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橋梁施工中擠擴(kuò)支盤樁的運(yùn)用研討

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橋梁施工中擠擴(kuò)支盤樁的運(yùn)用研討

我們可以通過做一個小試驗來模擬支盤樁的受力機(jī)制,把用竹簽穿起來的山楂埋在較松散的面粉里,當(dāng)你向外拔的時候,會感覺到要比單個竹簽費力的多。當(dāng)面粉被壓得較實的時候,力量達(dá)到一定程度,竹簽就會從山楂里被抽出來,這類似于支盤與樁體間的剪切破壞。延伸到支盤樁,支盤與樁身間也是通過剪切力傳遞樁頂?shù)膲毫ΑF鋵嵵ПP樁的荷載傳遞方式與一般樁的傳遞機(jī)理并沒有太大的差別,都是隨著荷載的增加逐漸由上往下傳遞,由側(cè)阻的發(fā)揮到端阻側(cè)阻共同受力。所不同的是支盤的阻力通過混凝土內(nèi)部的剪應(yīng)力在相應(yīng)的荷載階段逐步發(fā)揮出來,而且隨荷載的增加不斷增加,支盤樁的荷載傳遞具有明顯的時間和順序效應(yīng)。另外就是局部擠密效應(yīng),樁在外力的作用下,會產(chǎn)生向下的位移,這個位移會促使支盤下方的土體得到進(jìn)一步的擠密,土體的承載力就會隨之提高,摩阻力自行得到修復(fù),進(jìn)而控制了土體承載后的壓縮沉降,使樁基在新的荷載作用下達(dá)到新的平衡。這與等直徑樁不同,等直徑的樁在土體摩擦力被破壞之后,摩阻力將無法得到修復(fù),樁頂?shù)耐饬蛳聜髦翗兜酌妫两盗恳矔容^大。

擠擴(kuò)支盤樁的施工工藝

1施工主要設(shè)備

擠擴(kuò)支盤樁不僅包括常用的鉆孔樁設(shè)備而且還增加了擠擴(kuò)機(jī)及擠擴(kuò)機(jī)配套的控制設(shè)備。因為在施工中施工場地內(nèi)要布置的設(shè)備更多,所以施工組織起來比常規(guī)樁基要增加一定的難度。支盤機(jī)根據(jù)樁徑、地質(zhì)情況的不同,采用的型號各不相同,如圖1所示是比較常見的一種擠擴(kuò)機(jī),通過液壓傳動,產(chǎn)生向兩側(cè)的擠擴(kuò)力,在施工過程中能從其油壓表的壓力讀數(shù)的大小反映出地層的軟硬程度,通過這些信息,來判斷地質(zhì)情況是否與勘察資料相符。再通過對支盤位置的控制,對設(shè)計支盤的位置、尺寸進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,保證單樁承載力能滿足設(shè)計要求,在這一點上,支盤樁比常規(guī)的鉆孔樁在處理地質(zhì)變化情況上要靈活,施工質(zhì)量也能得到最大限度的保證,這是支盤樁的一個非常突出特點和優(yōu)點。實踐中,還可以根據(jù)地層的特點,選擇正反循環(huán)鉆機(jī)、旋挖鉆等施工效率較高的鉆孔設(shè)備,從而縮短整個成樁過程。

2施工工藝流程

擠擴(kuò)支盤樁的施工工藝是在常規(guī)鉆孔樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,泥漿護(hù)壁也是成孔過程中的一個重要環(huán)節(jié),根據(jù)樁位處的地下水及地質(zhì)情況,一般是利用孔內(nèi)地層中的粘性土層造漿達(dá)到泥漿護(hù)壁的效果,再根據(jù)地質(zhì)情況在持力層設(shè)置支盤,按支盤設(shè)計深度,下入液壓擠擴(kuò)支盤機(jī),在地面上操作液壓泵將支盤壓臂擠出、收回,再通過轉(zhuǎn)換一定的角度,經(jīng)多次擠壓成盤,再由上至下或由下至上完成擠擴(kuò)多個支盤的作業(yè),吊放鋼筋籠、清孔、灌注混凝土成樁。特殊情況下,通過加放膨潤土等材料進(jìn)行造漿,如圖2所示。

與傳統(tǒng)鉆孔樁對比

1施工機(jī)械對比

傳統(tǒng)鉆孔樁的設(shè)備主要有回旋鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)等。擠擴(kuò)支盤樁除上述設(shè)備外,還需配備擠擴(kuò)機(jī)、高壓油泵等輔助設(shè)備,但是根據(jù)本工程的實際經(jīng)驗,由于擠擴(kuò)的工序用時較短,3臺~4臺常規(guī)鉆機(jī)配備一臺擠擴(kuò)機(jī)就能滿足施工要求,從機(jī)械設(shè)備及人員投入上說,用于擠擴(kuò)施工而增加的人力物力相對較少。

