欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

排桩式悬臂围护结构

341 2021-08-31 16:04:01

概述

在深基坑支护中用钢筋混凝土灌注桩形成排桩式挡墙,自 70 年代就开始。在各地得到广泛应用。钢筋混凝土灌注桩作为支护结构刚度较大,抗弯能力强,变形相对较小,作为悬臂式围护结构,开挖深度已达 7m。它有时既用作工程桩又兼作支护桩,经济效益较好。尤其是不采用锤击,施工时无震动,对周围邻近的建筑物。道路和地下管线不会造成危害,造价也较低,有一定优越性。但在基坑回填后,它就永久地保留在地基土中,可能为日后的地下工程施工造成障碍。且桩的施工速度慢,施工后需要一定养护时间才能承藏。因而工期较长。

悬臂挡土的钢筋混凝土灌注桩,常用桩径为 φ500~φ1000mm,由计算确定。形式上可作成单排桩,顶部浇筑钢筋混凝土圈梁。其设计过程首先是选定初步尺寸,然后按稳定性和结构要求进行分析并根据需要修改。近年来,出现的双排桩悬臂挡墙是一种新型支护结构型式。它是由 两排平行的钢筋混凝土桩以及在桩顶的帽梁连接而成。它虽为悬臂式结构形式,但其结构组成又有别于单排的悬臂式结构。与其他支护结构相比,具有施工方便,不用设置横向支点,挡土结构受力条件较好等优点。

钢筋混凝土灌注桩作为支护桩的类型可有冲(钻)孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩等。布桩间距视有无防水要求而定。如产采取降水措施。支护桩无防水要求时,灌注桩可一字排列;如士质较好,可利用桩侧"土拱"作用.间距可为 2,5 倍桩径。如对支护桩有防水要求时,灌注桩之间可留有 100~200mm 间隙。间隙之间再设止水桩。止水桩可采用树根桩。有时将灌注桩与深层搅拌水泥十桩组合应用。前者抗弯,后者作防水帷囊起挡水作用(图4.4-1)。

圆形截面钢筋混凝土桩的配筋型式有两种,一种是将钢筋集中放在受压及受拉区(图 4.4-2a);另一种是均匀放在四周(图4.4-2b)。

image.png

采用图 4.4-2a 配筋型式时,一般采用试算法,即先假设钢筋数量 F,然后计算出受压区,再算出能承受的弯矩,如不足,再加大 F.进行试算,直至满足为止。

当按沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土受弯构件,其纵向钢筋不少于 6根时,受弯承载力可按下列公式计算;

image.png

围护桩的施工

钢筋混凝士灌注柱作为支护结构,它们的施工与工程桩施工相同,分别简要介绍如下∶ 1.钻孔灌注桩施工

钻孔灌注桩施工可分为干式成孔(孔内无水)或湿式成孔(孔内有水)。成孔后吊放钢筋笼,灌注混凝土而成。施工时要保证设计要求的孔位。孔,深和孔的垂直度。并保证孔底松土沉渣厚度不超过规定值。

(1)干式成孔的钻孔灌注桩

干式成孔工艺宜用于均质粘土,亦能穿透砂层。设备采用螺旋钻机,它由主机、滑轮组、螺旋钻杆 、钻头、滑动支架、出土装置等组成。由螺旋钻头切削土体,切下的土随钻头旋转并沿螺旋叶片上升而排出孔外。这种钻机效率商,无振动、无噪音。它的施工工艺程序如图4.4-3所示。

用螺旋钻机成孔时,钻孔就位检查无误后,使钻杆慢慢下移,当接触地面时开动电机,先用慢速钻进,以免钻杆晃动,且易于保证桩位和垂直度。成推过程中如遇硬七层宜慢速钻进,钻至设计标高时,应在原位空转清土,停转后提出钻杆弃土。钻出的土应及时清除,不可堆在孔边。钻进时如发现钻杆不正常的晃动或难以钻进,应立即停钻检查,排除障碍。

