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技术前沿:斜桩施工介绍 合理使用可大量节省建筑材料

http://www.cm.hc360.com2015年07月10日11:59 来源:慧聪工程机械网T|T

  斜桩,即所建造的基础桩并非垂直于水平面,而是与水平面的垂直线保持一定的倾角,承载着来自于水平横向与竖向的共同荷载。

  垂直基础桩可以为建筑物提供最大限度的垂直承载力,但在为建筑物提供水平承载力方面却有着很大的局限性。

斜桩

  对一些特殊环境中的建筑,如:跨海大桥。与垂直载荷一样,水平载荷设计也是一个非常重要的考量。水平向受力可能来自于:风力、浪潮的冲击力、运动车辆的制动力、船舶的撞击力、地震产生的横向破坏力等等。因而,建筑的设计不仅需要考虑基础的垂直向承载力的大小,也要考虑可能的水平向承载能力的大小。

  在一些典型的载荷相对比较集中的建筑上,如下图所示的:桥墩、拱桥承台、码头岸壁、水塔等建筑物或其他类似的荷载高度集中的建筑物,合理地使用斜桩,可以在很大程度上优化建筑物的基础设计方案,节省大量的建筑材料。

  斜桩施工介绍

  从下图中的斜腿板凳中,也可以很直观地看出“斜桩”的优势。

   斜桩施工介绍

  因而,在一些桥梁、码头、输电线路、海上钻井平台等等基础设计上,斜桩有着较为广泛的应用。

  为便于更加量化地理解斜桩的优势,下面举个典型的斜桩与垂直桩对比案例,例如,某项目群桩基础:
  1)桩数均为4根,水平载荷为200 t,弯矩为1000 t·m,桩长圴为25 m。
  2)桩顶以下8 m的土体很软,几乎不能为桩提供水平向支撑力。
  3)建筑物可允许最大水平位移量为20 mm,钢筋笼设计依据标准为DIN1045,均为固定式承台结构。

  分别采用如下图所示的两种设计方案:
  1)下图左侧所示的为直径1.5 m的垂直桩设计方案;
  2)下图右侧所示的为直径1.2 m,斜度为1:10的斜桩设计方案。

  斜桩施工介绍

  设计计算结果如下:

方案1(直径1500mm的垂直桩)

方案2 (斜度1:10,直径1200mm的斜桩)

桩的受力情况

桩的受力情况

弯矩325 t·m(假设为:100%)

弯矩150 t·m(为前者的46%)

轴向载荷256 t(假设为:100%)

轴向载荷335 t(为前者的130%)

桩的压应力145 t/m2

桩的压应力298 t/m2

水平偏移量 21 mm

水平偏移量 20mm

混凝土用量176 m3(假设为100%)

混凝土用量113 m3(为前者的64%)

钢筋笼用量17 t(假设为100%)

钢筋笼用量9 t(为前者的53%)

  以上对比实例说明,在桩长均为25 m的情况下,相对于1500 mm直径的垂直桩,1200 mm直径、斜度为1:10的斜桩设计方案更为有效和科学,而且可以节省大量的建筑材料。

  但由于斜桩的施工难度相对较大,目前在我国许多可以使用斜桩的建筑物基础并未设计为斜桩,这消耗了大量完全可以节约下来的资源。

斜桩施工介绍

  在德国,典型的高速铁路的群桩基础承载能力要求如下:

桩的直径

1200–1500 mm

承台的轴向载荷

4000–8000 t

群桩数量

8 – 14 根

单桩垂直载荷

500 – 900 t

静载与动载的比例

40%–70%

  德国典型的高速铁路桩基础形式根据群桩数量的不同,采用了全斜桩承台或是部分斜桩承台的设计方案,节省了大量的建筑材料。

  斜桩的使用与否取决于很多方面,下面所列的一些情况下,尤其适合采用斜桩,如:
  1、地质条件方面:上部土体较软而桩端承载力很大。如:上部为软土而下部为岩层或类似于岩层的持力层,或是有土壤液化趋势的地震高发区;
  2、载荷特点方面:水平载荷较大的建筑。如:风力、车辆制动力、撞击力、地震载荷等水平载荷。

  根据斜桩的设计经验,一般来讲,桩的斜度在1:10 – 1:8,极端条件下可能会达到1:5。

  在某些情况下,斜桩的优势虽然非常明显,但其在实际工程中的应用却远未达到应有的比例,主要原因是斜桩的施工难度及对设备的施工能力要求相对较高,对于钻孔灌注桩来讲,一般需要全护筒钻进。

  宝峨旋挖钻机扭矩大,桅杆的支撑结构刚度好,动力输出稳定,非常适用于各种斜桩工程的施工,下面列举一些使用德国宝峨挖钻机进行斜桩施工的案例。

  案例1 广东惠州运输码头斜桩项目(见下图)

  钻机:两台宝峨BG15V

     钻孔直径及数量:直径1200mm,200根;

     直径1000mm,6根

  斜度:1:6, 1:5,1:4

  钻进深度:30-45m,护筒下放一直延伸至微风化砂岩或粉砂岩,然后在微风化岩层中再钻进7m。

  案例1 广东惠州运输码头斜桩项目

  案例2 广东大亚湾斜桩项目(见下图)

  钻机:宝峨BG15V

  钻孔直径:800mm, 1000mm

  斜度:1:4

  钻进深度:30-35 m, 每根斜桩入风化泥岩及砂岩5m

  案例2 广东大亚湾斜桩项目

  案例3:某近海管线项目(见下图)

  钻机:宝峨BG30

  钻孔直径:1200mm

  钻进深度:44m

  斜度:14度

  案例3:某近海管线项目

  案例4:韦恩大桥项目(见下图)

  钻机:宝峨BG30

  钻孔直径:1000mm

  钻进深度:37m

  斜度:1:8

  案例4:韦恩大桥项目

  案例5:芬兰某桥梁项目(见下图)

  钻机:宝峨BG30

  钻孔直径:1500mm

  钻进深度:25m

  地质条件:需入岩,岩石强度最高150 MPa

  案例5:芬兰某桥梁项目

  案例6:塞内加尔某大桥斜桩项目(见下图)

  钻机:宝峨BG25C

  钻孔直径:1000mm

  钻进深度:30m

  斜度:1:8

  桩数:垂直桩20根,斜桩40根

  案例6:塞内加尔某大桥斜桩项目

  斜桩技术的合理应用,使得建筑结构能够承受更多的来自于水平向的荷载,减少桩的位移及沉降,提高建筑的使用寿命。斜桩施工工艺的推广,能够促进业主和设计单位更加合理地选择并且使用不同的桩型,节约社会资源,进一步推动基础施工行业的技术进步。

斜桩施工介绍

  德国宝峨集团是国际著名的基础工程及钻探设备制造商,也是全球最著名的基础工程承包商之一,总部位于德国巴伐利亚州的舒本豪森市,具有200多年的历史。德国宝峨集团的业务分为三大板块,分别是特殊基础工程施工、设备制造和资源开发,其下属的德国宝峨机械设备有限公司是目前全球最大的基础工程设备的制造商。基础工程施工与设备制造紧密结合是德国宝峨集团始终处于本行业全球领先地位的根本原因。

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责任编辑:梁菲

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