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        樁靴形式對(duì)PHC樁穿透性能的影響

        2020-02-10 05:20:30馮光華
        水運(yùn)工程 2020年1期
        關(guān)鍵詞:斜角基樁沉樁

        馮光華,任 麟

        (中交四航局第一工程有限公司,廣東 廣州 510310)

        先張法預(yù)應(yīng)力離心高強(qiáng)混凝土管樁(簡(jiǎn)稱PHC樁)在港口中的應(yīng)用日漸增多[1],國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)PHC樁的沉樁機(jī)理及質(zhì)量控制,做出了大量的研究[2-6]。

        PHC樁為部分?jǐn)D土樁,其穿透性能較同直徑的鋼管樁弱,通常需要設(shè)置樁尖,常用PHC樁樁尖形式包括純鋼護(hù)筒樁靴、內(nèi)嵌十字樁尖的鋼護(hù)筒樁靴、加端板的十字樁尖和外突十字樁尖鋼護(hù)筒樁靴等形式,楊緒軍等[7]分析了樁靴鋼板厚度及端板外側(cè)增加鋼箍對(duì)于基樁穿透性能的影響;宋杰[8]分析了PHC混凝土管樁結(jié)合超長(zhǎng)鋼樁靴的混合樁型方案,能較好地達(dá)到目標(biāo)持力層。而對(duì)于不同樁尖形式PHC樁的穿透性能對(duì)比的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本文通過(guò)對(duì)不同樁尖形式、不同樁靴長(zhǎng)度以及鋼樁靴與PHC樁法蘭盤(pán)焊接是否采用斜角坡板的PHC樁穿透性能進(jìn)行對(duì)比分析,為設(shè)計(jì)和施工提供參考。

        1 工程概況

        工程地處坦桑尼亞達(dá)累斯薩拉姆港,為東非第二大港口。施工內(nèi)容包括新建1個(gè)滾裝泊位和升級(jí)改造1#~7#泊位,施工岸線總長(zhǎng)約1.7 km,樁基采用直徑800、1 000 mm的PHC樁,數(shù)量分別為320、694根,總計(jì)1 014根,含有直樁以及傾斜度為8:1、6:1、4:1、3:1的斜樁,鋼樁靴長(zhǎng)度分別為1.5、5.0、6.0 和7.0 m,斜樁扭角為12°,滾裝泊位單個(gè)結(jié)構(gòu)段內(nèi)部平行于碼頭岸線方向軸之間的PHC 樁間距為8 m,共7排。1#~7#泊位每個(gè)排架布置3根PHC樁,排架樁間距5.5~7.2 m。PHC樁參數(shù)見(jiàn)表1,單個(gè)結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示。

        表1 坦桑尼亞達(dá)累斯薩拉姆港PHC樁參數(shù)

        圖1 滾裝泊位基樁平面布置 (單位:m)

        2 不同樁靴形式的PHC樁沉樁規(guī)律分析

        珊瑚礁礫砂層廣泛分布在坦桑尼亞達(dá)累斯薩拉姆港,在每個(gè)地質(zhì)鉆孔中均發(fā)現(xiàn),埋藏較淺?;谠摰刭|(zhì)條件,分析不同樁靴形式的PHC樁沉樁規(guī)律。

        2.1 沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)

        基于永安YC-30液壓錘、錘芯跳高30 cm工況下,滿足以下條件之一,即可停錘:

        1)最后3陣,每陣10 擊,平均貫入度≤7 mm且達(dá)到設(shè)計(jì)高程,可以停錘;如果貫入度大于7 mm,應(yīng)繼續(xù)錘擊直至貫入度小于7 mm。

        2)未達(dá)到設(shè)計(jì)高程,平均貫入度≤5 mm(最后3陣,每陣10 擊)且樁尖距設(shè)計(jì)高程≤1.0 m,可以停錘。

        3)其他異常情況應(yīng)停錘;檢查樁身質(zhì)量,綜合評(píng)估總錘擊數(shù)、地質(zhì)和貫入度的情況,并及時(shí)反饋設(shè)計(jì)。

        2.2 PHC樁的樁靴類型

        項(xiàng)目采用的樁尖形式有3種:純鋼護(hù)筒樁靴、內(nèi)嵌十字樁尖的鋼護(hù)筒樁靴、外突十字樁尖的鋼護(hù)筒樁靴,材質(zhì)為Q345B鋼,鋼樁靴樁尖0.5 m范圍內(nèi)外貼18 mm厚加強(qiáng)箍,分為兩瓣,樁靴頂部側(cè)端肋板之間焊接有縱向肋板,縱向肋板分為矩形和梯形兩段,樁靴和PHC段由樁頭端板連接。樁靴長(zhǎng)度分別為1.5、5.0、6.0、7.0 m;鋼樁靴與基樁法蘭盤(pán)連接方式有帶和不帶斜角坡板。外突十字樁尖鋼樁靴和帶斜角坡板的鋼樁靴見(jiàn)圖2。

        圖2 外突十字樁尖和帶斜角坡板的鋼樁靴(單位:mm)

        2.3 基樁總錘擊數(shù)

        2.3.1不同樁尖形式基樁總錘擊數(shù)

        針對(duì)不同樁尖形式基樁,分別選取100根樁進(jìn)行總錘擊數(shù)統(tǒng)計(jì),見(jiàn)圖3。純鋼護(hù)筒樁靴基樁總錘擊數(shù)平均值為1 768擊;內(nèi)嵌十字樁尖的鋼護(hù)筒樁靴基樁的總錘擊數(shù)平均值為1 564擊;外突十字樁尖的鋼護(hù)筒樁靴基樁的總錘擊數(shù)平均值為1 387擊??傚N擊數(shù)最高的為純鋼護(hù)筒樁靴基樁,平均值比內(nèi)嵌十字樁尖的鋼護(hù)筒基樁高13.0%、比外突十字樁尖的鋼護(hù)筒樁靴基樁高27.5%。

