桩体材料

桩体材料（共6篇）

桩体材料 篇1

摘要：为实现节能减排、缓解资源短缺的目标、降低工程造价,在国内某新建高速铁路A市东站软弱地基CFG桩施工中通过对桩体混凝土中的河砂及粉煤灰等材料进行研究,成功地采用尾砂替代河砂、原灰替代粉煤灰等优化节能方案,在不改变CFG桩体设计强度、保证施工质量的前提下,达到了软基处理的效果。

关键词：软基处理,CFG桩,材料研究

1 工程概况

新建高速铁路A市东站里程范围DK531+971.43～534+437.35,站场内地基为粉质粘土等软弱基础,按照设计要求,站场填筑前需要采用CFG桩对软弱地基进行加固处理,CFG桩桩径50 cm,设计单根长度25～30 m,总工作量125万m。CFG桩体灌注材料采用C20普通混凝土,灌注总方量25万m3。

由于A市东站CFG桩工作量大,工期紧张,临近区域砂石、煤灰等材料供应困难,按照新建高速铁路股份有限公司指示精神,要求各施工单位在路基CFG桩体施工中广泛进行尾砂和灰渣等材料的研究和应用,实现节能减排、缓解资源短缺的压力、降低工程造价、加快工程进度。

CFG桩混凝土配合比优化工作从6月上旬开始,在监理工程师的帮助和见证下,通过对周边县市市场的大量调研和材料取样试验检测、分析,最终选定了A市小贝山铁矿厂的矿石尾砂和A市电厂的原灰、Ⅲ级灰等材料,采用原灰、Ⅲ级灰替代桩体中粉煤灰、尾砂替代河砂的研究方案进行CFG桩配合比节能优化试验,并制定了相应的桩体材料研究推进计划。配合比中的水泥选用榴园P O 42.5水泥、外加剂采用凯迪外加剂有限公司KDSP-1高效减水剂、粗骨料采用隆兴石材厂生产的人工碎石、细骨料采用尼山水库生产的天然砂。

2 试验依据

CFG桩体混凝土配合比优化试验依据:

1)《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》 科技基【2005】101号

2)《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》 铁建设【2005】157号

3)《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》 铁建设【2005】160号

4)《铁路混凝土砌体工程施工规范》 TB10210—2001

5)《普通混凝土配合比设计规程》 JGJ55—2002

6)《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》 GB/T50080—2002

7)《普通混凝土力学性能试验方法标准》 GB/T50081—2002

8)《CFG桩用粉煤灰的暂行技术条件》

9)《CFG桩用尾砂的暂行技术条件》

3 配合比室内优化试验

3.1 试验基本条件

1)混凝土试验按照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2002进行;

2)原材料为上述所选原材料;骨料均以绝干状态为基准;

3)配合比计算采用假定容重法,每方混凝土按2 300 kg计算;

4)混凝土试验用60 L强制式混凝土搅拌机、拌和时间2.5 min。

3.2 混凝土配制强度

桩体混凝土配制强度依据《普通混凝土设计规程》(JGJ55—2000)规定,按fcu,0=fcu,k+tσ计算,其中fcu,0为混凝土的配制强度,fcu,k为混凝土设计龄期的强度标准值,t为概率度系数、σ为混凝土强度标准差。

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3.3 桩体混凝土配合比拌合成果

3.3.1 原状灰与Ⅰ级灰试验

试验采用榴园水泥股份有限公司生产的“瑞元”牌P O 42.5水泥;外加剂采用凯迪外加剂有限公司生产的KDSP-1聚羧酸盐高性能减水剂,掺量1.3%;试验粗骨料最大粒径采用20 mm,10～20∶5～10为60∶40;由于时间紧迫,A市电厂原灰仅按30%、40% 2种比例试验,B市电厂Ⅰ级灰掺量为40%进行对比试验。混凝土含气量按3%～5%控制。试验成果见表1。

从表1可以看出,A市电厂原灰掺量为40%时,混凝土3 d、7 d、14 d、28 d抗压强度与原灰掺量为30%差别不大。根据以上成果,选定A市电厂原灰掺量为40%。而A市电厂原灰与B市电厂Ⅰ级灰28 d抗压强度结果基本一致,证明用A市电厂原灰替代B市电厂Ⅰ级灰是可行的。

3.3.2 尾砂掺量选择试验

试验采用榴园水泥股份有限公司生产的“瑞元”牌P O 42.5水泥;外加剂凯迪外加剂有限公司生产的KDSP-1聚羧酸盐高性能减水剂,掺量1.3%;试验粗骨料最大粒径采用20 mm,10～20 mm∶5～10 mm为60∶40;A市电厂原灰掺量按以上试验结果按40%取值;小贝山铁矿尾砂按40%、50%、60%、70% 4种比例进行试验;水胶比采用0.45、0.48进行;混凝土含气量按3%～5%控制。试验成果见表2。

从表2看出,尾砂掺量对混凝土强度影响并不大,但室内拌合试验表明当尾砂掺量达70%时,混凝土显得特别粘稠,流动性欠佳,综合考虑技术经济效益及现场混凝土的工作性能。根据本次试验初步分析,配合比采用原灰掺量40%,尾砂替代河砂60%,水胶比选择0.48,可满足施工要求。为保证泵送混凝土施工要求,提出CFG桩工艺试验泵送混凝土配合比见表3。

