李爱娟--大直径沉模薄壁管桩加固软土地基

1 1 大直径沉模板薄壁管桩加固软土地基大直径沉模板薄壁管桩加固软土地基 Big diameter sink cyclostyle thin wall tube peg pin up soft groundsill 石家庄铁道学院四方学院 土木工程系 李爱娟 摘摘 要要 大直径沉摸薄壁管桩是一种适合加固软土地基的新型高效 优质桩型 可有效地提高地基承载力和减小地基沉降度 采用振动沉模 现场浇筑混凝土的一次性成桩技术 能快速加固软土地基 提高承载力 使其满足设计要求 且具有工艺简单 质量可靠 工效高 造价低等显著 优点 本文介绍了振动沉模现浇混凝土薄壁管桩的技术原理 加固机理 施工设备 施工工艺 设计与质量检测及工程应用 Summary Summary Big diameter sink cyclostyle thin wall tube peg is a new type high efficiency and high grade peg type of adapting to pin up soft groundsill it improves availably groundsill carrying capacity and minish groundsill sedimentation Adopting once forming peg techinc of librating sink cyclostyle locale water concrete can celerity pin up soft groundsill improve availably groundsill carrying capacity and make it content design request And it has many virtues of arts and crafts simpleness quality credibility word efficiency highness cost low etc It introduces the technic elements pinning up elements construction equipment construction techincs design and quality checking and appliance in engineering of librating sink cyclostyle locate watering concrete thin wall tube peg in the text 关键词关键词 振动沉模 薄壁管桩 复合地基 承载力 原理 PivotalPivotal WordsWords Librating sink cyclostyle thin wall tube peg complex groundsill carrying capacity elements 一 前言一 前言 目前 软基处理中主要的施工方法有桩基 水泥土搅拌桩 强夯法和 真空预压 超载预压等加固方法 每种加固技术都有它的适用性和局限性 水泥土搅拌桩施工质量难以控制 加固深度也有限 检测量大且费用高 超载预压方法由于软弱地基土的强度很低 存在路堤稳定性的问题 不能 快速加载 制约工程进度 因此施工工期很长 影响了工程投资的经济性 2 2 强夯法主要是针对透水性较强的软土地基 加固效果明显 但对软粘土不 适宜 对处理沿海地区的粘土及淤泥质土的地基加固有明显的局限性 使用桩基加固软土地基 由于施工速度快 可缩短工期 加固处理深 度不受限制 适宜各种地质条件 