钢管桩在软基工程中的应用.docx
- 文档编号:5375753
- 上传时间:2023-05-08
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:46.86KB
钢管桩在软基工程中的应用.docx
《钢管桩在软基工程中的应用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钢管桩在软基工程中的应用.docx(12页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
钢管桩在软基工程中的应用
钢管摩擦桩在软基工程中的应用及施工
1.1概述
广东省珠海市乾务赤坎大联围加固达标工程三前闸应急项目位于黄海系黄矛海东海岸围垦区,无陆路通往工程建设工地,需修建一座不小于750吨级的临时码头,以保证施工材料及设备的登岸。
根据地勘资料可知岩基埋深大于50米,由于码头修建费用受限且工期要求紧,又为了不因码头的修建而改变海水流态导致对海堤的破坏,码头只能取开敞式结构,针对这些客观制约因素,故选择了钢管摩擦桩钢结构承台结构形式。
经过施工和使用过程的检验,完全达到了经济、快速的预期效果和使用要求。
1.2钢管桩的特点
1.2.1能承受较大的冲击力。
由于能承受强大的冲击力,因此其穿透和贯入性能优越。
1.2.2承载力大。
由于作为钢管桩母材的钢材,其屈服强度高,所以只要将桩贯入到坚实力层上,便可获得很大的承载力。
1.2.3水平阻力大,抗横向力强。
由于钢管桩的断面刚度大,对抵抗弯矩作用的抵抗也大,所以能承受很大的水平力。
另外还可以采用大直径厚壁管广泛的用于承受横向力的系船柱、桥台、桥墩之上。
1.2.4设计的灵活性大。
可根据需要变更钢管桩的每根单管的壁厚,还可根据需要选定适应设计承载要求的外径。
1.2.5桩长易调节。
由于钢管桩可以自由地进行焊接接长或气割切短,所以很容易调节桩的长度,为实地施工提供了方便。
1.2.6接缝安全,适于长尺寸施工。
,由于钢管具有良好的可焊性,且接缝强度与母材强度相等,所以能够根据适应性需要的埋设深度而制作长尺寸的钢管桩。
1.2.7管桩与上部结构容易结合。
通过将钢筋预先焊于桩上部,钢管桩很容易与上部的承台砼结合。
也可以直接同上部结构相焊接,达到上下共同工作之目的。
1.2.8打桩时对粘土地基的扰动作用小,可在小面积现场进行密集的打桩施工。
适用于高层建筑物,大型机械设备基础和港湾结构物等。
在小面积上作用大荷重的工程。
1.2.9钢管桩最适合于快速施工,其综合经济效益高,相对而言可节省工程费用。
3.钢管摩擦桩的设计
3.1设计依据
a.广东省珠海市乾务赤坎大联围加固达标工程三前闸应急项目工程地质勘察报告-湖北省水利水电勘测设计院;
b.外部铅直荷载:
①.施工中最大件(平扳门门叶)重量:
15T;
②.构件卸船汽车吊按50T吊,自重48T计;
③.码头钢结构承台自重约17T。
C.水平荷载:
考虑使用期在非台汛期,风浪导致的水平荷载小,在结构上采用斜管桩及堤岸水平阻推措施予以处理。
表1.相关地质资料汇总表
高程
地层
岩性
平均含水量(%)
压缩系数(Mpa_1)
地基承载力(kpa)
标贯击数(N63.5)
各土层的桩周摩擦阻力标准值
-1.5~-7.5
流态、软塑淤泥
-1
(软-流塑)
-7.5~-13
淤泥
62.2
2.597-1
30
5~8kpa
-13~-45.4
粘土
32.9
0.361
125
15
20~35kpa
(可-硬塑)
(-30~-33.2)
砾质粘土
17.9
21
35~40kpa
(硬塑)
-45.4~-51.8
粘土
17.9
220
15~18
20~35kpa
(硬塑)
-51.8以下
花岗岩
3-2钢管桩的布置及选型
3-2-1根据现场实际情况及使用要求拟定钢管桩的布置,码头平面尺寸为:
宽7米、长20.70米,垂直于海堤布置。
