《桥梁大直径钻孔灌注桩论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桥梁大直径钻孔灌注桩论文（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 桥梁大直径钻孔灌注桩基础承载力影响因素分析1 绪论随着设计技术的发展与施工水平的提高, 大直径基桩因其适用性广、施工速度快、质量可靠、承载能力强等优点成为高层建筑、地下工程、公路与铁路桥梁、港口码头工程等领域中越来越重要的一种基础形式。在所有桩基础类型中，灌注桩应用最为普遍，其中特别以钻孔灌注桩为主。钻孔灌注桩能穿越各种复杂地层并形成较大的单桩承载力，并且适应各种地质条件和不同规模的工程，重要的是钻孔灌注桩的噪音和震动都很小，并且没有挤土，对周围的环境影响小，因此并且适应各种地质条件和不同规模的工程。这种施工方法，可以使施工不仅限于水下工作，而且可以水上工作，这样可以简化施工的一些程序，也可
2、以有效缩短工期，从而减少工程造价，并且所需的设备简单易操作。随着经济的发展和技术的进步，钻孔灌注桩的桩长和桩径都不断加大，对于单桩承载力的要求也变的很高，同时，也使单柱单桩的设计成为现实。由于钻孔灌注桩的施工大部分无法直接从外部观察，成桩后也不能进行开挖验收，尤其对于长桩、大桩，施工难度大，易发生质量安全事故。但单柱单桩的设计，对桩的质量要求高，发生质量事故后，加固处理难度大，而且费用较高。所以为了是桩基础大量的发展，必须研究大直径钻孔灌注桩基础承载力影响因素，以确保桩的承载力。在桩的影响因素当中，我们比较难解决的是桩底沉渣和桩周泥皮对桩基础承载力的影响。本文利用Ansys 有限元软件，建立合
3、理的桩土共同工作的有限元模型，考虑大直径钻孔灌注桩施工过程中的桩底沉渣、桩周泥皮等多种情况,模拟计算大直径钻孔灌注桩单桩竖向沉降变形，并与静载试验进行比较，分析得出大直径灌注桩在竖向荷载作用下的工作性状,适当改变沉渣厚度、泥皮厚度，根据求解结果判断沉渣、泥皮对单桩沉降的影响,固定沉渣厚度或泥皮厚度，适当改变桩长，根据求解结果判断，沉渣或泥皮厚度对不同桩长桩的沉降影响。2 大直径钻孔灌注桩的发展概述2.1大直径钻孔灌注桩的含义大直径灌注桩系是指在工程现场，通过机械钻孔、钢管挤土、人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在孔内放置钢筋笼、灌注混凝土做成的桩。依照成孔方法不同，灌注桩可分沉管灌注桩、钻孔
4、灌注桩、挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩的类型。大直径灌注桩属非挤土或少量挤土桩，施工时基本无噪音、无震动、无地面隆起与侧移，也无浓烟排放，因而对邻近人们的生产和生活活动影响小，对周围建筑物、路面或者地下设施等危害小；大直径灌注桩直径大，入土深，现在机具和人工挖掘都能进入各类地基，且能把桩嵌入于各类基岩，这均是打、振、压入式桩所不及的；大直径灌注桩可采取扩大底部的形式，更好地发挥桩端土的作用；大直径灌注桩出能承受较大的竖向荷载外，由于桩身刚度比较大，能承受较大的横向荷载，增强建筑物抗震能力。2.2 大直径钻孔灌注桩的施工方法 (一) 全套管工艺全套管工艺以贝诺托工艺为
5、代表, 它是将套管振动压入基岩, 在套管内开挖的工艺, 亦称为“霍氏就地灌注桩”。施工程序为：压人套管， 振动压下套管并开挖, 接长套管, 放入钢筋笼, 插人混凝土的套管,浇注混凝土、抽拔管， 抽拔套管， 完工。特点：孔桩工艺因有套管保护, 故能保证桩的断面面积, 但套管压入至地下水位以下时, 会产生孔内水位下降。(二) 旋转钻孔工艺旋转钻孔工艺是用泥浆保护壁并用旋转式钻机进行开挖的一种钻孔施工工艺, 与反循环钻孔法不同的是, 旋转钻孔所用的泥浆比重大些, 水头差不受2m以上的限制。施工程序为： 开始开挖, 插人导管, 开挖完工， 扩孔, 插人钢筋笼, 安置浇灌混凝土的导管, 浇灌混凝土, 混
