基于复合式后压浆技术的深厚软土地层灌注桩设计.pdf

文章编号:()收稿日期:网络首发日期:基金项目:温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司科研项目()作者简介:许长建()男湖北孝感人高级工程师主要从事各土木管理方面的工作:.引文格式:许长建鄢科何欧等.基于复合式后压浆技术的深厚软土地层灌注桩设计.铁道建筑技术():.基于复合式后压浆技术的深厚软土地层灌注桩设计许长建 鄢 科 何 欧 柳七峰 高永光(.温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司 浙江温州 .中铁十一局集团有限公司 湖北武汉.中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京)摘 要:针对灵昆车辆段上盖工程原灌注设计桩长下部成桩效率低、经济性差等问题采用钻孔灌注桩桩底复合式后压浆技术进行桩长优化设计并对经济性进行对比分析 研究结果表明:与开式后压浆试桩相比采用复合式后压浆工艺其试桩单桩承载力提高 温州地区桩端持力层为卵石层通过注浆压力控制注浆速度采用间隙注浆工艺并确定一定的注浆量可确保注浆效果通过桩基优化设计原设计直径、桩进入卵石层长度减少 和 造价分别节约.、.工期缩短.、经济效益及工期效益显著关键词:桩端复合式后压浆 钻孔灌注桩 温州深厚软土 优化设计 效益对比 试验中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言桩基础工程在我国软土地区是最常用的基础形式之一而泥浆护壁钻孔灌注桩广泛存在桩底沉渣、桩周软弱夹层、钻孔过程应力释放、钻孔灌注桩承载效益等问题提高其承载力、改善变形性能、降低材料消耗、加快施工进度是桩基础发展的必然趋势 温州地区大部分浅层土为比较典型的近海沉积土并具有高含水量(最高含水率可达)大孔隙比(最大可达)高压缩性、低渗透系数和低强度的特点称为温州软土 在温州软土地区除一些简易临时建筑外几乎全都使用桩基础且灌注桩占比较高如何优化温州深厚软土地层的灌注桩设计充分发挥其侧阻和端阻作用是值得研究的问题 工程概况温州市域铁路 线灵昆车辆段上盖开发工程地层岩性主要为冲、湖海积的淤泥质土、砂卵石、砂及黏性土 以内主要由淤泥类土组成 以下主要为粉细砂、砂卵石等土层该工程拟采用钻孔灌注桩以卵石层作为建筑物桩端持力层桩端全断面进入卵石层深度为 .桩长达 长径比超过 运用灌注桩桩端后注浆技铁道建筑技术 ()许长建 等:基于复合式后压浆技术的深厚软土地层灌注桩设计术优化设计对钻孔灌注桩进行处理以改善桩的边界条件扩大桩的支承面积大幅提高桩的承载能力从而减少桩长、桩数缩小桩径降低桩基沉降变形提高工程质量和经济效益 灌注桩桩端后注浆优化设计技术方案.灌注桩桩端后注浆技术灌注桩桩端后注浆技术可分为三种注浆方法:开式注浆、闭式注浆和复合式注浆 图 桩端开式注浆原理桩端开式注浆如图 所示是指浆液通过压浆导管直接注入土层的注浆方法该方法浆液注域可控性低、浆液离散分布同时注浆压力和注浆量难以掌控、注浆效果稳定性差、单桩承载力波动大、承载力提高幅度较小很难达到设计要求桩端闭式注浆如图 所示是指钢筋笼底部安装封闭的钢板胶囊通过注浆管向桩底部钢板胶囊注浆以扩充胶囊形成扩大头的注浆方法 由于胶囊的存在约束所注浆液集中于桩底并对桩底周围地层进行压密固结提高桩底周围地层强度和承载能力形成扩大头扩大桩底支撑面积但因钻孔中充满泥浆底部装有钢板胶囊的钢筋笼在下放孔底过程中犹如活塞泥浆向上排出困难钢筋笼下放难度较大并且钢筋笼到底后孔底沉渣(沉淀层)容易超标二次清孔困难 