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大直径现浇混凝土薄壁筒桩的设计施工
点击：185时间：2014-10-31
1概述
1.1筒桩和筒桩技术的基本概念
所谓大直径现浇混凝土薄壁筒桩是这样的一种桩型;其外径在1000mm-1500mm之间，并正在向2000mm更大的方向发展。利用内外两层钢管，间距为150mm一200mm，底部装有预制的环形桩尖，通过特制的连接器，在顶部以中高频率激振器的作用下，将钢管一起插人地基土内的设计标高并把套人内管的多余地基土从另一排上孔中排出、揭开连接器放人钢筋笼，再在外层钢管的灌人口中灌人混授土，并边振边拔管，促使混凝土振捣密实，形成一个具有较大直径，一定壁厚，中心充满地基土的筒形桩体，我们称它为筒桩。
我们把筒桩制作过程中所用的专用设备、设计计算的理论和方法、施工中使用的特殊工艺和工法、控制和检测桩体质量的手段和方法及有关筒桩专利说明等统称为筒桩技术。
1.2筒桩的主要特点
(1)从桩的形态来看，这是属于大直径薄壁筒形桩，突破了沉管桩和预制桩直径限于600mm以内的限山，使桩径大大增加，充分发挥了大直径桩稳定和强度的作用。
(2)从桩的性质看，它属于少量挤土桩，在成桩过程中大量的土石不是挤向周围而是被内管套入其中，当内管土挤到一定程度时可以从上部泄口中溢出，受挤的土只是少数，克服了沉管桩和预制桩的桩身受施工桩的挤土作用。
(3)从桩受力能力来看，可制成钢筋混凝土桩，承受上部巨大的压应力，也可承受强大的水平推力。它可制成素混凝土低标号桩，组成复合地基增强体，并有效地控制土的侧向变形，减少工后沉降。这种桩可以灵活组成多种形式的组合，形成单体排列的联体，也可用系梁连成空间框架结构，所以这种桩不仅受力能力强而且功能多。
(4)从结构特点来看，它是现场灌注的薄壁圆形结构，且有较强的抗压抗弯性能。一般灌注桩竖向受力并不需要全断面，从抗弯能力计算，断面中心部位混凝土所起的作用也可忽略不计，筒桩正是避免了灌注桩存在的严重浪费材料问题，以最合理的材料获取最有效的结构效应。
(5)从施工的角度来看，由于它是连续浇灌而成，桩身的整体刚度比一般灌注桩要好，而且成桩可以全部在现场完成，施工方便又迅速，尤其是在海上施工，插人土层的桩体，进人海水，以及上部的桩柱，数十米长度可一次性浇筑完成。施工时对混凝土质量能进行有效的控制，施工完成后能对桩体实实在在的作检测，必要时还可增强和扩底。施工时由于采用高频振动，对地表振动影响小，而且没有钻孔灌注桩施工给环境带来的严重污染。
(6)从桩的用途来看，可以说使用广泛。目前已用于工业及民用建筑的基础，高速公路的软弱地基加固，大型油灌的基础加固，各种类型的支档建筑，特别是在海洋工程中发挥极佳的作用.
2筒桩的作用机理
有人曾经做过这样的试验和计算，将一块一定长度、一定宽度和一定厚度的钢板，分别以垂直插人土中，做成圆柱状插人土中和平放在土上，对具有一定力学性质的粘性土作用结果，以平放在土上的钢板承受坚向荷载为最佳，其次是圆柱状，最差是以垂直插人。但是平放的板承受水平能力最差，无法作为结构物的基础。因此，为了既要有很高的竖向承载力，又要有较大的水平承载力，于是就出现了倒扣入土中的桶形基础。我们将钢板制作的桶形基础，改成由钢筋混凝土制成的筒桩也应是这个基本原理。把这个钢板桶形基础制成更实用的筒桩基础。
单体筒桩如果以支承桩的形式，直接作用在较坚硬的持力层或风化岩的基岩上，那么上部荷载将由盖板，通过桩身的传递将力直接作用在持力层上，桩径越大承受力的接触面就越大也就能承受较大的竖向荷载。同时较大的桩体部分可将环境施加在筒体上的水平推力传递到下部更好的土层上去，从而使筒桩能够承受较大的水平荷载。单体筒桩如果插人在深厚的软土层中，则它所受到的力首先就是桩的侧壁摩阻力，包括外侧和内侧。其次是桩端阻力，尽管桩端仅是一个环带。最后是被套人内管挤压状态土的堵塞力，但在具体计算中只取了桩外侧摩阻力，其他的力都作为安全储备不计在内。
