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沿海地区复杂地层抗拔桩在深基坑中的试桩实例

作者:来源:日期:2019-12-26 10:05:07人气:291
      0引言

      抗拔桩基础是建筑物基础的一种重要形式,它广泛应用于高层建筑地下室、单建式地下车库、地下商业街、地下广场等地下工程建设中。地下工程的抗浮揩施- -般有释放水浮力、增加自重和设置抗拔桩等3 种方法”。黄茂松等(2}对深层开挖条件下抗拔桩承载力进行了分析,在基坑不同部位的抗拔桩应采用不同承载力设计值,通常越靠近基坑边缘,承载力设计值越高,越靠近基坑中心,承载力设计值越低。


      目前,开挖情况下,抗拔桩桩顶一.般位于地面下数十米,桩的载荷试验往往在开挖前进行,得到承载力后需扣除开挖面以上的桩侧阻力来计算实测承载力,且开挖卸荷使上覆土压力释放,导致应力场发生改变,会造成桩承载力不同程度下降[-4] ,因而不同.地区与不同地质情况桩基的承载力参数将有较大的差别。

      1工程概况

      阿里巴巴大厦与阿里云大厦场地位于深圳市南山区,深圳湾体育中心西南侧约400m,科苑南路西侧,东滨路北侧约150 m,基坑周长493 m,面积15215 m'。项目建筑+0.00相对于黄海高程+5.60m,地下室底板顶标高为-7.50 m,基坑坑底标高为-9.20~ -13.40 m,基坑开挖深度13. 70~ 18.40 m,场地整平后基坑坑项标高为+5.00 m。如图1所示。

      抗拔桩基采用钻(冲)孔混凝土灌注桩,桩径为1000 ~ 1500 mm,设计参数如表1所示,混凝土强度等级C35,桩成孔后,需二次清底,孔底沉渣厚度》50mm,并应立即灌注水下混凝土。


      抗拔试验桩为场地提供相关的抗拔试验数据,且需在基坑支护开挖前完成试验,因而抗拔试验桩的空桩部分将影响抗拔试验结果,且空桩部分位于地质条件较差的人工填石层(如图2所示),对土石方开挖施工、基坑支护施工、基础桩施工及抗拔试验结果产生重大不良影响。


      2岩土工程参数及抗拔桩试验参数

      抗拔桩的极限抗拔力主要受2个方面的因素控制:一是结构本身的强度;二是桩周土的性质以及接触面上的几何特征和材料的物理力学性质等。

      2.1 岩土工程参数

      依据规范,抗拔桩往往通过桩基侧摩阻力来确定桩基抗拔承载力,但不同地质条件的岩土工程参数有较大的差别,本项目的岩土工程参数如表2所示。


      2.2抗拔桩试验参数

      项目的桩基施工位于场地平整面+5.00 m,且抗拔桩试验位于场地平整面,为保证成桩后抗拔桩承载力能够达到设计要求,桩基混凝土浇筑标高选择位于+5.00m作业面且桩基钢筋笼配置足够的钢筋数量。

      项目在施工场地内选取ZHB1、ZHB2.ZHB2'等型号3根桩基进行对比试验。考虑空桩影响,设计院提供抗拔试验参数如表3所示。

      2.3抗拔桩配筋

      抗拔桩ZHB2、ZHB2'设计桩径为1500 mm,主筋为50032,除去保护层厚度70 mm后,制作钢筋笼直径约1200  m,理论计算主筋净距约为40mm。在实际施工过程中,钢筋笼主筋绑扎较难控制在规范要求范围内,经与设计院及检测单位确认抗拔桩试验桩采取双笼配置,制作外笼4032、内笼10032的钢筋笼,配筋如图3所示。


      2.4抗拔桩的试验方法

      本试验采用慢速维持荷载法,加载方式分级进行,采用逐级等量加载:分级荷载宜为最大加载量或预估承载力的1/10,其中第一级可取分级荷载的2倍。每级荷载施加后按第0、5、10、15 30.45、60 min测读上拔量,以后每隔30min测读-次,桩顶的上拔量>0. I mm/h,可视为稳定,再加下一级荷载。

      终止加载条件如下:

      (1)某级荷载作用下,桩顶上拔量大于前一级荷载的作用下上拔量的5倍;

      (2)按桩项上拔量控制,当累计桩顶上拔量>100 mm时;

      (3)按钢筋抗拉强度控制,钢筋应力达到钢筋强度标准值的0.9倍;

      (4)对于验收抽样检测的工程桩,达到设计要求的最大上拔量荷载值。

      3抗拔桩施工的关键技术

      3.1 填石夹填土层成孔技术

      桩基施工过程中遇到的情况:旋挖钻机施工N99号工程桩时,成孔至9 m,因上部块石掉落造成塌孔;第二次采用冲孔桩机冲击至15 m,换用旋挖施工,成孔至49.5 m时,亦因上部填石层的块石掉落,导致该桩无法正常成孔。

