鋼管樁在軟基工程中的應(yīng)用

鋼管摩擦樁在軟基工程中的應(yīng)用及施工1.1概述廣東省珠海市乾務(wù)赤坎大聯(lián)圍加固達(dá)標(biāo)工程三前閘應(yīng)急項(xiàng)目位于黃海系黃矛海東海岸圍墾區(qū)，無(wú)陸路通往工程建設(shè)工地，需修建一座不小于750噸級(jí)的臨時(shí)碼頭，以保證施工材料及設(shè)備的登岸。根據(jù)地勘資料可知巖基埋深大于50米，由于碼頭修建費(fèi)用受限且工期要求緊，又為了不因碼頭的修建而改變海水流態(tài)導(dǎo)致對(duì)海堤的破壞，碼頭只能取開敞式結(jié)構(gòu)，針對(duì)這些客觀制約因素，故選擇了鋼管摩擦樁鋼結(jié)構(gòu)承臺(tái)結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)過(guò)施工和使用過(guò)程的檢驗(yàn)，完全達(dá)到了經(jīng)濟(jì)、快速的預(yù)期效果和使用要求。1.2鋼管樁的特點(diǎn)1.2.1能承受較大的沖擊力。由于能承受強(qiáng)大的沖擊力，因此其穿透和貫入性能優(yōu)越。1.2.2承載力大。由于作為鋼管樁母材的鋼材，其屈服強(qiáng)度高，所以只要將樁貫入到堅(jiān)實(shí)力層上，便可獲得很大的承載力。1.2.3水平阻力大，抗橫向力強(qiáng)。由于鋼管樁的斷面剛度大，對(duì)抵抗彎矩作用的抵抗也大，所以能承受很大的水平力。另外還可以采用大直徑厚壁管廣泛的用于承受橫向力的系船柱、橋臺(tái)、橋墩之上。1.2.4設(shè)計(jì)的靈活性大?？筛鶕?jù)需要變更鋼管樁的每根單管的壁厚，還可根據(jù)需要選定適應(yīng)設(shè)計(jì)承載要求的外徑。1.2.5樁長(zhǎng)易調(diào)節(jié)。由于鋼管樁可以自由地進(jìn)行焊接接長(zhǎng)或氣割切短，所以很容易調(diào)節(jié)樁的長(zhǎng)度，為實(shí)地施工提供了方便。1.2.6接縫安全，適于長(zhǎng)尺寸施工。，由于鋼管具有良好的可焊性，且接縫強(qiáng)度與母材強(qiáng)度相等，所以能夠根據(jù)適應(yīng)性需要的埋設(shè)深度而制作長(zhǎng)尺寸的鋼管樁。1.2.7管樁與上部結(jié)構(gòu)容易結(jié)合。通過(guò)將鋼筋預(yù)先焊于樁上部，鋼管樁很容易與上部的承臺(tái)砼結(jié)合。也可以直接同上部結(jié)構(gòu)相焊接，達(dá)到上下共同工作之目的。1.2.8打樁時(shí)對(duì)粘土地基的擾動(dòng)作用小，可在小面積現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行密集的打樁施工。適用于高層建筑物，大型機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)和港灣結(jié)構(gòu)物等。在小面積上作用大荷重的工程。1.2.9鋼管樁最適合于快速施工，其綜合經(jīng)濟(jì)效益高，相對(duì)而言可節(jié)省工程費(fèi)用。鋼管摩擦樁的設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)依據(jù)廣東省珠海市乾務(wù)赤坎大聯(lián)圍加固達(dá)標(biāo)工程三前閘應(yīng)急項(xiàng)目工程地質(zhì)勘察報(bào)告-湖北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院；外部鉛直荷載：.施工中最大件（平扳門門葉）重量：15T;.構(gòu)件卸船汽車吊按50T吊，自重48T計(jì)；.碼頭鋼結(jié)構(gòu)承臺(tái)自重約17T。C.水平荷載：考慮使用期在非臺(tái)汛期，風(fēng)浪導(dǎo)致的水平荷載小，在結(jié)構(gòu)上采用斜管樁及堤岸水平阻推措施予以處理。高程地層巖性平均含水量（%）壓縮系數(shù)（Mpa-1）地基承載力（kpa）標(biāo)貫擊數(shù)（N63.5）各土層的樁周摩擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值-1.5?-7.5流態(tài)、軟塑淤泥-1（軟-流塑）-7.5?