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排桩设计与施工讲解

1117 2021-03-16 08:59:51


排桩(soldier pile wall)是指沿基坑侧壁排列设置的支护桩及冠梁所组成的支挡式结构部件或悬臂式支挡结构。


排桩结构设计的步骤一般是先选择桩型,进行桩的平面设计与竖向设计,然后按平面杆系结构弹性支点法进行桩身内力和支点力以及结构变形的计算,在得到桩身弯矩和剪力的计算值M、V,后,将计算值按式(5-1)、式(5-2)的要求换算成设计值 M、V,考虑混凝土强度等级,以设计值 M、V按正截面受弯、斜截面受剪承载力验算要求计算所需受力钢筋并进行配置,之后考虑构造要求进行分布钢筋和加强钢筋的布置并进行冠梁设计。


1、桩的选型与成桩工艺


排桩的桩型与成桩工艺应根据桩所穿过土层的性质、地下水条件及基坑周边环境要求等选择混凝土灌注桩、型钢桩、钢管桩、钢板桩、型钢水泥土搅拌桩等桩型。


实际基坑工程中,排桩的桩型采用混凝土灌注桩的占绝大多数,泥浆护壁成孔的钻孔灌注桩、冲孔灌注桩以及旋挖灌注桩,干作业灌注桩(包括钻孔灌注桩和人工挖孔桩)以及长螺旋钻孔桩、沉管灌注桩等桩型,均可作为支护用桩。有些情况下,适合采用型钢桩、钢管桩、钢板桩或预制桩等,有时也可以采用 SMW 工法施工的内置型钢水泥土搅拌桩。


当支护桩的施工影响范围内存在对地基变形敏感、结构性能差的建筑物或地下管线时,不应采用挤土效应严重、易塌孔、易缩径或有较大振动的桩型和施工工艺。


采用挖孔桩且其成孔需要降水或孔内抽水时,降水引起的地层变形应满足周边建筑物和地下管线的要求,否则应采取截水措施。


2、平面设计与竖向设计


(1)排桩平面设计∶其内容包括桩径、桩中心距、桩的平面布置以及桩与地下结构之间的净空间尺寸设计。


采用混凝土灌注桩时,桩径的选取主要还是按弯矩大小与变形要求确定,以达到受力与经济合理的要求,同时还要满足施工条件的要求。通常对悬臂式排桩,支护桩的桩径宜大于或等于 600mm;对锚拉式排桩或支撑式排桩,支护桩的桩径宜大于或等于400mm。


在土压力和结构内力的计算中,排桩间距对计算结果产生较大影响,因此,排桩间距的选取主要也是应按弯矩大小与变形要求确定,以达到受力与经济合理的要求。一般排桩的中心距不宜大于桩直径的 2.0倍,特殊情况下,排桩间距的确定还要考虑桩间土的稳定性要求,根据工程经验,对大桩径或黏性土,排桩的净间距在 900mm 以内,对小桩径或砂土,排桩的净间距在 600mm 以内较常 见。


平面上,排桩应根据建筑总图中地下室平面和规划红线进行布置,平面布置图应基本与地下室平面图相似,在某些特殊部位,如施工开挖土体运输通道处、地下室进出车道处等,应按施工组织设计要求进行布置。在进行平面布置时,排桩与地下结构之间应有足够的施工作业空间,净空间尺寸一般不小于 800mm;对于有建筑基础尺寸超出地下室外边线的情况,可视基础尺寸和施工要求适当增大。


(2)排桩竖向设计∶其内容包括桩顶设计标高、嵌固深度以及桩间土的保护设计。在有主体建筑地下管线的部位,排桩冠梁宜低于地下管线。排桩冠梁低于地下管线是从后期主体结构施工上考虑的。因为,当排桩及冠梁高于后期主体结构各种地下管线的高时,会给后续的施工造成障碍,需将其凿除。所以,排桩桩顶的设计标高,在不影响支护桩顶以上部分基坑的稳定与基坑外环境对变形的要求时,宜避开主体建筑地下管线通过的位置。一般情况,主体建筑各种管线引出接口的埋深不大,是容易做到的,但如果将桩降至管线以下,影响了支护结构的稳定或变形要求,则应首先按基坑稳定或变形要求确定桩顶设计标高。