4 现场工艺性试验及强度分析

4.1 现场工艺性试验及检测结果

根据高速铁路CFG桩施工细则,CFG桩在正式施工前,应选择不同的地质情况、不同钻机类型进行工艺试验。工艺试验配合比如表3所示。试验采用榴园水泥股份有限公司生产的“瑞元”牌P O 42.5水泥;外加剂采用凯迪外加剂有限公司生产的KDSP-1聚羧酸盐高性能减水剂,掺量1.3%;试验粗骨料最大粒径采用20 mm,10～20∶5～10为60∶40;华能A电厂原灰;小贝山铁矿尾砂按60%进行试验。

CFG桩尾砂混凝土工艺试验于7月4日在A市车站末段选定的30 m、25 m桩群及150拌和站现场进行。出机口及现场混凝土检测结果见表4。

在混凝土浇筑现场取样成型150 mm×150 mm×150 mm试块共4组,分别进行3 d、7 d、14 d、28 d混凝土抗压强度试验,试验结果见表5。

4.2 现场工艺性试验强度分析

从现场工艺性试验结果来看,混凝土和易性、可泵性均满足要求,混凝土历时1小时坍落度仍有15～17 cm,施工十分顺利,表明室内实验确定的配合比对现有施工工艺条件具备良好的适应性,但从现场混凝土取样检测结果来看,混凝土强度与室内试验混凝土强度相比略有所降低,7 d强度降低3～4 MPa(3 d强度12.2 MPa、7 d强度15.9 MPa),但28 d强度为28.6 MPa,达到了设计配制强度28.2 MPa。

为了查清现场混凝土强度有所降低的原因,8月13日进行了现场调查(包括原材料及称量),并针对现场原材料进行了混凝土对比试验分析,通过现场调查和检测及混凝土对比试验表明,现场与室内的砂石料石粉含量和尾砂细度模数变化是影响本次工艺试验混凝土强度的主要因素,试验也表明混凝土用水量对尾砂细度十分敏感,尾砂细度不稳定也是尾砂应用的难点之一,需要从施工控制和试验上继续跟踪研究。为了保证CFG桩掺尾砂混凝土成功实施,确保现场混凝土施工质量,混凝土各原材料进场质量必须严格控制。

5 桩体材料研究的改进及应用

5.1 桩体混凝土掺尾砂试验改进

根据现场工艺性试验混凝土强度与室内试验混凝土强度对比和对现场原材料进行了混凝土对比试验分析结果,我们对现场的粗、细骨料和尾砂材料质量进行了严格控制,同时为达到应用尾砂的目的,我们优化调整了施工配合比,采取水胶比0.45,尾砂掺量50%,进行混凝土配合比试验,最终获得了尾砂的成功应用。

5.2 桩体混凝土原灰代替Ⅰ级灰的应用

在应用尾砂的同时,我们还开展了原状粉煤灰代替Ⅰ级粉煤灰试验研究工作,由于CFG桩混凝土原使用B市电厂Ⅰ级粉煤灰,掺量40%,其综合价比原灰高约65%,且供应紧张,经市场调研,采用A市电厂原状粉煤灰代替B市电厂Ⅰ级粉煤灰,进行了混凝土不同掺量试验,结果表明,掺量40%,水胶比相同情况下,A市电厂原灰与B市电厂Ⅰ级灰7 d、28 d抗压强度接近,在相同坍落度时混凝土用水无明显差异,通过试验分析,考虑到现场实际情况提出了原灰代替Ⅰ级灰的混凝土施工配合比,其中原灰掺量40%,水胶比0.45,用水180 kg/m3,并于7月30日在150拌合站进行了现场试拌,结果表明,混凝土出机坍落度19.5 cm、含气2.4%,30 min坍落度17.7 cm,混凝土无泌水和离析现象,混凝土7 d强度18.5 MPa,28 d强度达到29.4 MPa,可以满足设计和施工要求,试验获得了成功。

根据CFG桩混凝土尾砂掺量改进试验和原灰替代粉煤灰应用试验结果,我们确定了施工配合比(见表6),在经过监理工程师审批后投入了使用。

6 桩体材料研究的经济效益分析

通过市场调查和价格比较,电厂原灰的出厂价格和运输费用综合价格为38元/t,而Ⅰ级粉煤灰运输至现场价格为102元/t,采用原灰替代粉煤灰,每吨节约64元。按照试验配合比,每方混凝土粉煤灰用量160 kg,采用原灰替代粉煤灰,水泥用量虽有所增加,但每方混凝土综合价仍可以节约8元左右。

铁矿尾砂一般为工业弃料,装车及运输费用也较低,而河砂需要供应厂家从河内采集和运输,运至现场综合价格达到为50元/t,采用尾砂替代部分砂料,每吨可节约30元左右。按照试验改进配合比,每方混凝土砂子用量775 kg,若按50%尾砂替代河砂,每方混凝土可以节约12元左右。

综合上述经济分析,若采用原灰+50%尾砂试验方案拌制CFG桩混凝土,每方混凝土综合价格可以节约20元左右。软弱地基处理CFG桩混凝土一般为C20素混凝土,综合单价约200元/m3,采用桩体材料研究的替代方案,可以节约成本10%左右,若软弱地基处理CFG桩混凝土用量相当大,则产生的经济效益将十分可观。

7 结 语

本次CFG桩体材料研究及应用为基础建设土建工程材料使用方面提供了一个思路,在相关建材紧缺或价格昂贵地区进行土建施工时,可以根据实际工程需要,对同类(如Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰等)或近类(如河砂、矿砂等)材料进行试验研究,在满足工程质量的前提下进行替换应用,以达到节能减排、缓解资源短缺、降低工程造价的效果。

