钻孔灌注桩施工技术及承载性状问题分析

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摘要:钻孔后压浆桩技术可减少桩底的沉渣和桩周泥皮对桩基的不和影响,可以改善桩与土相互作用关系,可大幅度提高桩基承载力,本文主要探讨了钻孔灌注桩施工技术及承载性状问题,有助于提高我国基础工程施工水平。

关键词:灌注桩施工　承载性状　桩基础施工　施工质量　机理分析

1　引言

20世纪80年代中期,大直径钻、冲孔灌注桩仅有少数单位能够施工,如今已被我国工程界普遍掌握,成为高层超高层建筑、铁路公路大桥、港口、地铁等结构物的最常用基础形式。此类桩的数量已达数百万根,可谓世界第一。在钻孔灌注桩成桩后实施压力灌浆,是20世纪90年代兴起的在基础工程中综合应用多种工程技术的典型代表。利用压浆概念还开发了钻孔压浆无砂混凝土桩,它不须泥浆护壁,不产生断径、缩径,不致残留沉渣,已在各地数百项工程中应用。

2　灌注桩施工技术

2.1桩基工程施工的准备工作

1)在施工开始以前应根据设计图纸、工程地质水文地质条件、地形地貌、施工设备条件等资料认真编制切实可行的施工方案。2)清除现场妨碍施工的高空和地下障碍物,做好三通一平。3)做好测量控制网、水准基点,按平面放线定位。4)对于桥梁工程水上桩基础的施工,要考虑河流水位的可能变化和地质条件,选用合适的水上施工作业平台方案,例如采用筑岛方法造成可以施工的水中陆地,也可采用钢平台加钢围堰的方法造成稳定的作业平台和安全可靠的浇筑承台的空间。

2.2灌注桩施工

(1)灌注桩的机械成孔方法

灌注桩的机械成孔方法分为泥浆护壁成孔灌注桩、干作业成孔灌注桩、套管成孔灌注桩和爆扩成孔灌注桩等四种。成孔的控制深度接不同桩型采用不同标准控制。对摩擦型桩,以设计桩长控制成孔深度;端承摩擦桩必须保证设计桩长及桩端进入持力层深度;对端承型桩,当采用钻(冲)、挖掘成孔时,必须保证桩孔进人设计持力层的深度

(2)钢筋笼制作

钢筋笼制作的质量验收标准应符合

(3)泥浆护壁成孔灌注桩

首先,对于泥浆的制备和处理来说,泥浆在桩孔施工中作为帅洗液(或稳定液),其主要功用是稳定孔壁、携带和悬浮钻渣。第二,对于护筒的设置来说,护简一般用4―8m钢板制成。内径应大于钻头直径,当用回转钻时,宜大于100mm;当用冲击钻和潜水电钻时,宜大于200m,在护筒上部开设2个溢浆孔;护简埋设深度根据土质和地下水位而定,在粘性土中不宜小于1.0m,在砂土中不宜小于1.5m,其高度尚应满足孔内泥浆面高度的要求;护筒埋设应准确、稳定,护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm;护筒的垂直度,尤其是水上施工的长护筒更为重要。第三,成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩的成孔方法可分为冲击机成孔、冲抓锥成孔和潜水钻机成孔、回转钻机成孔。第四,清孔。清孔可清除孔底沉渣,以利于提高桩端承载力;可清除孔壁泥皮,以利于提高桩身摩阻力;减少孔内泥浆相对密度,便于导管法灌注水下混凝土。第五,混凝土的灌注。通常采用履带吊车起吊混凝土料斗,通过下料漏斗和导管在稀泥浆中浇灌混凝土,开灌时隔离料斗和导管的方法采用球胆或柱形隔水塞,在整个浇灌过程中,混凝土导管应埋入混凝土中2-4m,最小埋人深度不得小于1.5m,否则会把混凝土上升面附近的浮浆卷入混凝土内;也不能大于6m,埋入太深将会影响混凝土充分地流动。

3　灌注桩承载性状

桩身横载面在桩顶轴向荷载作用下会产生轴向力和竖向位移,桩身上部先受到压缩而产生相对于土的向下位移,由于桩身与桩周土的相互作用,桩侧表面便受到土的向上摩阻力。桩顶荷载通过桩侧摩阻力传递到桩周土层中去,致使桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减。桩端土层的压缩加大了桩土相对位移,从而使桩身侧摩阻力进一步发挥出来。当桩身侧摩阻力全部发挥出来达到极限后,若继续增加荷载,其荷载增量将全部由桩端阻力承担。由于桩端持力层的大量压缩和塑性挤出,位移增长速度显著加大。直至桩端阻力达到极限,位移迅速增大而破坏。桩侧、桩端阻力的发挥,需要一定的桩土相对位移,即桩侧、桩端阻力是桩土相对位移的函数,这种函数,通常称之为荷载传递函数。荷载传递函数曲线的形状比较复杂,它与土层性质、埋深、施工工艺和桩径大小有关。

荷载传递函数的主要特征参数为极限摩阻力的相应极限位移。对于加工软化型土(如密实砂、粉土等),所需极限位移值较小,且摩阻力达最大值后又随位移的增大而有所减小;对于加工硬化型土(如非密实砂)所需极限位移更大,且极限特征点也不明显。试验表明:桩底阻力的发挥需要有较大的位移值,在粘性土中约为桩底直径的25%;在砂性土中约为8%-10%,对于钻孔桩,由于沉渣压缩的影响,发挥端阻力极限值所需位移更大。而桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得到充分的发挥,具体数量目前认识上尚不能有一致的意见。但一般认为粘性土为4-6mm,砂性土为6-10mm。对大直径的钻孔灌注桩,如果孔壁极不平,发挥侧摩阻力需要的极限位移较大,可达20mm以上,甚至40mm,约为桩径的2.2%,如果孔壁平直光滑,发挥侧摩阻力的极限位移较小,小至只有3-4m。

4　结语

钻孔灌注桩由于具有施工简单、噪声小、承载力高、桩径大、适应各种地质条件等优点,因而广泛用于高层建筑、桥梁、码头、厂房的建设中,成为各种基础类型中采用最多的桩型之一,本文主要探讨了钻孔灌注桩施工技术及承载性状问题,有助于提高我国钻孔灌注桩施工水平。