因此该项技术可用于人工挖孔或全套管工法等非泥浆护壁成孔灌注桩图 桩端闭式注浆原理图 为结合了“开式”和“闭式”两种后注浆优点的“复合式”后注浆技术原理 桩底复合式后注浆可克服单一“开式”和“闭式”两种后注浆技术的不足将注浆的劈裂、渗透和压密三种作用形式集中于桩底共同发挥作用可实现对所注浆液的“定域、定量、定向”控制图 桩端复合式后注浆原理如图 所示与单一的桩底开式注浆相比桩底中孔式钢板胶囊保证了桩端压密注浆的挤密效果和稳定性可在桩端形成水泥扩大头扩大桩端支承面积并对桩底周围地层进行挤密压实 扩大头的径向扩张和挤压作用不仅使桩底地层承载力提高同时也增加了桩身下部的侧摩阻力适用于各种方式成孔的灌注桩尤其适合泥浆护壁钻孔桩 与整体性钢板胶囊相比底部安装中空式钢板胶囊钢筋笼下沉时底部泥浆和水可通过孔洞向上排出便于钢筋笼顺利到达孔底同时可以通过中间孔洞进行二次清孔清渣图 桩端复合后注浆现场.灵昆车辆段上盖工程桩基优化设计.承载力对比分析设计要求 、单桩竖向承载力极限值静载测试压力分别为 、开式后压浆灌注桩桩端进入卵石层深度分别为、通过第三方对原设计桩基试桩进行了载荷试验 年 月出具了温州市域铁路 线一期工程灵昆车辆段 标段检测报告报告提供了桩端入卵石层 的开式后压浆灌注桩桩基载荷试验结果 本次分铁道建筑技术 ()许长建 等:基于复合式后压浆技术的深厚软土地层灌注桩设计析遵循桩基承载机理按照现行桩基规范中相关计算公式根据检测报告成果推导得出桩端入卵石层 时的开式后压浆灌注桩桩基载荷试验数据以进行复合式后压浆灌注桩工艺与传统开式后压浆工艺进行对比分析展示复合式后压浆施工工艺提高桩基承载力的效能 年 月的温州市域铁路 线灵昆车辆段上盖开发一层平台试桩检测报告提供了每级荷载作用下不同深度处桩身应变及单桩竖向抗压承载力极限值、每级荷载作用下桩身内力分布并计算出不同土层桩身侧摩阻力及桩端阻力值其中桩身土层摩阻力特征值统计如表 所示表 各土层桩侧摩阻力特征值土层冲填土含砂淤泥淤泥淤泥淤泥质黏土黏土粉质黏土粉砂卵石桩侧摩阻力/.根据检测报告 根 入卵石层 深的桩端后压浆灌注桩单桩极限承载力为 利用表 桩侧摩阻力特征值可求得 桩入卵石层 深时的单桩极限承载力为 入卵石层约 深的桩端后压浆灌注桩单桩极限承载力为 通过表 可求出 桩入卵石层 深时的单桩极限承载力为 结合本次复合式后压浆载荷试验成果桩端入卵石 时其承载力结果如表 所示表 单桩承载力对比桩径/桩长/注浆方式单桩极限承载力值/.(入卵石层 )开式后压浆 .(入卵石层 )开式后压浆.(入卵石层 )复合式后压浆 .(入卵石层 )开式后压浆 .(入卵石层 )开式后压浆.(入卵石层 )复合式后压浆 由表 可知桩端进入卵石层 情况下 桩型采用复合式后压浆载荷试验值比开式后压浆载荷换算值高 平均 桩型采用复合式后压浆载荷试验值比开式后压浆载荷换算值高 平均.桩基优化基于计算结果与载荷试验成果采用复合式后压浆技术提高桩基承载能力效果显著在桩端进入卵石层 的情况下均能满足单桩设计承载力需求鉴于此可根据式()进行桩基复合式后压浆设计工作 式中:结合温州地区经验及地勘报告建议取值为 按照建筑桩基规范中预制桩施工工艺经验数据取值扩大系数 取.采用复合式后压浆技术优化设计后直径 桩其桩端入卵石层深度及桩长均减少 直径 桩的桩端入卵石层深度及桩长均减少 见表 表 优化设计桩长统计桩径/原设计桩长/桩端入卵石层深度/节省桩长/优化后桩长/优化后桩端入卵石层深度/.