15根钻杆(15×3+5.6=50.6m)的尾管长度,此时风包埋深为61.96m,沉没比为0.863终孔时风包埋深为88.9m,沉没比为0.897。也就是说,换滚刀钻头调整风包钻杆位置之后沉没比并无太大变化。

从收集到的数据来看,在-75m以前,风压是随孔深加大而增大,经现场取样,P6-14桩在-65～-90m为含砾石、砾砂层,最大钻渣颗粒直径约在7 cm,砾石相对于淤泥和黏土来说不易上返,钻至第25根钻杆(-76.148m)后提钻加风包(加在第15根上的位置),由于风包的调整,因此最大风压出现在此处(达1.44MPa)后续钻进过程中风压并未超过0.8MPa,原因主要有以下两点:①理论计算压力损失等取值有误差;②风包内部结构使得气体并非连续压入钻杆内,而是储积到一定程度才会释放气体,之后继续憋压,形成一个个气压脉冲(频率约为80～120Hz)。

3 结语

1)大直径超长桩施工工艺多选择气举反循环,沉没比是主要的钻进参数。

2)气举反循环开始时间由沉没比决定,只有沉没比>0.4反循环才有可能进行。

3)随着钻进深度的增加,沉没比会持续增大,但到一定程度后不再增加而是趋于稳定。

4)根据现场经验,沉没比越大,钻进效率越高。

5)施工前需计算出风包的最大埋深,制定好风包倒换方案,保证气举反循环的持续进行和高效率。

摘要：气举反循环冲洗液上返速度快,效牢高,常用于大直径超长桩的施工中。与其他施工艺不同,沉没比是重要的钻进参数,关系到气举反循环能否进行,影响钻进效率。讲述了气举反循环的原理,介绍了甬江左线特大桥主墩基础直径3.0m长132.5m的钻孔灌注桩施工情况,从理论上计算了风包最大埋深,结合收集的数据分析了风包的倒换方案和沉没比的变化,从而得出了一般的沉没比控制原则。

关键词：桩,超长桩,气举反循环,沉没比,控制

参考文献

[1]梅子广,黄生根,郝世龙.超长大直径钻孔灌注桩施工质量控制[J].施工技术.2013,42(1):54-58.

[2]张喜刚.龚维明.超长群桩基础承载机理研究[M].北京:人民交通出版社,2010.

[3]毛贤强,吴国利.张伟.气举反循环钻孔技术在125m深桩中的应用[J].山东交通学院学报.2006(1):75-77.

[4]郑桂萍,郝立新.孙智杰.四翼复雉刮刀钻头在太旧高速公路桥桩工程中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2002(S1):57-59.

超长桩施工篇5

1 工程概况

某大桥桥墩基础原设计为嵌岩桩,桩长42 m,嵌入微风化岩层2 m～3 m。实际施工钻探的地质情况是桩身上部地层为碎石土、强风化碳质页岩,地面以下70 m左右进入强岩溶化灰岩层,95 m左右进入弱风化灰岩层。根据工程地质情况,经分析最终变更设计方案为挖孔灌注桩,桩径为3.0 m,桩长98 m。上部土质地段采用人工开挖,软石地层采用十字镐或风镐开挖,下部硬质岩层采用人工打眼爆破开挖。孔内出渣采用卷扬机提升到孔口,再用手推车、农用车运走。孔周设35 cm～40 cm厚钢筋混凝土护壁,钢筋采用分片制作、吊入孔内拼接安装,护壁混凝土采用现场机械拌和、吊斗下放入模、插入式振动棒捣固。桩身钢筋笼地表分节预制,采用锥螺纹接头接长,吊车配合安装。桩身混凝土由集中式拌合站拌制、罐车运送至孔口,再用导管自下而上分层灌注、分层振捣密实。

2 不安全因素分析

2.1 地质条件复杂

桥墩位于断裂带,为古岩溶漏斗中心,施工钻探的地质情况是0 m～50 m地层多为粘土、碎石土、强风化碳质页岩;50 m～89 m为强岩溶化灰岩,节理、裂隙十分发育,溶蚀强烈,形成溶孔、溶隙,由粘性土充填,岩芯破碎,均为碎石状;89 m～96 m地层为弱岩溶化灰岩,具隐晶质结构,块状构造,节理、裂隙较发育,溶蚀强烈,形成溶孔、溶隙,由粘性土充填;96 m～101.2 m地层为微风化灰岩,深灰色,主要矿物成分为方解石、白云石,裂隙较发育,裂面较粗糙,附着泥质、铁质氧化物薄膜,可见少量溶孔、溶隙,该层钻进平稳,岩芯稍完整,一般呈5 cm～25 cm柱状及碎石状,质硬,较新鲜;稳定水位在90 m以下。在此种地质条件下开挖孔桩,可能出现孔壁垮塌、护壁偏压错位等危险,影响孔底作业人员的人身安全。

