静压峰福线立交桥软土基底静压桩施工技术综述

峰福线立交桥软土基底静压桩施工技术综述

摘要根据工程地质资料峰福线闽候至马尾段线路轨面以下6,20米范围内均为淤泥正常框架立交桥的基底标高正处于这一范围内地基基底承载力为30,40KPa,而设计所需的框架立交桥地基基底承载力在铁路中活载情况下必须达到loOKPa以上提高地基基底承载力成为框架立交桥工程首先要解决的重要问题。该文介绍了峰福线K403、 411、

412、 421、 429等立交桥基底静压法施工工艺总结沉桩机理及适用范围并重点探讨了静压法施丄技术及静压法终压力的确定和桩机的选择 以便为静压法在铁路既有线各项施工中的广泛应用提供参考。

关键词静压桩施工技术沉桩终压力

1引言

静压法施工是通过静力压桩机以压桩机自重及桩架上的配重作反力将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。早在20世纪50年代初我国沿海地区就开始采用静力压桩法。到80年代随着压桩机械的发展和环保意识的增强得到了进一步推广。至90年代压桩机实现系列化且最大压桩力为6800KN的压桩机已问世它既能施压预制方桩也可施压预应力管桩。适用的建筑物已不仅是房建多层和中高层也可以是公路、机场、铁路等带状大型构筑物。本文介绍了峰福线K403、 411、 412、 421、 429等立交桥基底静压法施工工艺总结沉桩机理及适用范围并重点探讨了静压法施工技术及静压法终压力的确定和桩机的选择。 以便为静压法在铁路既有线各项施工中提高软土地基基底承载力的要求的广泛应用提供技术上的参考。

2静压法沉桩机理

静压预制桩主要应用于软土地基。在沉桩过程中桩尖直接使土体产生冲切破坏伴随或先发生沿桩身土体的直接剪切破坏。孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头产

生超孔隙水压力扰动了土体结构使桩周约一倍桩径的一部分土体抗剪强度降低发生严重软化(粘性土)或稠化(粉土、砂土) 出现土重塑现象从而可容易地连续将静压桩送入很深的地基土层中。静压桩是挤土桩压入过程中会导致桩周围土的密度增加其挤土效应取决于桩截面的儿何形状、桩间距以及土层的性能。

3峰福线闽候至马尾段地质描述及静压法普遍适用范圉

3. 1峰福线闽候至马尾段地质描述

峰福线闽候至马尾段始建于上世纪50年代带状分布的地质情况大致相同。现以峰福线K421+378为例根据钻探揭示场地岩土层从上而下分述如下

(1)粉质粘土:灰黄、棕褐色可塑湿,饱和无摇振反应土强度中等韧性中等顶部0.5m左右为耕植土厚度2.40,3. 50m,铁路路基为素填土(1),1,主要成分为粘性土、碎石等厚度约为3. 5m左右。

(2)淤泥:深灰色流塑饱和水平层理发育层面覆薄层粉细砂含少量腐植质具腥臭味无摇振反应土强度低韧性低层中局部夹粉细砂透镜体(2),1。场地内均有分布层面埋深2.40,3.50m,层厚13.60,22.30m。

(3)粉土:灰色饱和中密。摇振反应弱干强度低韧性低。局部相变为粉细砂(3),1,该层在场地内均有分布层面起伏大。层面埋深16.30,27.1m。厚度22.40,4. 50mo

(4)中砂:灰黃、青灰色饱和 中密。大于0.25mm的颗粒含量占50,70%,成分主要为石英、长石等。场地内分布不均层面埋深19.55,30.70m,厚度

0.40,4.70mo

(5)淤泥质土:深灰色软塑、流塑饱和摇振反应弱干强度低韧性低层中夹粉细砂透镜体(5),1。场地内均有分布层面埋深20. 50,33. 80m,厚度13.20,20. 30m。

(6)粉质粘土:灰绿色、青灰色饱和可塑。无摇振反应土强度中等韧性中等。仅在铁路南侧钻孔有揭露铁路以北该层缺失。层面埋深36.90,37.80m,厚度5.00,6.70m。

(7)中砂:灰色饱和 中密。大于0.25mm的颗粒含量占50,70%,成分主要为石英、长石等。场地内均有分布层面埋深41.80,46.70m,厚度1.93,7.10m。

场地地下水类型主要为第四系松散孔隙承压水构成地下水位埋深3.5m左右水位年变化幅度1.50,2.50m,主要受周边地下水的侧向补给。场地地下水对混凝土结构无腐蚀对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀。

从上述分析可知线路轨面以下6,20米范围内均为淤泥正常框架立交桥的基底标高正处于这一范围内地基基底承载力为30,40KPa,而设计•所需的框架立交桥地基基底承载力在铁路中活载情况下必须达到150KPa以上提高地基基底承载力成为框架立交桥匸程首先要解决的重要问题。

