《软弱土层大面积满布密集管桩静压施工工法》适用于软弱土层(淤泥、中砂等天然含水量过大、承载力低、在荷载作用下易产生滑动或固结沉降的高压缩性土层平均厚度占管桩桩身设计长度的1/3以上)上,大面积(一般在10000平方米以上)满布密集(程度不小于100条/1000米或管桩以外径计算的面积累计占场地面积6%以上或管桩桩心距平均不大于3米)的管桩施工(注:软土厚度、施工面积、管桩密集程度等低于本范围要求但挤土效应明显或控制要求严的工程,也可根据实际情况选用该工法内的部分或全部指导性部署及工艺)。
《软弱土层大面积满布密集管桩静压施工工法》的工艺原理叙述如下:
静压桩作为挤土桩,压桩过程容易使软土中超孔隙水压力升高、周围土层被压密并挤开,使土体产生水平移动和垂直隆起,可能令邻近已压入的桩产生上浮、偏移和桩身折断;周边土体也会因超空隙水压力的不断传播和消失而蠕变,从而导致土体的垂直隆起和水平位移。对以上情况,主要从以下三点考虑:
1、管桩下压的挤土的方向虽然是向四周扩散,但主要前锋线是与施工方向一致且成扇形展开的,所以在施工部署上,整体施工方向应与拟挤土方向一致;此外,流塑状态的软弱土层的流动是非常缓慢的,必须以保证有足够的时间使得应力消散,所以对每天的施压量进行控制。
2、挤土量的多少,直接影响到挤土效应的大小,而利用管桩开口空心的特点,通过改良桩尖及工艺在桩内尽量返土,从而使对周边的挤土量减少。
3、对余下不能内部消化、必须挤向外部的泥土或水,采取阻拦上引的方法,利用场地内及周边的沟、孔,将挤土(水)在引至地表后排除,以保证对周边的挤土效应得到尽量的削减。
工艺流程
《软弱土层大面积满布密集管桩静压施工工法》的施工工艺流程见下图。
操作要点
《软弱土层大面积满布密集管桩静压施工工法》的操作要点如下:
场地平整等施工准备
施工前,场地平整应完成。由于软土上行走大型桩机易塌陷、下沉,可在场地表面铺设碎石,场地应能保证桩机能正常就位及顺利行走。同时,场地面应设置通畅的施工道路,保证管桩的运输能够到桩机近旁。临时用电等按相关要求进行设置。
确定桩机数量
桩机的数量由所需施工的管桩的数量及工期决定,该工法适用大面积区域的管桩施工,为利于应力消散,在工期允许范围内一般允许不大于15条桩/机·天(按土层地质流塑状态的高低,可适当降低或加快施工速度)的施压量。
若工期宽松,可按每台桩机施工6000平方米或1200条的工作能力计算(一般在4台以上);若工期紧张,可按每台桩机施工4000平方米或800条的工作能力计算。同时,场地面积及单向宽度对桩机数量可能有所限制,应满足桩机平面间距不宜低于30米(若同时施工的桩机过多过密,不利于桩施工挤土效应的消散)。
确定施工方向
施工方向是指整个场地的桩完成的推进方向,施工方向可按以下原则顺序确定(即当施工场地条件等不能满足所有原则时,应优先满足前一原则):
1)当建(构)筑物外围设支护桩时,宜先打工程桩,再打外围支护桩。
2)施工应由已建建(构)筑物一侧向无建(构)筑物一侧进行。
3)施工应向着江(塘、泽、河、海)的一侧进行。
4)当施工场地较开阔,宜从中间向四周对称施打;当场地狭长(一般情况下指桩满布的区域长宽比大于2),宜从中间向两端对称施打。
5)根据桩的入土深度,宜先深后浅(一般指不同持力层桩)。
6)根据管桩的规格(桩径等),宜先大后小(成片大量管桩桩径不同时方予考虑,且可使用不同桩机或夹具以保证施工同步性及挤土方向)
7)根据场地不同标高时,宜先高后低。
确定桩机平面布置及桩机路线
在桩机平面布置上,桩机阵列应与施工方向垂直设置,且在路线行走上设置时间差(即各平行路线开动时相隔2~3天)。施工路线是指桩机的行走整体路线,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),见下图。