2.2 作业环境复杂

挖孔深度为98 m,属超深孔作业,孔内氧气供给不足,当使用风镐凿岩时,还会产生较多石粉,对孔内作业人员可能产生缺氧、呼吸不畅、粉尘等危险。施工过程中要穿过强风化碳质页岩及煤系地层,可能出现瓦斯溢出;挖孔桩位于岩溶漏斗内,可能有不明有毒气体,导致孔内施工人员中毒事件发生。另外,地质资料显示,挖孔段地层有少量溶孔、溶隙现象,施工中可能引起大面积溶洞现象,故要防止钻孔、爆破时溶洞出现突然坍塌事故发生。并且,在有可能出现溶洞的情况下,还要防止因施工造成破坏地下溶洞排水系统,打开溶洞内水带或雨天出现溶洞等沟槽集水流出,导致涌水、突泥现象发生,危及孔内施工人员安全。

2.3 桩孔较深且作业空间狭窄

孔底挖孔作业人员始终处于吊物下面作业,孔底空间有限,极易受到掉落物体打击;挖孔作业人员上下桩孔容易失稳发生坠落;挖孔桩孔口有提渣作业人员、检孔工作人员,还可能有旁观人员,如围护措施不到位,人员麻痹大意,有可能发生人员从孔口掉入孔内事故。

2.4 施工用电及通讯不畅

孔桩在施工过程中,可能出现瓦斯等不明气体、渗水、滴水现象,要防止因此而引起的电线漏电造成人员触电事故发生。另外,深孔作业,孔内外联络采用常规无线通讯设备已经无法实现,正常的施工联络或遇险报警存在困难。

3 安全防范措施

3.1 防止不良地质引起塌孔的措施

挖孔直径3.8 m,孔深98 m,采用人工挖孔,C30钢筋混凝土护壁,每节高1 m,壁厚0.4 m,护壁混凝土施工应掺加早强剂。如孔位地下水较为丰富,孔内有渗水,应及时用水泵将水抽干,若孔内渗水较大,孔内抽水困难时,还应采取孔外降水的措施,通过降、排水措施可以保持土质干爽,减少护壁土压力;护壁混凝土采用现场拌制,用吊斗运输,孔内现浇,机械振捣,模板采用定制钢模,可周转使用;另外,加强对孔壁稳定性的检查,每班作业人员下孔前应仔细检查孔壁有无开裂变形等现象,如有异常应分析原因,采取加固措施后方可继续挖孔作业;爆破作业时应配备安全防护人员,加强安全警戒,一孔进行爆破作业时,另一孔的挖孔人员应停止作业,并撤出井孔。

3.2 防止涌水突泥措施

当桩孔进入岩层时,在每次爆破钻眼前,应先打2个～3个超前长孔,长度为2 m左右,以探明桩孔下方地层内有无空洞。在超前钻探时,如发现承压喷水、喷泥等涌水突泥的预兆,应进一步加大超前钻探范围,探明涌水、淤泥带的分布情况,并预测其涌水涌泥量,在此基础上制定处理方案后实施。在进入岩溶发育岩层时,应在护壁上预埋铁件,悬挂应急软梯,以便出现突发涌水涌泥后,可及时撤离施工人员,确保孔内施工人员的人身安全。对已揭露出的溶洞,应对其走向、大小、深度作详细调查,绘制纵横剖面图,拍摄现场照片,并根据调查资料制定具体的溶洞处理方案后实施。为了防止施工人员掉入溶洞,在探明有溶洞或接近溶洞的地方,每个孔底施工人员必须将安全绳固定在孔壁牢固的地方。

3.3 防止孔口、孔内坠落措施

在孔口设置护壁,高出地面0.5 m以上,并在护壁上设高1.0 m的钢筋围栏。孔口作业人员应系安全绳,并拴在牢固物体上。另外,在孔口应设安全警示标志,夜间作业应设红色警示灯,提示过路行人及施工车辆注意,孔内暂停施工时,应在孔口加设护盖,并固定良好。

孔内出渣提升设备采用带安全装置的1 t电动卷扬机,并设防过卷、过速、过负荷和欠电压等保护装置,卷扬机具基座要采用C15混凝土浇筑,且应在基座混凝土达到设计强度后卷扬机方可投入使用。设备操作人员应相对固定,并应通过培训,试用合格后方可上岗。每班作业前应对电动卷扬机的吊杆、钢丝绳进行全面检查,发现吊杆变形、钢丝绳起毛、断丝等现象应暂停作业,更换后再恢复作业。此外,提渣桶要采用自动翻转式吊桶,并设有防止吊桶翻转的安全装置;提渣吊桶上设护顶盖,保证吊桶内的渣土不往外掉;提升钢丝绳应与吊桶连接牢固,保证在升降时不致脱钩。并且,要在距离孔底3 m～5 m的位置设置遮挡屏障(采用5 mm厚钢板与护壁连接牢固),取土吊斗升降时,挖土人员在遮挡屏障下面停止开挖,注意安全。