嵌固深度按第 5.3.5 节进行设计。

排桩的桩间土应采取防护措施。桩间土防护措施宜采用内置钢筋网或钢丝网的喷射混凝土面层。喷射混凝土面层的厚度不宜小于50mm,混凝土强度等级不宜低于 C20,混凝土面层内配置的钢筋网的纵横向间距不宜大于 200mm。钢筋网或钢丝网宜采用横向拉筋与两侧桩体连接,拉筋直径不宜小于12mm,拉筋锚固在桩内的长度不宜小于 100mm。钢筋网宜采用桩间土内打入直径不小于 12mm 的钢筋钉固定,钢筋钉打入桩间土中的长度不宜小于排桩净间距的 1.5 倍且不应小于 500mm。


当桩间土体内出现渗水现象时,在渗水的部位应设置泄水管,泄水管应根据土的性状及地下水特点确定,可采用长度不小于300mm,内径不小于40mm 的塑料或竹制管,其外壁包裹土工布,同时按含水土层的粒径大小设置反滤层,防止土颗粒流失。


3、截面承载力计算

支护桩的截面配筋一般由受弯或受剪承载力控制。实际工程中,排桩大都采用的是圆形截面钢筋混凝土灌注桩,因此主要讲述圆形截面钢筋混凝土灌注桩的正截面受弯和斜截面受剪承载力的计算。对于矩形截面混凝土灌注支护桩的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力计算以及型钢、钢管、钢板支护桩的受弯、受剪承载力的计算,应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010和《钢结构设计规范》GB 50017 的有关规定进行计算,但其弯矩设计值和剪力设计值应按本章式(5-1)、式(5-2)确定。


灌注桩纵向受力钢筋在截面上的配筋方式通常有两种形式,其一是沿周边均匀配置纵向钢筋,见图 5.9;其二是沿受拉区和受压区周边局部均匀配置纵向钢筋,见图 5.10。


(1)沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面支护桩,截面内纵向钢筋数量不少于6 根时,其正截面受弯承载力应满足以下要求(图 5.10)∶

作用,并使设计结果更加经济合理。但在施工条件和技术水平无法满足时,还是采用全截面均匀配置通长受力钢筋较为稳妥。


4、构造要求

采用混凝土灌注桩时,为保证排桩作为混凝土构件的基本受力性能,桩身混凝土强度等级、钢筋配置和混凝土保护层厚度应符合下列规定∶


(1)桩身混凝土强度等级不宜低于 C25;


(2)支护桩的纵向受力钢筋宜选用 HRB400、HRB500 级钢筋,单桩的纵向受力钢筋不宜少于8根,净间距不应小于60mm;支护桩顶部设置钢筋混凝土构造冠梁时,纵向钢筋锚入冠梁的长度宜取冠梁厚度;冠梁按结构受力构件设置时,桩身纵向受力钢筋伸入冠梁的锚固长度应符合现行规范 GB 50010 对钢筋锚固的有关规定;当不能满足锚固长度的要求时,其钢筋末端可采取机械锚固措施;


(3)箍筋可采用螺旋式箍筋,箍筋直径不应小于纵向受力钢筋最大直径的1/4,且不应小于6mm;箍筋间距宜取 100~200mm,且不应大于 400mm 及桩的直径;


(4)沿桩身配置的加强筋应满足钢筋笼起吊安装要求,宜选用 HPB300、HRB400 钢筋,其间距宜取 1000~2000mm;


(5)纵向受力钢筋的保护层厚度不应小于35mm;采用水下灌注混凝土工艺时,不应小于50mm;


(6)当采用沿截面周边非均匀配置纵向钢筋时,受压区的纵向钢筋根数不应少于5根;对采用泥浆护壁水下灌注混凝土成桩工艺而钢筋笼顶端低于泥浆面,钢筋笼顶与桩的孔口高差较大等难以控制钢筋笼方向的情况以及其他施工方法不能保证钢筋的方向时,才应采用沿截面周边非均匀配置纵向钢筋的形式;


