建筑工程大直径旋挖桩施工技术研究.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.1(下)-98-工 程 技 术钻孔灌注桩是利用机械开挖和人工开挖相结合的方式,在钻孔内设置钢筋笼,并浇筑混凝土形成的一种桩基结构。旋挖桩因其具有施工噪声低、适应性广、稳定性好、单桩承载能力高和可在有大量建筑的城市中使用等优点,在工程领域内广泛应用。根据早期的技术规程,将800mm 直径的桩基称为大直径桩基。但是,随着科技的发展,工程机械设备不断更新,旋挖桩的直径也不断变大。当科学技术未完全普及时,市场内较为常见的桩基直径在800mm2000mm,很少有直径 2000mm 的桩基,因此,现阶段市场内 2000mm 的灌注桩统称大直径旋挖桩。随着各地人口数量的增加,
2、许多大城市都出现了建设用地紧张的情况,因此,建筑项目也开始逐步向地下和地上延伸,高层和超高层建筑越来越多,这对建筑基础工程的建设施工提出了更高的要求。旋挖桩的机械化程度较高,因此利用旋挖桩施工,被称为“绿色施工”。随着施工技术的发展和机械设备的不断改进,各种扩底钻头、入岩钻头以及大功率设备不断涌现,旋挖桩的直径也越来越大,由于建筑自身质量较大,因此需要较高的地基承载能力。旋挖桩的施工标准越来越高,为满足相关工作的需求,本文将对旋挖桩施工技术的应用进行设计研究。1 工程设计概况为确保工程顺利实施,施工前,须对建筑工程项目的基本情况进行分析。经过分析发现,此建筑属于超高层建筑,建筑由超甲级 1 栋
3、写字楼 A、2 栋住宅公寓(分别为 B1和 B2)构成,建筑地下层数为 3 层 4 层,设计基坑深度约为 19.5m,此建筑基础结构采用旋挖桩施工,其中 A 建筑由地上 56 层与地下 4 层构成,B1建筑由地上 33 层与地下 3 层构成,B2建筑由地上 38 层与地下 3层构成。3 栋建筑的主体结构均为框架核心筒结构,对应的塔楼结构均为钢筋混凝土桩,桩体以独立状态赋存在结构中。由于本工程的桩基为端承摩擦桩,桩体所在的持力层为微风化粉砂岩层,因此,要求桩体的沉渣厚度 50mm。根据工程方的设计,该建筑工程施工共需要 428 根旋挖桩,涉及的旋挖桩直径为 1200mm2600mm,桩体结构的净
4、长度为 19m45m,其中符合本文研究需求的大直径旋挖桩承载力和分布,见表 1。2 建筑工程大直径旋挖桩施工2.1 构建大直径旋挖桩有限元分析计算模型为使施工中大直径旋挖桩结构符合建筑工程施工要求,在施工前结合大直径旋挖桩的力学特性,构建有限元分析计算模型1。模型构建的主要目的是分析旋挖桩的桩结构与土(岩)接触下的特性并对其深度进行控制。在桩土和桩岩的接触面上增加接触单元,用实体单元模拟了土体、岩体和桩体2,模型上表面是自由的,没有任何限制3。四周均未正向限制,其他方向都是自由的;底座牢固,3 个方向不会偏移。大直径旋挖桩有限元分析计算模型如图 1 所示。线弹性模型是描述大直径旋挖桩受力的各种
5、应力和变形的本构模型,线弹性材料本构关系符合广义胡克定律,当加卸载时,应力应变呈线性关系,线弹性本构模型的应力应变关系如公式(1)所示。=D (1)式中:为应力;D 为系数;为应变。D 的计算过程如公式(2)所示。建筑工程大直径旋挖桩施工技术研究孙梁(烟台仲伯企业管理咨询有限公司,山东 烟台 264000)摘 要:为保证建筑工程施工质量,对以往大直径旋挖桩施工合格率低和抗压强度低的问题,进行建筑工程大直径旋挖桩施工技术研究。通过构建大直径旋挖桩有限元分析计算模型、确定大直径旋挖桩结构参数、砂层和岩层中大直径旋挖桩钻孔施工、制作钢筋笼以及安装与清孔,提出一种新的施工技术。通过检验施工结果验证了应
6、用该技术可以解决大直径旋挖桩施工技术难题。关键词:建筑工程;旋挖桩;大直径中图分类号:TU74文献标志码:A表 1 符合本文研究需求的大直径旋挖桩承载力、分布情况桩径(mm)分布位置单桩竖向承载力设计值(kN)数量(根)2000A建筑、B1建筑、B2建筑的核心筒内33000772200B1建筑、B2建筑的塔楼大柱内40000122400A建筑、B1建筑、B2建筑的塔楼大柱内48000322600A建筑的塔楼大柱内560007图 1 大直径旋挖桩有限元模型有限元分析计算模型模型网格划分中国新技术新产品2024 NO.1(下)-99-工 程 技 术DE?111 2?(2)式中:E 为混凝土的弹性模
7、量;为旋挖桩的泊松比。2.2 大直径旋挖桩结构参数确定构建大直径旋挖桩有限元分析计算模型后,结合模型的模拟变化,确定旋挖桩各结构参数4。结合上述模型,得出旋挖桩长度与沉降量间的关系曲线图,如图 2 所示。从图 2 可以看出,随着旋挖桩的桩长增加,沉降量也逐渐增加。将桩基沉降与桩长关系曲线拟合,得到公式(3)。S=aL+b (3)式中:S 为沉降量;a 为与旋挖桩周围土层存在特性关系的参数;b 为与旋挖桩桩身材料存在特性关系的参数;L 为桩长。根据公式,确定旋挖桩最佳桩长。按照上述思路,结合有限元模型,还可确定旋挖桩深度等参数5。旋挖桩深度与基岩的强度有关。若基岩强度较小,即为软岩或全风化岩层,
8、则旋挖桩深度应该尽可能穿过此岩层6。若基岩强度较大,即为中风化、微风化岩层,则深度在 1D2D即可。随着桩基持力层强度增加,旋挖桩的沉降量也会逐渐减少。因此,在满足地基承载力和沉降要求条件的基础上,应当尽可能地穿过全风化岩层和强风化岩层,嵌入中风化、微风化或未风化岩层中。2.3 砂层、岩层中大直径旋挖桩钻孔施工为防止旋挖桩在砂层中钻孔施工过程中踏空或缩径,当钻孔施工时须埋设较深的护筒并配置密度更大的泥浆。针对上述工程项目,在钻孔施工的过程中,埋设 6m 深护筒,并使用 1.25 的泥浆。当钻孔深度为 9m 时,出现塌孔。通过查阅地质报告可以看出,此位置的砂层较厚,为17.5m,并且有可能有流沙
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