3.4 孔中防中毒措施

地下特殊地层中往往含有CO,SO2,H2S或其他有毒气体,故每次下孔前,必须对桩孔内气体进行抽样检测。当桩孔开挖深度超过5 m时,每日开工前应向孔内送风5 min,使孔内混浊空气排出,并且应进行有毒气体的检测,检测方法一般有两种:1)使用瓦斯检测仪检测瓦斯或其他有毒气体是否超标。2)用吊笼把小动物放到桩孔底进行活体实验,过30 min后把小动物吊出桩孔,通过观察动物的生理反应,判断桩孔内是否有毒气。如发现有害气体含量超过允许值时,应将有害气体清除至化学毒物最低允许浓度的卫生标准。施工现场应准备防毒面具、氧气瓶等抢险物资,一旦孔底出现人员中毒晕厥,施救人员应佩戴防毒面具下孔抢救,根据情况及时送医院进一步治疗,并报当地建设行政主管部门和劳动、卫生部门,以便采取相应措施。

3.5 施工用电、通讯安全措施

施工场内的一切电源、电器的安装和拆除,必须由持证电工专管,电器必须严格接地接零和使用漏电保护器;电器安装后经验收合格才准接通电源使用,要做到一机一闸一保险。孔上电线、电缆必须架空,严禁拖地和埋压土中;孔内电缆、电线必须绝缘,并设有防磨损、防潮、防断等保护措施,孔内作业照明应采用安全矿灯或36 V以下安全灯。孔内外通信采用手摇式有线提包机和对讲机双重保险,保证正常的施工联络及遇险时的通讯。

4结语

人工挖孔桩作业环境复杂,施工机具种类繁多,施工技术队伍质量不稳定等因素造成了这个看似简单的作业过程,却充满着高危险性。超长人工挖孔桩桩孔更深、穿透地层更加复杂多变,客观上形成了施工难度大的特点,施工过程中伤亡事故时有发生,且事故类别呈多样化,值得认真研究并加以防范。

摘要：探讨了人工挖孔灌注桩的优缺点,结合工程实践,从地质条件、作业环境、施工等方面论述了人工挖孔桩施工中的不安全因素,并提出了相应的技术防范措施,从而保证施工的正常进行,并减少伤亡事故的发生。

关键词：人工挖孔桩,安全措施,地质条件,灌注桩

参考文献

[1]薛战防,徐学刚.人工挖孔桩的施工要点及安全技术措施[J].科技信息,2007,7(13):89-90.

[2]张银启,侯德峰,吴锡君.超深人工挖孔灌注桩施工技术初探[J].西部探矿工程,2006(5):67-68.

超长桩质量检测技术分析篇6

1 常用桩身质量检测方法

1.1 超声透射法

在埋设声测管之间发射并接收声波, 通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化, 对桩身完整性进行检测的方法, 称为声波透射法。该法具有抗干扰能力强、检测细致、结果较为准确、不受桩长和桩径限制、无盲区等优点, 在对大直径超长桩的检测准确度高, 检测结果直观, 能反映桩身缺陷的确切位置、大小、严重程度等方面的信息。但该法需要预埋声测管, 对桩身直径有一定的要求, 且检测效率低, 成本高, 对施工进度有影响, 对水平裂缝不易检测, 且由于施工的原因很可能造成声测管的弯曲、折断与破漏, 同时在检测管局部未被混凝土包裹住的部位, 透射波的声时加长、波幅下降, 有时甚至收不到波形, 于是误判为桩身存在缺陷, 桩身严重缩径到检测管外露, 使透射波的声时、波幅均出现严重异常, 会误判为桩身严重缺陷。且对扩颈和轻微缩径的判别失效, 这些将对检测结果产生较大的影响, 从而降低了检测结果的可靠性。

1.2 钻孔取芯法

用钻机取芯样以检测桩长、桩身缺陷、桩底沉渣厚度以及桩身混凝土强度、混凝土的强度、密实性和连续性, 判定桩端岩土性状的方法称为钻孔取芯法。该法不受场地条件的限制, 特别适用于大直径混凝土灌注桩, 可以直观测试灌注桩的完整性, 而且能够检测桩长、桩底沉渣厚度以及桩底岩土层的性状。另外, 对查明大面积的混凝土疏松、离析孔洞等也比较有效, 是桩身完整性检测诸多方法中最为直观可靠的检测方法。但是, 该法会对桩身造成一定的损害, 对于细长桩沿桩身通常钻孔取芯难度较大, 且有些情况下的断桩或者断面缺损也不易检查出来, 操作也比较麻烦不便采用, 对于超长桩也不宜采用。