可明显增加路基的稳定性 提高地基的 承载力和减小变形 长期以来 无论在建筑工程 还是在道路工程中 都 得到普遍的采用 这其中主要包括实心预制桩和现场灌注混凝土桩 以及 预制混凝土管桩等 预制实心桩较现场灌注桩造价要高 现场浇筑混凝土 桩单方造价较低 但也不能节省混凝土材料 从根本上看 现场浇筑混凝 土实心桩的造价并未得到根本的降低 为此 又发展了预制混凝土管桩 该桩型提高承载力较实心混凝土桩有较大的提高 但预制混凝土管桩需要 在工厂预制 预制混凝土管桩从形式上是节省了材料 但考虑到运输和施 工等因素 又必须加入大量的钢筋以增加强度来抵抗施工可能带来的破坏 性 从而增加了造价 故成本较高 因此 寻求使用较少的混凝土方量 以实现造价低 承载力高 并且地基的稳定性增加明显的新桩型成为工程 界迫切需要解决的问题 正是考虑到实心桩及预制管桩的不足 现场浇筑 混凝土薄壁管桩加固软土地基实现了造价低 承载力高 地基稳定性增加 和地基沉降低等明显的目的 现以河北省秦皇岛至乐亭高速公路工程施工中的对该技术的应用举例 说明 该地段地下土体含水量高 孔隙比大 塑性指数高 是沿海地区典 型的软基段落 该技术的采用达到了降低造价 提高承载力 增强地基稳 定性 减小地基沉降的目的 对工程质量 工期和经济效益均有重要的影 响 二 技术原理二 技术原理 振动沉模现浇混凝土管桩技术采取振动沉模自动排土 现场灌注混凝 土而施工成管桩 具体步骤是依靠沉腔上部锤头的振动力将内外双层套管 所形成的环形腔体在活瓣桩靴的保护下打入预定的设计深度 在腔体内浇 注混凝土 之后振动拔管 在环形域中土体与外部的土体之间便形成混凝 3 3 土管桩 在形成复合地基时 为了保证桩与土共同承担荷载 并调整桩与 土之间竖向荷载及水平荷载的分担比例以及减少基础底面的应力集中问题 在桩顶设置褥垫层 从而形成现浇薄壁管桩复合地基 振动沉模大直径现浇管桩动力设备是振动锤 振动锤的两根轴上各装 有偏心块 由偏心块产生偏心力 当两轴相向同速运转 横向偏心力抵消 竖向偏心力相加 使振动体系产生垂直往复高频率振动 振动体系具有很 高的质量和速度 产生强大的冲击动力 将环形空腔模板迅速沉入地层 腔体模板的沉入速度与振锤的功率大小 振动体系的质量和土层的密度 粘性 粒径有关 振动体系的竖向往复振动 将腔体模板沉入地层 当激 振力 R 大于以下三种阻力之和 刃面的法向力 N 的竖向分力 刃面的摩擦 力 F 的竖向分力 腔体模板周边的摩阻力 P 的合力时 模板即能沉入地层 当 R 与 N F P 竖向分力平衡时或达到预定深度时 则模板停止下沉 由 于腔体模板在振动力作用下使土体受到强迫震动产生局部剪胀破坏或液化 破坏 土体内摩擦力急剧降低 阻力减小 提高了腔体模板的沉入速度 4 4 同时挤压 振密作用使得环形腔体模板中土芯和周边一定范围内的土体得 到密实 该成桩机理为 1 模板作用 在振动力的作用下环形腔体模板沉入土中后浇注混凝土 当振动模板提拔时 同时混凝土从环形腔体模板下端注入环形槽孔内 空 腹模板起到了护壁作用 因此不会出现缩壁和塌壁现象 从而成为造槽 扩壁 浇注 次性直接形成管桩的新工艺 从而保证了混凝土在槽孔内良 好的充盈性和稳定性 2 振捣作用 环形腔体模板在振动提拔时 对模板内及注入槽孔内的 混凝土有连续振捣作用 使桩体充分振动密实 同时又使混凝土向两侧挤 压 管桩壁厚增加 3 挤密作用 振动沉模大直径现浇混凝土薄壁管桩在施工过程中由于 振动 挤压和排土等原因 可对桩间土起到一定的密实作用 挤压 振密 范围与环形腔体模板的厚度及原位土体的性质有关 三 振动沉模现浇薄壁管桩施工机具设备三 振动沉模现浇薄壁管桩施工机具设备 施工机具的主要技术性能要求 1 沉桩深度达到 