钢管桩在承台平面内,按每排三根桩,排距4米,共4排,等距布置,在与堤岸相接端跨中(岸坡)处增设钢结构支承柱三根以替代钢管桩,斜桩布置于外排桩(迎海端)两侧。
承台在外排桩处外伸0.5米以防止因船体对外排桩的撞击造成钢管桩的损坏。
同排桩的中心间距为3米,根据桩的最小中心间距宜大于2倍桩外径的要求,进行同排桩的布置。
3-2-2钢管桩的选型、选材
钢管桩可分为开口桩和闭口桩(平底、锥形)两类。
考虑到海堤岸坡8米范围有护岸块石,且桩间距离大的因素,故钢管桩选定为锥形闭口桩。
根据市场管材供货情况及钢管桩壁厚不宜小于6mm的要求,拟定支承桩材料为:
Φ27.5mm,壁厚6mm;斜桩材料为:
Φ400mm,壁厚6mm的螺旋钢管。
3-2-3持力层的确定及其桩长的确定
根据持力层强度标准:
砂土标贯击数N值大于30,粘土标贯击数N值大于20的要求,由地勘资料选定持力层顶部高程为-30.0米,考虑管桩贯入持力层深度大于3倍桩外径,选定钢管桩桩底高程为-31.0米。
桩顶高程的确定,根据:
①承台结构满足计算强度要求的承台高度;②满足桩顶与承台旱接施工在水面之上,以保证施工的可操作性。
根据上述两原则,确定桩长为32米。
3-2-3钢管桩单桩承载能力的计算
桩的垂直承载力,一般由单桩静载荷试验,静力学承载公式,静力触探资料,动力试验资料,以往资料推算等几种方法确定。
在此我们根据静力学承载公式计算求得,对于闭口钢管桩承载力可根据下式计算:
Qp=Qs+Qb……①
式中Qp—桩的极限承载力
Qs—桩侧极限摩阻力
Qb—桩端极限阻力
而式中Qs=U∑qSiLi……②
U—桩的周长Φ27.5cm
qsi—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值
Li—桩穿越第i层的厚度
Qb=qb·Abˊ……③
式中qb—极限桩端阻力标准值
Ab—桩底面积
将表1中相关数据代入公式②③①中计算得钢管桩单桩承载力为:
Qmax=730.7KNQmin=466.9KN
根据码头荷载组合及结构布置形式内力计算得码头单桩所需最不利状态时承载力Q,为209.6KN,取安全系数K值为2,则所需单桩承载力:
Q,=419.2KN
Q,=419.2KN∠Qmin=466.9KN
经计算知:
钢管桩的实际承载力大于所需承载力,满足承载要求。
钢管桩设计其它的要求:
当对承台上部结构在变位量要求高时,还应分别对钢管桩的水平承载力,单桩抗拔承载力及负摩擦予以验算校核。
4.钢管桩的施工
4,1.施工准备
4.1.1、施工计划的编制
施工计划的编制对于保证安全地按质按量如期完成打桩施工,是非常重要的环节。
尤其对于重要的大型工程,这一计划相对于整个工程而言是及其重要的组成部分。
就打桩计划本身来说,应力求制定得周密和切实可行,可按下图所示顺序进行计划的编制。
4.1.2、钢管桩的订购和运输保管
1、钢管桩的订购
应根据设计要求的材质及规格尺寸向生产厂家订购,供货期、批量及特殊要求等项内容应在订购合同中写明。
若所需管材量小,无特殊要求时,可在市场订购。
2、钢管桩的运输
通常有三种运输方式:
①卡车或拖车运至工程近处;②铁路运输至车站;③船运至码头。
第①种运输方式往往作为直接方式或作为中间方式而不可避免的运输方式。
采用公路运输时,需接清运输路交通规定,如:
通行限制区域、限制高度、桥梁的荷重限制等。
采用海上运输,必须调查装卸场地及装卸设备的状况,还必须调查了解海上的气象及海象等,钢管桩在搬运和使用时应小心避免撞击。
总之,运输运案的选定,必须保证其可行性。
管桩的保管场(或加工场)应尽可能地选定在靠近打桩的场地,尽可能地避免场内搬运。
本工程由于管桩小,且单根桩长为32米,采用了打桩处就近现场加工拼接的方法,并利用打桩船打桩架吊拉到位,既方便了施工,又节省了一定费用。
3、钢管桩的保管
钢管桩现场保管的原则:
①保管场地应选择平坦,排水良好,不会因桩的自重而产生地基下沉的场地。