1.3 低应变反射波法

在目前常规桩的桩身检测中, 国内外普遍采用瞬态冲击方式, 通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线, 来判定基桩的桩身完整性, 这种方法称之为反射波法 (或瞬态时域分析法) 。本方法可适用于检测桩身的完整性, 推定缺陷类型及其在桩身中的大概位置, 也可对桩长进行核对, 对桩身混凝土的强度等级做出初步估计。该方法操作简便、使用快捷、成本较低且可对工程进行普查, 具有相对完善的理论基础和比较先进的诊断技术, 是应力波在桩体中的传播规律准确的反映, 能有效地诊断桩身局部缺陷, 所以在我国应用十分广泛。

1.3.1 低应变反射波法现场测试技术

低应变反射波法检测技术理论成熟、费用低廉、仪器轻便。仪器设备主要包括:激振设备、传感器、信号采集分析设备。其现场布置如图1所示。

1.3.2 低应变法现场测试要求

低应变反射波法分析桩身质量, 首先要求采集到准确可靠的信号得到时域曲线, 从而做出正确的质量诊断, 这对于操作人员的业务水平要有严格的管理和把握, 操作人员一定要有谨慎严谨的科学态度, 无论在仪器的安装调试还是在信号采集和分析过程中, 都要有一丝不苟的职业精神, 在现场测试前的准备工作、锤头的选择、传感器的选择及安放, 以及现场信号采集后对信号进行正确的分析处理方面也要倍加关注。

1.3.3 低应变反射法的作用

根据应力波反射原理, 在工程检测中, 利用该理论可以对桩基的完整性进行快捷的检测, 对于工程中的常见桩身情况, 该方法可以检测以下各种形式的桩身问题 (见图2) 。

然而, 对于渐细桩、渐粗桩、弯曲桩的桩身缺陷及桩身的微小缺陷、竖向裂缝、桩底沉渣, 低应变法由于理论本身的局限性也很难做到正确的反映, 将很难测到其异常。同时, 桩体并不是完全的一维线弹性杆模型, 会存在着一定的尺寸效应, 确定的桩身缺陷位置是有误差的。在瞬态激振情况下, 锤击后应力波主要以纵波形式直接沿桩身向下传播, 在桩顶又主要以表面波和剪切波的形式沿径向传播, 从而产生一定的误差。同时, 由于锤击点与传感器安装点有一定的距离, 接收点测到的入射峰时刻较锤击点滞后, 面波或剪切波的传播速度比纵波低得多, 特别对大直径桩时间滞后将更明显。而波从缺陷或桩底以一维平面应力波反射回桩顶时, 引起的桩顶面径向各点的质点运动却在同一时刻都是相同的, 即不存在由近及远的时间滞后问题, 从而造成一定的误差。如果其桩身长度大于45m, 在进行完整性检测时, 将很难检测到桩底反射或者深度较大处的桩身缺陷, 从而不能完整的反映整桩的桩身质量。值得注意的是, 即使桩身长度在可检测范围之内, 但是如果桩身过长, 在低应变检测时所需要的激发的信号的频率就越小, 以减小能量的损失, 这样便造成对一些浅层或微小缺陷误判或者漏判, 尤其在长桩桩身完整性检测过程中这一矛盾尤为明显。低应变无法检测的类型如图3所示。

2 基于低应变法的应力波接力传导检测技术

从上述可以看到, 当桩身长度达到一定的程度, 桩底反射及深度较大处的缺陷反射将很难被低应变法所检测。通过分析可知, 桩顶的传感器接收的是应力波经历入射和桩底 (或缺陷) 反射两个等距离的历程后到达桩顶时质点的速度, 过程中受到两次桩周土的阻尼作用使能量的损失更为迅速, 如若使得应力波在较小的能量损失条件下被传感器接收, 可通过减小桩底 (或缺陷) 反射应力波被接收所经历的距离实现。所以, 我们试图通过在桩顶安置传感器, 检测其浅部范围内 (这个范围应该在其可测桩长范围之内) 的缺陷情况, 通过桩身中埋置的传感器, 检测深部桩身质量, 使其在较短的时间内接收到桩底反射或深度较大的缺陷反射, 从而在应力波衰减较小的情况下被传感器所接收, 进而实现对整个桩身的完整性检测。这个过程中, 应力波的传播距离减小, 由阻尼造成的能量衰减较小, 接收的反射波幅值更为清晰。其原理图、信号采集时的现场布置图如4、图5所示。

该方法的优势在于, 发挥不同深度处传感器的作用, 分工测试, 互相补充。将一个传感器置于桩顶, 另外一个置于可测临界桩长深度及以上位置, 这样, 传感器以上范围内的桩身质量就可以通过桩顶处的传感器进行分析检测, 而下部的桩身质量由桩身中的传感器检测, 完成对桩身质量分析评价的"接力", 然而, 利用该方法也只是增大可测桩长范围, 受制于桩周土的阻尼作用的影响, 其可测深度也是有着一定的范围, 对于桩身传感器以下的可测桩长需要根据传感器埋深进一步计算分析。

根据式 (1) , 距离桩顶x处的桩身质点, 其接收到的初始入射波幅v1与桩顶的质点初始入射波幅vi有如下关系:

