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软土中密集管桩挤土效应的施工措施综合防治


所属栏目:建筑设计论文
发布时间:2011-02-26 14:45:21  更新时间:2011-02-26 14:45:21

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摘要:鉴于理论研究尚不完善,而在沿海软土上大面积群(管)桩施工的挤土效应的明显。在施工过程中,可以考虑合理进行施工部署、改良施工工艺、设置外部泄压措施等来进行综合防治。
  关键词:管桩挤土效应施工措施综合防治
  
  
  1.前言
  珠江三角洲地区与我国其他大多数沿海地区一样,属于改革发展的前沿阵地,经济发展较快。近些年来,各类厂房等大型项目不断兴建,这类项目地坪承载力要求高,但由于沿海地区淤泥层普遍较厚,地基承载力不足,所以在除主体框架基础外,地坪在设计上多采用密集管桩基础,保证其地面的承载能力。
  对于此类在软弱土层上大面积密集管桩的施工,极易出现挤土效应(最主要表现为:后压桩对先压桩的挤压,从而造成先压桩的偏移、倾斜及隆起;周边地面的隆起及建(构)筑物的开裂等)。
  自20世纪50年代以来,开始有人对静压桩挤土效应进行研究,主要的方法有现场实测和室内试验研究、理论分析和有限元数值模拟三种[1]。这些研究基本停留在沉桩过程中对土体及管桩本身的力学、结构损伤分析等。同时,现在的理论研究主要针对的是单桩,对于群桩挤土的应力应变解析解则几乎没有,这与影响因素和边界条件过于复杂有关。目前一般将群桩按一定组合分区,将每个分区的桩近似为当量单桩,然后按单桩分析群桩的挤土[1]。针对国内理论研究的现状,在施工过程中我们可以在多方面采取一些措施来综合控制挤土效应,也可为群桩挤土效应的理论研究提供实践的思路。
  2.综合防治基本原理
  大面积密集管桩的质量保证及对周边环境的影响控制,关键是对管桩施工时候的挤土应力的控制。对于软弱土层,流塑居多,挤土效应非常明显,且消散需要一定时间。
  针对以上情况,可以从几个大方面进行施工措施的综合防治:在进行施工前,应规划好施工方向,使挤土方向不影响已施工管桩,从而保证已施工管桩不偏移及倾斜;同时,应想办法利用管桩空心的特点,增大施工时候的本身空心返土量,从而尽量减少挤土量;此外,在周边做一些泄压措施,保证对周边环境的影响降低到可接受范围。
  3.具体施工措施
  针对沿海地区施工场地软弱土层厚,且承载力要求高的建筑基础桩密集的特点,着重合理进行施工部署、改进施工工艺、采取辅助措施等各个方面的进行综合防治。限于篇幅,以普通矩形场地内,液压抱桩静压施工为例对各项措施进行简单陈述。
  3.1桩机数量确定及每天施压数量
  桩机的数量由所需施工的管桩的数量及工期(为利于应力消散,一般安排为12~18条桩/机•天)决定。若同时施工的桩机过多,不利于桩施工挤土效应的消散,大面积开阔区域的管桩施工,采用的桩机在工期允许范围内一般可安排4-6台桩机,并应保证所布置桩机在短向同时布置时,应保证有30-50m的间距。
  3.2施工方向安排
  施工方向是指整个场地的桩完成的推进方向,施工方向基本上应与所规划的挤土的方向一致。对于大多在沿海软弱地基上的大型建筑管桩施工,可综合描述为:桩满布的区域长宽比小于2时,宜从中间向四周对称施打,否则,宜从中间向两端对称施打;但当一段有建筑物或一端沿江(海)时,宜从已建建筑物端开始,且应往沿江(海)端行进。此外,若已建建筑物在沿江(海)一侧时,应先保证已建建筑的质量,应从已建建筑往另一侧施工。
  3.3桩机路线及桩机平面布置安排
  施工路线是指桩机的行走大致方向,基本为“之”字或“弓”字形(只有在桩机施工区域为一条直线时,桩机路线与施工方向始终相同,例如某些需高承载力的管道沟槽、滑道等)。
  根据桩机行走路线的安排,在桩机平面布置上,桩机阵列应予桩机路线垂直设置,且在路线行走上设置时间差(即各平行路线开动时相隔2-5天)。
  