对有可能沉降的地方,就作必要处理如铺垫砂石或铺垫枕木后方可使用。
场的面积应满足管桩堆放及进出小搬运的要求。
②钢管桩的堆放
钢管桩的堆放,应根据以下原则进行:
a、当桩有类别之差时,应分类堆放,便于取出所需的桩,必要时进行编号堆放。
b、在地面和上下层之间,每间隔5米处故一10×10cm见方枕木,以防止堆放时因管桩自重而出现变形。
c、相邻管桩之间应留有一定间隔,应以木楔固定管桩,便于吊装时挂放钢丝绳。
当管桩为多层堆放时,防止因管桩滚动而坍塌。
4.1.3、临时设施规划
临时设施规划主要包括以下几个内容:
(1)、机械设备、材料进场道路的规划修筑,施工用场地及办公与生活用地的规划。
(2)、施工用电与办公及生活用电的规划。
施工用电规划时,其容量应在正常情况下略有富余考虑,以备当施工进度不能满足要求时,补充突入设备。
主干电源接点应尽量靠近工作面。
(3)、施工用电及生活用水的规划。
(4)、临时设施规划应满足环保的要求。
4.1.4、机械、人员、工程计划
1、机械计划
对于打桩工程来说,合理地选用机械种类、数量尤为重要。
它对保证施工进度与质量和施工成本控制居有决定性因素,因此应慎重做出机械计划。
在作机械计划时,应全面考虑以下条件:
(1)施工场地、地形;
(2)土质条件;
(3)气象(海象)条件;
(4)环境条件、交通状况;
(5)钢管桩的形状、尺寸、单根、重量;
(6)埋入长度;
(7)打桩角度;
(8)桩的根数、布置;
(9)打桩的方法;
(10)工期、施工时间;
(11)接头等焊接方法;
(12)其它。
2、需用人员计划
原则上根据总体工程需要,进行各施工单元和现场管理人员及杂务人员的配备,做到人尽责、不漏岗、满足各施工环节正常有序进行所必需的人员配置。
3、工程计划
工程计划应根据施工方法、施工顺序、使用的机械类型、作业无数等条件编制。
其中打桩施工进度的台班产量是关键。
为准确判断台班产量,必要时应通过现场试打进行工时标定后,并考虑机械故障及维修保养停歇折减系数确定台班产量,以此为据,修正工程计划,从而保证工程计划的合理性,实现按期完成总体工程量的目标。
4.1.5、环境措施
打桩施工通常对周围环境造成噪音、振动、地基变化影响,为此,我国相继制定了有关限制噪音、振动方面的环境保护条例或法规。
因而以减少噪音、振动的保障措施是打桩工程施工总体规划不可缺的内容之一。
一、打桩噪音
(1)主要是由锤头对桩的打击噪音、柴油锤的爆炸音、蒸气锤的蒸气音、自落式桩机落锤的卷扬机声,此外还有起重机和柴油发电机的引擎音等。
其中尤以柴油锤产生噪音为最大。
(2)噪音防治措施
①根据周边环境要求,选择使用打桩机械。
②采用产生噪音小的治桩方法。
如;中掘工法、预钻孔工法等。
③遮盖打掘机,以降低噪音源传播的距离。
④为了缩短噪音产生时间,同时并用冲击和中掘或预钻孔工法。
二、振动及其防治措施
(1)振动和衰减。
振动的测定单位采用aB,一般用“垂直振动校正加速级”表示,即将垂直振动加速以每振动频率对人体的感受校正的。
以下式表示:
VL=20LgA
A0=2×10-3f-2(1≤f≤4)
10-3(4≤f≤8)
0.125×10-3f(8≤f≤90)
式中VL—垂直振动校正加速度级(aB);
A—加速度的实效值(cm/S2);
A0—标准值(cm/S2);
F—频率(HZ)。
(2)减振、防振措施。
可采用中掘工法或预钻孔工法将桩治到沉至支承层,最后用冲击工法将桩打入支承层,这样即减少产生振动的时间,又保证桩有足够的承载力,另还可采用挖防振沟、设隔振墙等措施以降低振动效应。
三、地基变位
打桩时,尤其是大型群桩,受排桥的土向上及向四周水平向移动,有时会对邻近已打好的桩或附近建筑物造成危害。
采用的预防措施:
(1)在打桩场地与建构物之间挖掘一定深度的沟槽;
(2)可将闭口桩改为排土量少的开口桩,以减少地基变位。
4.2.沉桩施工
4.2.1、沉桩方法的选择
