沉管灌注夯扩桩技术及其应用
2013-12-26
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核心提示：1沉管灌注夯扩桩技术 我们通常采用的沉管灌注桩是一种用机械作用力 ,把下端用预制混凝土尖封闭的钢管打入土内 ,接着在 钢管内灌注
1沉管灌注夯扩桩技术 我们通常采用的沉管灌注桩是一种用机械作用力 ,把下端用预制混凝土尖封闭的钢管打入土内 ,接着在 钢管内灌注混凝土 ,然后把钢管从土中拔出 ,留在土里的混凝土就形成了混凝土桩 ,这即是老式沉管灌注桩。 这种桩 ,由于桩身混凝土得不到可靠的振捣密度 ,因而桩身混凝土易出现松散、离析现象 ,成桩后极易产 生桩身蜂窝、缩颈 ,在遇到桩周土收缩应力较大而出现回淤的情况下 ,甚至会发生吊脚、断桩等严重质量事 故。 由于以上原因及桩端受力面积小等因素 ,导致单桩承载力取值偏低(Φ480桩 ,一般取单桩竖向承载力特 征值600KN,按桩身砼强度等级为C20计算 ,只相当于桩身砼抗压强度的40%) ,造成桩身砼抗压强度的严重 浪费。从我们江西省的实际使用情况来看 ,采用沉管灌注桩而造成的工程质量事故频繁发生 ,所以许多地区 明确规定工程建设中不宜采用沉管灌注桩。 为了克服普通沉管灌注桩上述的各种弊端 ,目前出现了一种改进桩型 -- 沉管灌注夯扩桩。此桩实际 是夯压成型 ,并在桩的底部形成扩大头的沉管桩。 它是在原桩机的桩管内增加一根封底的内夯管 ,在机械作用下 ,内外管同步打入土内至设计要求深度 , 接着拔出内夯管 ,在外管内注入一定高度的混凝土后 ,放入内夯管 ,再将外管拔起相应高度 ,然后锤击内夯 管。使外管内的混凝土夯出管外 ,再将内外管同步沉到规定深度 ,使桩端形成扩大头后拔出内管 ,在外管内 灌注桩身所需的混凝土 ,然后将内管压在外管内的桩身混凝土面上 ,最后拔起外管成桩 ,形成了有扩大头的 沉管灌注桩 ,即称为沉管灌注夯扩桩。
沉管灌注夯扩桩与一般沉管桩相比 ,由于其桩端夯扩成了扩大头 ,桩端受力面积增大 ,同时桩端地基上 又得到了夯实挤密 ,故桩的端阻力又增大 ,从而提高了桩的承载力。由于多次对桩进行夯扩 ,桩身混凝土较 密实 ,不易产生桩身蜂窝和缩颈等现象。桩身混凝土质量在施以加压作用后也较普通沉管桩有明显提高。 根据我们的经验和已掌握的静载试验资料证明 ,Φ400 和Φ450 的夯扩桩单桩竖向承载力设计值高达 900KN和1300KN,由于夯扩桩的承载力大 ,质量保证系数高和各桩受力均匀 ,沉降及沉降差异值小 ,其经济 效益及生命力就显示出来了 ,根据对多个工程实例进行比较 ,在相适宜的工程地基中使用 ,其综合费用(包括 基桩及承台)较普通沉管灌注桩可节约2030%。该技术在多层和小高层建筑中使用其经济效益尤其明显。
夯扩桩可采用静压或锤击沉管进行夯压、扩底、扩径。内夯管比外管短 100mm,内夯管底端可用闭口平 底或闭口锥底。沉管过程 ,外管封底可用干硬性混凝土、无水混凝土 ,经夯击形成阻水、阻泥管塞 ,其高度一 般为100mm,当不出现由内、外管间隙涌水、涌泥时 ,也可不采用上述封底措施。 桩端夯扩头平均直径可按下列公式估算: 一次夯扩D1=d0 H1+h1-C1 h1 二次夯扩D2 =d0 H1+H2+h2-C1-C2 h2 其中:D1,D2 ———第一次、第二次夯扩扩头平均直径。 d0 =外管内径。 H1、 H2 ———第一次、第二次夯扩工序中外管中灌注混凝土高度(从桩底算起) 。 h1、 h2 ———第一次、第二次夯扩工序中外管上拔高度(从桩底算起) ,可取 H1/2,H2/2。 C1、 C2 ———第一次、第二次夯扩工序中内外管同步下沉至离桩底的距离 ,可取 C1、 C2值为0.2m。 单桩竖向极限承载力标准值按如下计算: Quk =Qsk +Qpk =u Σqsikli +qpkAp u———桩身周长;qsik ———桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值;li ———桩穿越第 i 层土的厚度;qpk ———桩极 限端阻力标准值;Ap ———桩端扩大头面积。 桩的长度较大或需配置钢筋笼时 ,桩身混凝土宜分段灌注 ,拔管时内夯管和桩锤应施压于外管中的混凝 土顶面 ,边压边拔。工程施工前宜进行试成桩 ,并根据试桩确定的桩长和最后三阵贯入度数据作为施工控制 依据。
2 夯扩桩单桩竖向承载力的计算及运用实例 根据下列条件 ,试算单桩竖向承载力 ,并验算桩身混凝土轴心抗压强度能否满足试桩时桩顶竖向压力的 要求。
1、桩身直径d=0.4m
2、扩大头直径 D=0.7m
3、设计桩身 L=12.0m
4、桩顶竖向压力值 N=1400KN
5、桩端土极限端阻力标准值 qpk =2100kpa
6、桩周边土平均极限侧阻力标准值 qsik =40kpa