6、凝土浇灌完毕,完工。特点：这种工艺施工时, 孔壁四周的泥水膜增厚的同时, 由于泥水比重的增大, 而使泥水的沉淀变慢。(三) 反循环钻孔工艺反循环钻孔工艺是利用孔内水位高于地下水位, 用孔内泥浆保护孔壁并进行开挖。施工程序为：专用油泵并以冲击式抓斗开挖, 与此同时将套管插至适当深度，转台、钻头、凯氏钻杆等开挖机械设备及泥浆循环设备, 接长钻杆并开挖至支承层,在支承层中开挖的一定深度内, 将钻杆适量提起,边旋转边进行泥水处理, 降低泥水比重,放钢筋笼，人浇注混凝土用的套管, 在顶部攘长凯氏钻杆,用空吸泵对孔底进行第二次处理,拆除凯氏钻杆, 浇筑混凝土，混凝土浇筑到一定标高后, 拔去凯氏钻杆式竖杆。
7、特点：由于松动孔壁和桩周地基, 因而能较好发挥桩周的支承力。可是, 由于泥浆在孔底的沉淀迟缓, 故应认真对待孔底沉渣的处理。(四) 人工钻孔深基础工艺 深基础工艺有如打井的施工法, 它是以衬板、薄钢板和环形模板等作为孔壁挡土材料, 采用人工开挖的一种钻孔工艺这种工艺原则上不适合在地下水位以下采用。只能在水泵可排干水时方可适用。在某些情况下, 由于其桩径大, 端尖承担的垂直支承力也大, 为此, 开挖完毕后, 为了保护风化的和蹂踏破碎孔底, 应用混凝土迅速封底。2.3 钻孔灌注桩的特点大直径灌注桩属非挤土或者少量挤土桩，施工时基本没有噪音、无震动、无地面隆起或者侧移，也没浓烟排放，因而对人们的生产
8、和生活活动影响小，对周围建筑物、路面或者地下设施等危害小；大直径灌注桩直径大，进入土较深，现在机具和人工挖掘都能进入各类地基，且能把桩嵌入于各类基岩，这均为打、振、压入式桩所不及；大直径灌注桩可以采取扩大底部的形式，更好地发挥桩端土的作用；大直径灌注桩出能承受较大的竖向荷载外，由于桩身刚度较大，还能承受较大的横向荷载，增强建筑物抗震能力。钻孔灌注桩同其它桩型相比较有如下技术特点：（1）钻孔灌注桩属非挤土桩，施工过程中产生的噪声低、振动较轻，没有地面隆起或者侧移，也没有浓烟排放，因而对环境的影响小，对周围建筑物和地下管线危害很小，是城区建筑的比较常用类型。（2）可根据土层分布情况选取桩长，容易适
9、应持力层面高低不平变化。（3）可根据建筑物的荷载分布与土层情况采用不同的桩径，对于承受横向荷载的桩可设计成有利于提高承载力的异形桩，还可设计成为变截面桩，即在受弯矩较大的上部采用比较大的截面。（4）可穿过各种各样软、硬夹层，将桩端置于坚实土层或者嵌入基岩，还可扩大桩底以充分发挥桩身强度与持力层承载力。（5）单桩承载力高，视地质条件、桩身尺寸、混凝土强度等级不同，一般可达数千甚至数万千牛，因此可设计成一柱一桩，无需桩顶承台，简化基础结构。（6）桩身刚度大，既能承受较大的竖向荷载外，也能承受较大的横向荷载，增强建筑物的抗震能力，并能有效地充当坡地抗滑桩、堤岸支护桩以及地铁和建筑物基坑开挖的支护桩，
10、还可在基坑开挖后继续作为地下室的承重墙等永久性结构使用。（7）因钻孔灌注桩通常布桩间距大，群桩效应较小，设计中不必为此进行繁琐的计算，对桩的沉降估算也比较简便。（8）桩身配筋可根据荷载大小与性质及荷载沿深度的传递特征以及土层的变化配置，省去预制桩制作、起吊、运输、打入等工序，其配筋率远低于预制桩，造价低。（9）施工设备比较简单、轻便。（10）施工工艺多种多样而且日新月异。因各国工程技术人员为了控制成桩质量、提高工作效率、保证施工安全，针对不同的地质条件与环境条件，研制了各种施工机具，形成了各具特色的施工工艺。（11）工程技术人员可用桩孔排出的土，对桩所穿越土层性质进行鉴别验证。（12）钻孔灌注
11、桩施工的现场作业太多，影响施工质量的人为因素较多，质量不算很稳定。有时会发生缩颈、断桩、桩身局部夹泥、桩身混凝土离析、桩顶混凝土强度不足等质量事故。桩侧阻力和桩端阻力的发挥常随施工工艺变化而变化，且在较大程度上受施工操作影响。（13）由于钻孔灌注桩承载力高，进行常规静载荷试验难以测定极限荷载，因此对在各种施工工艺条件下形成的桩，其受力、变形和破坏机理至今还未完全研究清楚6。2.4 钻孔灌注桩在发展历史20世纪40年代，随着大功率钻孔机具的产生，钻孔灌注桩技术首先在美国问世。随着二战后世界经济的复苏与发展，高层、超高层建筑的不断兴建，它们绝大多数都选择了钻孔灌注桩。尤其是70年代以后，钻孔灌注桩