沉桩方法的选定,主要视地质特性,噪音和振动的限制及管桩的特点予以确定,根据打桩工法分类各打桩方法特征如下表;
表2.打桩方法特征表
施工主法
特征
冲击施工法
此法主要优点是速度快,费用省、机械设备不大、容易打斜桩、能对承载力作出判断。
缺点是冲击时有噪音。
振动施工法
其优点是由于靠振动下沉桩,一般不会损坏桩头,适用于软地基沉桩。
由于锤在起振时电流大,需要大的供电设备。
硬地基不易打穿。
噪音虽小,但地基振动大。
此法适用于不带硬夹层的连续土地层沉桩
压入施工法
由于平衡配重,因此设备庞大,移动不便。
优点是无噪音、无振动、不会损坏桩头。
挖掘施工法
此法是预先钻孔,将桩插入孔中、用挖掘机在桩中室部分进行挖土,桩随之下沉。
可以使用螺旋钻机、钻孔机、换向旋转钻机等,一直钻到支承层。
适用于大直径桩,具有无噪音、无振动的优点。
并用施工法
此法是将各种施工法的长处加以组台,形成有利的打桩并用施工法。
①喷射和冲击或压入并用:
砂层地基使用冲击或压入施工法打桩有困难时,若并用喷射法,则桩容易打入。
主要使用于中空桩。
使用喷射的缺点是容易使桩产生偏移,需消耗大量的水,同时须作好排水处理。
②挖掘与冲击、压入或振动并用法:
首先挖掘出比桩外径小一些的孔,在桩的中空部分插入挖掘机,为了打穿硬的中间层,在桩的内部进行挖掘,以减少桩头阻力最为有效。
参考表2,结合工程场地具体地质条件、环境条件及工期要求选定打桩工法,从而进行打桩设备的合理选型。
4.2.2.沉桩设备的选择
沉桩设备一般由打桩机械(水上由打桩船),包括桩锤打桩架和附属装置(包括桩帽、缓冲垫、送桩替打)等构成。
打桩机械种类很多,按桩锤大致归纳分为冲击式、振动式(振动锤)及压入式(压桩机)。
冲击式又分为柴油锤、蒸气锤、汽锤及液压块锤。
按打桩架分类为陆地打桩机械和水上打桩机械。
总之应根据打桩的技术指标地质特征及环境要求等因素选用合适的打桩设备。
根据本工程的特定条件选用专用打桩船(冲击式柴油锤)实施打桩作业。
在选用打桩船时应考虑以下参数指标:
1根据海象、气象条件,在风速潮流浪高等达到某种程度时,打桩船的机械能力能满足打桩施工。
2打桩船的吃水深度。
即,可否适应打桩区域的工作环境。
3打桩船的塔架高度及其扬重能力。
塔架的高度决定单节钢管桩的允许长度,同时因单节钢管桩的重量受塔架的扬重能力所限制。
在打桩船的塔架高度及其扬重能力允许的前提下,应尽可能地增加钢管桩的长度,以尽可能少的在水面实施钢管桩的对焊接长,从而降低施工难度,保证管桩质量。
4.2.3.沉桩施工注意事项
1.沉桩施工应保持其连续性,打桩中途间歇时间不宜过长。
尤其是桩头进入持力层或硬层时。
需现场焊接接长时,接头部位的焊缝坡口应事前加工完毕,使现场作业简便迅速。
2.钢管桩现场接头位置的要求。
钢管桩的单桩长度应根据设计条件及施工条件综合考虑决定。
根据土质条件,现场接头的位置应尽量避开以下位置:
①桩尖刚要打入硬层时;②桩尖刚通过硬层时;③承受大的力矩作用位置时。
在施工规化时应充分考虑这些要求,以保证钢管桩具有良好的工作状态。
4.3.沉桩施工中的质量控制
(1).钢管桩制作质量的控制。
①桩头及管桩接头的焊接质量应满足规范要求;②焊接接长的钢管桩轴线应无偏差或在允许偏差范围内。
(2).打桩施工中几何位置的控制。
根据钢管桩上部结构的要求制定相应的几何位置偏差允许值,在钢管桩贯入前,采用精准测量定位方法逐一予以定位。
停打后,桩头几何位置的偏差应在允许值范围内。
5.结束语
由于钢管桩材质所具有的诸多优点及钢管桩的施工可操作性,使其使用范围不断扩展,如:
防止滑坡用作阻滑桩、码头护坡、防波堤、挡土墙等等方面。
通过钢管摩擦桩在本工程中的运用,其施工简便快速、综合费用低、安全可靠的特点得以充分体现。
使本工程临时码头在不足一月的时间内投入使用,施工成本也得到了很有效的控制。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 钢管 工程 中的 应用