桩体材料 篇2

1 试验方法

根据设计要求以及相关试验可知,螺旋桩在拧入过程中,除桩尖初始沉入时土壤被带出,其余土壤被逐渐挤实。为了简化试验,螺旋桩螺旋叶片的拧入过程做如下简化:把螺旋叶片展开成平面,螺旋叶片的入土过程简化成作用有一定垂直面载荷的平板在土壤水平面的拖动摩擦过程。这样,本试验简化为作用有一定垂直载荷的平板、球冠突起曲面与波纹曲面对比试验,其试验原理如图1所示。

整个试验分两大部分:第一部分为球冠突起曲面与平板对比试验;第二部分为波纹曲面与平板对比试验。

2 曲面结构参数确定

球冠突起型仿生曲面与波纹型仿生曲面如图2所示,其中球冠突起型仿生曲面的结构参数如下:突起高度为1 mm,突起中心之间的距离为7 mm,突起的底面直径为3 mm;而波纹型仿生曲面的结构参数如下:波纹型仿生曲面高度为3 mm,波纹型仿生曲面突起宽度为19 mm,波纹型仿生曲面两突起之间间距为0 mm。

3 试验设备与土壤条件

试验在土槽试验室进行。试验过程中,利用台车进行牵引,采用动态应变仪(型号为:NEC omnlaceⅡRA1200)进行动态记录,采用的拉压传感器为CLBS3,额定载荷为100 kg。试验采用的土壤为,其试验时的土壤含水率为26.57%,土壤表面50 mm,深度圆锥指数为0.483 MPa。

4 球冠突起型仿生曲面平板对比试验结果分析

本次试验台车牵引速度为0.2 m/s,表面垂直载荷为426.3 N。球冠突起型仿生曲面(简称凸板)和平板牵引试验均重复三次,进行对比。由于在所有试验过程中使用相同的拉压传感器,其牵引力大小可以直接采用动态应变仪的读数进行比较。各次重复的对比曲线图如图3所示。由图可知,凸板所需牵引力大于平板所需牵引力,说明球冠突起型仿生曲面未能起到减粘降阻的效果。分析其原因,有:(1)由于球冠尺寸较小,在垂直载荷的作用下,球冠突起型仿生曲面与土壤的接触面积相对平板来说,并没有减少;(2)试验发现,球冠突起型仿生曲面的迎土面都粘有土壤,这表明在台车牵引过程中,球冠突起要克服土壤的阻力。

5 波纹型仿生曲面与平板对比试验结果分析

图4是波纹型仿生曲面与平板对比试验曲线。由图4可知,平板所需的牵引力大于波纹型曲面所需的牵引力,且波纹型曲面的牵引力的变化相对平板较为平稳。究其原因有:(1)平板在台车牵引过程中,土壤的粘附作用面积大,当粘附作用积累到一定程度,土壤剪切破坏,阻力减小,从而整个牵引过程阻力不稳定;(2)由于波纹型仿生曲面的存在,在牵引过程中,波纹型曲面对土壤具有一定的振动作用(如图5所示),在一定程度上减少土壤的黏附作用,并减少土壤的粘附积聚,从而使其阻力减小,并在整个牵引过程中阻力变化相对平稳。

6 结论

(1)在本文试验条件下,尺寸较小的球冠突起型仿生曲面在一定压力作用下未能起到减粘降阻的作用;

(2)通过与平板的对比试验,表明波纹型仿生曲面在本试验条件下具有一定的减粘降阻作用,为防汛抢险仿生螺旋桩的研制提供了实际参考。

摘要：为了寻求防汛抢险螺旋桩体表面仿生曲面结构,通过台车牵引试验,进行了球冠突起型仿生曲面与平板对比试验以及波纹型仿生曲面与平板对比试验,从而确定两种仿生曲面的减粘降阻效果。试验结果表明在本试验条件下,球冠突起型仿生曲面未能起到减粘降阻作用,而波纹型仿生曲面具有一定的减粘降阻效果,为螺旋桩体表面仿生处理提供依据。

关键词：螺旋桩,减粘降阻,仿生曲面,防汛抢险

参考文献

[1]吕有界.防汛抢险螺旋桩设计与焊接过程分析[J].机电工程技术,2007(4):28-29.

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[7]孙世元,任露泉,佟金,等.仿生钢布兜式铲斗的研究[J].农业机械学报,1993,24(4):18-22.

桩体材料 篇3

山东省滨州市城市公共供热中心4×330MW机组烟气脱硫工程主要建筑物有以下项目:吸收塔基础、事故浆液箱基础, 1#、2#脱硫综合楼等。本工程建筑基础均为CFG桩复合地基, 采用长螺旋钻机钻孔, 管内泵压混合料灌注成桩, 施工桩顶标高高出设计桩顶500 mm, 桩径为400 mm, 桩顶设计标高为-3.3 m (±0.00 m相当于绝对标高12.00 m) , 桩顶施工标高为-2.8 m, 桩底标高-21.3 m, 有效桩长为18.0 m, CFG桩强度等级为C20。