在工程实践中往往把这些单体筒桩联接组合成一定形状而存在，例如把单桩顺次咬合，组成单排联体筒桩;也可把这些单体筒桩用梁系进行连接，组成各种形状的框架结构，这些结构的应力计算将按照这些结构计算方法进行。
3筒桩结构的设计计算
3.1设计计算前有关参数的确定
在进行设计时必须对建筑物有一个具体的了解，如建筑物的总平面布置要求、设计内容、建筑物的等级等。对设计资料参数的确定应根据建筑物的性质要求来确定。例如是一项港口码头工程，必须搜集下列资料:水位、波浪、海垢、地址条件、荷载和高程设计等。
3.2结构设计及计算
以海堤结构设计为例说明:
(1)桩的布设
①以等腰或等边三角形布置，形成合理的超静结构深基础，其桩间距应计算确定。
②桩型参数:地质条件决定桩直径和桩长，外径一般1000mm-1500mm，壁厚150mm-200mm,
③筒桩海堤受力产生的弯矩计算:计算模型受力分析及具体计算。
④单体筒桩抗弯能力计算。
⑤稳定分析:它要满足几种稳定条件较多，如整体稳定、倾覆稳定、水平滑动稳定，符合
各种工程应满足的规定值及各种工况的要求。
⑥上部盖板的强度计算:能承受上部荷载作用和海浪顶托作用。
⑦沉降计算:满足工后沉降要求。
4筒桩的施工
4.1概述
筒桩施工包括陆上施工和水上施工，陆上施工相对比较简单，但施工的必备条件较多，如场地的三通一平，所用的机械设备，以及现场高程测量和平面测量的基准点，以及对设计文件的核对和理解等。要是在水上，包括在江湖海上，尤其在水深浪高的海域，困难就会更大，可以选择海上搭承台，也可以采用在船上施工。
4.2机械设备
筒桩钻机:主要包括机座、机架、成孔器。机座和机架与普通的沉管灌注桩机相似，只是自重和铺设面积要大一些。
成孔器包括中高频率的振动器、连接振动器和内外管的插接器、出泥孔、受料槽、外管、内管、最底部的桩尖。
4.3单体筒桩的施工工艺
单体筒桩施工流程如下:
(1)钻机就位，按设计要求埋好环形桩尖，使成孔器的内外钢管底端分别顶住桩尖的内外台阶支承面，内外钢管的上端的连接器连接，连接器与振动器相连接。
(2)起动振动锤，双管在激振作用下逐渐下沉到设计标高，被桩尖排挤的泥土逐渐上升，部分泥土通过出泥孔排出。
(3)沉管达预定标高后即卸去振动锤及连接器，并放置钢筋笼(无钢筋笼者省此步)。
(4)安装振动锤及连接器，向外管上的受料槽内送人混凝土，落人内外管间的环形空腔中，达到适量后再启动振动锤，振密在空腔中的混凝土。
(5)无钢筋笼时，连续送混凝土至桩身混凝土理论方量，然后边振动边上拔成孔器，上拔至适当高度后，根据量测管内混凝土面决定需补混凝土数量.
(6)混凝土浇注结束.成孔器拔出地表，钻机移至下一孔位，重复上述工作。
5筒桩质量的控制与检测
5.1概述
筒桩结构工程的好坏，筒桩质量是首要的，当然其他部件也需要好。生产出质量好的筒桩并
不在于对产品的检查，更重要的是在生产过程中对每个环节的质量控制。只有把每个环节都做好
了，产品才能优秀。所以我们主张质量控制，对优质产品的认可，必须要对产品进行检测。
5.2筒桩的质量控制
(1)桩位和沉管质量
检查内容主要有:沉管的中心位置，钢管的垂直度，内外孔径尺寸，套管间距和长度，成孔器与桩尖之间的密封牢固程度，沉管过程中不允许发生倾斜、位移。
(2)钢筋笼质量
检查内容主要有:钢筋规格、品种、间距、根数、焊条规格品种、焊缝长度、外观和质量。这些都必须符合设计要求和相关规定。
(3)混凝土质量
检查内容主要有:原材料的质量检验报告，混凝土配合比、坍落度和试块强度等级等，试块应在施工现场随机取样，发现问题及时改正。
5.3筒桩的质量检测
(1)用动测方法对单桩竖向承载力及桩体质量进行检测，检测应按照国家现行标准进行。
(2)采用现场静载荷试验，根据工程的重要性、地质条件、设计要求及工程施工情况，当桩身强度达到设计强度的70%后，用带有配重的桩架进行单桩静载荷试验。