3.2静压法普遍适用范围

静压法通常适用于高压缩性粘土层或砂性较轻的软粘土层当桩须贯穿有一定厚度的砂性土夹层时必须根据桩机的压桩力与终压力及土层的形状、厚度、密度、上下土层的力学指标、桩型、桩的构造、强度、桩截面规格大小与布桩形式、地下水位高低以及终压前的稳压时间与稳压次数等综合考虑其适用性。压桩力大于4000 kN的压桩机可穿越外6m厚的中密、密实砂层。 中型压桩机(压桩力?2400kN),穿越砂层的能力较有限所以对其情况需进行压桩可行性判断。静压桩也适用于覆土层不厚的岩溶地区。在这些地区采用钻孔桩很难钻进;采用冲孔桩容易卡锤;采用打入式桩容易打碎。只有采用静压桩可缓慢压入并能显示压桩阻力但在溶洞、溶沟发育充分的岩溶地区静压桩宜慎用以及在土层中有较多孤石、障碍物的地区静压桩宜慎用。小型压桩机(压桩力?600 kN)用于压制预制小桩适用于在10m以内存在持力层如硬塑粉质粘土层、粉土层及中密粉细砂层等 。

4静压桩施工工艺

4. 1桩的类型

用于静压桩施工的钢筋混凝土预制桩有RC方桩、 PC管桩、 PHC管桩和PTC管桩

还有的地区釆用外方内圆空心式钢筋混凝土预制桩。

4.2桩的沉设

静压预制桩的施工一般采用分段压入、逐段接长的方法。其施工工艺为:测量定位一压桩机就位一吊装喂桩一桩身对中调直一压桩一接桩一再压桩一送桩一终止压桩一切割桩头。

4.2. 1测量定位

通常在桩身中心打入一根短钢筋若在较软的场地施工 由于桩机的行走而挤压预打入的短钢筋故半桩机大体就位之后要重新测定桩位。

4.2.2压桩机就位

经选定的压桩机进行安装调试就位后行至桩位处使桩机夹持钳口中心可挂中心线陀与地面上的样桩基本对准调平压桩机后再次校核无误将长步履长船落地受力。

4.2.3吊装喂桩

静压预制桩桩节长度一般在12米以内可直接用压桩机上的丄作调机自行吊装喂桩也可以配备专门调机进行吊装喂桩。笫一节桩底桩应用带桩尖的桩 当桩被运到压桩机附近后一般采用单点吊法起吊采用双千斤吊索加小便担小横梁的起吊法可使桩

身竖直进入夹桩的钳口中。半接桩采用硫磺胶泥接桩法时起吊前应检查浆锚孔的深度并将孔内的夹物和积水清理干净。

4.2.4桩身对中调直

当桩被吊入夹桩钳口后III指挥员指挥司机将桩缓慢降到桩尖离地面10cm左右为止然后加紧桩身微调压桩机使桩尖对准桩位并将桩压入土中0•齐1.0m,暂停下压在从桩的两个正交侧面校正桩身垂直度 当桩身垂直度偏差小于0. 5%时才可正式压桩。

4.2. 5压桩

压桩是通过主机的压桩油缸伸程的力将桩压入土中压桩油缸的最大行程因不同型号的压桩机而有所不同一般为1.5~2.0m,所以每一次下压桩入土深度约为1.5~2.0m,然后松夹具一上升一再夹紧一再压如此反复进行方可将一节桩压下去。当一节桩压到其桩顶离地面SO^lOOcm时可进行接桩或放入送桩器将桩压至设计标高。

4.2.6接桩

静压预制桩常用接头形式有电焊焊接和硫磺胶泥锚固接头。电焊焊接施丄时焊前须清理接口处砂浆、铁锈和油污等杂质坡口表面要呈金属光泽加上定位板。接头处如有孔隙应用锲形铁片全部填实焊牢。焊接坡口槽应分站4层焊接每层焊渣应彻底清除焊接采用人工对称堆焊预防气泡和夹渣等焊接缺陷。焊缝应连续饱满焊好接头自然冷却15分钟后方可施压禁止用水冷却或焊好即压。硫磺胶泥锚固接头施匸时要认真把好质量关。

4.2.7送桩

如果桩顶已接近设计标高而桩压力尚未达到规定值可以送桩。如果桩顶高出地面一段距离而压桩力已达到规定值时则要截桩 以便压桩机移位。

静压桩的送桩作业可以利用现场的预制桩段作送桩器。施压预制桩最后一节桩的桩顶面达到施工地面以上1.5m左右时应再吊一节桩放在被压桩的顶面不要将接头连接起来一直下压直到桩顶面压至符合终压控制条件为止然后将其上面的一节桩拔出来即可。此桩段仍可在以后的压桩中使用。但大吨位?4000kN的压桩机 I II于最后的压桩力和夹桩力都很大有可能将桩身混凝土夹碎所以不宜用预制桩作送桩器而应制作专用的钢质送桩器。送桩器或作送桩器用的预制桩侧面应标出尺寸线便于观察送桩深度。

