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摘 要:针对人工挖孔灌注桩施工过程中遇到的流砂、淤泥层和地下水等情况,利用钢套筒形成护壁,可解决施工中的困难。文中对钢套筒的施工方案进行了详细说明,工程应用结果表明,特定情况下,钢套筒在人工挖孔灌注桩中具有较好的应用效果。
关键词:挖孔灌注桩 钢套筒 淤泥层
中图分类号:TU71 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0091-01
1 挖孔灌注桩钢套筒施工方案
1.1 挖孔灌注桩钢套筒组成及静力反压埋设法
钢套筒主要由钢套筒、导向架、套筒埋设设备三大部分组成。
（1)钢套筒主要用于承受灌注桩外侧静水压力,隔离流砂、淤泥或地下水。
（2)导向架由钢管或角钢制成,其中间为正多边形,四周为框架,用于控制并引导钢套筒在桩孔的正确位置竖直下沉,并能克服一定的动水侧压力。当钢套筒发生偏位时,导向架可用于调节钢套筒的偏位。在灌注桩较长的情况下,可在导向架两端安装法兰盘用于级联。
（3)套筒埋设设备包括千斤顶、传力器等装置,用于钢套筒的埋设。
钢套筒的埋设通常可采用振埋、加压埋设或静力反压埋设等方法。振埋方法较为简单,不作详细介绍。静力反压埋设方法如下:在钢筋砼护臂上对称打两个孔,将一根轨束梁插在孔内,利用两个千斤顶把反力通过伟力器均匀作用在钢套筒上,从而使钢套筒下沉。反力的大小根据实际工程决定,一般为15～30t。与钢套筒加压埋设方法相比,静力反压埋设方法可节约大量的劳动力和材料,不仅提高了劳动效率,还缩短施工工期。与振埋方法相比,静力反压埋设方法更为简单实用。
1.2 钢套筒壁厚的计算
工程应用中,需计算钢套筒的壁厚,其壁厚由钢套筒的强度和稳定性决定。
根据结构力学,薄壁受压失稳的极限载荷为:
(1)
根據容许应力法,考虑钢套筒易弯,其受压强度
(2)
(3)
则
其中为钢套筒护壁的厚度,A3钢的设计容许强度＝210MPa。
钢套筒壁厚取和中的最大值。
1.3 钢套筒的纠偏
施工中应保证钢套筒的偏斜度尽量小,在对桩的施工要求容许范围内,对套筒的纠偏是一件耗时且复杂的工作。通常的钢套筒纠偏方法是:当开挖到持力层后,在钢套筒顶部和底部一起固定,利用导向架对其进行调整。对于无法纠偏的桩基,可提高混凝土强度或求算其有效截面,改用型钢与混凝土组合成的劲性钢筋混凝土。
2 挖孔灌注桩钢套筒工程应用
2.1 工程应用1
内昆宜K114钢筋混凝土框架桥的D型梁柱墩采用桩基础。桩基础按嵌岩桩设计,要求嵌入风化泥质砂岩上,其地基承载力大于800MPa。桩径采用2.4m和2.0m两种,桩基总长为103.6m。由于施工地点处于内宜铁路的咽喉路段的路肩,其上方有接触网高压线,大型钻孔机械无法使用。为加快工程进度,所有的桩基础均采用了挖孔灌注桩。
由于施工过程中遇到了流砂淤泥层,故通常的孔壁支护类型(如框架、砖、钢井圈等)应用较为困难。通过对厚度为2.3～11.6m的淤泥层采用钢套筒静力反压埋设方案,成功解决了挖孔灌注桩施工中的问题,保证了工程的进度。
2.2 工程应用2
在宜宾市叙府路立交桥和商贸立交桥桩基础施工中,叙府路立交桥采用挖孔灌注桩,桩基孔径为1800mm,采用了4个挖孔小组(每组4人);商贸路立交桥采用了钻孔桩,桩基孔径为1000mm,采用了乌克斯CD－30型钻机一台。在桩基浇筑过程中,叙府路立交桥同样遇到了淤泥层,对施工造成了困难,采用钢套筒方案后,顺利解决了问题。在相同的时间内,叙府路立交桥完成了2个桩孔(桩深15m)的开挖和浇筑,而商贸路立交桥只完成了1个桩孔(桩深17m)的成孔和浇筑。
参照宜宾市商贸路立交桥合同文件,钻孔桩(mm)的单价为850元/m,挖孔灌注桩(mm)的单价为580元/m(单价中包含成孔、浇桩混凝土费用,不含桩基钢筋的材料费)。不难看出,虽然挖孔灌注桩在遇到流砂、淤泥层情况时造价会提高,但与钻孔桩相比,其造价仍十分经济。此外,对比处理流砂(或淤泥)层常采用的沉井方案,沉井的施工技术复杂性和造价均要高于钢套筒方案。