-13淤泥62.22.597-1305?8kpa-13?-45.4粘土32.90.3611251520?35kpa（可-硬塑）（-30—33.2）礫質(zhì)粘土17.92135?40kpa（硬塑）-45.4?-51.8粘土17.922015?1820?35kpa（硬塑）-51.8以下花崗巖表1.相關(guān)地質(zhì)資料匯總表3-2鋼管樁的布置及選型3-2-1根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及使用要求擬定鋼管樁的布置，碼頭平面尺寸為：寬7米、長(zhǎng)20.70米，垂直于海堤布置。鋼管樁在承臺(tái)平面內(nèi)，按每排三根樁，排距4米，共4排，等距布置,在與堤岸相接端跨中（岸坡）處增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)支承柱三根以替代鋼管樁，斜樁布置于外排樁（迎海端）兩側(cè)。承臺(tái)在外排樁處外伸0.5米以防止因船體對(duì)外排樁的撞擊造成鋼管樁的損壞。同排樁的中心間距為3米，根據(jù)樁的最小中心間距宜大于2倍樁外徑的要求，進(jìn)行同排樁的布置。3-2-2鋼管樁的選型、選材鋼管樁可分為開口樁和閉口樁（平底、錐形）兩類?？紤]到海堤岸坡8米范圍有護(hù)岸塊石，且樁間距離大的因素，故鋼管樁選定為錐形閉口樁。根據(jù)市場(chǎng)管材供貨情況及鋼管樁壁厚不宜小于6mm的要求，擬定支承樁材料為：①27.5mm,壁厚6mm;斜樁材料為：①400mm,壁厚6mm的螺旋鋼管。3-2-3持力層的確定及其樁長(zhǎng)的確定根據(jù)持力層強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：砂土標(biāo)貫擊數(shù)N值大于30，粘土標(biāo)貫擊數(shù)N值大于20的要求，由地勘資料選定持力層頂部高程為-30.0米，考慮管樁貫入持力層深度大于3倍樁外徑，選定鋼管樁樁底高程為-31.0米。樁頂高程的確定，根據(jù)：①承臺(tái)結(jié)構(gòu)滿足計(jì)算強(qiáng)度要求的承臺(tái)高度；②滿足樁頂與承臺(tái)旱接施工在水面之上，以保證施工的可操作性。根據(jù)上述兩原則，確定樁長(zhǎng)為32米。3-2-3鋼管樁單樁承載能力的計(jì)算樁的垂直承載力，一般由單樁靜載荷試驗(yàn)，靜力學(xué)承載公式，靜力觸探資料，動(dòng)力試驗(yàn)資料，以往資料推算等幾種方法確定。在此我們根據(jù)靜力學(xué)承載公式計(jì)算求得，對(duì)于閉口鋼管樁承載力可根據(jù)下式計(jì)算：Qp=Qs+Qb①式中Qp—樁的極限承載力Qs一樁側(cè)極限摩阻力Qb一樁端極限阻力而式中Qs=USqSiLi......②U一樁的周長(zhǎng)①27.5cmqsi-樁側(cè)第j層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值匕一樁穿越第「層的厚度Qb=qbAb'③式中qb—極限樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ)b-樁底面積將表1中相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式②③①中計(jì)算得鋼管樁單樁承載力為：Qmax=730.7KNQmin=466.9KN根據(jù)碼頭荷載組合及結(jié)構(gòu)布置形式內(nèi)力計(jì)算得碼頭單樁所需最不利狀態(tài)時(shí)承載力Q，為209.6KN,取安全系數(shù)K值為2,則所需單樁承載力：Q，=419.2KNQ，=419.2KNZQmin=466.9KN經(jīng)計(jì)算知：鋼管樁的實(shí)際承載力大于所需承載力，滿足承載要求。鋼管樁設(shè)計(jì)其它的要求：當(dāng)對(duì)承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)在變位量要求高時(shí)，還應(yīng)分別對(duì)鋼管樁的水平承載力，單樁抗拔承載力及負(fù)摩擦予以驗(yàn)算校核。鋼管樁的施工4,1.