把x以下的桩段看作一根整桩考虑, x处的桩身质点接收到的初始入射波幅v1与该点接收到的桩底反射波幅vr有如下关系:

式 (2) 式 (3) 相乘, 得到:

通过对比分析式 (1) 、式 (4) , 可以看出, 在桩长相同的情况下, 桩身中的传感器接收到的桩底反射波幅与桩顶传感器接收到的入射波幅比要大于放于桩顶处的传感器接收到反射波幅与入射波幅比, 采集到的信号更为清晰, 因此, 便可以检测更大长度范围内的桩身质量。

如果先确定了传感器埋设深度x (x应小于该种土质作用下的临界桩长) 之后, 将x代入式 (2) , 计算得到桩身入射波与桩顶入射波的波幅比, 从而计算可得式 (3) 中的桩身传感器的桩底反射波幅与桩身入射波幅比, 进而利用式 (3) 计算传感器下可以测得的桩长h。

需要注意的是, 由于该方法忽略了桩身阻尼的作用, 所以在实际应用中要考虑这些因素的影响, 从而应该减小传感器的埋深, 而用该法实际适用的桩长也要小于计算值。

3 总结

低应变法的应力波接力传导检测技术, 即通过在桩身中预埋传感器, 从而应力波能量损失要小于到达桩顶时的能量损失, 被桩身中的传感器所接收的波幅值将更大, 使其能够接收到清晰的桩底反射或深部的缺陷反射, 从而更好的完成对桩身质量的检测。该方法利用了低应变反射波法原理, 但是要优于超于长目灌前注工桩程的中桩常身规完的整低性应检变测反。射波常规检测技术, 能适用于超长灌注桩的桩身完整性检测。

摘要：介绍了目前超长桩桩身质量检测的常规技术检测方法, 简述了各方法的优缺点, 并在此基础上提出了低应变应力波接力传导技术。分析论证了该方法与常规检测方法的优缺点, 用理论公式分析计算具体的超长桩临界桩长, 并对实际应用考虑因素进行了总结。

关键词：超长桩,质量检测,低应变,接力传导

参考文献

[1]陈凡.基桩质量检测技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[2]徐攸在.桩基检验手册[K].北京:中国水利水电出版社, 1999.

[3]JGJ94—2008建筑桩基技术规范[S].

[4]雷林源.桩基动力学[M].北京:冶金工业出版社, 2000.

超长桩施工篇7

关键词：超长群桩,高承台,桩身压缩,沉降,计算

0前言

超长群桩沉降计算是一个非常复杂的问题,涉及到群桩本身的几何外形尺寸、桩土相对刚度条件、荷载的大小及其传递规律等等,但限于目前的研究水平,人们尚未提出能考虑各种因素影响的沉降计算方法。对于超长群桩而言,现行国内规范均没有考虑桩身压缩对沉降的贡献[1,1,2,1,2,3,4,5],而美国路桥规范则考虑了此项[6]。为此,本文基于苏通大桥主塔群桩基础下的地基条件,考虑桩身弹性压缩对沉降的影响,针对两类超长群桩进行沉降计算研究,提出对超长群桩基础比较合理的沉降计算方法。

1 计算方法

对于超长群桩,国内现行有关地基基础的规范中,目前还没有一种规范提到“超长群桩”这一已在工程实践中广泛应用的基础类型[1,1,2,1,2,3,4,5],更谈不上考虑其压缩变形量对整个桩基础的贡献了。美国各州公路和运输工作者协会(AAHTO)制订的《美国公路桥梁设计规范:荷载与抗力系数设计法》(SI单位,1994年第一版)对超长钻孔灌注群桩的沉降计算提及要考虑桩身压缩变形量的贡献[6],并建议采用Reese和O'Neill所提出的一种估计超长钻孔桩的弹性压缩的近似方法[7],即以桩顶荷载的60%来计算桩身压缩量。

本文假定群桩各桩侧摩擦阻力向下呈线性增大分布,根据群桩中各基桩平均桩端阻力比α导出群桩桩身弹性压缩量的公式。

不妨假定某高承台钻孔灌注群桩基础的总桩数为n,承受桩顶总荷载为N,基桩桩身横截面面积为A,弹性模量为E,桩长为L,其中水流冲击的出土部分长度为L1,入土部分的长度为L2,如图1所示,群桩中各基桩的平均桩端阻力比α,则根据材料力学可以推知整个桩长的弹性压缩变形量△L的计算式为

对于超长摩擦群桩,桩端阻力比很小,当α=0时,则公式(1)可以简化为

若参照美国路桥规范[6],式(2)则变为

考虑桩身压缩对超长钻孔灌注群桩基础沉降的贡献,对于桩距不大于6倍桩径的桩基础,可按等代实体深基础的沉降计算理论公式,即

公式中符号的意义与最新现行规范中沉降计算公式中的规定含义完全相同[4],在此毋须赘述。

2 应用分析

苏通长江公路大桥主桥南塔的工程地质概况①如下:

(1)淤泥质亚黏土:灰色,流塑,高压缩性,Es=4.19MPa,含少量腐植质夹薄层粉砂,有层状结构。其层位较稳定,分布连续,厚度为0.8～20.3m,一般厚5.2m。

(2)亚黏土:灰色,局部粉砂夹亚黏土或粉砂,松散～稍密状,中等压缩性,Es=12.4MPa,含云母,夹薄层亚黏土。其分布较稳定,厚度为0.7～8.4m,一般厚4.8m。

(3)亚黏土:灰色,软塑,中等压缩性,Es=5.0MPa,含腐植质及泥质结核,有层状结构。其层位较稳定,分布连续,厚度为5.3～15.3m,一般厚11.6m。

(4)亚黏土:灰色,软塑,中等压缩性,Es=6.36MPa夹粉砂层或粉砂与亚黏土互层。其厚度为3.2～19.3m,一般厚9.4m。

(5)亚黏土:灰色,中密或软塑,压缩模量Es=10.2MPa,局部为亚黏土与粉砂互层,部分地段为粉细砂。其厚度为9.8～29.2m,一般厚20.4m。

(6)粉细砂:灰色,密实,饱和,压缩模量Es=13.2MPa,部分钻孔局部夹亚黏土薄层。其层位较稳定,分布连续,但起伏较大,厚度为4.0～47.9m,一般厚22.5m。

(7)中粗砂:灰色,密实,饱和,压缩模量Es=16.6MPa,含少量砾石,局部为粗砂。其层位较稳定,分布较连续,厚度为1.2～18.6m,一般厚9.1m。

(8)粉细砂:灰色,密实,饱和,压缩模量Es=14.0MPa,含少量中粗砂及砾石。其分布较稳定,厚度为0.5～10.9m,一般厚6.0m。

(9)中粗砾砂:灰色,密实,饱和,压缩模量Es=19.2MPa,含砾石,局部为粗砂。其分布较稳定,厚度为2.5～21.2m,一般厚8.1m。

根据以上群桩沉降计算方法,以下就针对2×

2 群桩和3×3群桩在全注浆、

最大冲刷深度工况条件下的最终沉降量进行计算。群桩基桩总长为114m,其中入土75m,桩径2.5m,桩间距为6.25m,即2.5倍桩径。

根据在不同荷载阶段对2×2群桩和3×3群桩在全注浆、最大冲刷深度工况条件下桩顶荷载和桩端阻力比的试验研究①②,各基桩平均桩端阻力比α为0.246,沉降计算值与试验值如图2和图3所示[8]。

由图2和图3可知,2×2超长群桩基础的理论计算沉降量与其离心模型试验沉降值相比较,其差值与试验值相比的百分比最大不超过15.3%,与最大差值相对应的作用荷载点为100MN;3×3超长群桩基础的理论计算沉降量与离心模型试验沉降值相比较,其差值与试验值相比的百分比最大不超过17.1%,与最大差值相对应的作用荷载点为300MN。由此可见,考虑桩身压缩量对超长钻孔灌注群桩基础沉降贡献的沉降计算的方法是合理的。

计算研究表明,桩身压缩量对超长钻孔灌注群桩基础沉降贡献在荷载不同阶段所占比例不同。2×2超长群桩基础的桩身压缩量占总沉降的百分比最高可达10.3%;而3×3超长群桩基础的桩身压缩量占总沉降的百分比最高可达9.5%。可见,不能忽略桩身压缩量对超长钻孔灌注群桩基础沉降的的贡献。

由公式(1)得知,当桩总长确定后,L1越长,△L越大,说明高承台超长群桩承台越高,桩身压缩量越大。

此外,由试验所得的平均桩端阻力比α为.0.246,代入公式(1)后与公式(3)相比,不难发现,两者相差甚微,说明美国路桥规范建议采用Reese和O'Neill所提出的一种估计超长钻孔桩的弹性压缩的近似方法是可行的。

3 结论

(1)超长钻孔灌注群桩基础沉降计算应该考虑桩身弹性压缩的贡献。

(2)高承台超长群桩承台越高,桩身压缩量越大。因此高承台超长钻孔灌注群桩基础沉降计算更应考虑桩身弹性压缩的影响。

超长桩施工篇8

关键词：超长桩,群桩,有限元,桩距

近年来随着超高层建筑以及大跨度桥梁的大量建设,超长桩因其具有承载力高等优点在工程中被大量应用。阳吉宝、池跃君、张忠苗等学者[1,2,3,4,5,6]对超长桩承载性状进行了研究,取得了丰富的研究成果,但是主要集中在对超长单桩的研究。在实际工程中,尤其在超高层建筑中,超长桩多以群桩的形式被使用,竖向荷载作用下的超长群桩基础与超长单桩的承载特性有什么区别,超长桩的群桩效应如何,这方面的研究很少见有报道。由于超长群桩通常长度大,承载力高,受到试验条件的限制,在实际的桩基工程中主要根据单桩的承载性能来推算群桩的承载性能,带有很大的地域性和离散性,因此,研究超长群桩的承载特性具有很大的理论和实践意义。本文利用考虑桩土相互作用的三维非线性有限元分析程序研究竖向荷载作用下桩距对超长群桩承载性能的影响。主要讨论了桩距对超长群桩荷载-沉降关系、摩阻力分布、承台底土荷载分担比、基桩之间的荷载分配以及基桩之间的沉降差异的影响。

