优化钻孔灌注桩基础的实例分析.pdf

年 期 优化钻孔灌注桩基础的实例分析朱 磊（中铁二十四局集团安徽工程有限公司，合肥）摘 要：文章介绍了商合杭铁路工程杨家湾特大桥 墩的地质情况和原基础方案，通过采用动力触探试验获得更精确的地质参数，同时采用 软件模拟分析了明挖基础与桩基础受力与沉降差异，并结合实际例进行验证了优化基础形式的可行性。研究结果表明：在满足设计要求前提下，将桩基础优化为明挖基础，能降低施工难度，加快施工速度，降低工程造价，获得良好的经济效益，为今后类似的桥梁工程施工提供参考依据。关键词：钻孔灌注桩；基础优化；明挖基础中图分类号：（，）：，：；作者简介：朱磊（），工程师，研究方向为桥梁工程。工程概况新建商丘至合肥至杭州铁路工程，杨家湾特大桥中心里程为，桥全长 ，其中 跨 简支梁 跨 简支梁 跨 简支梁。该桥 号墩采用扩大基础，其余墩台基础采用钻孔灌注桩基础，桩径根据不同跨度和地质条件分别有 和 。该段属低山丘陵地貌，地形连绵起伏，谷地宽广，谷底多为农田、民房等。地质情况和原基础方案杨家湾特大桥施工区段所处地层为白垩系第四系全新统冲洪积层等地层，岩层主要为泥质砂岩和砾岩。原设计墩采用钻孔灌注桩基础，以泥质砂岩为桩端持力层。在施工 墩桩基础前由勘察单位进行了钻孔勘察。地勘报告指出：受断裂挤压及岩性影响，岩性呈碎块状，稳定的弱风化泥质砂岩埋深均在 以下，上面覆有强风化、全风化的泥质砂岩，原岩体结构构造已完全破坏。受断层影响，在泥质砂岩中夹杂弱风化砾岩，褐红色夹白灰色，砂砾质结构，层状构造，节理裂隙较发育，胶结性较好。在 墩范围内还上覆有一定厚度的粉质黏土。墩典型地质剖面示意图如图 所示。图 墩典型地质剖面示意图墩施工位置场地狭小，原设计桩径为 ，桩长为 的嵌岩桩，设计孔底地层为泥质砂岩弱风化，基本承载力为 。根据地勘资料，桩地质从上到下 为粉质黏土，为泥质砂岩全风化，为泥质砂岩强风化，为泥质砂岩弱风化，为砾岩弱风化，为泥质砂岩弱风化，建筑工程与装修中国厨卫 中国厨卫为砾岩弱风化。数值模拟分析高速铁路施工中对线下工程的沉降要求非常严格，并且标准高。一般规定，无砟轨道路基工后沉降变形量不大于 ，路基与桥涵等结构物间的工后差异沉降量不大于 。此外，针对高速铁路无碴轨道桥梁静定结构墩台基础，其工后沉降变形量对墩台均匀沉降的要求不大于，相邻墩台沉降差不大于 。这些严格的沉降控制要求是为了保证铁路的高可靠性、高稳定性和高平顺性，避免因路基沉降问题而影响铁路施工的质量。模拟模型采用 对沉降进行模拟分析。根据地质资料及桥梁基础承载影响范围建立三维直角坐标模型，模型长、宽、高均为 ，网格划分如图 所示。图 模型网格划分图岩体屈服准则选取 屈服准则，并且不考虑塑性流动及剪胀。模型上边界无约束，下边界垂直位移约束，四周垂直边界水平位移约束。边界条件设置如图 所示。图 边界条件设置 分步模拟依据桥梁施工方案，钻孔桩基础分为：模拟钻孔桩；承台开挖；承台浇筑，浇筑完成开始沉降观测；墩身模拟采用施加荷载代替，按照 高墩身重量 计算；梁体自重模拟采用施加荷载代替，按照 梁重量 计算。采用 长的弱风化承力层柱桩，以及采用 长的强风化承力层摩擦桩。扩大基础分为四步进行模拟：基坑开挖；基础浇筑，浇筑完成开始沉降观测；墩身模拟采用施加荷载代替，按照 高墩身重量 计算；梁体自重模拟采用施加荷载代替，按照 梁重量 计算。