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预制混凝土竹节桩及静钻根植桩应用简介.pdf
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1、2 0 1 5年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 201 5 No 9 S e p t e mbe r 预制混凝土竹节桩及静钻根植桩应用简介 严天龙 1 ,2 , 许远荣 1 , 2 , 张 日红 1 ,2 , 周佳锦 。 ( 1 中淳高科桩业股份有限公司 , 宁波 3 1 5 0 0 0 ; 2 建材行业混凝土预制桩工程技术中 心 , 宁波 3 1 5 0 0 0 ; 3 浙江大学 滨海和城市岩土工程研究 中心 , 杭州 3 1 0 0 5 8 ) 摘要 : 静 钻根 植桩是 由预制桩和桩周 水泥土构成的一
2、种非挤 土新 型预 制桩 桩基。本文概述 了预制混凝 土竹节 桩、 静钻根植桩及静钻根植工法 , 并通过现 场静栽试验 , 分析 了竖向荷 栽作 用下静钻根植桩 应用的优越性及可靠性 。 关键词 : 静钻根植 工法; 竹节桩 ; 荷载传递机理 ; 承载力 Ab s t r a c t : 1 I e s t a t i c d ril l r o o t e d p i l e i s a n e w k i n d o f c o mp o s i t e p i l e t h a t c o n s i s t s o f p r e c a s t p i l e a n d t h
3、e s u r r o u n d i n g c e me n t e d s o i l , a n d i t h a s a l o t o f a d v a n t a g e s 卟 e p r e c a s t n o d u l a r p i l e t h e s t a t i c d ri l l r o o t e d p i l e a n d t h e s t a t i c d r i l l r o o t e d me t h o d a r e i n t r o d u c e d , a n d t h e a d v a n t a g e s
4、 a s we l l a s q u a l i t y a s s u r a n c e o f t h e s t a t i c d r i l l r o o t e d p i l e u n d e r v e r t i c al l o a d s i s i n v e s t i g a t e d b y a n a l y z i n g the fi e l d t e s t r e s u l t s Ke y wo r d s : S t a t i c d ri l l r o o t e d me t h o d ; N o d u l a r p i
5、l e ; L o a d t r a n s f e r me c h a n i s m; B e a rin g c a p a c i t y 中图分类号 : T U 5 2 8 _ 7 9 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 0 9 3 4 一 O 5 0前 言 在软土地区的多层或高层建筑 中 先张法预应 力混凝土管桩和钻孑 L 灌注桩是最常用的基础形式。 先张法预应力混凝土管桩 由于其工厂化生产 , 成桩 质量容易保证 、 混凝土强度高 、 承载性能优 良、 施工 速度快 、 成本相对较低等优点被广泛应用于工业与 民用建筑 、
6、高架桥梁等工程中 : 而钻孔灌注桩 因具 有承载力高 、 无挤土效应 、 噪音小等优点 , 近年来 已 成为应用较为广泛的桩型 。然而 , 当它们运用 到深 厚软土地 区作为摩擦 桩使用时, 由于桩周土体工程 性质较差而提供 的侧摩阻力值较低 , 在桩身材料强 度 尚未充分发挥时 。桩周土体 已达到其极限强度 , 导致桩顶沉降过大而无法继续承担荷载 , 造成桩身 材 料 浪费 。与此 同时 , 管桩 在施 工过 程 中会 产 生 严 重的挤土效应 , 对周边已有建筑物 以及地下管道造 成不利影响 : 非挤土的钻孑 L 灌注桩施工过程 中会排 出大量泥浆 , 存在泥浆污染的问题 。 静钻根植桩是