2 CFG桩复合地基的施工

2.1 施工前准备

2.1.1 材料

CFG桩原材料包括砂、石、水泥、粉煤灰和外加剂, 在进场前应将原材料送往相关部门进行检测。由于现阶段建筑施工多使用商品混凝土, 所以需将商品混凝土样品及时送检。

2.1.2 施工现场

CFG桩施工前要求地下水应降至基底标高0.5m～1.0m。场地平整方面, 应根据基底设计标高和原地面标高来确定, 保证打桩作业面平整。平整完成后场地周围设置围栏, 禁止车辆在预打桩作业面上行驶。

2.1.3 桩基定位

根据图纸采用全站仪定出每个桩位, 并保证桩位准确、明显易找、不易被破坏, 同时要做到认真复核, 防止遗漏桩位。

2.2 施工过程

2.2.1 钻机就位

CFG桩施工时, 钻机就位后, 用钻机塔身的垂直标杆检查塔身导杆, 校正钻杆的垂直度, 使钻杆垂直对准桩位中心, 确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。

2.2.2 钻进成孔

钻孔开始时, 关闭钻头阀门, 向下移动钻杆至钻头触及地面时, 启动钻机进行钻进。一般先慢后快, 这样便于及时修正。若发现钻杆摇晃或难钻时, 应放慢旋钻速度, 否则较易导致桩孔偏斜、位移, 甚至使钻杆、钻具损坏。钻进的深度取决于设计桩长, 当钻头到达设计桩长预订标高时, 动力头在地面停留位置所相应的钻机塔身处应做醒目标记, 作为施工时控制桩长的依据。施工时还要考虑施工场地的标高差异, 作相应增减。

2.2.3 灌注及拔管

CFG桩成孔到设计标高后, 停止钻进, 开始泵送混合料, 桩的投料量不得少于设计灌注量。当钻杆芯管充满混合料后开始拔管, 严禁先提管后泵料。成桩的提速宜控制在2m～3m/min。成桩过程混凝土灌注要连续进行, 应避免因后台供料慢而导致停机待料, 若因某种原因中断灌注, 须重新向下旋转深度0.5 m～1.0 m, 把砂浆及严重离析的混凝土钻掉, 使重灌混凝土与下端完好混凝土结合为一体。

2.2.4 窜孔

在饱和细砂层、粉砂层中施工经常会发生窜孔现象。在一般情况下, 完成一根桩所需时间为15～20 min, 完成X号桩后, 在Y号桩钻进成孔过程中, X号桩混凝土尚未凝固而流向Y号桩钻孔中, 导致已完成的X号桩突然下落, 有时甚至达2 m以上, 当Y号桩泵入混凝土时, 泵送压力加大, 迫使Y号桩的混凝土又流向X号桩, X号桩又恢复至原设计标高, 这种现象叫窜孔。

为避免窜孔现象发生可采取隔桩、隔排跳打方案, 但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土, 否则会影响施工进度。

2.2.5 移动钻机

当上一根桩施工完毕后, 钻机移位, 进行下一根桩的施工, 由于钻挖排出的土较多, 会将临近的桩位覆盖, 有时还因钻机支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动, 因此, 下一根桩施工时, 还应根据周围桩的位置对需施工的桩位进行复核, 保证桩位准确。

2.2.6 弃土清运

CFG桩施工完毕, 待桩体达到一定强度 (一般7d左右) , 方可进行开槽清土。清土包括CFG桩钻孔土清运和保护土层清运两部分, 采用挖掘机清土时, 必须严格控制标高, 防止挖断成品桩和扰动成品桩工作面以下保护土层, 禁止机械车辆在打桩工作面上行驶。

2.2.7 桩头处理

弃土工作完毕后, 需将桩顶设计标高以上桩头截断, 首先标出桩顶标高位置, 在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎, 用大锤同时击打, 将桩头截断, 避免使用空压机破除桩头而导致断桩, 最好采用截桩机截桩;桩头截断后, 用钢钎、手锤等将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高, 允许偏差为0 mm～±20 mm。

2.2.8 褥垫层的处理

CFG桩复合地基检验完毕且满足设计要求后, 可进行褥垫层施工。褥垫层材料多为粗砂、中砂或碎石, 也可为细石混凝土, 碎石粒径多为8 mm～20 mm, 其厚度一般为100 mm～300 mm, 具体情况根据施工图纸而定, 本工程褥垫层为200 mm厚碎石。

3 CFG桩桩体常见缺陷

3.1 桩头变形

桩头一定范围内变形呈扁形、椭圆形或不规则形状。

1) 原因分析:

①保护桩头留置过短;②桩间土强度较低或含水量较高, 新打桩混凝土在凝结前受桩机支腿挤压或清土机械碾压等机械挤压所致;③剔凿桩头工艺不合理。

2) 防止措施:

①桩基设计时, 根据施工季节、桩间土情况留置合理长度的保护桩头, 一般不宜小于0.5 m;②桩基施工时, 合理调整桩机及支腿停放位置或加大支腿底面积, 尽量避免对相邻新打桩的影响;在基槽底土含水量高、强度低时, 可采取隔打或跳打方式;③清运打桩排出土时宜采用履带式小型挖掘机, 严禁采用大型挖掘机或铲运机, 以避免大型机械碾压震动力较大的影响;④剔凿桩头时采用切割片环割方式。

3.2 桩头空芯

主要表现为桩体顶部密实度差, 桩体内部有集中的空隙。

1) 原因分析:

主要是施工过程中, 钻杆芯管顶部排气孔不能正常工作所致。钻机钻孔时, 钻杆芯管内充满空气, 泵送混凝土时排气孔将空气排出, 若排气孔堵塞不能正常将芯管内空气排出, 就会导致桩体内存气, 形成空芯。