钢筋笼宜一次整体吊入。如过长可分段吊,两段焊接后徐徐沉放孔内。吊放钢筋笼时严防磷碰撞孔壁。

经检查合格后,应及时灌注混凝土。深度大于6m 时,靠混凝土冲力自身砸实,小于 6m 者以长竹杆捣实,上面的 2m 用振动器捣实。

(2)湿式成孔的钻孔灌注桩

湿式钻孔灌注桩的成孔,可用工程地质水文回转钻机、冲击式钻机、斗式钻头钻机、潜水电钻、大直径旋入全套管护壁成孔钻机等,现把常用的几种成孔方式加以评述。

1)正循环钻孔灌注桩 

a.适用范围及原理

正循环钻孔施工法是由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土,钻时用泥浆护壁排渣。泥浆由浆泵输进钻杆内腔中。经钻头的出浆口射出,带动钻渣沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升到孔口溢进沉淀池后返回泥浆池中净化,再供使用。这样,泥浆在泥浆泵 、钻杆 、钻孔和泥浆池之间反复循环运行,其原理如图 4.4-4所示。

正循环回转钻机成孔设备简单,将常用的地质钻机、水文钻机等稍加改装即可,操作简单。工艺成熟。适用于填十层、淤泥层,粘层、粉土层。也可在卵砾石含量不大于15%、粒径小于 10mm 的部分砂卵石层和软质基岩,较硬基岩中使用。当孔深不太深,孔径<800mm时钻进效果较好;当桩径较大时,钻孔与孔壁间的环形断面较大,泥浆循环时返流速度低,排渣能力差。孔壁泥皮厚度大。影响成孔和清孔。这是正循环回转钻机成孔的弊病。正循环成孔。专用钻机有GPS-10,XY5G,

image.png

GJC40H 等型号,改装钻机有 SPJ-300,红星 400,SPC-300H 等型号。

5. 施工工艺∶

(a)正循环回转钻机成孔的施工程序如图 4.4-5所示。

(b)施工程序的注意事项∶安装钻机时,转盘中心应与钻架上吊滑轮在同一垂直线上,钻杆位置偏差不应大于 2cm。

根据岩土情况合理选择钻头和泥浆性能。下钻头后先使其距孔底 50~80mm,开动泥浆泵 待源浆循环3~5min后再启云钻利,慢速回转.同时慢慢降下钻头,轻压慢转数分钟后

系渐增大转速和钻压而进入正常钻进。此比时应合理握和调整钻讲的基本参数。

不要随意提动钻具。要掌握类场机钢丝绳的松紧度,减少水龙头显动,加接钻杆时,先将钻头稍提离孔底,待泥浆循环 3~5min,后,再拆卸加接钻杆。在钻进过程中,应根据不同的地质条件。随时检查泥浆指标。

image.png

对正循环回转钻进终孔并经检查后,应立即清孔。清孔的目的是使孔底沉渣厚度、循环泥浆中含钻渣量和孔壁泥垢厚度符合质量要求。清孔的方法主要采用正循环清孔和压风机清孔。用泥浆正循环清孔时,待钻进结束后将钻头提离孔底 200~500mm,同时大量泵进性能指标符合要求的新泥浆,把孔内悬浮大量钻渣的泥浆替换出来,直到清除孔底沉渣和孔壁泥皮,泥浆含砂量小于4%时为止。正循环清孔时,孔内泥浆上返速度不应小于 0.25m/s。用压缩空气机将压缩空气经送风管和混合器送至出水管,使出水管内的泥浆形成气液混合

image.png

2)反循环钻孔灌注桩 a.适用范围及原理

反循环回转钻进是泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔,来冷却钻头并携带钻屑由钻杆内腔返回地面。与此同时,泥浆又返回孔内形成循环的一种钻进工艺。由于钻杆内腔断面积比钻杆与孔壁间的环断面积小得多,因此泥浆的上返速度大,一般达 2~3m/s,是正循环工艺泥浆上返速度的数十倍,因而提高排渣能力,保持孔内清洁,减少钻屑在孔底重复破碎的机会,能大大提高成孔效率,是一种有效的、先进的成孔工艺。

反循环钻孔施工按钻杆内泥浆上升流动的动力来源、工作方式和工作原理的不同,可分成泵吸、气举和喷射三种。

泵吸反循环是根据直接利用泵的抽吸作用使钻杆内泥浆上升而形成反循环。气举反循环是将压缩空气与钻杆内的泥浆混合,形成重度小于 1 的三相混合液。在钻杆外环空间水柱压力作用下.使钻杆内三相混合液上升涌出地面,将钻渣排出孔外,形成反循环;射流反循环是利用射流泵射出的高速液流产生负压,使钻杆内的泥浆上升而形成反循环。