弱风化承力层扩大基础采用 层基础，强风化承力层扩大基础采用 层基础。模拟计算结果在承台中心设置沉降监测点，沉降变化曲线如图 所示。图 沉降变化曲线由上图可以看出，沉降分为架梁前后两个阶段。架梁前初期沉降较快，然后沉降速度减缓，施加梁体自重荷载后，沉降出现加速，最后趋于稳定。桩基础架梁前后沉降各占总沉降一半左右，扩大基础架梁前沉降占到总沉降的 左右。模拟沉降结果统计见表。模拟结果可见，弱风化扩大基础沉降量最小，强风化扩大基础沉降量最大。强风化摩擦桩基础比弱风化柱桩基础沉降小，但均小于强风化扩大基础。与弱风化扩大基础相比，弱风化扩大基础和桩基础沉降是其 倍，可见弱风化扩大基础沉降控制最好。中国厨卫 建筑工程与装修 年 期 表 模拟沉降结果统计表序号基础类型及持力层沉降量 弱风化柱桩强风化摩擦桩弱风化扩大基础强风化扩大基础 桩基础与扩大基础施工对比 方案优化现场基坑开挖过程中，开挖深度超过 时，很难继续开挖。与相关单位技术人员交流以及查阅原设计图纸、详勘报告和补勘报告等技术资料，确认了勘探报告没有准确反映现场实际情况，于是邀请设计单位对现场进行勘察，并补充进行地基动力触探试验，验证地基承载力要求。设计单位选取基底的五个点试验结论承载力均大于 ，满足设计要求，已经达到弱风化岩层。此基底平均标高为，原地面以下 ，而在原勘察结果为强风化岩层，与详勘报告描述的情况出入较大，详细地质核查如图 所示。图 墩开挖实际图流岩层满足设计地基承载力要求，符合变更扩大基础的地基条件。设计单位将 墩变更为 层扩大基础，且根据现场的实地勘察，对 墩桩基础进行变更明挖扩大基础。桩基础施工分析桩基础施工原方案选择旋挖钻机，施工可根据地质情况选择干钻法或泥浆护壁法成孔。对于黏结性好的土层，可采用干式钻进工艺，无需泥浆护壁；对于松散易坍塌地层，或有地下水分布、孔壁不稳定的地层应采用静态泥浆护壁进行钻进。针对黏结性好的土层采用旋挖钻干式成孔法施工，对于原地面 范围内的流沙层采用长护筒跟进，起到护壁作用，其施工流程如图 所示。混凝土灌注桩施工过程中出常出现的质量问题如下。（）孔壁坍塌。泥浆稠度小，护筒埋设深度太浅，松软土层钻进速度过快，下钢筋笼时碰到孔壁，孔内泥浆水位高度不够，在地质不好的情况下会造成处理不及时。（）钻孔偏斜。当钻孔时遇到岩面倾斜、大孤石、探头石或土层软硬不匀，有倾斜的软硬地层交界处，或大小相差大的砂卵石层，易发生偏斜。（）沉渣过厚。清孔不彻底，下放钢筋笼时间过长或钢筋笼碰撞孔壁，造成塌方。（）灌注混凝土时钢筋笼上浮。封底混凝土灌注速度过快，将钢筋笼托起；拔出导管速度过快，带动混凝土上升。（）缩孔。地层中遇有塑性土层，遇水膨胀使孔径缩小。钻头直径磨耗过快，未及时补焊。（）堵管和埋管。导管埋深过深，施工时间拖延过长，混凝土已初凝。（）桩身夹泥断桩。首批混凝土未能埋住导管；提拔导管拔出混凝土面；导管无法提起；导管接口渗漏。图 旋挖钻干式成孔法施工流程图 扩大基础施工分析扩大基础或称明挖基础属于浅置基础，是将基础底板直接设在承载地基上，一般埋深小于 。来自上部结构的荷载通过基础底板直接传递给承载地基，比较适合在岸上或水流冲刷不大的浅水处，且浅表层地基承载力满足要求。扩大基础一般的施工工序如图 所示。