施工準(zhǔn)備4.1.1、施工計(jì)劃的編制施工計(jì)劃的編制對(duì)于保證安全地按質(zhì)按量如期完成打樁施工，是非常重要的環(huán)節(jié)。尤其對(duì)于重要的大型工程，這一計(jì)劃相對(duì)于整個(gè)工程而言是及其重要的組成部分。就打樁計(jì)劃本身來(lái)說(shuō)，應(yīng)力求制定得周密和切實(shí)可行，可按下圖所示順序進(jìn)行計(jì)劃的編制。4.1.2、鋼管樁的訂購(gòu)和運(yùn)輸保管1、鋼管樁的訂購(gòu)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的材質(zhì)及規(guī)格尺寸向生產(chǎn)廠家訂購(gòu)，供貨期、批量及特殊要求等項(xiàng)內(nèi)容應(yīng)在訂購(gòu)合同中寫明。若所需管材量小，無(wú)特殊要求時(shí)，可在市場(chǎng)訂購(gòu)。2、鋼管樁的運(yùn)輸通常有三種運(yùn)輸方式：①卡車或拖車運(yùn)至工程近處；②鐵路運(yùn)輸至車站；③船運(yùn)至碼頭。第①種運(yùn)輸方式往往作為直接方式或作為中間方式而不可避免的運(yùn)輸方式。采用公路運(yùn)輸時(shí)，需接清運(yùn)輸路交通規(guī)定，如：通行限制區(qū)域、限制高度、橋梁的荷重限制等。采用海上運(yùn)輸，必須調(diào)查裝卸場(chǎng)地及裝卸設(shè)備的狀況，還必須調(diào)查了解海上的氣象及海象等，鋼管樁在搬運(yùn)和使用時(shí)應(yīng)小心避免撞擊。總之，運(yùn)輸運(yùn)案的選定，必須保證其可行性。管樁的保管場(chǎng)（或加工場(chǎng)）應(yīng)盡可能地選定在靠近打樁的場(chǎng)地，盡可能地避免場(chǎng)內(nèi)搬運(yùn)。本工程由于管樁小，且單根樁長(zhǎng)為32米，采用了打樁處就近現(xiàn)場(chǎng)加工拼接的方法，并利用打樁船打樁架吊拉到位，既方便了施工，又節(jié)省了一定費(fèi)用。3、鋼管樁的保管鋼管樁現(xiàn)場(chǎng)保管的原則：保管場(chǎng)地應(yīng)選擇平坦，排水良好，不會(huì)因樁的自重而產(chǎn)生地基下沉的場(chǎng)地。對(duì)有可能沉降的地方，就作必要處理如鋪墊砂石或鋪墊枕木后方可使用。場(chǎng)的面積應(yīng)滿足管樁堆放及進(jìn)出小搬運(yùn)的要求。鋼管樁的堆放鋼管樁的堆放，應(yīng)根據(jù)以下原則進(jìn)行：a、當(dāng)樁有類別之差時(shí)，應(yīng)分類堆放，便于取出所需的樁，必要時(shí)進(jìn)行編號(hào)堆放。b、在地面和上下層之間，每間隔5米處故一10x10cm見方枕木，以防止堆放時(shí)因管樁自重而出現(xiàn)變形。c、相鄰管樁之間應(yīng)留有一定間隔，應(yīng)以木楔固定管樁，便于吊裝時(shí)掛放鋼絲繩。當(dāng)管樁為多層堆放時(shí)，防止因管樁滾動(dòng)而坍塌。4.1.3、臨時(shí)設(shè)施規(guī)劃臨時(shí)設(shè)施規(guī)劃主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：、機(jī)械設(shè)備、材料進(jìn)場(chǎng)道路的規(guī)劃修筑，施工用場(chǎng)地及辦公與生活用地的規(guī)劃。、施工用電與辦公及生活用電的規(guī)劃。施工用電規(guī)劃時(shí)，其容量應(yīng)在正常情況下略有富余考慮，以備當(dāng)施工進(jìn)度不能滿足要求時(shí)，補(bǔ)充突入設(shè)備。主干電源接點(diǎn)應(yīng)盡量靠近工作面。（3）、施工用電及生活用水的規(guī)劃。（4）、臨時(shí)設(shè)施規(guī)劃應(yīng)滿足環(huán)保的要求。4.1.4、機(jī)械、人員、工程計(jì)劃1、機(jī)械計(jì)劃對(duì)于打樁工程來(lái)說(shuō)，合理地選用機(jī)械種類、數(shù)量尤為重要。它對(duì)保證施工進(jìn)度與質(zhì)量和施工成本控制居有決定性因素，因此應(yīng)慎重做出機(jī)械計(jì)劃。