2) 防止措施:

施工过程中经常检查钻杆芯管排气孔的工作状态, 发现堵塞及时清理。

3.3 缩颈

主要表现为桩体局部桩径小于设计桩径。

1) 原因分析:

①在饱和软土中成桩, 施工顺序不恰当, 如连续打桩时, 新打桩对已成桩的作用主要表现为挤压, 使得已打桩被挤压形成椭圆形或其他不规则形, 产生严重的缩颈、甚至断桩;②提钻速度过快。

2) 防止措施:

①根据土层情况选用适当的施工工艺和设备;②根据不同土质, 选择合理的成桩顺序, 在软土中施打, 桩距较大可采用隔桩跳打, 在饱和的松散粉土中施打, 如桩距较小, 不宜采用隔桩跳打的方案;满堂布桩, 无论桩距大小, 均不宜从四周向内推进施工;③根据泵送量及地层情况合理控制提钻速度, 一般控制在2～3 m/min为宜。

3.4 扩径

主要表现为桩体局部桩径大于设计桩径。

1) 原因分析:

①在饱和的粉土或砂土层中施工时, 在剪切作用下, 桩周土坍孔形成空洞, 由桩体混凝土侧向膨出填充形成桩体扩径;②桩周围土质为软土时受到混凝土挤压而导致扩径。

2) 防止措施:

①施工前充分了解场地地层情况, 桩身深度范围内有饱和粉土、砂土或软土时应尽可能降低、减少振动;②采用小叶片螺旋钻杆成孔, 快速钻进, 减少剪切积累并对桩间土具有一定的挤密作用;③合理控制混凝土灌注压力, 使扩径的部位混凝土密实形成有利扩径。

3.5 断桩

1) 原因分析:

①操作挖掘机野蛮挖土, 碰撞成品桩, 在剪力作用下断裂;②提钻过高造成断桩;③泵送混凝土与提钻速度控制不合理造成断桩;④成品保护不力、冬季冻胀;⑤破除桩头方法不合理。

2) 防止措施:

①要严格按不同土层进行配料, 搅拌时间要充分, 每盘至少3 min;②控制拔管速度, 一般2～3 m/min;③冬季施工, 在冻层与非冻层结合部 (超过结合部1 m为好) , 要进行局部复打, 避免缩颈或断桩;④桩体施工完毕待桩达到一定强度 (一般7 d左右) , 方可进行开挖, 并合理选择施工方法和施工机械;⑤破除桩头时可采用大锤击打对称钢钎的方法或切割片环割工艺。

摘要：CFG (Cement Flyash Gravel) 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称, 是在混凝土桩基工艺上发展起来的新型桩体, CFG桩体材料主要由碎石、砂、粉煤灰与适量水泥与水拌制而成。桩体与桩间土体共同作用, 组成水泥粉煤灰桩复合地基。加固处理后, 地基承载力可达到200KPa以上。长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土地泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整的施工体系, 是目前普遍应用的CFG成桩工艺, 它具有施工简单、噪音低、污染小、沉降变形小、造价低、承载力提高幅度大、适用范围较广、社会和经济效益明显等特点, 广泛用于工业厂房和民用住宅的地基处理和加固。

关键词：桩体材料,复合地基,褥垫层,成桩工艺,缺陷

参考文献

[1]徐至钧.水泥粉煤灰碎石桩复合地基[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[2]闫明礼, 张东刚编著.CFG桩复合地基技术及工程实践. (第二版) [M].北京:中国水利水电出版社, 2006.

桩体材料 篇4

近年来地铁以其快捷、舒适、便利等优点受到人们的青睐而得到快速的发展。地铁工程建设首先面临的是地铁车站深基坑工程开挖,在基坑工程施工过程中,由于基坑工程本身的复杂性和当前设计理论的不成熟,基坑开挖对地层产生扰动,进而可能会引起地表或附近建筑物、构筑物沉陷和变形,危及安全且后果严重。因此,在深基坑开挖过程中,通过现场施工监测,及时掌握基坑支护结构桩体变形和周围环境条件的变化,反馈相关信息用以指导施工,具有特别重要的意义。

本文通过对北京某地铁车站基坑围护结构水平位移现场监测,研究了基坑水平位移变形规律,为基坑施工提供信息化指导。同时,为类似施工提供工程借鉴。

1 工程概况

该地铁车站是北京地铁主要换乘中心站之一。本车站设计范围包括车站起点里程右K16+132.023至车站终点里程右K16+340.373范围内的主体部分(包括站台层和站厅层)及附属部分(包括出入口通道、通风道)。车站位于两大街的交叉口处,出入口下穿管线较多,两个出入口分别临近两栋26层住宅楼。车站主体基坑结构底板主要位于粉质粘土层中,底板位于层间潜水以下0~2.6m。

2 桩体水平位移测点的布置与埋设

2.1 布点方案

本工程重点监测主体基坑桩体水平位移。根据现场施工条件和业主提出的相关要求,在主体基坑长边段以40m间距进行布点,在短边段中部位置布设1个监测点。据此,本车站共布置了12个桩体水平位移监测点,具体布点方案见图1。