1 有限元模型及参数

本文采用三维有限元程序进行模拟,承台单元、桩单元、土单元均采用三维8节点六面体单元;土的应力-应变关系采用Duncan-Chang非线性模型,为了考虑中主应力σ2的影响,凡是σ3为变量的地方,用真代替[7];承台和桩体采用线弹性模型;桩、土接触界面采用三维8节点刚塑性无厚度接触面模型;在半无限地基的有限元分析中,困难在于如何确定边界的位置,处理不当就会歪曲整个位移场和应力场,为了使计算结果更真实地反映实际的受力情况并与空间8节点有限元单元耦合,在计算区域的边界引入空间8节点非等参无限元,既满足精度的要求,又能大量减少单元数量。

承台混凝土弹性模量Ec=32.5 GPa,桩身混凝土弹性模量Ep=31.5 GPa,泊松比v=0.15。假定土体泊松比不变,计算区域内为均质粘性土。土体参数见表1;假定接触面发生塑性滑移的临界值为2 mm;承台厚度2 m,桩直径1 m,桩长60 m;以正八边形截面桩来模拟圆截面桩。

2 计算结果分析

2.1 荷载-沉降曲线

图1为16根60 m的小组群桩在不同桩距时对应基桩的荷载-沉降曲线以及单桩的荷载-沉降曲线。由图可见,不同桩距情况下,超长群桩各基桩仍然表现为缓变型的承载特性,随着桩距的增大,相同沉降对应的桩的承载能力提高,当荷载较小时曲线间的差别较小,当荷载较大时,桩距大的群桩相应基桩的承载能力明显高于桩距较小者。沉降为140 mm时,Sa=7 m的桩与Sa=4 m的桩承载力之比为1.3;与单桩相比,沉降为140 mm时,Sa=7 m的桩与Sa=4 m的桩承载力分别为单桩的54%和71%,承载效率明显低于对应桩距的中短桩,因此,对于超长群桩,桩距过小不利于提高基桩的承载效率,在超长桩筏基础设计中应根据情况选择合理的桩间距,不能盲目地增加桩长和桩的数目,现行规范[8]中表3.2.3-1规定的桩的最小中心距对大规模超长群桩来说,明显偏小;表5.2.3-1中[8]仅给出Sa/d=3～6的群桩效应系数的取值,当/d>6时,群桩效应系数取1,这对于承受高荷载S a的超长群桩来说是不适用的。

2.2 桩侧摩阻力分布

超长桩主要依靠桩侧摩阻力承担上部结构传来的荷载,桩侧摩阻力只有在桩-土间产生一定相对位移的条件下才能发挥出来[9],图2为16根桩的小组群桩桩侧摩阻力分布图,桩间距为7 m,由图可见,侧摩阻力沿桩身近似呈“R”形分布。基桩桩身上段侧摩阻力发挥不够充分,群桩中角桩桩侧摩阻力最大,边桩次之,中心桩最小。这是由于超长桩的荷载大,桩间土的竖向位移受到相邻桩的影响大,桩-土相对位移随之减小,不利于桩侧摩阻力发挥,此外,承台的存在限制了群桩上部的桩-土相对位移,从而使基桩上段的桩侧摩阻力发挥程度有所降低。但是超长桩桩长与承台宽度比值比普通群桩大很多,承台底土反力形成的应力泡只包围桩身的上段,因此对上段桩侧摩阻力发挥的影响程度明显大于下段,中心桩位于群桩的包围之中,受到的影响最大,而边桩和角桩受到的影响相对小些,桩侧摩阻力比中心桩发挥得更充分;桩身的中下段各桩桩侧摩阻力随桩深趋向于重合,这主要是由于传递到桩端附近的荷载较小且桩端离承台底土反力形成的应力泡较远。图2中摩阻力值明显大于规范[8]中推荐的同类土相应的摩阻力值。在桩基设计中,若按照规范[8]推荐的摩阻力进行计算,无疑将增加桩的长度。由图2中摩阻力分布曲线,可以将摩阻力沿桩长(L)划分为:(0～1/4)L、/4～3/4)L和(3/4～1)L三段。在摩阻力计算时,这三段应分别乘以对应的系数η1、η2、η3,其中η1<1、η2>1,、η3>1;具体取值有待工程实践经验的积累和进一步的理论研究。