12、技术在世界范围内出现了蓬勃发展的局面。1963年中国钻孔灌注桩在河南省诞生。这年冬在河南安阳冯宿桥的两座桥台中首先采用了钻孔灌注桩基础，当时钻孔使用的是水利部门打井用的大锅锥，孔径一般6070cm，用人力推磨方式钻孔，方法虽然比较原始，但钻孔质量仍可得到保证，使用效果很好。接着在河南省竹竿河和白河两座大桥扩大应用，国内一些其他省市也相继推广。1965年4月交通部在河南召开钻孔桩的技术鉴定会，认为它是一项重大技术革新，决定在全国推广。这种简易机具的钻孔桩，解决了桥梁水下深基础的施工问题，而且把水下作业改为水上进行，与原来的沉井基础等形式对比，其技术经济优越性十分突出，所以很快被全国公路科技人员所
13、认识和接受，成为公路桥梁下部基础的首选形式，城建、铁路、水利等系统的桥梁工程也相继采用。1965年交通部在河南举行鉴定会之后，随后以交通部公路科学研究所为首，河南、吉林、湖南、陕西、四川等省参加，组成专题研究组研究，并动员全国公路桥梁系统大协作，对钻孔桩施工工艺，设计方法进行全面系统的研究。专题研究组收集全国105根桩径最大达140cm，桩长最大达47m的试桩资料进行分析整理，除施工工艺外，最重要的是提出了钻孔灌注桩的设计方法。这项研究工作相当艰巨而又十分细致，具有很高的学术水平，所得成果被纳入1975年我国交通部颁布的公路桥涵设计技术规范（试行）和1985年新颁公路桥涵地基与基础础设计规范（
14、JTJ024-85）中。此后，钻孔灌注桩就有了符合我国具体条件和成桩方法的规范化设计方法，对指导生产和促进灌注桩的发展都起到积极的作用2。2.5 钻孔灌注桩的发展趋势目前，钻孔灌注桩施工技术正在迅猛发展，下述的一些动向值得我们关注：（1）桩的尺寸向长、大方向发展基于高层、超高层建筑物承载力的需要，桩径越来越大，桩长越来越长。例如，郑州某工程反循环钻孔灌注桩直径为10001100mm，桩长77.6m；南京长江二桥主塔墩基础反循环钻孔灌注桩直径3000mm，深度150m。（2）向攻克桩成孔难点方向发展以日本为例，成立了由64家基础工程公司组成的岩层削孔技术协会，研究开发出20余种大直径岩层削孔工法
15、，其中长螺旋钻进成孔3种、回转钻进成孔法5种、冲击钻进成孔法7种以及全套管回转掘削法9种。国内也有不少单位成功的研究开发出岩层钻进成孔法及大三石层钻进成孔法。（3）向低公害工法桩方向发展泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩在地下水位高的软土地区虽然被广泛的应用，但由于泥浆的使用导致施工现场不文明，泥浆排除（成为二次公害）的困难，成为施工者头痛的事。因此钻斗钻成孔灌注桩，因其干取土作业加之所使用的稳定液由专用的仓罐贮存，现场比较文明，在日本建筑业界此类桩已成为泥浆护壁灌注桩的主力桩型，国内此类桩型的采用亦日趋增多。（4）向扩孔桩方向发展北京地区普通直径钻孔扩底灌注桩的静载实验结果表明，与相同桩身直径的直孔桩
16、相比，前者的极限荷载为后者的1.77.0倍，前者的单位桩体积的极限荷载为后者的1.43.0倍。大直径钻孔扩底桩具有承载力高，成孔后出土量少、成台面积小等显著优点，在国内外得到广泛应用。我国的钻孔扩底桩的种类有20种以上，日本的大直径钻扩桩工法近30种。扩孔的成型工艺除钻扩之外，还有爆扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、冲扩、注扩、挤扩和挖扩等种类。（5）向异型桩方向发展为了提高单桩承载力（桩侧阻力和桩端阻力）国内外大量发展异型桩。广义的说，异型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩。挤扩多分支承力盘桩是由桩身、分支、分承力盘和桩根等部分组成的纵横断面均异化的异型桩，其单位桩体积的极限荷载为相应的直孔桩的2倍以上。（6）向组和式工艺桩方向发展由于承载力的要求、环境保护的要求及工程地质与水文