(7)当根据桩身内力包络图沿桩身分段配置纵向受力主筋时(图 5.12),纵向受力钢筋的搭接应符合现行规范 GB 50010 的相关规定。


5、冠梁设计

支护桩顶部应设置混凝土冠梁,它是排桩结构的组成部分,其宽度不宜小于桩径,高度不宜小于桩径的0.6 倍。


当冠梁上不设置锚杆或支撑时,冠梁可以仅按构造要求设计,按构造配筋。此时,冠梁的作用是将排桩连成整体,调整各个桩受力的不均匀性,不需对冠梁进行受力计算。


当冠梁用作支撑或锚杆的传力构件或按空间结构设计时,冠梁起到传力作用,除需满足构造要求外,应将冠梁视为简支梁或连续梁,按梁的内力进行截面设计。


排桩施工与检测

基坑支护中支护桩的常用桩型与建筑桩基相同,其施工应符合现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94的有关要求,其质量检验标准应符合《建筑地基基础施工质量验收规范》GB 50202的要求。但在以下几个方面仍应引起重视∶


当排桩桩位邻近的既有建筑物、地下管线、地下构筑物对地基变形敏感时,应根据其位置、类型、材料特性、使用状况等相应采取下列控制地基变形的防护措施∶


(1)宜采取间隔成桩的施工顺序;对混凝土灌注桩,应在混凝土终凝后,再进行相邻桩的成孔施工;


对松散或所街的砂土、方渐的粉土、软土等易期塌或流动的较弱土思。对钻孔渐主作来取改降泥浆性作策措施。对人工控孔排宜尔取破小每节按孔和护臆的长度,加孔等指施;


支护主成孔过山现谁砂,泊泥、城孔、缩径管经性沉时,应所作成孔作及时收针对性的挑施进行处型,防6继续塌孔;


当成孔过帮涸到不州降的物时,应作明达性质,且在不会伦害溉行进筑物、地下竹线,地下构筑物的况下方可继续施工。


2.对民凝土渐过主。为你证内力较大越雨的纵受拉肪的强度求,其纵灾力方的接头不宜设任内力较大处。制航进接可农明绑扎措接、机锻造接或规接。不论连接方式,接头均应州近错开,位于同一作按区段内的纵百分渐均不宜大于50%。绑扎搭接的挤接长度不应小于1.A低的锚阔长度,机饿造接区段长实为35停肪近径。却接接义区段长度为35倍钢肪汇径且不小于500mm.


混凝土渐注性用沿纵向分段配不同制方数业时,制肪笼制作和安放时应取控制作通长方竖问定位的折施。农用沿主减而阔边非均匀配阶纵向变力制方时,计的的方配力问进行安放,偷转价度不行大于10。


混凝土渐注性设有顶理作时,应根据顶埋作的用途利变力特点的要求,控制其交装位及方间,预埋作位阶的允诈偏生为20mm.


冠梁近过传递断力调整生与胜之间力的分配。当锚下或支设阶在冠梁上时,近过冠梁称排性上的土压力传递到锚杆与支提上。由于冠梁与主的造接处是混凝土两次港筑的结合际。如该结合面海弱或制仿错同不能时,可能产生的切破坏而不能传逃的力。因此。应你证冠梁与主维合面的施工质时。冠施工时,应称主质部深浆,低强阻混凝土及败碎部分游除。冠梁混凝土流筑用土恢时,土西应修理形平。


支打用混凝土滩让主的质化检测应符合下列规定:


应用低应变动测法检湖主身究赞作,检调性数不宜少于总主数的20%,且不得少于与根;


当很搁低应变动测法判定的主身完整性为四类或化类时,应果用钻芯法进行验证。大低应变动测法检测的数低。其中主身完整性分类按现行行业规范(进建筑班临测技术规范JG1061的规定)进行。