图3为16根桩的小组群桩在不同桩距时,边桩侧摩阻力分布曲线。随着桩距的增大,各桩之间应力叠加的影响减弱,桩-土相对位移增大,群桩效应进一步减小,从而桩侧摩阻力得到更充分地发挥。因此,对于主要以侧摩阻力来承担上部结构荷载的超长群桩来说,选择合理的桩距比盲目增加桩身长度效果更明显。

2.3 桩距对承台分担荷载比例的影响

在群桩基础中,由于承台与桩顶同步沉降,承台底面的土必然受到压缩从而产生土反力,该反力分担一部分荷载。图4反映了16根桩的小组群桩不同桩距(Sa)时的承台分担荷载比例情况。随着桩距的增大,桩对桩间土的遮拦挤密作用减小,桩-土相对位移增大,承台底土反力得到更充分发挥。承台分担的荷载(Pcap)占总荷载(p)的比例增大,荷载较小时分担比增长较快,然后趋于稳定并略有降低。但是承台荷载分担比总体来说还是较小,远小于中短桩群桩基础中承台底土反力的分担比[10]。

2.4 桩距对基桩荷载分配的影响

图5和图6分别反映了不同桩距边桩荷载(Pb)、角桩荷载(Pi)与中心桩荷载(Pc)的比值随中心桩荷载变化。随着荷载的增大,Pb/Pc和Pj/Pc略有增大,然后趋于稳定;桩距变化对Pb/Pc和Pj/Pc影响较大,其中对Pj/Pc影响最大,随着桩距增大,承台刚度随之减小,桩顶对承台弯矩增大,使群桩中各桩荷载趋于均匀;桩距从4 m增大到7m,Pb/Pc由1.27减小到1.11,Pj/Pc由1.49减小到1.17。因此,桩距增大,不仅能使桩侧摩阻力得到更充分发挥,而且有利于调节荷载在各桩之间的均匀分配,所以,在超长群桩基础设计中选择合理的桩距是十分必要的。

2.5 桩距对基桩沉降的影响

图7和图8分别反映了不同桩距边桩沉降(Sb)、角桩沉降(Sj)与中心桩荷载(Sc)的比值随中心桩荷载变化。随着中心桩沉降的增大,Sb/Sc和Sj/Sc略有增大;桩距变化对Sb/Sc和Sj/Sc影响没有对Pb/Pc和Pj/Pc影响明显。随着桩距增大,承台刚度随之减小,桩顶对承台弯矩增大,群桩中各桩沉降差异增大;桩距从4 m增大到7 m,Sb/Sc由0.976减小到0.943,Pj/Pc由0.95减小到0.885。可见,在不改变桩径和承台厚度的情况下,桩距增大,虽然能使桩侧摩阻力得到更充分发挥,而且有利于调节荷载在各桩之间的均匀分配,但是各桩之间的差异沉降进一步增大,所以,在超长群桩基础设计中存在最佳承台厚度的问题,它应该既能满足抗冲切要求又能协调荷载在各桩之间的均匀分布以及调节各桩之间的差异沉降。

3 结论及建议

1)超长群桩基础,桩间距不能太小,现行《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)规定的桩的最小中心距对超长群桩来说,明显偏小。在超长群桩设计时,应根据承台尺寸和桩长选择最优桩间距。

2)超长群桩基础中,桩侧摩阻力沿桩长呈“R”形分布。建议根据沿桩身侧摩阻力的发挥情况,将摩阻力分布曲线划分为:(0～1/4)L、(1/4～3/4)L和(3/4～1)L三段。在摩阻力计算时,这三段应分别乘以对应的系数η1、η2、η3,有关这些系数的取值,有待进一步研究。

3)超长桩群桩基础,承台底土荷载分担比随桩距增大而增大,但是承台底土分担的荷载占总荷载的比例较小,在粘性土中,当桩距较小时,可以不考虑承台底土的承载作用,而将其作为安全储备。

4)增大桩距,有利于桩侧摩阻力的充分发挥以及荷载在各桩之间的均匀分配,但承台刚度随之减小,各桩之间的差异沉降增大。因此,应进一步研究承台厚度与桩距之间的变化关系,得到不同桩距条件下的最优承台厚度。

5)由于承台、桩、土相互影响共同作用,超长群桩的工作形状是一个很复杂的问题,本文仅对桩距的影响进行分析,其结果还有待模型试验或现场试验的验证。

参考文献

[1]阳吉宝,钟正雄.超长桩的荷载传递机理[J].岩土工程学报,1998,20(6):108-112

[2]张忠苗,辛公锋,夏唐代.深厚软土非嵌岩超长桩受力性状试验研究[J].土木工程学报,2004,37(4):64-69

[3]王俊杰,朱俊高,魏松.不同桩底地层超长桩工作性能的数值模拟[J].岩土力学,2005,26(2):328-331.

[4]池跃君,韩庆华,顾晓鲁,周建萍.超长桩承载特性的数值拟合[J].工程力学,2001,18(2):46-50

[5]汤斌,陈晓平.群桩效应有限元分析[J].岩土力学,2005,26(2):299-302