经济效益对比分析.开式后压浆灌注桩综合造价.桩径灌注桩综合造价如表 所示 桩径灌注桩综合造价为.元工期为 表 直径桩综合造价(开式后压浆)开式后压浆工艺项目单价/(元/)桩入卵石层 桩长按 考虑钢筋.混凝土.后压浆水泥.声测管.人工费(含注浆)泥浆外运.每米单价.其他每根桩造价/元.施工时间/.桩径灌注桩综合造价如表 所示 桩径灌注桩综合造价为.元工期为 表 直径桩综合造价(开式后压浆)开式后压浆工艺项目单价/(元/)桩入卵石层 桩长按 考虑钢筋.混凝土.后压浆水泥.声测管.人工费(含注浆)泥浆外运.每米单价.其他每根桩造价/元.施工时间/铁道建筑技术 ()许长建 等:基于复合式后压浆技术的深厚软土地层灌注桩设计.复合式后压浆灌注桩综合造价.桩径灌注桩综合造价如表 所示 桩径灌注桩综合造价为.元工期为 表 直径桩综合造价(复合式后压浆)复合式注浆工艺项目单价/(元/)桩入卵石层 桩长按 考虑钢筋.混凝土.后压浆水泥.声测管.人工费(不含注浆).泥浆外运.每米单价.钢板胶囊及注浆/元 每根桩造价/元.施工时间/.桩径灌注桩综合造价如表 所示 桩径灌注桩综合造价为.元工期为.表 直径桩综合造价(复合式后压浆)复合式注浆工艺项目单价/(元/)桩入卵石层 桩长按 考虑钢筋.混凝土.后压浆水泥.声测管.人工费(不含注浆).泥浆外运.每米单价.钢板胶囊及注浆/元 每根桩造价/元.施工时间/.通过表 表 可以看出对于单根桩而言采用复合式后压浆工艺后 桩造价节约.工期节约.桩造价节约.工期节约 经济效益和工期效益非常显著 结论()本课题首次对钻孔灌注桩桩底复合式后压浆技术进行研究在温州地区亦为首次应用()桩底复合式后压浆克服了“开式”和“闭式”两种后压浆技术的不足将注浆的劈裂、渗透和压密三种作用形式集中于桩底共同发挥作用并通过桩底环形钢板胶囊的约束有效实现了注浆的“三定”原则即对所注浆液的“定域、定量和定向”试验表明与开式后压浆试桩相比采用复合式后压浆工艺的试桩其承载力提高 ()由于复合式后压浆对桩端周围地层的挤土效应与打入桩力学机理相似桩的极限端阻力可参考建筑桩基技术规范中混凝土预制桩建议参数取值()采用复合式后压浆施工工艺针对温州地区桩端持力层(卵石层)具有承载力大、透水性高的特点注浆过程需考虑注浆压力、注浆速度和注浆量通过注浆压力控制注浆速度采用间隙注浆法并确定一定的注浆量可确保注浆效果()通过基于桩端复合式后压浆技术的温州深厚软土地层灌注桩优化设计原设计直径 的桩入卵石层长度减少 原设计直径 的桩入卵石层长度减少 对于单根桩而言 桩造价节约 工期节约.桩造价节约 工期节约经济效益和工期效益非常显著参考文献 杨占群.钻孔灌注桩后压浆技术在某特大桥主墩施工中的应用.公路工程():.朱铮.钻孔灌注桩后压浆参数研究.南京:东南大学.邓祥辉张永杰房海勃.后压浆钻孔灌注桩承载力分析与试验研究.建筑科学与工程学报():.张照炎.后压浆钻孔灌注桩承载力分析及施工工艺研究.邯郸:河北工程大学.东南大学.公路桥梁灌注桩后压浆技术规程:/:.北京:人民交通出版社股份有限公司.中铁第五勘察设计院集团有限公司中国铁路设计集团有限公司./铁路桥梁灌注桩后压浆技术规程.北京:中国铁道出版社有限公司.王旭.桩底注浆钻孔灌注桩竖向承载特性研究与工程应用.成都:西南交通大学.董晓星.桩端桩侧后压浆钻孔灌注桩竖向承载机制研究.郑州:郑州大学.卢萍珍孙宏伟方云飞.深厚砂层灌注桩后注浆提高系数试验分析.岩土工程技术():.焦清杰.桩端后压浆钻孔灌注桩提高桩基承载力的应用研究.铁道建筑技术():.铁道建筑技术 ()