北京市城市铁路清河高架桥桩基选型.doc

北京市城市铁路清河高架桥桩基选型北京城市铁路04标段施工技术总结文集北京市城市铁路清河高架桥桩基选型中铁隧道集团北京工程处北京公司 刘晖北京市城市铁路清河高架桥全长662.802m，位于北京市北部，永定河冲积扇西北裙部地带。全桥共9联，除3联为特殊联外，其余皆为三孔（25+25+25）m预应力混凝土连续箱形梁。梁体截面为单箱单室，上宽8.6m、下宽4.0m、高1.4m。桥墩采用矩形双柱墩，座于高1.8m的承台上。桥梁施工前，出于节省投资、缩短工期及推广新技术的目的，现场进行了两种类型的试桩施工及检测，以分析比较其施工工艺的成熟性和承载能力的可靠性，最后确定桥梁桩基的类型。试验的两种桩型其一为普通钻孔灌注桩，另一种是北京俊华地工集团的专利技术“挤扩多支盘灌注桩”。其中普通钻孔灌注桩在我国的使用起源于50年代末期的河南省，发展至今已逾50年，工艺成熟，在国内桥梁基础工程领域中采用较多，占据着重要的地位。其施工方法为：采用不同的钻孔方法，在地层中按要求形成一定形状的井孔，达到设计的标高后，下放钢筋骨架，再灌注混凝土形成桩基。挤扩多支盘灌注桩则是在普通灌注桩的基础上，根据承载力要求，运用挤扩机械（俊华集团专利产品）在桩身挤扩1-3道支盘或在其上增加对称的分支所成。这种桩形似树根桩，但其施工工艺方法及受力性能又不同于一般的树根桩，也不同于普通直线形混凝土灌注桩，而是一种介于摩擦桩和端支桩之间的变截面桩形。挤扩多支盘灌注桩成盘施工见示意图1。对比两种桩基，从理论上进行分析，不难发现比之普通钻孔灌注桩，挤扩多支盘灌注桩具有以下几大优点：1、单桩承载力高桩的承载力由多个分支周围土的摩阻力、土对分支的承载力、土对桩周表面的摩阻力和多道承力盘下土的端支承力等部分组成，与普通垂直线型灌注桩相比，桩的根载力面积和范围增加很多，并且具有良好的承压、抗水平、冲剪和抗拔能力。2、节约材料，降低施工成本同等承载力情况下，桩长仅为普通灌注桩的1/2-1/3，可节省原材料达30%左右，从而降低了施工成本。3、施工快速桩长有效缩短，施工各环节有效地节省了施工时间与周期，可缩短工期。4、提高地基强度桩的分支部位周围和底部经外部加压挤扩后坚硬密实，使桩的摩阻力增大，桩的承压、抗拔、抗水平剪切能力得到提高，使地基稳定性大大加强，将地基变成了复合地基，改善了原有土的物理力学性质。然而理论分析的结果并不能完全反映现实的情况，为了作出准确可靠的决定，我们还需在试桩的施工中，对其进行全方位的考查、比较。试桩施工拟成桩21根，其中试桩5根（桩径1m）；包括2根普通钻孔灌注桩（桩长31-33m）；3根挤扩多支盘灌注桩（桩长16.2-18.5m，1个支盘）。同时，为检验施工工艺，16根锚桩也确定使用挤扩多支盘灌注桩（桩径0.8m，桩长31-33m，两个支盘）。桩基布置见图2。施工自开始起，历时9天完成了第一阶段的施工。其间成桩5根，坍孔2处，各里程处施工情况如下述：1、k9+105.00普通钻孔灌注桩普1于11月4日23:00开钻，历时26小时成孔，其中钻机轴承断裂导致停机4个小时，下放钢筋笼，灌注砼成桩。挤扩多支盘灌注桩支1于11月7日9:30开钻，至11月8日8:00成孔。挤扩支盘施工于11：00开始，至下午3:30结束。成功支盘时间为下午2:20-3:30，支盘标高由设计的23.02m提高到25m。支盘前沉渣符合要求（16cm），支盘后沉渣达50cm以上。重新清孔，满足设计要求后，至11月9日3:00成桩。锚桩锚4于11月10日上午11:00开钻，至11月11日上午10:00成孔。由于所使用挤扩机械发生设备故障（漏油），直至11月12日下午16:40才开始支盘，18:15支盘结束，盘高由设计的10.53与17，调整为24.6与30m。2、k9+331.353m锚桩锚7于6月下午16:00开钻，至11月8日上午成孔。挤扩支盘时，支盘机械上浮脱离挂钩，倾斜肘砸坏油管接头，导致支盘支出后无法收回，吊车强行拔出后，沉渣达到4m多，回填处理后在复新施工的过程中，支盘机械又因卵石卡住弓臂，无法收回，强行拔出后导致坍孔。3、k9+531.353普通钻孔灌注桩普2于11月6日下午16:00左右开钻，于11月7日晚21:30成钻，下放钢筋笼，灌注成桩在11月8日7:00完成。锚桩锚14于11月9日20:00开钻，至11月10日下午17:00成孔。