7、一种新型桩基 , 它是用螺旋钻钻 孔达到设计深度 在成孔 内注入水泥浆与孔 内土体 充分搅拌形成水泥土 , 然后将预制桩植入到充盈水 泥土 的成 孔 中形 成 的一 种非 挤土 预制 桩桩基 。静钻 根植桩 由桩周水泥土与土体界面接触 , 提供桩侧阻 力 , 由于水 泥 土 的过 渡作 用 , 桩 侧摩 擦 性 能较 好 , 而 该桩基 的桩身强度 由内部预制桩控制。这种新型桩 基 结合 了高强混凝 土预制桩桩身强度大 和水 泥土 桩侧摩擦性能较好 的优点 同时钻孔产生 的泥浆在 3 4 注入水泥浆后形成水泥土而得到充分利用 , 使得泥 浆排放减少 ; 另一方面 , 靠桩 自重植桩 , 避免了
8、传统 预制桩 沉桩 因外力 造 成桩 身损 伤 , 保 证沉 桩质 量 。 静钻根植桩作为一种新 型桩基 , 在浙江 、 上海 等软土区域得到初步应用 , 相 比于传统管桩和钻孔 灌注桩都有着明显的优势 : 避免了锤击和静压沉桩 对桩身造成的损伤 , 避免了传统沉桩桩顶标高不一 致造成的截桩 避免了钻孔灌注桩泥浆护壁泥皮 、 沉 渣 而 造 成 承 载 力 较 低 及 大 量 泥 浆 排放 造 成 的环 境污染 ; 成桩后 , 桩身由水泥土包裹 , 提高了桩身 的 耐久性 : 由于钻孔直径较 大 , 可使大直径预制桩在 陆地建筑工程中得到应用。埋入式植桩在 日本已经 得到 比较广泛的应用 。
9、并对其承载性能作了一些研 究 【 。 目前 , 国内对该种桩型工程应用和系统研究 还基本处于起步阶段 。本文结合宁波地区的一些工 程应用就静钻根植桩 的承载性能进行分析。 1 静钻 根植 工 法及竹 节桩 概述 1 1 静 钻根植 工 法介绍 静钻根植工法是集高强混凝土预制桩 、钻孔 、 深层搅拌 、 注浆 、 植桩 、 防腐于一身的新型环保桩基 施工工法 其 泥浆排放量很少且属于非挤土施 工工 法 对周边环境影响小 : 且钻机 自带 的液压扩 大翼 能够扩大钻孔直径 , 在桩端处增大钻孔直径使桩端 处形成一个水泥土扩大头能够提高桩端承载性能 。 主要施 工步 骤如 下 : ( 1 ) 成孔
10、: 根据设计桩型和地质条件 , 确定钻孔 严天龙 , 许远荣 , 张 日红 , 等 预制混凝土竹节桩及静钻根植桩应用简介 直径 、 深度及 钻机的速度 , 在桩位钻孑 L 取 土通过钻 杆的环状 叶片对孔壁修复成孔 。若设计需要桩端扩 孔 , 将 自带的液压扩大翼打开 , 按照设计 的直径在 桩底切 削土体 ,形成满足设计要求( 扩底高度 、 直 径 ) 的扩大孔 。 提钻时收拢扩大翼。 ( 2 ) 注浆提钻 : 成孔结束后 , 通过压力管道将配 置好的水泥浆注入孔内。注浆分桩底注浆和桩周注 浆 。 遵循先注桩底再注桩周的顺序 。注浆过程 中, 反 复提升和旋转钻杆 , 确保水泥浆的注入均匀
11、。注浆 结束后 将钻杆拔 出。 ( 3 ) 植桩 : 钻杆全部拔 出后 , 将预制桩按设计要 求靠 自重植入注浆后的成孔 中。达到设计标高后 , 锁定桩头 确保桩顶标高符合设计要求 。 1 2 桩 型介绍 竹节桩 ( 符号 : P HD C ) 是 由竹节与桩身形成 凹 凸相间的高强混凝土异形预制桩 。 目前 , 常用竹节 桩( 规 格 见 表 1 )有 8 0 0 6 0 0 mm ( 桩 身 直 径 为 6 0 0 mm。竹 节节点处直径 为 8 0 0 m m,余 同) 、 6 5 0 5 0 0 mm、 5 5 0 4 0 0 m m三种类型 ,竹节直径是桩身直 径 的 1 2 5 1
12、 5倍 , 竹节 间距普遍为 1 0 0 0 ra m。 高度最 大为 2 0 0 m m 与同规格 的管桩相 比, 可节约材料。在 静钻根植工法 中, 竹节可起到导 向作用。竹节桩两 端 可 扩 头 , 端 部 直 径 分 别 为 8 0 0 m m、 6 0 0 m m、 5 0 0 mm。 上 部 可接 外 径 为 8 0 0 m m、 6 0 0 m m、 5 0 0 mm 预 制混凝 土管桩( 含 复合配筋桩 ) 和钢管桩 。当采用 8 0 0 ( 6 0 0 ) m m 竹节 桩 时 根据 工程 需 要 , 上 部扩 头 可 接 0 8 0 0 mm管桩 、 复合配筋桩 、 钢管桩