2.2 测点埋设及技术要求

根据现场施工条件和业主要求,本工程测斜管埋设采用绑扎埋设方式。

测斜管通过直接绑扎固定在围护桩钢筋笼上,钢筋笼入槽(孔)后,浇筑混凝土。

现场安装效果如图2、图3所示。

支护结构测斜管埋设与安装应遵守下列原则:(1)测斜管底宜与钢筋笼底部持平或略低于钢筋笼底部,顶部达到地面(或到墙顶);(2)测斜管与支护结构的钢筋笼绑扎埋设,绑扎间距不宜大于1.5m;(3)测斜管的上下管间应对接良好,无缝隙,接头处牢固、密封;(4)测斜管绑扎时应调正方向,使管内的一对测槽垂直于测量面(即平行于位移方向);(5)封好底部和顶部,保持测斜管的干净、通畅和平直;(6)做好清晰的标示和可靠的保护措施。

3 数据处理方法、检核及分析

3.1 数据处理方法、检核

设定基准点。根据测斜仪的工作原理,测斜仪测的是两对滚轮之间(500mm间距)的相对位移,所以必须选择测斜管中相对稳定的某一点作为量测的基准点。在该车站测斜管插入深度较大,因此选取测斜管底端为基准点。当被测桩体产生变形时,测斜管轴线产生挠度,用测斜仪确定测斜管轴线各段的倾角,便可计算出桩体的水平位移,见图4。

设基准点为O点,坐标为(X0,Y0),于是测斜管轴线各测点的平面坐标由式(1)确定:

式(1)中i——测点序号,i=1,2,…j;

L——测斜仪标距或测点间距(m);

f——测斜仪率定常数;

Δεxi——X方向第i段正测、反测应变读数差之半;

Δεyi——Y方向第i段正测、反测应变读数差之半;

为消除量测装置零漂移引起的误差,每一测段两个方向的倾角都应进行正、反两次量测,即:

当Δεxi或Δεyi>0时,表示向X轴或Y轴正向倾斜,当Δεxi或Δεyi<0时,表示向X轴或Y轴负向倾斜,由式(2)可计算出测斜管轴线各测点水平位置,比较不同测次各测点水平坐标,便可知道桩体的水平位移量。

监测点稳定性分析原则如下:(1)监测点的稳定性分析基于稳定的基准点进行;(2)相邻两期监测点的变动通过比较相邻两期的最大变形量与最大测量误差(取两倍中误差)进行,当变形量小于最大误差时,可认为该监测点在该周期内没有变动或变动不显著;(3)对多期变形观测成果,当相邻周期变形量小,但多期呈现出明显的变化趋势时,应视为有变动。从基坑开挖4.5m深到开挖8m深这一阶段,阶段变形值符号都为正,根据监测点稳定性分析原则,可以看出4#测斜管的桩体水平位移发生变动,且向基坑内偏移。从底板完成到底板完成后一个月,这阶段的阶段变形值符号有正有负,且变形速率都在0.2mm以内,根据监测点稳定性分析原则,可以看出整体围护结构桩体整体变形已趋于稳定,该点附近处于安全可控状态。

本工程桩体变形监测采用的是CX-3E型测斜仪(标定精度为0.2mm/0.5m),监测精度为1.0mm。为检核测斜仪的实测水平位移精度,特此在测斜管旁边的冠梁上布设了一个桩顶水平位移点ZQT-21,使用Leica TCRA1201+型全站仪(标定测角精度为1′,测距精度为1 mm+1 ppm)按照多测回测角的方式进行了8次测量,每次测量采用6个测回,把处理后的数据和测斜管0.5m处作对比(见表1),通过表1可以看出8次桩体水平位移和桩顶水平位移累积值的比较,最大累积点位较差为-0.63mm,说明用CX-3E型测斜仪测得的桩体水平位移的精度与桩顶水平位移精度相当,可以作为监测基坑变形的手段。

3.2 数据分析

为了很好地反映整个深基坑变形情况,采取在典型区域集中选取测斜管原则,以达到测试结果的目的。本文根据实际工程特点及监测数据的完整性,选择基坑南侧西端测斜管ZQS-04为研究对象,说明基坑围护结构在基坑开挖过程的位移变化情况。

从力学角度看基坑的开挖过程是基坑开挖侧土体卸荷的过程,由于卸荷而引起坑内外土体原始应力状态的改变,作用在支护结构上的土压力使支护结构产生向基坑内的移动,即支护结构水平位移,同时基坑外土体产生侧向滑移,引起地表开裂及垂直变形。其中维护结构水平位移是基坑工程变形控制设计的关键指标。

图5是现场采集的车站围护结构桩ZQS-04不同开挖时刻变形沿深度分布曲线。该车站基坑9月1日开挖,由图5可知,当基坑开挖较浅,如9月7日开挖深度为4 m时,基坑最大变形为2.04 mm,基坑变形较小。随着基坑的继续开挖,顶部在未加第一道钢支撑的作用下,基坑位移逐渐变大,在9月12日当天,基坑累积位移最大值为5.57mm(在深度5.5m处)。在9月24日顶部加上第一道钢支撑,在第一道钢支撑的作用下,基坑位移速率逐渐变小,基坑累积位移最大值为5.95mm(在深度5.5 m处)。当基坑开挖至8 m时,曲线形状变为弓形,中间大,两头小,此时最大累积变形值出现在深度6m处,累积最大位移值为8.40mm;在第二道支撑的作用下,基坑开挖到10m、坑底12m时,桩的位移在深度6.5m、7.0m达到最大值9.53mm、13.71 mm;在浇注基础底板完成后(开挖至底部后20天)监测发现基坑无较大变形,基坑变形趋于稳定。基坑开挖完成一个月后监测知在7.5m深度时桩体水平位移达到最大值14.46mm,远远小于基坑设计值20mm,表明2道钢支撑及基础底板所组成的支护体系能较好地完成基坑围护工作。

