静钻根植竹节桩在软弱土层中的应用

2022-09-12

引言

静钻根植桩是近些年来出现的新型桩基类型, 是利用根植桩组合的新型桩基工法, 采用预钻孔搅拌土体加扩底注浆再沉桩的施工工艺, 可以说是各类桩基技术的大集成。在受力方面, 通过桩与周边水泥土的咬合, 提高桩身侧阻力, 通过下端扩头, 改善桩端阻力特性, 大幅度提高桩的承载能力, 且施工简便, 过程可控制, 优势较为突出。以下就该桩型通过实例进行施工应用探讨。

1. 工程概述

某公司中速柴油机能力建设项目位于上海市南汇区芦潮港和小勒港之间。桩基础设计采用静钻根植桩, 建筑桩基设计等级为乙级, 岩土工程勘查报告显示, 涉及桩基施工范围内的土层以粉土、淤泥质粘土及粉砂土等软弱土层为主, 力学性质一般。

2. 设计参数

本工程采用桩基础, 桩型选用静钻根植桩, 单桩的组合为上节和中段为PHC管桩, 下节为PHDC竹节管桩, 桩端水泥浆的水灰比不大于0.6, 强度不小于20MPa, 注入量为扩底部位体积的100%, 桩周水泥浆水灰比不大于0.8, 注入量为 (钻孔体积-扩底部位体积-桩身体积) ×30%。

3. 施工工艺

静钻根植桩工法集钻孔、注浆、深层搅拌、扩孔、高强度预制桩技术于一身的新型桩基础施工方法。本工法施工流程为:钻孔、修孔扩孔、桩端水泥浆注入、桩周水泥浆注入与提钻、植桩。

静钻根植桩施工的具体流程如下:

(1) 钻机定位, 钻头钻进→ (2) 钻头钻进, 对孔体进行修整及护壁→ (3) (4) 钻孔至持力层后, 打开扩大翼进行扩孔→ (5) 注入桩端固化水泥浆并进行搅拌→ (6) 收拢扩大翼边提升钻杆, 同时注入桩身固化水泥浆→ (7) (8) 将桩沉入设计标高。详见下图:

4. 质量控制重点

1) 扩底操作

扩底操作依靠能够进行扩大和收拢的钻头完成, 对扩头部位必须进行有效的监控和数据的存储;扩底操作根据地质情况逐次完成, 扩孔完成后, 桩端注浆时应上下反复升降钻头, 保证桩端水泥浆的均匀, 升降幅度为扩底部位的高度, 扩底部分形状如下图所示。

2) 桩端水泥浆与桩周水泥浆注入

(1) 水泥浆的制作

水泥浆采用全自动水泥浆搅拌系统进行制作, 按规定的水灰比自动计量后制作的水泥浆排入储浆桶, 再由泥浆泵经过输浆管压至钻杆内注浆孔。

(2) 桩端水泥浆注入

扩底操作完成后注入桩端水泥浆, 桩端水泥浆注入量为扩底部分体积的100%, 注浆压力控制在0.8~1.3MPa, 在注浆过程中, 上下反复升降钻机直至桩端水泥浆全部注入扩底部位, 桩端水泥浆强度不低于20MPa (试块强度) 。桩端水泥浆水灰比为0.6。

(3) 桩周水泥浆注入

桩端水泥浆注入完成后注入桩周水泥浆, 桩周水泥浆注入量: (钻孔体积-扩底部分体积-预制桩体积) ×30%;为确保桩周水泥浆的实际注入量, 水泥浆泵送量应与搅拌下沉或提升速度相匹配, 根据提升钻杆的速度确认单位时间的供浆量, 每提升单位长度的钻杆确认水泥浆注入量, 发现偏差及时进行修正;桩周水泥浆的水灰比为0.8。

(4) 施工时如因故停浆 (包括拆卸钻杆) , 应在恢复喷浆前, 将搅拌机头下沉0.5m后再喷浆搅拌施工。

3) 植桩

(1) 在桩端水泥浆注入后2小时内必须开始进行植桩。

(2) 桩的植入应和钻孔、水泥浆喷射保持连续。植桩过程中, 必须采用检测尺对桩进行实时定位, 偏差超过80mm时, 必须进行校正。

(3) 桩与桩之间采用CO2气体保护焊焊接。

(4) 用专用送桩工具将桩固定、校正和送桩。送桩过程, 利用桩身自重, 钻机动力头提供的压力, 将桩送至设计标高。

4. 静钻根植桩的优点

本工程施工结束后进行了静载荷试验和桩身完整性检测, 均达到设计要求。通过上述实例静钻根植桩的优势体现在以下几方面:1) 通过采用管桩、竹节桩等多种桩型组合及扩底、注浆技术, 其侧壁摩阻力参数取用预制桩的侧壁摩阻力参数值、桩端承载力参数取用钻孔灌注桩的桩端承载力参数值, 因此静钻根植桩的单桩承载力值大于同桩径的钻孔灌注桩;2) 施工全程可视、可控、设备全自动监控、智能化管理, 全面保证施工质量;3) 预钻孔沉桩, 对桩身无损伤;4) 通过钻机电流, 可检测持力层变化状况, 无需截桩;5) 无挤土, 无噪声, 无泥浆排放, 从根本上解决了工程建设泥浆排放的问题, 绿色环保;6) 桩身和桩接头有水泥土保护, 提高抗腐能力;7) 施工效率高, 单机单日沉桩可达300m以上, 单位工程桩基造价与钻孔灌注桩相比节约20%左右。其完全符合我国勘察设计行业所要求的“坚持质量第一、以人为本, 资源节约、生态环保, 科技引领、人才兴业, 文化传承、创新驱动的理念”。

结语

静钻根植桩作为一种新兴的异型桩基础形式, 技术水平尚未达到绝对成熟的高度, 由于竹节桩与水泥土搅拌桩结合其单桩竖向承载力机理比一般混凝土灌注桩更加复杂, 影响桩基承载力的因素也很多, 因此静钻根植桩承载力中很多问题有待于进一步研究, 但相对于其它桩型的优越性已经被业界所认同, 在软土地基处理领域的发展空间很大, 对工程建设等领域将产生一定的积极影响。

摘要：静钻根植竹节桩全称为静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩, 该桩型对软弱土层适应性好, 无震动, 低噪音, 成桩质量好, 单桩承载力高, 泥浆排放量少, 具有良好的社会效益和推广价值。

关键词：软弱土层,成桩工艺,承载力