13、 , 下部扩头可 增加 桩端面积 , 提高基桩端承力 。竹节桩示意 图如 图 1所示 。 由桩基荷载传递机理可知 随着桩侧摩阻力的 发挥 ,桩身截面轴力沿着桩身从上至下逐渐变小 , 土体随着深度 的增加水平抗力系数增加 。因此 , 在 静钻根植桩桩基中上部采用较大直径 的预制桩 ( 复 合 配筋桩 、 钢管桩 ) 来 承受 竖 向 、 水平抗力和延性 , 下部采用竹 节桩的形式 能够 充分发挥桩身 材料强 度 , 节约资源。基于静钻根植工法 , 静钻根植桩是通 过将 预制桩植 入到充满水 泥土钻孔 中形成 的一种 桩基 预制桩与桩周水泥土在荷载传递过程 中始终 是一个整体 , 桩身强度由预制桩
14、控制【5 _ 司 。在水泥土 硬化后 , 竹节桩对水泥土具有嵌 固作用 , 能够增加 竹节桩与桩周水泥土 的黏聚力 , 保证预制桩与桩周 水 泥土的整体 性 而且 因为竹节 的存在 可减小预 制桩与成孔的间隙, 提高植桩的垂直度。 2静钻 根 植桩 静载 试验 概述 为了深入揭示静钻根植桩的承载性能 , 验证该 表 1 常用竹节桩规格 m m 无 扩头竹节 桩 单扩头竹节桩 双扩头竹节桩 图 1 竹节桩示意图 桩型在工程应用中的优越性和可靠性 。 本文选取 了 2个商业广场项 目进行分析。 2 1 工程应用案例 1 该工程位于浙江象山中心城区 , 为大开间商业 广场 , 多层建筑 , 2层地下
15、室 , 其基础采用静钻根植 桩 , 预埋地 热 能源 管道 。配 桩形 式为 上部 P R H C 8 0 0 ( 1 3 0 ) l I 复合 配筋桩 , 中间 P H C A B 8 0 0 ( 1 3 0 ) 管桩 , 下部采用 P HD C 8 0 0 6 0 0( 1 3 0 ) A B竹节桩 , 桩 长为 4 8 m, 设 计单桩极 限承载力为 5 5 0 0 k N 场地工 程地 质条件如表 2所示 , 试桩施工过程如图 2所示 。 对工程 中的 3根桩进行单桩竖 向抗压静 载试 验。 依据 J G J 1 0 6 -2 0 0 3 ( 建筑桩基检测技术规范 7 1 进行试验 ,
16、 采用慢 速维持荷载方法 , 使用堆载法进 行分级加载。试验时进行逐级加载 , 第一级加载为 试验最大荷载 的 2 0 以后各级加载为试验最大荷 载 的 1 0 ,每级 加载 后 按时 间 间隔 5 m i n 、 1 5 m i n 、 3 0 mi n 、 3 5 mi n 、 6 0 m i n 、 9 0 mi n 测读沉降量 , 直到沉 降达到稳定 ( 稳定标 准为不超过 0 1 mm h ) 。 再继续 加下一级荷载 : 卸 载值 为每级加 载值 的二倍 按第 1 5 m i n 、 3 0 rai n 、 6 0 ra i n测读位移 ,卸载至零后维持时 间为 3 h 。3根试桩
17、荷载一 位移曲线如图 3所示 。 从 图 3可 以看 出 试桩在加载至最大试验荷载 过程 中, 各级沉降稳定 , 连续 , 无 突变 , 属于缓变型 曲线 : 结合 J G J 1 0 6 -2 0 0 3规范 , 1 号试桩单桩竖 向 极限承载力为 1 1 0 0 0 k N, 2号和 3号试桩单 桩竖 向 一 3 5 2 0 1 5年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 3期 表 2 工程 1 试验场地土 的物理力学指标 0 1 O |2 0 3 0 40 5 0 荷载 k N O 2 o 0 O 4 0 o o 6 o o O 8 O o o 1 0 0 0 1 2 0 0 0 图
18、3 试桩荷载一 位移曲线 极 限承 载力 为 1 1 5 0 0 k N。因此 , 3根 试桩 极 限承载 力 都达到设计要求 , 且试桩极 限承载力接近 , 说明静 钻根植工法竖向承载力及沉降稳定 , 能够保证桩基 质量 。不会 出现灌注桩 由于泥浆护壁产生桩侧泥 皮 、 桩端沉渣严重影响桩基承载性能的情况。 2 2 工程应用案例 2 该工程位于宁波东部新城 为高层建筑 。 2层地 下室 , 设计通过静钻根植桩与钻孔灌注的综合对比 分析 , 确定采用静钻根植桩 , 配桩形式为上部 P R HC 6 0 0 ( 1 3 0 ) I I 复合配筋桩 , 中间 P H C A B 6 0 0 (
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