7、桩基重要性系数 γ0 =1.0
8、混凝土轴心抗压强度设计值(C25) fc =11900kpa
9、桩工作条件系数 Ψc =0.7
单桩竖向极限承载力标准值: Quk =qpkAp +u Σqsikli = Π 4 × 0.72× 2100+Π× 0.4 × 40 × 12 =1411KN>N
验算桩身混凝土的强度: γ0N≤ ApfcΨc γ0N=1.0× 1400=1400KN ApfcΨc =0.7× 11900 × Π 4 × 0.42 =1047KN<1400KN
说明桩身混凝土轴心抗压强度小于桩顶竖向压力值 ,桩身混凝土截面面积不能满足设计要求。 按上述条件 ,用强度等级为 C25的混凝土 ,最小桩径要多大: d= 4 × γ0N 0.7 × fc × Π= 4 × 1400 0.7 × 11900 × 3.1416 =0.46M 故用 C25砼 ,最小桩径应为 0.46M。
我们于2000年6月在红谷滩市政府中心区“会展大楼”工程采用了灌注夯扩桩 ,桩长 14 米左右 ,桩身直 径为560mm,扩底到800mm,桩身砼强度 C30,持力层为粗砂层 ,单桩设计极限承载力标准值为 3000KN,并进 行了单桩垂直静载试验 ,现报告如下: 根据勘察部门提供的岩土工程地质勘察报告 ,该场地的工程地质情况自上而下为:
1、 填砂:层厚2.6～4.8M,湿～饱和 ,松散 承载力标准值80～90Kpa
2、 粉土:层厚2.6～4.8M,软塑 ,松散 承载力标准值100～110Kpa
3、 细粉砂:层厚0.00～1.2M,湿～很湿 ,松散 承载力标准值110Kpa
4、 淤泥质粉粘土:层厚1.6～8.3M,软流状 ,很松 承载力标准值60～70Kpa
5、 细砂:层厚0.0～4.3M,饱和 ,松散 承载力标准值110～120Kpa
6、 中砂:层厚0.0～3.0M,饱和 ,松散～稍密 承载力标准值150～160Kpa
7、 粗砂:层厚1.5～3.5M,饱和 ,稍密 承载力标准值180～190Kpa
8、 砾砂:层厚0.5～3.7M,饱和 ,稍密 承载力标准值190～200Kpa
9、 强风化红色泥砂岩:层厚0.2～0.6M,土状 ,裂隙很发育 承载力标准值450Kpa
10、 中风化红色泥砂岩:层厚0.2～3.3M,块状 ,裂隙很发育 承载力标准值1200Kpa
11、 中风化红色砂砾岩(1) :碎块状 ,层厚1.2～3.8M 承载力标准值1350Kpa
12、 软夹层:层厚0.0～4.6M,碎块状 ,胶结程度很差 ,取芯率很低 承载力标准值1600Kpa 本试桩依据《建筑桩基技术规范》 JGJ94-94执行。采用慢速维持荷载法分级对试桩进行加荷。加荷采 用堆重平台反力装置 ,油压千斤顶加载 ,荷载量由千斤顶上的油压表度量。桩顶沉降量由置于桩顶的百分表 测定。对试验数据进行整理 ,得出1# 桩试桩的试验荷载 ,沉降量汇总表:见附表 5-1,Q-S、 S-Igt、 S-IgQ曲 线分别见附图5-1-1、 5-1-2、 5-1-3。 从试1# 桩数据附表及附图中可以看出 ,试验加载到3000KN时 ,总沉降量为10.36mm,沉降量较小 ,且Q -S曲线平缓 ,无明显拐点及陡降段 ,卸载后四弹量为9.49mm,四弹率达91.6%,由以上数据综合分析 ,表明 该桩极限承载力标准值达3000KN。
3 结 语 夯扩桩施工技术的最大特点是桩端形成扩大头 ,故如何合理确定桩端进入持力层的深度 ,以形成较大的 扩大头是夯扩桩设计与施工应考虑的重要因素。桩端进入持力层的深度应根据持力层的性质 ,沉管与夯扩 的可能性等因素来确定 ,有的工程对比试验表明在相同持力层中 ,桩端进入持力层中深度较深的单桩承载力 反比进入持力层较浅的单桩承载力要低。其原因就是进入持力层中深度过大反而不利于扩大头的形成 ,同 时还可能造成机具的损坏。还有资料表明在持力层层面上 ,夯扩成桩也获得了成功。我们根据工程实践 ,认 为桩端进入持力层中的深度为13倍桩径为宜。其中对较密的砂土与硬塑粘性土宜取小值 ,对较松散的砂土 与可塑粘性土则取大值。 夯扩桩夯扩的次数 ,可选用一次或二次 ,必要时也可采用三次夯扩 ,从理论上讲 ,设法增加夯扩次数是能 够增大扩大头直径的。但实践中桩端的扩大头是有限的 ,夯扩次数也不可能是很多的。通常夯扩桩工程多 数采用二次夯扩 ,少数采用一次或三次夯扩。 混凝土投料高度 H与拔管高度 h应根据不同土层在施工中夯扩的可能性而定。从理论上讲 ,较大的投 料高度和较小的拔管高度 h能获得较大的夯扩头。但同时也增加了施工的难度 ,一般取 H=1.5～4m为宜 , 而 h取 H的0.4～0.5倍为宜。
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