由于气举反循环是利用压缩空气使三相混合液循环,钻杆内混合液 上升速度与钻杆内外液柱的重度差有关。孔浅时供气压力不足,钻杆内混合液上升速度慢,排渣能力差;当孔深增大后,只要增加供气量和供气压力,钻杆内的三相混合液就能获得理想的上升速度,孔深超过 50m 后即能保持较高而稳定的钻进效率。泵吸反循环和射流反循环驱动液体上升压力一般不大于一个大气压,因此,在浅孔时效率高。孔深大于 80m 时效率降低较大。三种反循环孔深与钻进效率的关系曲线如图 4,4-7 所示。

image.png

作为围护挡土结构的灌注桩,施工中多用效率较高的泵吸反循环钻进工尹。因为一般情况下钻孔深度不会太大,且用泵吸反循环钻进工艺时。钻头寿命长,功率消耗少,钻进效率高,钻进成本也较低。此外。泵吸反循环要求不断向孔内补给泥浆,并始终保持孔内水头压力比孔外地下水的水头压力大2m 以上,该压差既可平衡地层压力,叉可使孔壁的冲刷作用变小。因此采用泵吸反循环钻进时,对多数地层,只要能保持 2m 以上的静水压力,就可用清水钻进。清水钻进不用专门制备泥浆,孔壁泥皮薄,有利钻渣分离,孔底沉渣少,成孔质量好。

反循环钻进成孔适用于填土、淤泥、粘土 、粉土 、砂土、砂砾等地层。当采用圆锥式钻头可进人软岩;当采用滚轮式(又称牙轮式)钻头可进入硬岩。反循环钻进成孔不适用于自重湿陷性黄土层,也不宜用于无地下水的地层。

反循环成孔,常用钻机有德国 SW 型、美国 RD-600 型和 CSP-820 型;日本的 S-200 型和 MD150 型;我国的 QZ-200 型和 GPS-15型等。

b.施工工艺

(a)反循环施工程序与正循环时相同,如图 4.4-5 所示。

(b)各施工程序注意事项∶

反循环施工是在静水压力下进行钻挖作业的,故护筒埋设保持孔内水头压力是反循环施工作业中的关键,护筒的直径一般比桩径大 15%左右。护筒的端部应打入粘土层或粉土层中。一般不应在填七层或砂层或砂砾层中。以保证护简不漏水。护筒内的水位要高出 自然地下水位 2m 以上,确保孔壁的任何部位均保持 0,02MIPa 以上的静水压力.以保持孔壁不坍塌。钻孔前先开动砂石泵,待反循环正常后,才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底。开始钻进时,应先轻压慢转,待钻头正常工作后,逐渐加大转速,调整压力,并使钻头吸口不发生堵浆。钻进参数应根据地层、桩径、砂石泵的合理排量和钻机的经济钻速等加以选择和调整,钻进时应认真仔细观察进尺和砂石泵排浆出渣情况。排量减少或出浆中含钻渣量较多时,应控制给进速度,防止因循环液比重太大而中断反循环。加接钻杆时,应先停止钻进,将钻具提离孔底 80~100mm,维持泥浆循环 1~2min,以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净,然后停泵加接钻杆。钻进达到要求孔,深停钻时.,仍要维持泥骤 正常循环.清除孔,底沉渣直到返出冲洗液的钻渣含量小于4%,以达到第一次清孔要求。起钻时应注意操作轻稳。防止钻头拖刮孔壁,并向孔内补人适量泥浆,稳定孔内水头高度。

在灌注混凝土前应进行第二次清孔。通常采用普通导管的空气升液排渣法,即将头部带有 1m 多长管子的气管插人到导管之内,管子的底部插入水下至少 10m,气管至导管底部的最小距离为 2m左右,压缩空气从气管底部喷出,如使导管底部在桩孔底部不停地移动,就能全部排除沉渣。第二次清孔过程中,为不降低孔内水位,避免坍孔,必须不断向孔内补充清水。

