微型桩复合地基的常见问题及设计方法

  中图分类号 TU4文献标识码A 文章编号2095-2104(2012)01-0020-02
  文章根据工程实例研究了小直径刚性桩复合地基作用机理,初步得出了桩土应力比的分布规律,分析对比了不同工况条件下的桩基受损的常见问题及防治措施,根据工程实践总结了该复合地基的计算公式,为进一步研究奠定了基础。
  关键词 微型桩 复合地基 成桩质量 承载力 垫层
  Abstract According to the engineering case studies the small diameter of the rigid pile composite foundation function mechanism, we got a pile distribution rule of the stress ratio, and compared the different operating conditions of the pile foundation of the damaged the common problems and prevention and control measures. According to the engineering practice, the author summarized the calculating formula of composite foundation, also laid the foundation for further study.Key Words tiny pile ;  composite foundation;  quality;  bearing capacity
   1、微型桩作用机理
   微型桩是利用桩管顶端振动箱产生的强大激振力,驱动桩管、桩尖与桩管周围土体发生共振、土体发生局部破坏,使桩尖挤压破土、下沉成孔,然后向管中灌注混凝土,待灌注量满足设计求后,边激振边上提,从而完成一个桩的施工过程。
   微型桩的成桩过程,对砂性土及塑性指数不大的粉质黏土和非饱和黏性土,桩管传来的高强激振力可使潜水位以下的桩周土体产生触变,土体颗粒重新排列组合,孔隙比减小,大小颗粒重新分配组合成密实的新簇团,使桩周土体在一定范围内得到挤密加固。在含水量高的土层中,排水固结作用很明显。
   如果软弱土层厚度不大,则桩体可贯穿整个软弱土层,直达相对硬层,此时桩体在荷载作用下主起应力集中作用,从而使软土负担的压力相对减小,结果与原天然地基相比,复合地基的承载力提高、压缩性减小;如果软弱土层较厚,则桩体可不贯穿整个软弱土层,构成一定厚度的桩土复合体,从而可提高地基整体的承载力,减少沉降量。
   据有关资料统计,用试验方法确定地基的特征强度,特征强度值所对应的沉降量一般在15~25mm间,而大量相类桩基试验P—S曲线,桩沉降15~25mm时,桩受力大多越过P—S曲线拐点,接近或相当接近桩极限承载能力。
   因此,微型桩复合地基的工作状态为使用荷载下,地基达到强度的特征值,桩侧阻力达到其O.6~O.8倍的极限强度,桩尖反力达到桩尖土层深度修正特征强度。 特定的工作状态下(桩的置换率在6%~8%,桩距约3~4d),桩仅分摊30%~35%的上部荷载。这种设计不仅充分发挥桩的承载力,而且降低了对桩本身的求。
   设置微型桩群后,桩起到对土加筋作用,这种加筋作用可以理解为桩对土的侧限作用、抗沉(利用负摩阻力)作用,使得桩间土的强度得到提高。加设微型桩后,地基弹性模量加大,地基刚度得到加强。
   2、微型桩常见问题分析及防治
   1、缩径断桩
   造成这类事故的主原因有以下三种
   (1)对可挤密土,桩基在施工过程中,因桩管的振动挤压作用,迫使桩周高含水量土层严重液化或触变,土层中孔隙水压力骤然猛增,当围压强度过高时,即可造成桩体缩径事故的产生。
   解决这类事故的主措施是对可挤密性土,在施工工艺上,严格控制拔管速度(一般小于O.5m/min),可采用边振边拔、多振慢拔、停拔反插等多种措施,给桩周土体已产生的超高孔隙水压力以向外消散的时间。如桩距较大,可采用隔桩跳打,使新打桩对已打桩的挤压力减小,从而达到不缩径的目的。
   (2)混凝土坍落度的大小直接影响着成桩质量,一般宜在6~8cm。太稀,混凝土离析现象严重,使桩孔内孔隙水压力加大而发生缩径;太干,可移性太差,加上成桩时拔管速度过快,也易造成断桩、缩径。
   (3)桩管内的存料不足也是造成缩径的主原因之一。主表现为因桩管内混凝土自重压力小于桩周、桩底扰动土的回涌围压,桩体混凝土因周围强度过大而回缩,极易造成缩径断桩事故的发生。
   解决这类问题的主技术措施是桩管内最后的存料高度不得低于地表标高,宜略高于地表,不足部分应及时补充。在接近地表2~3m范围内,应采取慢拔、反插多振的原则施工,以确保承台以下桩体不出现缩径、断桩现象。
   2、桩体偏移过大,超过规范允许值
   当位移偏向承台外侧时,使承台工程量加大,桩群形心偏移,与结构上部荷载重心不重合,单桩受力不均匀;位移偏向承台内侧时,除因桩群形心偏移造成单桩受力分布不均匀外,还将影响相邻桩的成桩质量。
   造成这类事故发生的原因有以下三种一是桩管定位不准,一开始沉管就有偏位;二是桩架不稳,桩管不垂直,沉管过程中发生偏位;三是桩管活瓣或混凝土预制桩尖的尖端不居中,沉管过程中因桩管底部尖端导向水平偏斜而引起桩管偏移偏位。以上三条均是应在施工过程中予以克服的。
   3、桩料与土的混合
   当采用活瓣桩靴沉桩时,可能发生的问题是活瓣开口打开的宽度不够,混凝土下落不充分,造成桩端与土接触不密实或桩端一段桩径较小。此时,应经常检查活瓣开口的灵活度,发现不灵活应及时修理,或者改用预制桩尖。
   3、微型桩设计
   1、根据地质状况和上部荷载大致确定桩长。
   根据土的分层预估和预定桩的受力状态(上部土质较软、桩沉降较大时,桩的上段可能与土无相对位移,失去摩阻力),即确定桩侧摩阻力有效计算长度,计算长度约在O.4~O.6倍桩长(参考当桩的密度在3~4d时,按有效计算长度和O.6~O.8倍极限摩阻力计算结果,大致与桩的“允许”强度接近)。
   2、计算单桩受力(根据上文所述方法)。
   3、计算复合地基承载力特征值
   式中,——复合地基强度;
   ——总置换率(包括砂石桩、混凝土桩);
   ——混凝土桩的置换率;
   ——桩顶部位地基强度;
   ——每平方米用桩量;
   ——设桩后孔隙率减小、排水固结、桩对土的侧限、抗沉等统合作用等影响系数,试验证明其值可取1.2~1.6。
   4、地基各层受力复核。
   ①桩尖土层地基强度复核;
   ②有时需对桩中间软弱层进行复核(当该层土质过弱时,也可采取复打技术);
   ③对桩土应力比复核(复合地基常控制在3.5~8.O之间,如土强度过弱常用砂石桩加固土以降低桩土应力比)。
   5、护桩及垫层设计
   完全采用混凝土桩进行加固的,一般不设护桩,布桩时桩心布在基础边附近即可,如设计有砂石桩的,高一排护桩。
   桩顶须加设垫层,垫层厚度在验槽时最终确定,常用100~300mm,根据桩顶部位土质情况确定,局部软弱带必时可加厚至500mm。
  参考文献
  1 GB50007-2011,建筑地基基础设计规范
  2 JGJ94-2008,建筑桩基技术规范
  3 JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范
  注文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。