4 结束语

本文以北京某地铁车站深基坑围护结构桩体变形监测工程为例,通过数据分析可以看出,在基坑开挖过程中,基坑深度在到达钢支撑设计位置而未及时安装时,基坑水平位移变形速率变化较大;但随着钢支撑的安装,基坑变形的速率逐渐减小,并且在某一开挖深度基坑变形不再发展,变形趋于稳定。因此,应尽量减少基坑开挖暴露时间,严格按设计方案开挖及架设内支撑,确保基坑监测满足规范要求,通过施工监测预警降低深基坑工程施工风险具有重要意义。

由于测斜数据采用剔除系统误差,经过正反两次测量来得出在某一深度的变形值,因此所用的数据没经过严密的平差处理,这也有待于今后的研究探讨。

参考文献

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[5]顾培英,吴亚忠,邓昌.基坑深层水平位移监测影响因素浅析[J].岩土工程界,2006,10(6):76～78.

桩体材料 篇5

我国许多沿海城市的地基条件不是很理想,淤泥等软土成为这些城市不得不面对的地基条件。软土的主要特征是含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、渗透性差。在这样的地基条件下沉桩,挤土效应是比较严重的,由此引发的工程事故时有发生。本文结合实际工程中同一纵轴线上最后一批打入的直径为700mm的预制方桩引起各后打入预制桩所在横轴线上其他已打入预制桩桩体径向位移量、轴向位移量和上浮量的测试数据,对处于同一横轴线上已打入预制方桩桩体位移量、上浮量的变化规律进行了分析。

1工程概况

大连普湾新区一已建工程,场地地貌属海积漫滩,淤泥质粘土厚10m多,经判定场地土类型为中软土,为Ⅲ类建筑场地类型。基坑内共有8栋建筑,其中E-3、E-8、E-13三栋采用灌注桩桩基础 ;E-4、E-5、E-9、E-10、E-14五栋采用 预制方桩桩基础。基坑周边场地上层为回填的素填土,经强夯处理,回填土厚度约为0 ~ 3m。由于基坑地质条件较差,在进行预制桩打入时会影响其周边桩的位移、沉降和周围深层土体的竖向变形,为判定其影响的位移量和沉降量,故进行预制桩桩顶位移和沉降监测。

E-9号楼处于基坑中心位置,平面为矩形,共需打入124根预制方桩,采用柴油锤打桩机进行沉桩。桩径分三种类型,分别为500、600、700mm。桩基施工时被监测的预制桩桩径均为700mm。现将测量数据进行整理,以便分析最后打入的预制方桩(本文亦称为中心预制桩)对其同一横轴线上已打入的预制方桩(本文亦称为目标预制桩)的桩体径向位移量、轴向位移量和上浮量的影响。

2监测布点方案

(1)基准点布点原则

基准点必须坚固、稳定且便于长期保存,位置在基坑较远的视野开阔地,变形影响范围以外的地方。在距基坑较远的视野开阔地50m外、变形影响范围以外且便于长期保存的稳定位置,至少做3个永久性的标志。

基准点尽量设在靠近观测目标且便于联测观测点的稳定位置,保证足够的观测精度。

基准点须埋设在建筑物的压力传播范围以外,同时为了防止基准点受到冻胀的影响,基准点的埋设深度应在冻土层以下,以保证沉降基准点的稳定。

(2)基准点的埋设

根据国家标准《建筑变形测量规范》(JGJ8-2007),并结合本工程周边建筑物分布情况,在工程压力传播范围以外预先合理埋设至少3个永久性高程基准点。每隔一个月对以上各点进行复测检核。

(3)观测点布点原则与方法

预制桩的水平位移和沉降监测点需要布设在每个预制桩上,利用连接件连接预制桩和棱镜架。编号可采用预制桩编号。

(4)使用仪器

为准确测量预制桩打入时影响其周边桩的 位移和沉 降,故需要精 确提供观测 数据。外业施 测使用测 量机器人(TCA2003),精度指标 ±0.5”,±( 1mm+1ppm·D) ;TOPCON全站仪,精度指标±2”,±( 2mm+2ppm·D)。

3监测方案

(1)沉降观测

对各预制桩顶部进行精密三角高程测量,从而获得预制桩顶部高程,根据高程的变化来判断其沉降量。对监测数据需进行两差改正。

(2)位移观测

1利用基准点建立自由坐标系。

2预制桩水平位移监测点,使用全站仪采用坐标监测。

(3)观测周期

预制桩水平位移和沉降观测周期

1观测基准点埋设完毕并稳定后,连续观测三次,取平均值作为观测点的初始值。

2预制桩水平位移和沉降点观测周期,应根据预制桩打入情况确定。

预制桩周围深层土体竖向变形观测观测周期

1打桩时每天观测一次。

2打桩结束后每3天观测一次。

3稳定后每7天观测一次。

4沉桩监测结果处理

量取各目标预制桩至中心预制桩的距离,结合监测数据,分别绘制每列目标预制桩至中心预制桩桩间距离和桩体径向位移量曲线图、轴向位移量曲线图、上浮量曲线图。并对曲线进行拟合。

5结论

经过对测试数据、曲线图的分析,可得到如下结论 :