4. 2. 8终止压桩

当桩被压入土层中一定深度或桩尖进入设计持力层一定深度且压力表读数达到预先规定值时便可终止压桩。

5终压力的确定及压桩机的选择

5. 1终压力的概念

终压力与单桩竖向极限承载力是两个不同的概念。终压力Pu是桩尖达到设计持力层终止压桩时出现的最终静压力其每次出现持续时间通常只有5~10秒。单桩竖向极限承载力Qu是沉桩结束且桩周土体产生固结后桩能承受的最大荷载。 因土层结构、桩型截面、桩长、压桩力不同会出现终压力大于或小于单桩承载力极限承载力的情况。

5.2终压力的计算

在终压力瞬间荷载作用下的桩身强度的验算比单桩极限承载力简单只要使用按图集选用的桩一般就无需再进行抗震、疲劳、 吊运验算而只须进行静力抗压强度和压曲失稳

验算。

由于桩、土的相互作用和静压法施丄的特点使桩身受终压力压曲的问题变得十分复杂它主要受下列因素影响 1桩侧土的约束 2桩的长度 3桩露出地面的自山长度10; 4压桩施工送桩时送桩器未能完全对中桩顶或压桩施工垂直度有偏差规范要求在0.5%之内 故桩顶除受轴向压力作用外还要承受弯距和水平力。所以要考虑上述所有因素精确地讣算压曲荷载较为困难但经反复论证4、 5 ,压曲荷载Per-般大于桩的极限

承载力Qu,因而用简化方法验算桩的压曲是安全的。因此 《建筑桩基技术规范》J GJ 94-94第5. 5.3条和5. 5.4条规定,除桩的自由长度较大的高桩承台,桩周可液化土或为地基承载力特征值小于50kPa的地基土或不排水抗剪强度小于10 kPa以外一般不考虑压曲的影响即取稳定系数=1.0。此规定也可用于静压桩终压力作用下桩身强度的验算。结合静压桩施丄特点和各地、各部门的规定先提出一种简化方法4计算终压力Puo

方桩

预应力管桩

式中一一混凝土轴心抗压强度标准值

----桩身截面面积

——纵向钢筋的抗压强度设计标准值

——全部纵向钢筋的截面面积

——混凝土的有效预压应力值通常为3.6飞.0MP&;

——稳定系数一般情况下二1.0,除非出现《建筑桩基技术规范》 J GJ 94-94规定要考虑压曲影响的不利情况

——压桩安全工作系数二0.8'1.0。

5. 3压桩机的选择

静力压桩机的选择应综合考虑桩的规格断面和长度 、被穿越土层的特性、桩端土的特性、单桩极限承载力及布桩密度等因数可通过以下途径合理选用

 1按经验法选用。根据终压控制条件选择适用的静压桩机。一般情况下压桩机的最大压桩力不宜小于桩的极限承载力 当遇上砂土层或砂隔层时宜选取大一级甚至大两级的压桩机。

(2)经现场试压桩选用。特别是在厚软土层中用最大压桩力小于桩的极限承载力的压桩机施工时更需作现场试桩。

(3)按当地选择压桩机的参考表选用。

6压桩施工注意事项

(1)压桩施工前应对现场的土场地值情况了解清楚做到心中有数 同时应做好设备的检查工作保证使用可靠。

(2)压桩过程中应随时注意使桩保持轴心受压若有偏移要及时调整。

(3)接桩时应保证上、下节桩的轴线一致并尽可能地缩短接桩时间。

(4)量测压力等仪表应注意保养、及时检修和定期标定 以减少量测误差。

(5)压桩机行驶道路的地基应有足够的承载力必要时需作处理。

(6)静压沉桩不宜中途停顿必须接桩停留时宜考虑浅层接桩还应尽量避开在好土层深度处停留接桩。

7结语

静力压桩法施工工艺具有噪音小、无污染、施工方便、速度快、同时在压桩过程中可

以预估单桩承载力等特点特别适用于铁路既有线施丄中软土地基短时间内提高基底承载力避免采用传统开挖换填的方法对铁路路基大断面开挖而引起的路基破坏影响铁路行车安全把施工对铁路运输的干扰降到最低。随着静力压桩机的不断改进和预制高强度预应力管桩技术的不断提高静圧桩将会越来越广泛的适用于铁路既有线各项施丄中提高软土地基基底承载力的要求各项建筑。

参考文献

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[2] 史佩栋.实用桩基工程手册[M].北京 中国建筑工业出版社.1999

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[4] 黃赞•静压桩终压力的确定及其意义[J]•建筑技术.2002,33(3)

[5]沈保汉.静压桩.施工技术[J].2001,30(10)

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