人工挖孔桩护壁设计及其工程应用.pdf
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1、第1 5 卷第1 期 2 0 0 1 年3 月 土工基础 S o i lE n g a n dF o u n d a t i o n V 0 1 1 5N o 1 M a r 2 0 0 1 人工挖孔桩护壁设计及其工程应用 罗章李文兵黎振兹 ( 中南工业大学,长沙4 1 0 0 8 3 ) 摘要本文从建筑施工技术及经济的角度,探讨了人工挖孔桩在城市应用前景;同时,对人工挖 孔桩护壁结构设计进行了一些研究,并在几个实际工程中加以应用,取得了良好的经济效益。 关键词人工挖孔桩,护壁设计,“流砂” 中图法分类号:T U4 7 3文献标识码:B 文章编号:1 0 0 4 3 1 5 2 ( 2 0 0
2、 1 ) 0 1 0 0 4 9 0 4 1 前言 2 0 世纪初,美国便采用边人工挖土边以 木板或圆形钢环支护( c h i c a g om e t h o d ) 或用套 筒式金属壳支护( G O Wm e t h o d ) 的方式成孔 制作承载桩( 墩) 。4 0 年代起,才逐步代入以 机械取土( 抓斗、螺旋钻及循环泥浆出土) ,成 为钻孔桩。人工挖孔桩径一般都在8 0 0 m n l 以上。国内外实践经验及理论拉。已经证 明:当上部结构荷载很大,且场地具有浅部较 好持力层时采用大直径桩是比较经济的。人 工挖孔桩有许多突出的优点:施工设备简单, 易行,无噪音,无震动,对现场周围原有建
3、筑 影响小;施工速度快,可按施工进度要求决定 同时挖桩孔的数量;可直接观察地质变化情 况,桩底沉渣易于消除,施工质量可靠,造价 低。特别是大直径的混凝土灌注桩,使用人 工挖孔比机械成孔的适应性要广得多,它不 仅适用于山区丘陵土质等比较坚硬,地形地 貌变化较大的地区,也可应用于软土地基。 2 人工挖孔桩护壁对承载力的 贡献 目前,国内外桩基应用存在的主要问题 收稿日期:1 9 9 9 1 2 0 9 是对发挥承载力研究不够,这一点在挖孔桩 ( 包括本文研究的护壁) 中表现得尤为突出。 本节研究护壁在桩的承载能力中的潜在贡献 问题,先参看表1 。从表1 我们不难发现 表1 挖孔桩桩身护壁混凝土工程
4、量及其比较 桩径黧耋慧萎篓譬蓑篓器。桩嚣壁, r a m ,m 3,m 3,m 3混凝土混凝土 注:平均桩长= 1 5m ,护壁厚按0 1 D + 5c m 设计。 随着桩径的增大,护壁混凝土工程量绝 对数量在迅速增加,在桩身混凝土总量中比 例占1 3 以上,目前绝大多数的设计对护壁 在人工挖孔桩中对桩体承载力的贡献研究不 够,其主要原因固然在于迄今对挖孔桩的研 究尚欠透彻。护壁虽然主要是为浇筑桩身钢 筋混凝土而设,但它客观上竖直方向承担了 传递了三分之一左右的荷载,因此不能忽略 护壁对桩体承载能力潜在的贡献。 万方数据 5 0 土工基础 2 0 0 1 盔 近十余年来,我国武汉、成都等地将人
5、工 挖孔桩设计成空心桩,如图1 所示u 3 4 1 所示, 在世界上是首创。与实心桩相比,节省混凝 土量超过5 0 ,同时,桩心可以用来存放部 分废土( 但空心挖孔桩一般仅适用于地下水 位低于桩底标高的情况) 。当然我们还不能 说空心挖孔桩实际上就是只有护壁,没有桩 身的人工挖孔桩。此外,这种桩型应用于超 高层建筑,尚有许多技术问题需要处理。但 这也从一个侧面说明了挖孔桩护壁对桩体承 载能力的潜在贡献。同时也说明护壁设计确 实存在着巨大的研究空间和经济价值。 图1 空心挖孔桩 ( a ) 竹节式;( b ) 直壁式 3 护壁对桩孔侧壁稳定的贡献 人工挖孔桩的构造如图2 所示。该类桩 一般都设计
6、有桩帽,护壁,地梁及桩端扩大 头,这些结构对于发挥桩土之间,护壁与桩身 及与周围土体之间的共同作用是有利的。为 了保证人工掘孔施工顺利进行,首先要求护 壁结构的强度足以防止土体坍塌。关于支护 的方法有很多,本文主要研究现浇混凝土护 壁。 、 首先要求护壁混凝土强度大于周围土体 对护壁产生的侧压力。根据库伦土压力理 一哩0 弋7 厂一 卜 _ l f? I 萋 厶 I 2 3 、一 2 葛 ; 1 , l o 8 譬 骡 弓 V 斗 上乳。萋 J 一 I I 持力岩 J, 一 |、 量rI 。J b D 8I,L 1 D l ”l 1 图2 挖孔桩构造图 1 一护壁;2 一主筋;3 一箍筋; 4
7、 - 一地梁;5 一桩帽 层 论,不考虑土的粘聚力,按无粘性土计算,这 样计算的土压力值偏大,偏于安全。为简化 计算,不妨假定地下水的影响与土的粘聚力 相互抵消,得静土压力计算图式如图3 所示。 护壁上土侧向压力为 P 0 = K o 口。= K o7 Z ( 1 ) 式中:) ,为土的重度;K o 为静止土压力系 数,= 产( 1 一产) ,p 为土的泊松比,可由 实验条件确定。 静止土压力系数凰与土的种类有关, 而同一种土的蜀还与孔隙比,含水量,加压 条件,压缩程度有关。也可根据半径验公式: K o = 1 一s i n e ( 2 ) 式中:曲为土的内摩擦角。 常见的静止土压力系数经验值
8、如表 万方数据 第1 期罗章等:人工挖孔桩护壁设计及其工程应用 5 1 2 所示。 图3 静土压力计算图式 表2 g o 的经验值 土的种类和状态岛 碎石土 砂土 粉土 粉质粘土:坚硬状态 可塑状态 软塑及流塑状态 粘土:坚硬状态 可塑状态 软塑及流塑状态 0 1 8 O 2 5 0 2 5 O 3 3 O 3 3 O 3 3 0 4 3 O 5 3 O 3 3 O 5 3 0 7 2 静止土压力按三角形分布:故静止土压 力合力为: E o = 7 2 2 9 0 2 ( 3 ) 以海口市鸿扬大厦( 地下1 层,地上2 8 层) 为例,说明一下实际人工挖孔桩护壁施工 情况。该大厦工程用2 1
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