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​四川成都桥梁拆除桩与桩基础的类型、桩的分类

futao 桥梁拆除 2019-04-22 673 0
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四川成都桥梁拆除桩与桩基础的类型一、桩的分类

桩就其本身分类,有以下几种。

(一)按桩的材料

桩就其材料来分类,可分为木桩、混凝土桩钢筋混凝土桩、管柱桩、预应力混凝土桩和钢管桩。目前,我国主要采用后面四种桩。在软弱土和特殊土地区,当该土地层较深时,如湿陷性黄土,可将一定量的石灰、粉煤灰与素土,利用搅拌机械在地基深处就地将其强制搅拌,产生一系列物理化学反应,使桩身硬结成整体性桩,按采用的固化剂为主要材料,有水泥搅拌桩、石灰搅拌桩、加筋水泥土搅拌桩。

(二)按桩截面形状

按桩的截面形状分有圆形桩、方形桩、多边形桩、十字形桩、H形桩、三角形桩等。目前在公路桥梁中,随着大直径桩的使用,按其桩中心挖空与否还可分为空心桩与实心桩。

一般空心桩在“钻”与“挖”成孔之后,可以有以下两种方法成桩:

(1)埋设普通内模,在内模与孔壁之间沉放钢筋笼,灌注水下混凝土,这种做法在性质上相当于将一般的灌注桩中心挖空。由于水下混凝土导管直径最少需要250mm(过细易卡管),又要下钢筋笼,因此桩壁厚度最少需要600mm以上,上段护筒加粗部分壁厚最少750mm以上,因此桩径需3.0m以上才适宜[图4-2a)]。

(2)埋设预制桩壳,同时充当内模,在桩壳与孔壁之间不放钢筋笼,只埋压浆管,填石压浆。由于压浆管直径一般只有50~70mm,故填石压浆层壁厚150~200mm即可[图4-2b)]。

图4-2大直径空心桩成桩的两种基本方法(尺寸单位:cm)

图4-2大直径空心桩成桩的两种基本方法(尺寸单位:cm)

挤扩支盘桩是一种变截面的新结构钢筋混凝土灌注桩(图4-3)。支盘桩的桩型从成孔方式角度看,属于钻孔灌注桩形式的一种;从其承载特征看,属于变直径的摩擦端承桩;从功能方面看,它既是一种可靠的抗压桩,也是理想的抗拔桩。

图4-4是桩底处设支盘扩大截面,可提高承载力并减少沉降位移,多用于较软弱土层且过深的情况。

(三)按桩的轴线方向

按桩的轴线可将桩分为竖直桩、单向斜桩和多向斜桩等(图4-5)。

图4-3挤扩支盘成孔形状

图4-3挤扩支盘成孔形状

图示1-支盘成形机主机;2-桩孔;3-液压钻;4-液压胶管;5-接长杆;6-旋转定位装置;7-起重设备;8-工臂

图4-4液压反循环扩底钻头

图4-4液压反循环扩底钻头1-芯管;2-钻头主翼;3-扩大翼;4-油压千斤顶

图4-5不同轴向的桩基础

图4-5不同轴向的桩基础

由于竖直桩所能承受的水平力很小,当基础传来的荷载水平分力较大时,则需要加斜桩来承受,如大跨度拱桥组合式桥台,当采用桩基础时宜采用前直后斜的基桩,以承受上部结构传来的较大的水平推力。

斜桩的轴线与竖直线倾斜度正切值不宜小于1/8(图4-5),也不宜大于1/3,工程中常采用的斜角度正切值是1/8~1/5。

图4-6所示是一座修建在江苏南通洋口港的黄海长桥,该深水海域风浪恶劣,海潮差大,加之时有台风影响,风浪潮作用复杂不稳定。设计为圆形高桩承台,直径6.2m,桩长52.5~

61.5m;桩径为0.8m的PHC管桩,集中布置6根斜桩,斜率为1/6。斜桩与竖直桩相比,任何方向都具有强劲的抵抗水平力、竖向力及弯矩的能力,所以深水桩基础设计竖直桩与斜桩协调配合,提高桩体刚度是必须考虑的。

(四)按土对桩的支承力性质

土对桩作用的支承力分为两种,一是桩周土与桩壁之间的摩阻力;二是桩底土的竖向支承

力。如果桩所穿过的是较弱的土层并支承在各种压缩性土中,此时桩主要依靠作用在桩壁侧面的摩阻力来承受竖向荷载,而桩底土的支承力所占比重很小,甚至可以忽略不计,这种桩称为摩擦桩[图4-7a)]。