在作機(jī)械計(jì)劃時(shí)，應(yīng)全面考慮以下條件：（1）施工場(chǎng)地、地形；（2）土質(zhì)條件；（3）氣象（海象）條件；（4）環(huán)境條件、交通狀況；（5）鋼管樁的形狀、尺寸、單根、重量；（6）埋入長(zhǎng)度；（7）打樁角度；（8）樁的根數(shù)、布置；（9）打樁的方法；（10）工期、施工時(shí)間；（11）接頭等焊接方法；（12）其它。2、需用人員計(jì)劃原則上根據(jù)總體工程需要，進(jìn)行各施工單元和現(xiàn)場(chǎng)管理人員及雜務(wù)人員的配備，做到人盡責(zé)、不漏崗、滿足各施工環(huán)節(jié)正常有序進(jìn)行所必需的人員配置。3、工程計(jì)劃工程計(jì)劃應(yīng)根據(jù)施工方法、施工順序、使用的機(jī)械類型、作業(yè)無(wú)數(shù)等條件編制。其中打樁施工進(jìn)度的臺(tái)班產(chǎn)量是關(guān)鍵。為準(zhǔn)確判斷臺(tái)班產(chǎn)量，必要時(shí)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試打進(jìn)行工時(shí)標(biāo)定后，并考慮機(jī)械故障及維修保養(yǎng)停歇折減系數(shù)確定臺(tái)班產(chǎn)量，以此為據(jù)，修正工程計(jì)劃，從而保證工程計(jì)劃的合理性，實(shí)現(xiàn)按期完成總體工程量的目標(biāo)。4.1.5、環(huán)境措施打樁施工通常對(duì)周圍環(huán)境造成噪音、振動(dòng)、地基變化影響，為此，我國(guó)相繼制定了有關(guān)限制噪音、振動(dòng)方面的環(huán)境保護(hù)條例或法規(guī)。因而以減少噪音、振動(dòng)的保障措施是打樁工程施工總體規(guī)劃不可缺的內(nèi)容之一。一、打樁噪音(1)主要是由錘頭對(duì)樁的打擊噪音、柴油錘的爆炸音、蒸氣錘的蒸氣音、自落式樁機(jī)落錘的卷?yè)P(yáng)機(jī)聲，此外還有起重機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)的引擎音等。其中尤以柴油錘產(chǎn)生噪音為最大。(2)噪音防治措施根據(jù)周邊環(huán)境要求，選擇使用打樁機(jī)械。采用產(chǎn)生噪音小的治樁方法。如；中掘工法、預(yù)鉆孔工法等。遮蓋打掘機(jī)，以降低噪音源傳播的距離。為了縮短噪音產(chǎn)生時(shí)間，同時(shí)并用沖擊和中掘或預(yù)鉆孔工法。二、振動(dòng)及其防治措施（1）振動(dòng)和衰減。振動(dòng)的測(cè)定單位采用aB,—般用“垂直振動(dòng)校正加速級(jí)”表示，即將垂直振動(dòng)加速以每振動(dòng)頻率對(duì)人體的感受校正的。以下式表示：VL=20LgAA°=2x10-3f-2（1<f<4）10-3（4<f<8）0.125x10-3f（8<f<90）式中VL一垂直振動(dòng)校正加速度級(jí)（aB）;A一加速度的實(shí)效值（cm/S2）;A。一標(biāo)準(zhǔn)值（cm/S2）;F一頻率（HZ）。（2）減振、防振措施?？刹捎弥芯蚬しɑ蝾A(yù)鉆孔工法將樁治到沉至支承層，最后用沖擊工法將樁打入支承層，這樣即減少產(chǎn)生振動(dòng)的時(shí)間，又保證樁有足夠的承載力，另還可采用挖防振溝、設(shè)隔振墻等措施以降低振動(dòng)效應(yīng)。三、地基變位打樁時(shí)，尤其是大型群樁，受排橋的土向上及向四周水平向移動(dòng)，有時(shí)會(huì)對(duì)鄰近已打好的樁或附近建筑物造成危害。采用的預(yù)防措施：（1）在打樁場(chǎng)地與建構(gòu)物之間挖掘一定深度的溝槽；（2）可將閉口樁改為排土量少的開口樁，以減少地基變位。4.2.沉樁施工4.2.1、沉樁方法的選擇沉樁方法的選定，主要視地質(zhì)特性，噪音和振動(dòng)的限制及管樁的特點(diǎn)予以確定，根據(jù)打樁工法分類各打樁方法特征如下表；表2.打樁方法特征表施工主法特征沖擊施工法此法主要優(yōu)點(diǎn)是速度快，費(fèi)用省、機(jī)械設(shè)備不大、容易打斜樁、能對(duì)承載力作出判斷。缺點(diǎn)是沖擊時(shí)有噪音。振動(dòng)施工法其優(yōu)點(diǎn)是由于靠振動(dòng)下沉樁，一般不會(huì)損壞樁頭，適用于軟地基沉樁。