2.3 施工步骤
（1)施工过程中应有详尽的地质资料,根据流砂(或淤泥)层厚度,确定钢套筒、导向架的尺寸及施工方案,并制定相应的安全措施。
（2)在挖孔灌注桩埋设过程中,若遇到流砂(或淤泥)层,其护桩的埋设必须稳固,并尽量远离孔口。施工过程中应尽量避免不规则抽水,以免造成地面塌陷和护桩移位。
（3)导向架的刚度和嵌固深度绝大部分情况由实际情况和经验决定。施工过程中遇到动水压力或桩位纠偏等情况时,应及时予以补强。
（4)钢套筒在导向架上反压下沉。钢套筒间采用焊接方式连接,其焊缝需保证不漏水。
（5)在有流砂(或淤泥)层的挖孔灌注桩施工中,必须注意抽水的规律性。开挖作业应保持连续,最好做到一次通过流砂(或淤泥)层。若分多次作业,分段开挖结束后,应及时恢复地下水位,防止套筒背后土层坍塌。
（6)开挖到持力层时,应及时测量桩位的偏移程度,采取必要的支撑或调整措施[2]。
（7)开挖到设计标高。
（8)浇筑砼前,取出导向架,架高钢筋砼。根据桩长等实际情况,有时应采取必要的临时支护或不将导向架取出。
（9)施工前可直接参考地勘资料,根据岩土风化、破碎等情况准确地确定桩的嵌固深度及基底承载力,避免施工的盲目性。
3 结语
挖孔灌注桩具有设备简单,作业时无振动、噪声小,更适用于在狭窄施工场地内对邻近建筑物基础的保护等优点,应用越来越广泛。文中针对人工挖孔灌注桩施工过程中遇到的流砂、淤泥层和地下水等情况,利用钢套筒形成护壁,解决了施工困难。工程应用结果表明,在遇到流砂(或淤泥)层等情况下,钢套筒在挖孔灌注桩中的应用效果明显。
在流砂(或淤泥)层较厚时采用钢套筒方案,其成功的要点在于连续作业和导向架的应用。只有连续作业,才能减少抽水次数,保证桩基周围的稳定,减少工程成本。实践证明,导向架在防止套筒倾斜、保证桩位的准确性、确保钢套筒的施工质量等方面起到了关键作用。
参考文献
[1] 杨小平,土地学及地基基础[M].武汉大学出版社,2004.
[2] 徐云.人工挖孔桩施工质量控制及安全施工[J].山西建筑,2006,32(12):74～75.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词:挖孔灌注桩 钢套筒 淤泥层
中图分类号:TU71 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0091-01
1 挖孔灌注桩钢套筒施工方案
1.1 挖孔灌注桩钢套筒组成及静力反压埋设法
钢套筒主要由钢套筒、导向架、套筒埋设设备三大部分组成。
（1)钢套筒主要用于承受灌注桩外侧静水压力,隔离流砂、淤泥或地下水。
（2)导向架由钢管或角钢制成,其中间为正多边形,四周为框架,用于控制并引导钢套筒在桩孔的正确位置竖直下沉,并能克服一定的动水侧压力。当钢套筒发生偏位时,导向架可用于调节钢套筒的偏位。在灌注桩较长的情况下,可在导向架两端安装法兰盘用于级联。
（3)套筒埋设设备包括千斤顶、传力器等装置,用于钢套筒的埋设。
钢套筒的埋设通常可采用振埋、加压埋设或静力反压埋设等方法。振埋方法较为简单,不作详细介绍。静力反压埋设方法如下:在钢筋砼护臂上对称打两个孔,将一根轨束梁插在孔内,利用两个千斤顶把反力通过伟力器均匀作用在钢套筒上,从而使钢套筒下沉。反力的大小根据实际工程决定,一般为15～30t。与钢套筒加压埋设方法相比,静力反压埋设方法可节约大量的劳动力和材料,不仅提高了劳动效率,还缩短施工工期。与振埋方法相比,静力反压埋设方法更为简单实用。
1.2 钢套筒壁厚的计算
工程应用中,需计算钢套筒的壁厚,其壁厚由钢套筒的强度和稳定性决定。
根据结构力学,薄壁受压失稳的极限载荷为:
(1)
根據容许应力法,考虑钢套筒易弯,其受压强度
(2)
(3)
则
其中为钢套筒护壁的厚度,A3钢的设计容许强度＝210MPa。
钢套筒壁厚取和中的最大值。
1.3 钢套筒的纠偏