(1)打入式预制桩施工时,处于同一轴线上的预制方桩,随着目标预制桩与中心预制桩距离的增大,目标预制桩桩体径向位移量、轴向位移量和上浮量呈对数形式递减。

(2)经过对监测数据统计分析可知 :约94%的目标预制桩桩体出现上浮 ;约97%的目标预制桩沿轴向远离中心预制桩 ;最大桩体上浮量为14.9厘米 ;最大径向位移量为8.7厘米。因此,含超厚淤泥层建筑地基沉桩挤土效应是不可忽视的,在沉桩过程中,实施桩基信息化施工技术是有必要的。

摘要：通过实际工程中的测试数据,分析了含超厚淤泥层建筑地基预制方桩施工时后打入桩对已打入桩桩体径向位移量、轴向位移量和上浮量的影响。研究表明:施工时,处于同一轴线上的预制方桩,随着已打入桩与后打入桩距离的增大,已打入桩桩体径向位移量、轴向位移量和上浮量呈对数形式递减。

桩体材料 篇6

某工程为人民防空隐蔽工程,建设等级为六级,其全长550 m,宽19.8 m,地下2层。场地土体自上而下分别为杂填土(2.15 m厚),粉质粘土(3.87 m厚),含粉土中粗砂(1.63 m厚),粗砂(5.19 m厚),强风化花岗岩(2.15 m厚),中风化花岗岩。地下围护结构采用25a工字钢护壁桩,每隔1.1 m设置;中间支撑桩采用1 000 mm混凝土灌注桩,定位于结构柱位置。

2工程施工过程模拟

2.1计算模型的建立

模型选取纵向长度为13.2 m的结构以及其内的土体,沿跨度方向在基坑左右边界各延伸19.8 m,自结构底板向下延伸19.8 m建立三维有限元模型。模型主体结构为两层,层高4.5 m,三跨,跨度6.6 m。土体选用Solid45八节点实体单元[1],中柱桩桩体选用Beam188单元[2],顶板、中板及底板选用Shell63单元[3]。土体单元与中柱桩单元共用节点,以此来考虑土体与中柱桩的共同作用。根据施工计划的挖土顺序和结构主体施工过程,将整个模拟过程分为24个加载—卸载过程。

2.2土体开挖顺序

如图1,图2所示,ANSYS模拟过程中,上、下两层土体分别为12步开挖。数字表示开挖分块号,按照号数自小到大依次开挖。竖向一次开挖尺寸为一个层高,即4.5 m。

开挖前和开挖完成后的ANSYS模型如图3,图4所示。

3 ANSYS模拟结果分析

中间支撑桩的编号和位置如图1所示,每个桩体沿自上而下的顺序划分为13个计算单元。每步开挖后1号桩体的轴向力数值如表1,表2所示。

在自重场、开挖单元1和开挖24桩体的von-Mises应力云图如图5～图7所示;相对应的土体应变云图如图8～图10所示。

对数据分析得到:在桩型选用混凝土灌注桩时,桩体轴力随挖土的进行也是不断增大的。

一层土体开挖过程中,桩最大轴力出现在整个桩体的中间位置;在中柱桩周围架设临时支撑后,桩体轴力没有下降,临时支撑对中柱桩轴力的影响不明显,一、二层桩体的轴力沿高度方向的变化无明显规律。

二层土体开挖过程中,桩最大轴力均出现在二层桩体位置,在中柱桩周围土体被开挖以后,桩体轴力较之有土体承担上部荷载时增加150 kN～200 kN。整个桩体轴力,自轴力最大位置沿深度方向递减。

利用ANSYS分析软件计算得:在完成单元1的土体开挖后,1号桩体的平均轴力为294.43 kN,此时土体单元2和土体单元3所承受的竖向力分别为103.2 kN和119.1 kN,对于上部结构荷载,桩体和土体的分担比为1.32∶1,接近于1,说明桩体周围3.3 m半径内的土体有效的分担了本应桩体所承受的上部荷载。

在完成2号土体单元开挖后,1号桩桩体轴力平均值为291.8 kN,3号单元土体承受的竖向力为133.8 kN,此时桩土分担比为2.18∶1。

在完成3号土体单元开挖后,1号桩体的平均轴力值为351 kN, 4号土体单元承受的竖向力为110.9 kN,与1号桩体相比较,1号桩与4号土体单元上部荷载分担比为3.2∶1,说明在承受上部荷载方面,4号土体单元对于1号桩体的分担作用已经不明显。一层剩余土体开挖对于1号桩体的影响逐渐减弱。

二层土体开挖过程中,在完成13号单元开挖后,1号桩体轴力平均值为390.3 kN,14号土体单元承受的竖向力为346.1 kN,此时的桩土分担比为1.12∶1,在完成14号土体开挖后,1号桩体轴力平均值为450 kN,15号土体单元承受的竖向力为382.16 kN,对于上部荷载,1号桩体和15号土体单元荷载分担比为1.18∶1。此时1号桩体与16号土体单元的桩土分担比接近4∶1,说明16号土 体对于1号桩体的影响很小。

4 结语

1)桩土荷载分担比是一个变化的数值,随着土体的开挖而不断变化,需要具体情况具体分析。

2)边跨位置的中板受力复杂,中板在此处容易受到支座反力的作用而发生向上起拱,使得此处未开挖土体和板发生脱离,未开挖土体不能很好的发挥其对于上部荷载的支撑作用。混凝土灌注桩的直径较大,使得板的反弯点向跨中方向移动,在靠近边跨一侧的板不容易与土体分离,土体能够承担较大的上部荷载。

参考文献

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