挤扩支盘时，支盘机械未能下至设计孔深，仅到16m处就被石块卡住，调整盘位在标高24m、29m、32m处支了3个盘，其中29m处为“米”字型支盘；支盘设计标高为9.84m与19m。挤扩后，支盘机械因卵石夹卡，无法收回弓臂，由吊车强行拔出，在孔壁上留下两条凹槽。测完孔深后，判断土、石下落导致沉渣达4m，各方现场协商后，重新钻机对位清孔，至11月13日3:00提钻，14:00成桩。锚桩锚17于11月9日晚20:00开钻，11月10日22:00成孔，挤扩支盘后，支盘机械因卵石夹卡，无法收回弓臂，由吊车强行拔出，孔壁形成凹槽。测孔深，沉渣3.5m。钻机重新对位清孔时发生坍孔。第一阶段施工完成后，鉴于发生问题较多，各方在详细研究后，商讨确定改剩余锚桩为普通钻孔灌注桩，同时将两坍孔里程的桩位作出调整，以免影响试验。在余下施工中，普通试桩及锚桩施工顺利，但挤扩支盘灌注桩支2、支3的施工中仍然出现了调整盘位标高和挤扩后沉渣较厚，钻机重新对位清孔的情况。试桩施工完成，北京市建设工程质量检测中心第一检测所对5根根试桩进行了“反射波法低应变动力检测”和“单桩垂直静荷载检测”，检测结果见表1、表2。反射波法低应变动力检测 表1图号桩号桩径（mm）桩长（m）桩身完整性波速（m/s）类别1T1100032.7推定在5.70m左右有轻度扩径，桩身完整。4300I2T21000/190019.9推定在5.90m和8.86m左右有轻度扩径，桩身完整。4400I3T31000/190019.7推定在5.90m左右有严重扩径，桩身完整。4300I4T4100033.1推定在6.82m左右有轻度扩径，桩身完整。4300I5T51000/190019.9推定在6.72m和16.90m左右分别有轻度和中度扩径桩身完整。4400I 单桩静载试验 表2检测桩号单桩竖向抗压极限承载力基本值（KN）T1(K9+105.00)8320T2(K9+105.00)=4680T3(K9+331.353)7280T4(K9+568.353)8480T5(K9+568.353)8480检测结果显示支1桩不能满足设计要求，主要原因在于支盘未能按要求成型。查阅施工原始记录，支1桩在挤扩工序后沉渣超过标准，推测挤扩孔腔可能被掩埋，而重新清孔时未能将盘腔内的填土清出；另查阅水下灌注混凝土原始记录，第一车混凝土（共6m3），灌注高度为7.2m（包括了支盘所处标高段）。而按支盘理论体积计算，7.2m高度应灌混凝土方量为：V=V柱+V盘=5.65+0.8=6.45m3此数值在尚未考虑充盈系数的前提下，已大于实灌方量，据此也可证明成盘不充分。全面考查试桩的施工过程及检测结果，我们认为：在本工程的试桩施工中，北京俊华地工集团的专利技术“挤扩多支盘灌注桩”的施工是失败的，其原因经分析应有三大方面：1、工程地质清河高架桥所处位置为永定河冲积扇西北裙部地带，地层垂直、水平方向分布均体现出其裙部地层的不稳定性，多层地层局部尖灭或呈透镜体产出，压缩模量变化幅度较大，为7.7-50Mpa。与之相较，在挤扩支盘桩成功使用的天津地区，典型工程地质断面地层由海相、陆相交互沉积而成，地层垂直、水平分布较稳定，延伸平缓，压缩模量较小且均匀，为8.88-13.36Mpa。有鉴于此，从桩基的承载力要求和挤扩设备对地层的选择性（砂土、碎石土中无法挤扩）上考虑，必然加重地质勘探和设计工作的任务及费用。同时在现场施工中，如需调整盘位，还将对桩基的施工进度造成影响，对设计造成难度。2、施工机械的可靠性施工使用的挤扩机械为俊华第二代专利产品。就本次施工而言，挤扩机械的可靠性尚待进一步提高。据原始记录统计，在7根（3根试桩，4根锚桩）挤扩多支盘灌注桩的施工过程中，机械出现漏油一次；挤扩中油管接头砸坏造成弓臂无法收回一次；弓臂夹、卡卵石致无法收回，吊车强行外拔3次。3、检测手段支盘桩承载力与支盘形状有密切关系，由于没有可靠的检测手段，难以确定支盘是否成形及成形尺寸，对成桩质量难于定量分析与控制。俊华公司“验评规定”中对支盘成形检验规定四种手段，挤扩首压值大小、泥浆液面下降体积、油箱液面下降及支盘机体上浮、盘径及孔径检验。而针对本工程实际情况看首压值取决于地层压缩模量，而本场区地层变化复杂，难以确定。由于支盘机械故障造成的孔壁坍塌严重，且卵石层、砂层的跑水等情况，泥浆体积的变化量并