施工中应保证钢套筒的偏斜度尽量小,在对桩的施工要求容许范围内,对套筒的纠偏是一件耗时且复杂的工作。通常的钢套筒纠偏方法是:当开挖到持力层后,在钢套筒顶部和底部一起固定,利用导向架对其进行调整。对于无法纠偏的桩基,可提高混凝土强度或求算其有效截面,改用型钢与混凝土组合成的劲性钢筋混凝土。
2 挖孔灌注桩钢套筒工程应用
2.1 工程应用1
内昆宜K114钢筋混凝土框架桥的D型梁柱墩采用桩基础。桩基础按嵌岩桩设计,要求嵌入风化泥质砂岩上,其地基承载力大于800MPa。桩径采用2.4m和2.0m两种,桩基总长为103.6m。由于施工地点处于内宜铁路的咽喉路段的路肩,其上方有接触网高压线,大型钻孔机械无法使用。为加快工程进度,所有的桩基础均采用了挖孔灌注桩。
由于施工过程中遇到了流砂淤泥层,故通常的孔壁支护类型(如框架、砖、钢井圈等)应用较为困难。通过对厚度为2.3～11.6m的淤泥层采用钢套筒静力反压埋设方案,成功解决了挖孔灌注桩施工中的问题,保证了工程的进度。
2.2 工程应用2
在宜宾市叙府路立交桥和商贸立交桥桩基础施工中,叙府路立交桥采用挖孔灌注桩,桩基孔径为1800mm,采用了4个挖孔小组(每组4人);商贸路立交桥采用了钻孔桩,桩基孔径为1000mm,采用了乌克斯CD－30型钻机一台。在桩基浇筑过程中,叙府路立交桥同样遇到了淤泥层,对施工造成了困难,采用钢套筒方案后,顺利解决了问题。在相同的时间内,叙府路立交桥完成了2个桩孔(桩深15m)的开挖和浇筑,而商贸路立交桥只完成了1个桩孔(桩深17m)的成孔和浇筑。
参照宜宾市商贸路立交桥合同文件,钻孔桩(mm)的单价为850元/m,挖孔灌注桩(mm)的单价为580元/m(单价中包含成孔、浇桩混凝土费用,不含桩基钢筋的材料费)。不难看出,虽然挖孔灌注桩在遇到流砂、淤泥层情况时造价会提高,但与钻孔桩相比,其造价仍十分经济。此外,对比处理流砂(或淤泥)层常采用的沉井方案,沉井的施工技术复杂性和造价均要高于钢套筒方案。
2.3 施工步骤
（1)施工过程中应有详尽的地质资料,根据流砂(或淤泥)层厚度,确定钢套筒、导向架的尺寸及施工方案,并制定相应的安全措施。
（2)在挖孔灌注桩埋设过程中,若遇到流砂(或淤泥)层,其护桩的埋设必须稳固,并尽量远离孔口。施工过程中应尽量避免不规则抽水,以免造成地面塌陷和护桩移位。
（3)导向架的刚度和嵌固深度绝大部分情况由实际情况和经验决定。施工过程中遇到动水压力或桩位纠偏等情况时,应及时予以补强。
（4)钢套筒在导向架上反压下沉。钢套筒间采用焊接方式连接,其焊缝需保证不漏水。
（5)在有流砂(或淤泥)层的挖孔灌注桩施工中,必须注意抽水的规律性。开挖作业应保持连续,最好做到一次通过流砂(或淤泥)层。若分多次作业,分段开挖结束后,应及时恢复地下水位,防止套筒背后土层坍塌。
（6)开挖到持力层时,应及时测量桩位的偏移程度,采取必要的支撑或调整措施[2]。
（7)开挖到设计标高。
（8)浇筑砼前,取出导向架,架高钢筋砼。根据桩长等实际情况,有时应采取必要的临时支护或不将导向架取出。
（9)施工前可直接参考地勘资料,根据岩土风化、破碎等情况准确地确定桩的嵌固深度及基底承载力,避免施工的盲目性。
3 结语
挖孔灌注桩具有设备简单,作业时无振动、噪声小,更适用于在狭窄施工场地内对邻近建筑物基础的保护等优点,应用越来越广泛。文中针对人工挖孔灌注桩施工过程中遇到的流砂、淤泥层和地下水等情况,利用钢套筒形成护壁,解决了施工困难。工程应用结果表明,在遇到流砂(或淤泥)层等情况下,钢套筒在挖孔灌注桩中的应用效果明显。
在流砂(或淤泥)层较厚时采用钢套筒方案,其成功的要点在于连续作业和导向架的应用。只有连续作业,才能减少抽水次数,保证桩基周围的稳定,减少工程成本。实践证明,导向架在防止套筒倾斜、保证桩位的准确性、确保钢套筒的施工质量等方面起到了关键作用。
参考文献
[1] 杨小平,土地学及地基基础[M].武汉大学出版社,2004.
[2] 徐云.人工挖孔桩施工质量控制及安全施工[J].山西建筑,2006,32(12):74～75.
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