密集管桩的施工,采用跳压,跳压可相隔2条桩为宜。跳压基本方式如下图所示。
泄泥沟及泄泥孔的设置
泄泥沟也叫做泄压沟、防挤沟,本技术考虑同排水沟综合设置,设置区域为环场及平行场地短向设置(长向超过100米时,考虑每隔30~0米设置一道)。泄压沟截面通常为梯形,沟底标高通常与软弱土层(淤泥层等)顶标高持平或略低(小于5米,且通常不宜大于3米,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。
泄泥孔也叫做排泥孔、泄压孔,该工法考虑利用降水井及工程其他钻(冲)孔灌注桩施工时的成孔综合设置(单独设置时,由于使用的机械及人工、排泥方式处理、回填等均会对成本及施工便利性造成影响,推荐在泄泥沟及降水井改造成泄泥孔均不能满足泄泥要求时,在成本核算后使用)。设置位置为环场(每隔10~30米)及场内(间距以30~50米为宜),设置孔应以大径(推荐φ800毫米)孔为主,按地质资料考虑深度宜深入软土土层的长度为桩身设计长度的1/3为宜,泥浆采用溢满自流入环场泥浆泄压沟,必要时,利用泥浆泵抽排。如果是利用钻(冲)孔灌注桩成孔时泄泥的,在管桩施工数量完成1/3时,按管桩施工方向进行成孔施工。沟内及孔内排(抽)出的泥浆,经由统一设置的环场沟排至场边或场外(允许排放)的池塘、江河等或者外运。(泄泥沟及泄泥孔的设置见下图1~图3)。
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桩位测设
《软弱土层大面积满布密集管桩静压施工工法》所适用的工程,所需确定桩位较多先用全站仪精确放出轴线位置,按每天工作量提前1~2天用全站仪放出(各分区、各桩机)近期施工所需桩位。当天施工前,用卷尺对桩位按到轴线距离进行复核,桩位放线允许偏差为20毫米。
桩机的就位、校正
确定平面布置后,进行桩机就位安装,安装必须按有关程序或说明书进行。利用桩机的沿十字轴线运行的特点快速对准桩位。
吊桩及桩尖安装
预应力混凝土预制桩每节长度一般在12米以内,施工前先用起重机吊运或用汽车运至桩机附近,再利用桩机上自身设置的工作吊机将桩吊入夹持器中,使桩尖垂直对准桩位中心。安装普通钢板制备简易管桩的“锯齿型开口桩尖”(桩尖的制备按该工法所采用实用新型专利制备,基本方法为:将钢板中央锯齿形切割开然后分别将各块弯曲成圆筒对焊)。桩尖采用焊接安装在管桩上。如下图。
(管桩)自引孔
引孔的主要目的是防止表层填土堵塞管口从而影响桩芯内返土。桩机对准桩位就位、调平后,用管桩自引孔,引孔孔径比桩径略大(宜大于50~100毫米),引孔深度约L/5~L/3(L为设计桩长,至少至软弱土层面)。
压桩
利用夹持油缸将桩夹紧,开动压桩油缸,先将桩压入引孔深度后停止,调正桩在两个方向的垂直度后,压桩油缸继续伸程把桩压入土中,伸长完后,夹持油缸回程松夹,压桩油缸回程,重复上述动作可实现连续压桩操作,直至把桩压入预定深度土层中。由于软弱地基上桩施工压入一般比较顺利,但为增大返土量及接桩时桩自沉,应控制压入速度,一般为1~2米/分钟。在压桩过程中要认真记录桩入土深度和压力表读数的关系,以判断桩的质量和承载力。当压力表读数突然上升或下降时,要停机对照地质资料进行分析,判断是否遇到障碍物或产生断桩、飘桩现象等。
接桩及(达终压条件时)送桩
当桩顶被压至距地面0.8~1米,应根据配桩长度要求,吊放第二节桩驳接,尽可能达到或接近设计桩长的要求。接桩可以采用二氧化碳保护电焊接、硫磺砂浆锚接或预制快速接头。
对于焊接,接桩时要把两桩面上的杂物泥土清除干净,焊接完毕检查满焊,不得出现夹渣或气孔等缺陷,焊缝应冷却8~12分钟后方可继续施压(接驳桩处是否需要沥青防腐涂料处理及焊缝探伤按图纸要求)。达到压桩终止条件时,可利用送桩器进行送桩;为使施工方便,也可采用一节标准管桩进行送桩。