2,沉管灌注桩施工

(1)适用范围及原理

沉管灌注桩又称套管成孔灌注桩,按其成孔方法不同又分为振动沉管灌注桩和锤击沉管灌注桩。这类灌注桩是采用振动沉管打桩机或锤击沉管打桩机,将带有活瓣式桩尖、或锥形封口桩尖 、或预制钢筋混凝土桩尖的钢管沉入土中,然后边灌注混凝土,边振动边拔出钢管而形成灌注桩。

沉管灌注桩可穿越一般粘性土、粉土 、淤泥质土、淤泥,松散至中密的砂土及人工填土等土层。锤击沉管桩不宜用于标准贯人击数 N 大于 12 的砂土、N 大于 15 的粘性土以及碎石土。振动沉管桩贯穿砂土层的能力较强,还适用于密实的碎石土层。

(2)施工工艺

沉管灌注桩作为挡土结构,施工时应跳打。中间空出的桩应待邻桩混凝土达到设计强度等级的 50%以后方可施打。

1)振动沉管灌注桩施工程序如图 4.4-8 示。施工时,预制桩尖的位置应与设计相符,桩管与桩尖的轴线应重合。桩管与桩尖的接触处应加垫草绳或麻袋,防止地下水进入桩管。桩管内壁应保持干净。振动沉管时,可用收紧钢丝绳加压或加配重,以提高沉管效率。必须严格控制最后两个 2rmin 的贯入速度,其值按设计要求,或根据混凝土试桩和当地长期的施工经验确定。桩管内灌满后,先振动 5~10s,再开始拔管。应边振边拔,每拔 0.5~1m 停拔 5~10s,保持振动,如此反复,直至桩管全部拔出。拔管速度在一般土层中以1.2~1,5m/min 为宜。在软弱土层中应控制在 0.6~0.8m/min。在拔管过程中,桩管内应至少保持 2m 以上高度的混凝土,或不低于地面,可用吊锤探测,以防混凝土中断,形成缩颈。

image.png

2)锤击沉管灌注桩施工程序如图 4,4-9 所示。

施工时,先检查桩管与桩锤,桩架等是否在一条直线上。先用低锤轻击,观察偏差在容许范围内后。方可正式施打。沉管过程必须严格测量最后三阵每阵十锤的贯人度。其值可按设计要求,或根据试桩和当地长期的经验确定。沉管至设计标高后,就应立即灌注混凝土,尽量减少间隙时间,用长桩管打短桩时,混凝土应尽量一次灌足。打长桩或用短桩管打短桩时,第一次灌入管内的混凝土应尽量灌满。当桩身配有不到孔底的钢筋笼时,第一次混凝土应先灌至笼底标高,然后放置钢筋笼,再灌混凝土至桩顶标高。拔管速度要均匀,对一般土层以 1m/min 为宜;在软弱土层及软硬土层交界处宜控制在0.3~0.8m/min,在拔管的全过程中,应保证管内保持不少于2m 高度的混凝土,以防断桩、缩颈。

3.人工挖孔灌注桩施工

人工挖孔灌注桩在测量定位后开挖,工人下到桩孔中去,在井壁护围的保护下,直接进行开挖。待挖到设计标高,桩底扩孔后,对基底进行验收。验收合格后下放钢筋笼,浇筑混凝土成桩,其施工工艺如图4.4-10所示。

image.png

施工时,采用分级挖土,每段高度取决于土壁保持直立状态的能力,一般为 0.8~1.0m为一施工段。弃土装入活底吊桶内,在孔口安置支架、电葫芦。用慢速卷扬机提升弃土。桩孔较深时,桩孔内用低压照明灯具进行照明,并用 1.5kW 的小型鼓风机通过直径 100mm 的塑料送风管向桩孔内送风。送风要求每秒不少于 25L。混凝土护圈起护壁与防水双重作用,其结构形式为斜阶式,上面厚约170mm,下面厚约 100mom,单元高度1000mm 左右,用 C15 混凝土浇筑。对于土质较好的地层,护圈可以用素混凝土,土质较差的地段应加少量钢筋(环筋 φ10~φ12 间距 200,竖筋 φ10~φ12 间距 400)。浇筑护圈的模板宜用工具式钢模板。桩身混凝士应连续分层灌注,每层灌注高度不得超过 1.,5m,对于直径较小的挖孔桩,距地面 6m 以下利用混凝土的大坍落度和下冲力使之密实;6m 以内的混凝土应分层振捣密实。