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自平衡下沉大直径管桩特性研究

2013-08-02 175 0

自平衡下沉大直径管桩解决了大直径、薄壁、空心桩的成桩难题，桩径Φ3m～15m，桩长可大于100m，壁厚可选用1/20桩径。可广泛应用于桥梁工程，在水利、港工、建筑、海洋工程和各种竖井中也有广阔的应用前景。
随着工程建设的快速发展，我们遇到的工程问题越来越复杂。对基础特别是桩基础承载能力的要求越来越高。回顾目前我们最常用的灌注桩在国内近50年的发展过程就可以清楚地看到这一点。随着成孔设备和工艺的不断发展灌注桩桩径和桩长从最初0.5m和20m发展到4m和100m。即使这样在解决复杂工程问题中仍难以满足要求。为了进一提高桩的承载能力一般的作法是在原有桩基形式上不断改进和完善，例如灌注桩桩底桩侧后压浆技术、变截面桩，葫芦桩等等，使得灌注桩的承载能力有所提高。我们则认为，为了大大提高桩基的承载能力，迫切需要发展一种新型桩基础。大直径空心桩是最有效的解决方案，而它的成桩问题，是基础工程中无法有效解决的一个难题。
目前常见的深基础按成桩特点分主要有灌注桩、沉入桩和管柱、沉井。灌注桩须先成孔后成桩，由于成孔设备和围岩稳定问题，桩径最大做到4m，空心成桩更为困难。沉入桩和管柱成桩依靠重锤击强振动，由于设备限制桩径也难以做大。实心桩桩径最大做到0.6m，PHC桩桩径最大做到1.2m，钢管桩桩径最大做到1.6m。管柱桩径最大做到5.8m，采用强力振动成桩效果不好，设备耗电量很高，目前已很少使用。沉井须靠自重克服侧壁与土间摩擦力下沉，壁厚要求很厚，一般须大于1.5m，使得小型薄壁沉井难以实现。通过上述分析看出，桩径Φ3m～15m成桩问题成为难点，而大直径桩只有采用空心截面才经济合理。
自平衡下沉大直径管桩具有如下特点和优势：
1. 解决了大直径、薄壁、空心桩的成桩问题。桩径Φ3m～15m，桩长可大于100m，壁厚可选用1/20桩径。在桥梁基础中，采用桩柱合一的结构形式，不设承台。
2. 大大提高单桩承载力，合理利用地基持力层，有效减小桩长。桩径大，桩底无沉淀，充分利用端承，单桩承载力可达20万KN以上，为桩柱合一，取消承台，简化基础结构创造了条件。可扩底以增大端承面积。
3. 抗弯、抗推、抗扭刚度大，充分利用土的弹性阻抗。大直径环形截面，抗水平作用和扭矩能力强。
4. 因灌注桩须先成孔后成桩，造成大直径桩成孔困难的困境被彻底打破。克服了钻孔桩无法有效利用端承和桩身砼质量无可靠保障的不足。彻底消除了挖孔桩的安全隐患。
5. 解决了管桩和管柱受设备振动力和地质条件制约而桩径和桩长无法加大的问题。消除了沉入桩高耗能、重锤击、强震动的弊端。
6. 实现自平衡下沉，克服了由于沉井只能依靠自重自由下沉，使得小型薄壁沉井难以实现的不足。自平衡下沉属于强迫下沉，施工下沉过程更容易控制。
7. 维护结构与受力结构合一。可运用于50米以上水深的基础工程。在水中施工时可预拼浮运，取消钢护筒、钢套箱和钢围堰，无需泥浆护壁。
8. 解决了群桩承台各桩受力不均，甚至出现部分桩受拉的问题。
9.设计和施工完全可按现行规范进行。利用成熟施工方法和工艺。
自平衡下沉大直径管桩施工技术是采用全断面除土和顶拉工艺，将管桩沉放到预定深度。其具体作法是：将管桩分节预制，管桩各节节间设中继间，安装顶压千斤顶，管壁预留孔道，穿入拉杆将管桩各节与管桩顶设置穿心式千斤顶联接为一体。利用上节管桩摩阻和自重作支撑顶压下节管桩下沉，然后利用下节管桩摩阻和自重，拉上节管桩跟进，管桩各节互为支撑，交替顶压下沉，利用自身摩阻和自重实现自平衡下沉。管桩下沉至预定深度后封底，张紧、锚固拉杆，封闭中继间，使管桩连接为整体。该管桩在深水中可采用预拼、浮运、水中扶正下沉，不需要钢护筒、防水钢围堰及钢套箱等防水工程和大型施工平台。
在北京阜石路改建项目高架桥工程中运用自平衡下沉大直径管桩已完成桥梁基础试验工程，取得圆满成功。该试验工程采用一根桩径Φ7m，桩长18m的自平衡下沉大直径管桩，成功取代原设计4根桩径Φ1.8m，桩长45m灌注桩承台基础。对试验工程分析表明自平衡下沉大直径管桩经济效益明显，砼用量和钢筋用量为原设计的50%左右，应用于无水地层工程造价可降低30%。分析预估应用于水下桥墩基础，经济效益会更加显著。

工程量计算--土石方工程、桩基础工程

钢结构设计施工中若干问题剖析

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