冲淤沉积层中新型咬合桩工法及应用

下面是鲁班乐标给大家带来关于冲淤沉积层中新型咬合桩工法及应用，以供参考。

通过分析冲淤沉积层的特点和套管咬合桩的施工工艺,对套管咬合桩在冲淤沉积层中的扩径现象进行研究。指出在该地层中套管咬合桩施工产生扩径的主要原因是套管下沉对地层的扰动、周围土体向管内涌挤而产生的超挖和缓凝混凝土对地层的挤压扩张作用。提出利用水泥搅拌桩替代A序素混凝土桩,用有钢筋笼的B序桩咬合A序的水泥搅拌桩,形成钻孔桩咬合搅拌桩的一种新型咬合桩工法。该工法可以有效解决在冲淤沉积层中进行咬合桩施工时的扩径问题和止水问题。该工法在南京地铁西延线工程中得到应用,取得了较好的应用效果。

1冲淤沉积层中灌注桩的扩径机理

1.1咬合桩的扩径原因分析

全新世冲淤沉积层一般具有强度低、高含水量、高压缩性和高灵敏度的特点。

A桩为Ⅰ序桩,通常为素混凝土桩,B桩为Ⅱ序桩,通常为钢筋混凝土桩。由于B桩施工时要切割A桩,所以A桩的混凝土须缓凝,缓凝的时间应根据桩长和施工速度控制,一般在28~60h之间,咬合桩施工流程和时间关系如图3所示。

根据冲淤沉积层的特点和咬合桩的施工工艺,钻孔咬合桩成桩过程中导致扩径有以下3方面的原因:①套管下沉过程中对土层的扰动;②由于取土面与套管底口刃脚间的距离控制不当,导致周围土体向套管内涌挤而产生超挖,如图4所示;③缓凝混凝土的比重比周围土层大,缓凝时间较长的混凝土对周围土体存在挤压扩张作用,成桩之后的扩径照片如图5所示。

1.2套管内土隆起引起的超挖量分析

如图4所示,由于套管内外压力差的存在,在成孔取土中很容易造成开挖面以下的土体因隆起而发生超挖。本文近似采用基坑抗隆起计算公式[12]计算安全系数ks。

若安全系数取ks=1.4,对一般的冲淤沉积层,c=10~20kPa,φ=5°~20°,取上述指标的均值,不同开挖深度时套管内土体的预留厚度如表1所示。随着开挖深度的增加,套管内所需的预留厚度也越大。在实际施工中,预留取土厚度一般只能控制在2~3m,所以当桩长超过10m时,总存在一定的超挖量,这部分超挖量将引起混凝土超灌,从而产生扩径现象。

1.3缓凝混凝土的挤压扩径

由于A序桩的缓凝时间较长,同时混凝土的比重要比土层的比重大,混凝土凝固前将对周围的地层产生挤压作用,如图6所示。图中r1和r2分别为圆筒内径和外径;p为混凝土压力,MPa;q为土压力,MPa。本文借助小孔扩张理论[13]对这一问题进行求解。

式中:μ为土的泊松比;E为土的弹性模量,MPa;r为桩的半径,cm;C为土的不排水抗剪强度,kPa;k为水平抗力系数。

根据一般冲淤沉积层的物理力学指标,半径的扩张约5~10cm,这在工程中是一个不可忽视的量。

2钻孔桩咬合搅拌桩工法

冲淤沉积层中咬合桩因A序桩混凝土缓凝而发生的扩径问题,可以通过施工方法进行调整控制。文献[14]介绍了在软土地层中采用搅拌桩与钻孔灌注桩形成的复合式围护结构。其最初的设计思路是将搅拌桩作为止水结构设置在钻孔桩的外侧,由钻孔桩来承担坑外侧的土压力。本文根据搅拌桩的比重与土层的比重相近的特点,将A序桩改成水泥搅拌桩,用B序桩咬合A序搅拌桩形成钻孔桩咬合搅拌桩工法。钻孔桩咬合搅拌桩的平面布置如图7所示。由于B序桩中有钢筋笼,A序桩为水泥搅拌桩,在软土地层中不存在扩径问题,同时搅拌桩的存在还能制约B序桩的超挖,从而有效地解决扩径问题。

3应用实例

南京地铁西延线的元—中区间地处南京的河西地区,在清代还是长江的漫滩,属全新世冲淤沉积层。区间隧道全长1152m,土层层厚及物理力学指标如表2所示。

由于区间隧道的开挖深度为9~11m,拟定的围护方式如图6所示,A序桩为650mm水泥搅拌桩,B序桩为800mm钻孔灌注桩,两相邻A序桩和两相邻B序桩的中心间距均为1050mm,实际咬合量为20cm,搅拌桩的水泥掺量16%,水灰比0.54。

隧道搅拌桩的最大优点是可以采用多台机具同时施工,加快施工进度。图8是钻孔桩咬合搅拌桩的实际效果,从中可以发现止水效果非常好,同时钻孔桩没有扩径现象。

5结论

钻孔桩咬合搅拌桩是针对冲淤沉积层的地质特性提出的新工法,其特点是充分利用搅拌桩的止水性能和钻孔桩的抗弯性能,可以避免钻孔咬合桩的扩径现象,也利于提高工效。但在施工中应注意对垂直度的控制。