摘要:挤扩支盘桩是一项仿生学的发明,该技术能充分利用地基承载土层,在有效地减小桩径和桩长的同时大幅度提高桩的承载力,并减少桩体沉降量。宁波市绕城高速公路东段互通中部分桥梁桩基础采用变径挤扩支盘技术,施工期间对支盘桩技术进行了系统性的完善和总结,为支盘桩技术在交通行业的推广创造条件,有力地推动交通工程领域的节能减排工作。
关键词:桥梁基础;挤扩支盘;施工方法
1前言
挤扩支盘桩是一项仿生学的发明,其受力机理明确,它采用支盘挤扩机械,根据地质情况在硬土层中通过液压挤扩,对各分支和承力盘周围土体施以三维静压,挤扩支盘桩空腔,经挤密的周围土体与空腔内灌注的砼桩身、支盘紧密地结合为一体,发挥了桩土共同承力作用形成挤扩支盘桩。该技术能充分利用地基承载土层,在有效地减小桩径和桩长的同时大幅度提高桩的承载力,并减少桩体沉降量。与传统的砼灌注桩相比它具有如下的特点和优点:
(1) 能充分利用桩身上下各部位的硬土层,从而改变了普通等直径钻孔灌注桩(以下简称直孔桩)的受力机理。变摩擦端承桩,这样的桩基础会使建筑结构稳定耐震,沉降变形更小。一般说来,直孔桩的破坏形式为剪切刺入型,而挤扩多支盘桩则为渐进压缩型;
(2) 挤扩支盘桩是一种较好的桩型,与直孔桩相比,有显著的技术经济效益。其单方混凝土承载力为相应的直孔桩的2倍以上;
(3) 成桩工艺适用范围广,即适用于泥浆护壁成孔工艺、干作业成孔工艺、水泥注浆护壁成孔工艺和重锤捣扩成孔工艺等;
(4) 适应性强,可在多种土层中成桩,不受地下水位高低限制,可根据承载力的需要,充分利用硬土层,采用增设分支和承力盘数量以提高以提高单桩承载力(竖向抗压承载力、水平承载力、抗拔承载力)、桩身稳定性以及抗震性能。
(5) 具有显著的低公害性能,与打入式预制桩相比,施工低噪音、低振动;与普通泥浆护壁直孔桩完成的等值承载力相比,成孔后排泥(土)即泥浆排放量显著减少;
(6) 产生显著的经济效益。挤扩支盘桩单方承载力是普通灌注桩的2倍以上。且由于单桩承载力大,在荷载相同的情况下,可比普通灌注桩缩短桩长、减小桩径或者减少桩数,乃至减小承台尺寸,因此能节省投资、缩短工期。通常可以节约基础费用约20%,缩短工期25%左右。
(7)变径支盘桩,桩上部直径大满足桩水平承载力要求,桩下部直径小,盘环面积大,桩承载力相对普通支盘桩更大,同时节省砼用量。
2工程概况
基于变径挤扩支盘桩的特点和优点,也为进一步的推广该技术在公路桥梁施工中的实际应用,确定宁波市绕城高速公路东段东钱湖互通和五乡互通中部分桥梁桩基础采用变径挤扩支盘技术。
工程区域地形较平缓,分布在宁波平原上,主要属滨海淤积平原区,上部为第四系亚粘土、淤泥、淤泥质亚粘土等,厚度在20-38m左右,高含水量,高压缩性,工程力学性质差;中部亚粘土、砂砾石等,中-低压缩性,工程力学性质较好;下伏基岩为白垩统金华组(K2J)粉砂岩、砂砾岩、砂岩,上侏罗统西山头组(J3X)凝灰岩、晶屑凝灰岩等,该区域工程地质性质较好,承载力较高。按地层形成时代划分地层组,分为17个工程地质层,48个工程地质亚层,主要工程地质层为:根据成盘机理及所用设备存在适于成盘的底层。经勘测判定在地表20米范围以内饱和亚砂土,在抗震设防烈度为Ⅶ度时不会产生地震液化影响。
桩基类型如下:工程桩为Ф1000/1200、Ф1200/1500变桩径支盘桩,总桩数为270根,其中Ф1000/1200变桩径支盘桩202根、Ф1200/1500变桩径支盘桩68根。具体分布如下:东钱湖互通46根Ф1000/1200,20根Ф1200/1500;五乡互通156根Ф1000/1200,48根Ф1200/1500。桩基C25砼量约为15823立方米。