25m 以上 2 桩径为 1000 1500mm 3 管桩壁厚 100 150mm 4 混凝土可多次 加料 5 提升力达到 30t 压桩力加上高频振动荷载达到 100t 根据以上要求设计了振动套管成模大直径现浇管桩机具 如图 2 所示 设备的基本组成有 1 底盘 含卷扬机等 2 活瓣桩靴结构 3 龙门支架 4 振动 头 5 成模造浆器 6 混凝土分流器 7 钢质内外套管空腔结构 四 振动沉模现浇薄壁管桩的技术特点四 振动沉模现浇薄壁管桩的技术特点 1 双层钢管空腔结构优点是可形成大直径管桩 可达 1 5m 以上 与 实心桩 一般桩径小于 600mm 相比 可提高桩摩擦力 并节省大量混凝 土 从而大大降低造价 2 活瓣桩靴结构 可避免使用预制钢筋混凝土桩头 大大降低成本和 加快施工进度 并且可以调整成桩挤土方向 5 5 3 通过造浆器造浆 可以减少沉模时环形套模内外摩擦阻力 保护桩 芯和侧壁土稳定 4 混凝土分流器可以避免管腔中混凝土浇注时的离析和厚薄不均 5 龙门支架较单柱支撑的优点是保证机具稳定 同时克服了常规结构 抗拔力不足问题 6 由于采用振动双层套管成模工艺 灌注混凝土方量的相应减少 施 工速度较钻孔灌注桩及粉喷桩要快 且质量也容易控制 加固同等面积软 土地基效率提高 40 以上 7 选择大直径管桩进行地基加固 由于桩身表面积大 使单桩承载力 大为提高 与实心混凝土桩或粉喷桩相比 单桩在复合地基处理中控制的 加固面积大 对于 1m 桩径的管桩加固面积一般大于 10m2 8 该桩型成桩质量稳定 可沉桩较深 25 35m 桩体与桩周土形成 刚性复合地基 复合层的变形很小 地基稳定性得到提高 9 土中套管成模现浇管桩机具形成的复合地基技术在高速公路 市政 工程等软基加固中的使用 将节约成本 缩短工期 提高工程质量 具有 广泛应用前景 五 施工参数及施工方法五 施工参数及施工方法 1 施工参数 图 2 振动沉模现浇薄壁管桩设备图 6 6 1 桩长 14m 2 桩径 外径 100cm 壁厚 10cm 内径 80cm 3 桩径 桥头段 2 6m 过渡段 3 2m 一般路基段 3 8m 成等边三 角形布置 4 现浇砼强度 C20 坍落度 180mm 220mm 骨料粒径小于 25mm 桩机垂直度偏差不大于 0 5 水平度小于 1 桩中心误差小 于 25cm 2 施工方法 1 准备工作 施工前应先平整场地 清除桩位处地上地下一切障碍物 场地低洼处 回填素土 不应回填大于 30cm 直径的石块及树根等有机物 施工前应由专业技术人员检查使用的材料是否符合要求 以达到验收 标准 避免影响管桩的质量与施工进度 2 桩机就位 桩机到达指定桩位 对中 应使起吊设备保持水平 应保证桩机的平整度和导向架的垂直度 使桩机主腿的垂直度偏差不 得超过 1 桩机就位 桩管中心与桩中心偏差不大于 20mm 使桩管在自由状态下对准桩位 桩位对好后 不能再动机械设备 3 沉管至桩底 利用沉管自重或钢丝绳加压压入土中一定深度 然后开动振动锤起振 沉管至设计桩深 4 搅拌砼 进场砼的原材料 水泥 砂 石 必须具有质保书和试验报告 只有 经复检合格的原材料才能进场试用 混凝土配合比需具有相关资质的单位 出具 方可制作 砼坍落度的控制 素砼土 180 220mm 砼按设计要求制作试块 每班 组留置一组砼试块并进行养护 5 灌注砼至管顶 7 7 在灌注桩身砼之前 应根据工程施工经验 结合地质报告预估充盈系 数 计算投料体积 制定分批投料计划 灌注砼至桩顶标高 如桩顶离自然地面较近 需拔管超注时 应注意 不宜拔得过高 应以控制在桩需注入的砼量为限 详细地记录灌注砼量 充盈系数严禁小于 1 0 一般为 1 1 1 2 6 