图 扩大基础施工流程图扩大基础施工一般采用明挖方式，施工常出现的一些问题如下。（）基坑开挖完成后未及时浇筑混凝土，且排水不畅，致基底被水浸泡，上层土质变软，影响地基承载力。（）基坑坑壁坍塌。没有按规定放坡，边坡失稳；基坑边缘堆重物，增加坡内土剪应力；地下水或地表水排水不利，使坑壁掏空。（）基础滑移或倾斜。地基承载力不均，向承载力小处倾斜；位于斜面上，基底半填半挖，填筑部分不牢固，向填筑部分滑移或倾斜。施工对比分析（）工期比较。根据施工现场实际条件，钻孔灌注桩施工前后均需要机械进行配合施工；覆盖土层以上部位钻孔需进行埋护筒，而覆盖土层以下部位桩孔为坚硬岩石，钻进较困难，施工进度缓慢；钢筋加工需较大的加工场地，钢筋笼入孔需要机械吊装，而现有施工场地狭小，施工操作不便；混凝土浇筑需设导管，浇筑速度较慢。明挖扩大基础施建筑工程与装修中国厨卫 中国厨卫工可以利用挖掘机修筑便道及平整场地后进行基槽开挖，机械利用率高，施工进度快；钢筋结构简单，施工所需的操作空间较小，施工操作方便；混凝土浇筑直接泵送入槽，施工简便，浇筑速度较快；施工的噪声、振动和对地下环境污染等建设公害相比旋挖钻施工较小。杨家湾特大桥施工工期紧，需满足其他标段架梁要求。相比较而言，明挖扩大基础施工工艺简单，操作方便，施工速度快，容易满足工期要求。钻孔灌注桩施工。根据 墩桩基的实际施工进度计算，完成 墩桩基的施工工期为 天，考虑桩基到承台施工技术间歇和机械利用效率，工期为 天。明挖扩大基础施工，实际施工工期 天，节约工期 天。（）经济效益比较。钻孔桩扩大基础工程量对比见表。表 钻孔桩扩大基础工程量对比分项工程类别单位原设计 墩原设计变更后 钻孔桩钻孔桩根钻孔 混凝土钢筋承台 混凝土钢筋扩大基础 混凝土钢筋从优化的结果看，该工程取得了很好的经济效益。墩钻孔灌注桩施工估计造价 万，采用明挖扩大基础施工估计造价 万，由此可见，采用明挖扩大基础施工方案比原设计钻孔灌注桩经济，直接节约工程成本 万元。通过在其他桥进行推广，总计变更 个扩大基础，直接节约工程成本 万余元。结语采用 对高铁桥梁扩大基础与钻孔桩基础沉降进行了模拟分析。模拟结果表明：弱风化扩大基础沉降量最小，强风化扩大基础和桩基础相差不大。采用地基承载力等原位测试试验，获得了更精确的地质参数。在强风化到弱风化地层埋深较浅时，可以将桩基础变更为明挖扩大基础不仅能够降低施工难度，加快施工速度，还能降低工程造价，获得良好的经济效益。参考文献 刘月波桥梁工程施工质量通病与防治北京：中国建材工业出版社，：葛俊颖桥梁工程（上）北京：中国铁道出版社，：工程地质手册编委会工程地质手册 版北京：中国建筑工业出版社，郑长鹰桥梁扩大基础与桩基础施工对比研究施工技术，（）：沈科区域地面沉降对（京沪）高速铁路路基的影响及对策研究成都：西南交通大学，龚风华武广客运专线过渡段沉降分析与控制成都：西南交通大学，刘双京沪高铁济南西客站基坑降水对复合地基沉降影响分析北京：北京交通大学，赵春雨桩筏复合地基沉降过程预测理论和方法研究北京：北京交通大学，陈骏荷载下流变因素对复合地基沉降的影响分析北京：北京交通大学，王婷高速铁路济南西客站站场路基变桩长复合地基沉降特性及优化设计研究北京：北京交通大学，孟厦 前处理程序开发及其工程应用研究淮南：安徽理工大学，中国厨卫 建筑工程与装修