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工民建工程中旋挖挤扩灌注桩的设计的方法论述
工民建工程中旋挖挤扩灌注桩的设计的方法论述
摘要:本文首先介绍了旋挖挤扩灌注桩的一些详细的发展情况,然后重点介绍了其在工民建工程中的设计方法。
关键词:工民建;旋挖挤扩灌注桩;设计方法
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
当前是我国基础建设的高潮期,高速铁路、城市轨道交通、城市化进程以及各种港口、桥梁建筑等重大项目不断开工建设,工程中涉及的桩基础不计其数,每年灌注桩的混凝土方量超过亿万吨。如此重要和巨大的工程量,十分有必要积极采用先进的技术和理念,建设更安全、更经济、更具社会效益的基础。DX 桩通过旋挖挤扩技术,将传统的直孔桩转变为多点支撑的新型桩,充分利用了土体端阻力远远大于摩擦力这一天然特性,充分挖掘了土体的潜力,从而有更高的竖向抗压和抗拔承载力。
1旋挖挤扩灌注桩简介
2009 年建设部发布了《三岔双向挤扩灌注桩设计规程》JGJ 171 -2009,提出了 DX 桩的设计计算方法,但在铁路桥梁和公路桥梁设计规范中对于桩端承载力的计算有很大的不同。由于 DX 桩承力盘承担较大的荷载,因此不同的方法得到的结果有很大差异。铁路工程建设中少见使用 DX 桩的实例。文章主要研究JGJ 171 - 2009 和 TB 10002. 5 - 2005《铁路桥涵地基和基础设计规范》这两个规范中单桩竖向抗压承载力的计算方法,并依据已有详细资料的 18 个工程实例,对 DX 桩在铁路工程中的设计方法进行研究。
DX 桩作为变截面新桩型的代表,近年来得到了迅速的发展。它是在钻孔灌注桩的基础上,使用专用的挤扩设备在桩底和桩身挤扩成为支盘状,然后浇灌混凝土形成桩身、承力盘和桩根共同承载的桩型。由于承力盘增大了桩身的有效承载面积,同时挤扩设备对周围土体有一定的挤密作用,因此DX 桩可较大幅度提高单桩承载力。目前在山东、山西、天津等地的部分地区和企业已制订了 DX 桩设计与施工的规程和企业标准,使得 DX桩在这些地区得到推广应用,并取得了良好的经济效益。但 DX 桩由于其多级扩径体的存在改变了传统等截面桩的荷载传递和变形性状,桩与土之间的相互作用问题较为复杂,目前人们对 DX 桩承载机理的认识还很不充分,制约了 DX 桩在工程中应用的发展。
2 DX 桩的工艺特点
2.1 基本原理
三岔双向挤扩灌注桩( 简称 DX 桩) 是在钻( 冲) 孔后,向孔内下入专用 DX 挤扩装置,通过液压系统控制该装置的挤扩臂的扩张和收缩,按承载力要求和地层土质条件在桩周土不同位置旋挖挤扩出匀称分布的扩大盘腔后,放入钢筋笼,灌注混凝土,形成由桩身、承力盘和桩根共同承载的桩型。DX 桩实质上是多节扩孔桩的新一代产物,是在应用 YZJ 型支盘挤扩机的实践中,总结国内外同类型机具的优劣特点,分析各类扩孔机具在不同土体中的成型机理,在支盘桩的基础上进行多方位的实质性改进,明显地改善了旋挖挤扩成型效果的一种新桩型。
2.2 DX 桩施工工艺
DX 桩施工工艺简单,主要的工艺流程包括: DX桩成直孔施工→将 DX 挤扩装置放入孔内→按设计位置自下而上依次挤扩形成承力盘腔体→测定盘腔体的位置与尺寸→下放钢筋笼→插入导管→灌注混凝土→成桩。
1) DX 桩属于钻孔多节挤扩灌注桩,它区别于钻孔扩底桩与人工挖扩桩基本不改变原地基土物理力学特性,将桩端承压面积扩大,DX 桩是在原等截面钻孔灌注桩施工增加一道工序,将 DX 旋挖挤扩装置下入孔中,通过地面液压站控制挤扩臂的扩张和收缩以及装置的自动旋转,旋扩出 DX 桩的承力盘腔,旋扩后腔体周围的土体被挤密,该挤密后的土体与随后浇注入盘腔内的混凝土紧密地结合成一体。通过扩大桩身多个断面直径,增大了桩的有效承载面积,同时由于挤密土体效应,较充分地发挥桩土共同承载作用,从而提高了单桩承载力,同时也改善了群桩的应力分布,进而达到减少沉降的目的。2) DX 桩的挤扩成孔工艺适用范围广,可用于泥浆护壁、干作业、水泥浆护壁及重锤捣扩成直孔工艺。3) 机具入孔过程,可对直孔部分的成孔质量( 孔径、孔深及垂直度的偏差等) 进行二次定性检测。4) 施工工艺中实施二次回钻及增加旋挖斗等手段,保证桩底沉渣满足国家规范要求。
3 工民建中两种规范中的设计方法比较
在《三岔双向挤扩灌注桩设计规程》JGJ 171 -2009 中规定单桩竖向抗压承载力特征值 Ra的计算方法如下:
当进行初步设计时,应根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向抗压极限承载力标准值 Quk,可按下式估算:
式( 1) ~ 式( 4) 中各参数所代表的物理意义参见规范说明。在该规范中,认为 DX 桩的承载力由三部分构成,即侧摩阻力、盘端阻力、桩端阻
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