由于錘在起振時(shí)電流大，需要大的供電設(shè)備。硬地基不易打穿。噪音雖小，但地基振動(dòng)大。此法適用于不帶硬夾層的連續(xù)土地層沉樁壓入施工法由于平衡配重，因此設(shè)備龐大，移動(dòng)不便。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、不會(huì)損壞樁頭。挖掘施工法此法是預(yù)先鉆孔，將樁插入孔中、用挖掘機(jī)在樁中室部分進(jìn)行挖土，樁隨之下沉?？梢允褂寐菪@機(jī)、鉆孔機(jī)、換向旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)等，一直鉆到支承層。適用于大直徑樁，具有無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。并用施工法此法是將各種施工法的長(zhǎng)處加以組臺(tái)，形成有利的打樁并用施工法。①噴射和沖擊或壓入并用：砂層地基使用沖擊或壓入施工法打樁有困難時(shí)，若并用噴射法，則樁容易打入。主要使用于中空樁。使用噴射的缺點(diǎn)是容易使樁產(chǎn)生偏移，需消耗大量的水，同時(shí)須作好排水處理。②挖掘與沖擊、壓入或振動(dòng)并用法：首先挖掘出比樁外徑小一些的孔，在樁的中空部分插入挖掘機(jī)，為了打穿硬的中間層，在樁的內(nèi)部進(jìn)行挖掘，以減少樁頭阻力最為有效。參考表2,結(jié)合工程場(chǎng)地具體地質(zhì)條件、環(huán)境條件及工期要求選定打樁工法，從而進(jìn)行打樁設(shè)備的合理選型。4.2.2.沉樁設(shè)備的選擇沉樁設(shè)備一般由打樁機(jī)械（水上由打樁船），包括樁錘打樁架和附屬裝置（包括樁帽、緩沖墊、送樁替打）等構(gòu)成。打樁機(jī)械種類很多，按樁錘大致歸納分為沖擊式、振動(dòng)式（振動(dòng)錘）及壓入式（壓樁機(jī)。沖擊式又分為柴油錘、蒸氣錘、汽錘及液壓塊錘。按打樁架分類為陸地打樁機(jī)械和水上打樁機(jī)械?？傊畱?yīng)根據(jù)打樁的技術(shù)指標(biāo)地質(zhì)特征及環(huán)境要求等因素選用合適的打樁設(shè)備。根據(jù)本工程的特定條件選用專用打樁船（沖擊式柴油錘）實(shí)施打樁作業(yè)。在選用打樁船時(shí)應(yīng)考慮以下參數(shù)指標(biāo)：根據(jù)海象、氣象條件，在風(fēng)速潮流浪高等達(dá)到某種程度時(shí)，打樁船的機(jī)械能力能滿足打樁施工。打樁船的吃水深度。即，可否適應(yīng)打樁區(qū)域的工作環(huán)境。打樁船的塔架高度及其揚(yáng)重能力。塔架的高度決定單節(jié)鋼管樁的允許長(zhǎng)度，同時(shí)因單節(jié)鋼管樁的重量受塔架的揚(yáng)重能力所限制。在打樁船的塔架高度及其揚(yáng)重能力允許的前提下，應(yīng)盡可能地增加鋼管樁的長(zhǎng)度，以盡可能少的在水面實(shí)施鋼管樁的對(duì)焊接長(zhǎng)，從而降低施工難度，保證管樁質(zhì)量。4.2.3.沉樁施工注意事項(xiàng)沉樁施工應(yīng)保持其連續(xù)性，打樁中途間歇時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。尤其是樁頭進(jìn)入持力層或硬層時(shí)。需現(xiàn)場(chǎng)焊接接長(zhǎng)時(shí)，接頭部位的焊縫坡口應(yīng)事前加工完畢，使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)簡(jiǎn)便迅速。鋼管樁現(xiàn)場(chǎng)接頭位置的要求。鋼管樁的單樁長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件及施工條件綜合考慮決定。根據(jù)土質(zhì)條件，現(xiàn)場(chǎng)接頭的位置應(yīng)盡量避開以下位置：①樁尖剛要打入硬層時(shí)；②樁尖剛通過(guò)硬層時(shí)；③承受大的力矩作用位置時(shí)。在施工規(guī)化時(shí)應(yīng)充分考慮這些要求，以保證鋼管樁具有良好的工作狀態(tài)。4.3.沉樁施工中的質(zhì)量