2施工工期對比

以C匝道橋為例,某墩位樁徑為120cm的非擠擴(kuò)樁設(shè)計樁長為60m,改為擠擴(kuò)支盤樁后樁長縮短為51.7m,同時下部40m采用100cm直徑樁。采用循環(huán)鉆機(jī)平均約3d時間能鉆至60m,一臺鉆機(jī)鉆4根樁就要用12d時間。如果采用擠擴(kuò)支盤樁,一般鉆孔時上部地層容易成孔,下部成孔時間稍長,根據(jù)本工程實際情況,鉆孔50m,通常只用2d時間,鉆孔和擠擴(kuò)施工可以交叉進(jìn)行,擠擴(kuò)工序可按半天計算,一臺鉆機(jī)一臺擠擴(kuò)機(jī)施工4根樁只用8.5d時間。因此從整體上看,采用擠擴(kuò)支盤樁會有效地提前施工工期。

3工程投資對比

由于樁長縮短,鋼筋籠會相應(yīng)減少,混凝土也有大幅度減少,還以上述C匝道橋某樁位為例,采用傳統(tǒng)摩擦樁,混凝土用量約為69m3,鋼筋約為5.8t。采用擠擴(kuò)支盤樁混凝土用量約為44.2m3,鋼筋約為5.6t。樁長及樁徑的減小使鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿量也同比減少,處理費用及環(huán)境保護(hù)方面的費用也相應(yīng)減少。施工機(jī)械及人工等其他費用上,減少常規(guī)鉆孔施工時間節(jié)約的費用與擠擴(kuò)工藝所產(chǎn)生的費用基本相抵還略有節(jié)余,具體到本工程,綜合計算,采用擠擴(kuò)支盤樁每根樁比原摩擦樁大約能節(jié)省投資3000元~5000元。

4承載力比較

在寧波繞城東段的擠擴(kuò)支盤樁中,通過自平衡靜載荷試驗和堆載靜載試驗,得出如下數(shù)據(jù):支盤樁K38+841極限承載力為15203kN,查閱兩處支盤樁的荷載試驗資料,看出樁端阻力為4210kN,占27.7%;樁身側(cè)摩阻力為5026kN,占33.1%;而支盤發(fā)揮的承載力為5967kN,占39.2%。支盤樁K38+860極限承載力為16482kN,樁端阻力為3407kN,占20.7%;樁身側(cè)摩阻力為6312kN,占38.3%;而支盤發(fā)揮的承載力為6763kN,占41.0%。我們從這組數(shù)據(jù)資料里可以明顯看出支盤樁的支盤在整個樁的承載力中發(fā)揮了比較重要的作用,也從實踐上充分證明了支盤在提高承載力方面不可忽視的作用。再選取兩根等截面樁并查閱其承載力實驗值,平均后作為等截面樁承載力,與同樁徑的支盤樁進(jìn)行對比。再計算支盤樁和等截面樁的混凝土單方承載力,支盤樁:246.56kN/m3,等截面樁:172.36kN/m3,混凝土單方承載力提高了43%,明顯高于等截面樁。

5沉降量比較

沉降量小是擠擴(kuò)支盤樁的又一明顯的優(yōu)點,如圖3所示可以明顯看出等直徑樁與支盤樁沉降量的差別。在荷載較小的時候,由于支盤樁和等直徑樁一樣,都是通過樁身的摩擦力來承受樁頂荷載,隨著荷載的增加,沉降量就出現(xiàn)明顯的差別,支盤樁的沉降量小于等直徑樁。

結(jié)語

通過支盤樁在實際橋梁工程中的應(yīng)用,我們初步了解到了它的一些特點,與傳統(tǒng)的等直徑的鉆孔樁相比,主要有以下優(yōu)點:1)經(jīng)濟(jì)性。采用支盤樁比普通等直徑樁節(jié)約大量建設(shè)投資。2)承載力大而沉降量小。對橋梁工程非常有利,尤其是對于基礎(chǔ)沉降反應(yīng)非常敏感的高架橋梁中的連續(xù)梁結(jié)構(gòu),對改善連續(xù)梁內(nèi)部應(yīng)力非常有利。3)施工工期短。由于樁長的縮短,以及與擠擴(kuò)工藝交叉施工,為基礎(chǔ)施工節(jié)約大量的時間,有利于工程總體工期的控制。4)節(jié)能環(huán)保。施工中產(chǎn)生的泥漿明顯減少,減少處理費用,工地的文明施工也得到較大提升,社會效益明顯。通過本工程實踐驗證,可以預(yù)見到,擠擴(kuò)支盤樁施工工藝有很大的應(yīng)用前景。(本文作者:楊云 單位:中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司)

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