  图1施工部署示意
  3.4跳打
  隔桩跳打是工程中所普遍采用的一种质量控制措施。对于密集管桩的施工,宜相隔1-2条桩为。
  
  图2跳打平面示意
  3.5综合防挤沟(孔)设置
  正式施工前,在场地平整完成后,一般要求在场地周边设置排水沟时,这些沟可用来加深、加宽来综合考虑桩施工时候的泄压(泥)的需要。如果工程尚有其他类型灌注桩,在管桩施工数量完成1/3~1/2时,按管桩施工方向进行成孔,作为“泄压孔”来综合考虑使用。
  防挤沟设置通常环场及平行场地短向设置,沟底标高通常与淤泥层顶标高持平或略低(小于5m,且通常不宜大于3m,需做好围栏、警示牌等安全措施),沟壁及沟底无需夯实,沟壁以1∶0.6~1∶1放坡,沟内可填砂、碎石或其他松散材料。
  需要说明的是,一般认为,防挤沟只能消除对土体浅层挤压作用,对于减少地面表层的位移效果较好,无法隔断深层挤土作用,对于浅埋管线能起到一定的保护作用,防挤沟底标高低于保护对象基础底面则效果更好[2]。
  3.6预钻孔
  就是在设计的孔位上,也可以在桩位之间或桩的四周取土,采用这种措施相当于增加了塑性区内土的体积压缩变形,减少了桩人土置换土的体积[3]。可采用钻孔引孔、引孔铁桩引孔、PHC管桩自引孔,人工引孔等各种方式来进行。与一般的要求不同,可以考虑引孔孔径比桩径略大(但深度不宜过深)。
  3.7桩尖形式改良
  同上一措施考虑相同,对于桩尖形式做一定的改良,可以增加管桩中空部分的返土量,从而减少对外挤土。
  目前,对于桩尖形式的研究,一般只停留在对于桩尖承载力及破土(岩)能力的研究上。从电测资料中可以看出,桩侧摩阻力和桩尖阻力是共同作用的,当桩尖土层是密实粗砂或风化岩时(良好持力层),极限承载力中的桩侧摩阻力基本处于极限状态,而桩尖阻力尚未达到极限[4]。在软土中压桩,其破桩力要求相对较小,所以在桩尖允许的承载力范围内,可以对桩尖形式作一些改良来达到增大管内返土的目的。
  对桩做返土实验可以发现,一般筒形(上下一致或下部略大)的桩尖相对于锥(台)型(即上大下小),可以更有利于桩内的返土。
  
  图3筒形及锥形桩尖挤土示意
  4.应用及展望
  以上施工措施已经在笔者所处公司一些工程(主要为广州市南沙区沿海软土区域一些群桩施工)中得以运用,效果良好。这些综合措施可广泛适用于珠三角、长三角、环渤海等沿海地区或湿地地区的软土层地区,需要地面承载力高的建(构)筑物的大面积密集基础管桩施工;也可对一般地区中,需要减少群桩挤土效应施工(例如,中心城区建筑密集地区)的工程的施工提供参考。
  随着沿海地区的经济飞速发展,沿海地区对承载力要求较高的大型厂房的兴建也将逐渐增多。在理论研究尚未完善的今天,施工中采取一些综合性的措施,对于群桩挤土效应的控制会达到一个比较好的水平。同时,由于工程施工工艺是个不断完善的过程,新技术、新工艺、新材料、新设备的采用,综合措施的不断完善将是在今后一段时期的一个持续过程。
  
  参考文献
  [1]任达,鹿群,贺爱强.静压桩挤土效应近期研究述评.山西建筑,2008,34[1]:90-91.
  [2]杨威,邢保国.静压桩挤土效应及防治措施研究.工程地球物理学报,2007,4[6]:606-610.
  [3]罗战友.静压桩挤土效应及施工措施研究[D].浙江大学,2004
  [4]贾德庆.广东沿海主要土层桩侧摩阻力和桩尖阻力的分析.水运工程,2004,[2]:22-25.



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