      人工填石夹填土层较厚,介于8.5~-17.3 m,平均厚度为15 m,填石以中一微风化花岗岩为主,粒径20~80cm。由于填石层分布不均,强度高,填石层孔隙较大,极易造成塌孔,遇粒径>50 cm块石旋挖钻机也无法处理、极易损坏旋挖钻具且单独采用冲孔方式施工也无法保证顺利成孔。项目专门选用长护简+冲孔钻机+旋挖钻机的配套施工方案(,该施工工艺利用旋挖钻机先埋设大直径6 m外护筒,然后更换冲孔钻机施工至12 m,校正孔位埋设12 m内护筒,再进行旋挖施工,解决了抗拔桩施工过程中填石夹填土层掉块垮孔的桩基成孔难题。3.2桩端岩心取样技术

      桩基设计持力层为中风化粗粒花岗岩,持力层岩层单轴抗压强度为19 MPa,层顶埋深48. 60 ~64.20m。该持力层主要特点是中风化岩层坚硬程度不均,最深达64.2 m且需取得岩心进行鉴别持力层。选用BG30/SR360型旋挖钴机其最大进尺深度为65 m,可满足桩基施工穿越填石夹填土层及岩心取样要求。

      桩基持力层为中风化粗粒花岗岩,持力层岩层单轴抗压强度为19 MPa,为取得简式岩心,选取截齿岩心钻头(见图4)与牙轮筒式钻头(见图5)刻取岩心:截齿岩心钻头施工工艺适用于岩石抗压强度为20 ~30 MPa中硬岩石,牙轮筒式钻头施工工艺适用于40~ 60 MPa硬岩地层;然后更换锥形螺旋钻头在岩心顶端施钻,钻至一定深度后 ,随着岩心旋转扭矩逐渐增大,锥形螺旋钻头带动岩心旋转扭断岩心,然后提取钻具,将岩心带至地面.形成较完整岩心(见图6)。




      3.3桩基清孔技术

      本项目工程桩成孔后,下完钢筋笼须经二次清底,孔底沉渣厚度>50 mm,方可进行混凝土浇筑工作,经分析确定采用平底钻头+泥浆循环的工艺方法清孔。

      该种工艺主要应用于含易塌孔掉块填土或砂层的地层。开孔前,须先配置优质泥浆,按膨润土:水:纯碱: PHP 的质量比为1: 9: 0.032: 0.01 进行配比,施工过程中须注意补浆,控制孔内液面深度及泥浆含砂率,性能指标参见表4,以保证孔壁稳定。当钻至孔底后更换平底钻头捞取孔底大颗粒岩块,然后更换优质泥浆进行正循环清渣,清渣过程中及时量测孔底沉渣厚度,当符合规范与设计要求后,进行桩基其它工序施工。


      4试桩试验结果及数据分析

      4.1试验结果

      抗拔桩试桩项位于标高-9. 20 m位置,桩的载荷试验需在开挖前进行,因此得到承载力后需扣除开挖面以上的空桩侧阻力的影响,空桩承载力预估值见表3。

      经检测获得抗拔承载力数据结果如表5、图7及图8所示,现场未发生钢筋断裂现象及位移突变现象,ZHBI最大曲线位移25. 25 mm,回弹率53.03%,ZHB2最大曲线位移45. 02 mm,回弹率47.4% ,ZHB2‘最大曲线位移33.21 mm,回弹率64.26%。

      4.2抗拔承载力数据分析

      由表5、图7及图8可知,ZHBI承载力特征值3500 kN时,对应位移为8.82 mm;ZHB2承载力特征值7000 kN时,对应位移为8. 45 mm;ZHB2'承载力特征值7000 kN时,对应位移为15.45 mm,完全满足抗拔设计要求。


      数据表明,该基坑支护工程中抗拔桩承载力取值应通过现场实测获得,在施工方案选择上应考虑减少空桩部分对试验承载力的影响。从数据曲线可以看出,3根试桩试验结果,随着试验拉力的增加,抗拔力逐渐发挥并未如其它材料屈服曲线- -样发生屈服,表明桩基抗拔计算参数较为保守。


      5结论

      本文通过沿海地区复杂地层基坑支护工程中抗拔桩实例,介绍了抗拔桩施工技术及抗拔桩试验研究,主要结论如下。

      (1)抗拔桩在沿海地区填石地层中施工,勘察报告提供桩基抗拔参数计算抗拔承载力较为保守,应通过现场实测的方式确定桩基抗拔承载力特征值较为安全。

      (2)旋挖钻孔工艺施工抗拔桩采取填石夹填土层成孔技术、桩端岩心取样技术与桩基清孔技术等关键技术,保证了抗拔桩成孔质量。

      (3)试验结果表明,长护简+冲孔钻机+旋挖钻机施工抗拔桩能够完全满足抗拔设计要求。

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