振动拔管 桩管灌满砼之后 先振动再拔管 拔管速度控制在 1 2 1 8m min 在拔管过程中 应分段添加砼 保持管内砼面始终不低于地面或高于地下 水位 1 0 1 5m 以上 至桩顶 2 0m 左右时一次性拔管到地面 对于由地 层变化的地段 由硬土层到软土层或由软土层到硬土层的界面处应降低振 动拔管的速度 一般应控制在 1 0m min 以下 7 移机 重复上述步骤 进行下一桩的施工 六 振动沉模现浇薄壁管桩施工要点六 振动沉模现浇薄壁管桩施工要点 1 为保证在含地下水地层中应用现浇管桩的质量 保证在成桩过程中 地下水 流砂 淤泥不自桩靴进入管腔 浇筑采用二步法工艺 即在成桩 管下到地下水位以上即进行第一次浇筑 将桩靴完全封闭 然后继续下到 设计深度后进行第二次浇筑成桩 2 为保证桩与桩之间在成桩过程中不互相影响 施工顺序采用隔孔隔 排施工工序 3 如遇到较硬夹层 可利用专门设计的成模润滑造浆器在沉桩过程中 注入泥浆 4 内外管应锁定后方可起吊装配 5 混凝土应以细石料为主 可以适当掺入减水剂 以利于腔体中砼的 流动性较好 6 在遇到砂性土层时 宜放慢上提速度 软土层内的速度一般可控制 在 1 3min m 8 8 七 常见问题及预防处理措施七 常见问题及预防处理措施 序号常见通病原因分析采用措施 1 沉管达不到 设计标高 a 局部地质复杂 遇有各 类地下障碍物 b 施工机械能力不足 c 沉管偏斜 d 群桩施工影响 a 合理选择施工机械 b 会同设计研究制定方案 可采取 增加内夯投砼料量 补偿桩长不足 c 发现沉管偏斜 及时校正桩架垂 直度 d 群桩施工 合理安排施工顺序 采取由里层向外层扩展的施打方法 2 埋管 a 起重能力不够 b 沉管到位以后 耽误时 间过长 c 沉管作业最终贯入度偏 小 d 地下水位偏高 a 合理选择机械起重能力 配置千 斤顶等辅助起重设备 b 合理控制沉管作业的最终贯入度 c 沉管后 振动作业 养护间隔时 间 不宜长时间搁置 d 在粘土层较厚或地下水位较低的 地段施工 宜在桩管下端加焊 14 钢 筋圆箍 3 断桩缩颈 a 管内砼振落或拔管速度 偏快 桩身砼成型不规则 或断桩 b 在流态的淤泥质土层中 孔壁不能直立 砼在土层 中坍落 c 管内进水 造成夹泥 a 管内砼下落过快 在管内补充砼 b 注意邻桩施工影响 同一桩顶标 高的桩一次连续打完 在桩距小于 4d 时 宜采取跳打法或控制间隔时间为 一周 c 在流态淤泥质土层中施工 应控 制较低的沉管提升速度 一般控制 60cm min 4 桩顶平面位 置偏差大 a 受邻桩施工影响 b 地下障碍物影响 沉管 发生偏移 c 机架垂直度偏差大 发 生斜沉现象 a 在沉管前复测桩位 b 用木框架定型 圆圈法标定桩位 5 成桩标高偏 低 a 砼投料不足 b 桩位地层属流态淤泥等 软弱地层 a 设法在管内增加投料 b 成桩后立即开挖立模 用现场同 标号砼接桩 6 砼用量偏大 a 遇有地下枯井 坟坑 下水道 防空洞等洞穴 使砼灌注时流失 b 在饱和淤泥或淤泥质软 土中施工 使砼灌注扩散 桩身扩大 a 饱和淤泥或淤泥质软土中施工 先打试桩 分析砼耗用 在管上设当 部位补投料窗口 b 了解施工现场的地下洞穴情况 预先挖开清理 用素土填死 7 冒浆提升速度 注浆量 适当增加提升速度和注浆量控制 使 孔口微微翻浆 八 质量检验八 质量检验 9 9 为确保管桩的施工质量 可以选用下述方法进行加固质量检测 1 在灌注砼前 应对以成孔的中心位置 孔深 孔径 垂直度等进行 认真检查 并填写相应质量检查记录 2 沉桩过程中应检查每米进尺贯入度 最后一米贯入度 最后三米贯 入度及桩尖标高 桩身垂直度等 3 对于一级建造桩基和地质条件复杂或成桩质量可