图4-6深水区桥梁下部结构设计图

图4-6深水区桥梁下部结构设计图

反之,如果桩底支承在岩层或坚硬土层(如密实的大块卵石层)等非压缩性土层上,此种桩主要依靠桩底土层的土抗力来支承竖向荷载,因桩的沉降只有桩身累积弹性压缩变形,而认为摩阻力可忽略不计,这种桩称为端承桩,或者称柱桩[图4-7b)]。但对较长的柱承桩,因受荷后桩身弹性压缩变形也会较大,故在设计时也可适当考虑摩阻力。

图4-7摩擦桩和柱桩

图4-7摩擦桩和柱桩

柱承桩承载力大,基础沉降小,较安全可靠,但若岩层埋置很深,采用柱承桩很不经济,就需采用摩擦桩。在设计摩擦桩时,也应尽可能将桩底埋置于较好的土层中。柱承桩与摩擦桩由于它所在地基土中的工作条件不同,其桩土的共同作用特点和破坏机理也不同,在设计计算时所采用的方法和参数也不一样。

(五)按成桩方法的挤土效应

现今桩基础在桥梁、房建、港口、码头等工程中是应用广泛的基础形式。根据工程特点和环境要求,采用不同施工方法成桩,对桩周围土层的扰动挤密程度不同,会影响基础承载能力的提高和桩土之间作用状态的计算参数选用。桥梁桩基础按成桩方法主要分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。

1.非挤土桩

按设计桩径,在现场土中钻(挖)桩孔达到设计高程后,孔中灌注混凝土或钢筋混凝土而成,桩周围土较少受到挤压,有的还有应力松弛现象,这类桩外还有井筒管柱桩和预钻孔埋桩等,均为非挤土桩。有钻孔灌注桩、挖孔灌注桩等多种类型,其区别主要为成孔的施工机具和方法或成桩工艺不同。

钻孔灌注桩是用动力驱使钻头在土中钻进成孔。桩径决定钻头直径,一般不小于1000mm。我国大直径钻机的钻孔直径已达2500~3000mm,目前已设计的KD3000型动力头式钻机成孔直径已达p5000mm;岩石达p3000mm。钻孔灌注桩适用于各种类型土层,对于易坍孔土质及可能发生流沙或有承压水的地基土,施工前应做试桩以取得经验。钻孔灌注桩在我国桥梁基础中应用非常广泛,我国钻孔桩施工最大深度已超过百米。

挖孔灌注桩是用人工或以机械配合成孔的就地灌注桩。随着桩基础向大直径无承台形式发展,现多采用套管护壁法钻孔灌注桩,我国大直径挖孔空心桩直径已达p5500mm。挖孔桩的特点是不受设备限制,施工简单,质量容易得到保证,为增大桩底支承力,可用开挖办法扩大桩底。但施工中必须注意防止孔内有害气体、坍孔等危及孔内人员安全。

2.部分挤土桩

部分挤土桩为冲孔灌注桩、挤扩孔灌注桩及预钻孔沉桩、敞口预应力混凝土管桩等。

管桩最下端装有环形钢刃脚,以利于切土下沉。桩底一般落在坚实土层或嵌入岩层中,适用于深水、岩面不平整、覆盖土层厚薄不一的大型桥梁基础。其下沉方法具有特殊性,采用特殊措施强迫管柱下沉。常用的方法是:以大型振动锤进行上、下振动或用摇晃机扭摆下沉;在管内用抓土斗或水力机械排土;必要时,还可在管内外进行高压射水,以减少下沉阻力。

这种基础首先在1955年应用于我国武汉长江大桥,采用钢筋混凝土管桩,直径为1.55m,嵌入岩盘2~7m,随后在南京长江大桥改用预应力混凝土管桩,直径3.6m,管壁厚140mm,用先张法预施应力,节长7.5m,用法兰盘连接,入土深度47m,其中嵌入岩盘3.5m(图4-8)。在国外常用钢管桩,近年还发展有锁口钢管桩基础。

3.挤土桩

将预制的钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、木桩及螺旋桩等(我国采用较多的是前两种),采用适当的方法沉入土中的桩称为挤土桩(又称沉桩)。当土层中有大孤石、大树干或其他障碍物时,可能影响其沉入,不宜采用这种桩。

沉桩的方法主要有:锤击沉桩法、振动沉桩法、压入法、射水沉桩法、钻孔插入法、旋入法等。其中,锤击法适用范围较广,也较为常用;射水法常与锤击法和振动法配合使用;钻孔插入法常用于多年冻土地区;旋入法仅用于螺旋桩。各种方法对桩周土的影响不同,桩的承载力也会因此而出现差别。

图4-8南京长江大桥主墩管桩基础(尺寸单位:m)图4-8南京长江大桥主墩管桩基础(尺寸单位:m)

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