3变径支盘桩设计方案
根据桩所在的地质情况共采用五种桩基类型,分别为两至四个盘加一个预设盘或支,支盘桩在桩顶以下15米处变径,1.5米桩径变为1.2米,盘直径2.5米,盘间距6米;1.2米桩径变为1.0米,盘直径1.9米,盘间距5米。底盘中心距桩底2米。预设盘或支用于承载力安全储备。
变径处主筋根数不变,钢筋直径由25毫米变为22毫米,上下3米范围内箍筋间距加密至10厘米。
4变径支盘桩施工工艺流程
支盘桩的施工工艺为:施工准备-成孔-支盘-清孔-下钢筋笼-灌注砼-检查验收。施工准备(见图)
5 变径支盘桩施工、检测要点
5.1 变径控制
当钻孔深度至设计标高时,测量孔外上余钻杆长度,以计算孔内下入钻具长度,并以测锤复测孔深。
a. 当钻进接近变径深度时,对钻机机位的平稳状况、水平度进行复检、调整。b. 当钻进达到变径深度时,将钻具全部提出孔口。c. 将钻盘向后滑移,此时机架保持原位。d. 安装变径钻头,转盘向前滑移复位。e. 测量同心偏差,并调整至允许值内。f. 连接钻具,按施工要求进行正常钻进。g. 终孔验收,终孔验收应在机组人员自检合格并由质检人员复验的基础上,会同业主及监理代表共同验收,并在有关施工记录上签字认可。
5.2 支盘施工、检查要点
挤扩支盘桩承载力60%以上是由它的支盘提供,成盘的好坏直接影响桩的质量,所以挤扩支盘是挤扩支盘桩的关键。
a. 挤扩之后将在土体中形成盘腔,并使孔内水泥浆面下降,可以通过每次挤扩后浆面下降高度可以检测盘腔成型效果。理论上泥浆下降的高度乘以桩孔的截面积所得体积等于盘腔的体积,但考虑到挤扩过程中要形成一部分沉渣及挤扩后土体要有一部分回弹,因此测得的体积略小于理论值。b. 观察设备首压值可以判定盘体所在土层请况从而判断支盘桩的承载力情况。c. 测定支盘成型机的上升高度来控制成盘情况。d. 挤扩机入孔前必须全面检查,正常后才能进行挤扩成孔,挤扩成盘自上而下进行;挤扩次数不少于5-7次,挤扩机采用人工转动,每次20度左右;泥浆扩壁成孔工艺中,要求泥浆质量好,交孔完工时,泥浆比重在1.3~1.4之间,挤扩成盘后应及时补充泥浆并维持水头压力。e. 支盘机吊入孔吊位线找中准确后徐徐下入,避免碰撞扩筒及刻度盘孔壁等。f. 液压站操作;按在设计盘位深度进行挤扩,观测记录各盘的挤扩压力值和支盘成型起止时间及油箱油位,依据现场试成孔时各持力层挤扩压力范围值,推测各支盘压力,为操作中盘位提供依据。g. 当盘的首压值不能满足预估压力值时,盘位标高允许依持力层具体高度而在0.5-1.0之间调整,并满足最小盘间距要求(上下盘位须间隔4倍桩径以上)。
挤扩支盘桩技术在宁波绕城东段的应用是在2006年浙江省交通厅超长灌注桩研究课题、本工程实验研究基础上的扩大应用项目。为实现宁波地区交通工程的节能减排和桩基安全性的提高,本工程为科研性应用。施工期间对支盘桩技术进行了系统性的完善和总结,为支盘桩技术在交通行业的推广创造条件,有力地推动交通工程领域的节能减排工作。
参考文献
[1]杨勇新,王敬,张小冬. 碳纤维布加固混凝土结构耐久性能初步研究[J]港工技术, 2002,(02)
[2]陈瑜,关建光,徐福泉. 碳纤维布加固混凝土构件的粘贴构造与锚固技术[J]建筑科学, 2000,(06)