        圖3 不同樁尖形式基樁的總錘擊數(shù)

        2.3.2不同樁靴長(zhǎng)度基樁總錘擊數(shù)

        不同樁靴長(zhǎng)度基樁總錘擊數(shù)見(jiàn)圖4。樁靴長(zhǎng)度為1.5、5.0、6.0、7.0 m基樁的總錘擊平均值分別為1 883、1 665、1 564、1 466擊。樁靴長(zhǎng)度越長(zhǎng),平均總錘擊數(shù)越少。1.5 m長(zhǎng)樁靴的總錘擊數(shù)明顯比其他長(zhǎng)度樁靴基樁總錘擊數(shù)大。

        圖4 不同樁靴長(zhǎng)度基樁的總錘擊數(shù)

        2.3.3不帶與帶斜角坡板基樁總錘擊數(shù)

        不帶與帶斜角坡板基樁總錘擊數(shù)見(jiàn)圖5。不帶斜角坡板的基樁總錘擊數(shù)平均值為1 452擊;帶斜角坡板的基樁的總錘擊數(shù)平均值為1 316擊;帶斜板的基樁平均總錘擊數(shù)更少,約少10.3%。

        圖5 不帶與帶斜角坡板基樁的總錘擊數(shù)

        2.4 不同樁靴形式基樁的停錘規(guī)律

        2.4.1不同樁尖形式的樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        針對(duì)不同樁尖形式基樁,分別選取100根進(jìn)行實(shí)際樁尖高程與設(shè)計(jì)值對(duì)比,并統(tǒng)計(jì)其貫入度,見(jiàn)圖6~8。純鋼護(hù)筒樁靴基樁實(shí)際樁尖高程比設(shè)計(jì)值平均高出0.72 m,大于1 m的有7根,大于5 m的有2根且補(bǔ)樁,終錘平均貫入度2.9 mm/擊;內(nèi)嵌十字樁尖基樁的實(shí)際樁尖高程比設(shè)計(jì)值平均高出0.55 m,大于1 m的樁有5根,終錘平均貫入度3.5 mm/擊;外突十字樁尖基樁樁尖高程比設(shè)計(jì)值平均高出0.31 m,大于1 m的樁有3根,終錘平均貫入度4.2 mm/擊。

        圖6 鋼護(hù)筒樁靴基樁樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        圖7 內(nèi)嵌十字樁尖基樁樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        圖8 外突十字樁尖基樁樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        2.4.2不同樁靴長(zhǎng)度基樁樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        不同樁靴長(zhǎng)度樁尖高程及終錘貫入度見(jiàn)圖9~12。樁靴長(zhǎng)1.5 m基樁實(shí)際樁尖高程比設(shè)計(jì)值平均高出0.75 m,大于1 m有8根,大于5 m有1根且須補(bǔ)樁,終錘貫入度平均值為2.8 mm/擊;樁靴長(zhǎng)度5.0 m 基樁的實(shí)際樁尖高程比設(shè)計(jì)值平均高出0.61 m,大于1 m有8根,終錘貫入度平均值為3.4 mm/擊;樁靴長(zhǎng)度6.0 m 基樁設(shè)計(jì)樁尖比設(shè)計(jì)值平均高出0.54 m,大于1 m有5根,終錘貫入度平均值為3.6 mm/擊;樁靴長(zhǎng)度7.0 m 基樁實(shí)際樁尖高程比設(shè)計(jì)值平均高出0.46 m,大于1 m基樁有4根,終錘貫入度平均值為3.8 mm/擊。

        圖10 5.0 m樁靴長(zhǎng)度樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        圖11 6.0 m樁靴長(zhǎng)度樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        圖12 7.0 m樁靴長(zhǎng)度樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        2.4.3不帶與帶斜角坡板基樁樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        不帶與帶斜角坡板基的實(shí)際樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度見(jiàn)圖13、14。不帶斜角坡板的基樁實(shí)際樁尖高程比設(shè)計(jì)值高出0.48 m,大于1 m的有6根,終錘貫入度平均值為3.9 mm/擊;帶斜角坡板的基樁的實(shí)際樁尖高程比設(shè)計(jì)值平均高出0.27 m,大于1 m的樁有1根,終錘貫入度平均值為4.4 mm/擊。

        圖13 不帶斜角坡板實(shí)際樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        圖14 帶斜角坡板實(shí)際樁尖高程與設(shè)計(jì)值差距及終錘貫入度

        3 不同樁靴形式的基樁穿透性能對(duì)比

        3.1 試驗(yàn)樁樁位地質(zhì)樁孔情況

        針對(duì)不同樁尖形式、不同樁靴長(zhǎng)度以及帶與不帶斜角坡板,選取SGR06和SGB07這兩個(gè)鉆孔分別選取3根基樁進(jìn)行沉樁試驗(yàn),對(duì)穿透性能進(jìn)行對(duì)比分析。SGR06地質(zhì)鉆孔見(jiàn)表2,持力層為珊瑚礁砂礫。

        表2 SGR06鉆孔地層情況

        注:50/190、50/210表示50 cm/190擊、50 cm/210擊。

        3.2 不同樁尖形式基樁穿透性能對(duì)比

        根據(jù)純鋼護(hù)筒樁靴基樁、內(nèi)嵌十字樁尖基樁和外突十字樁尖基樁3種不同的樁尖形式,在SGB06鉆孔附近選取3根樁沉樁,樁靴長(zhǎng)度均為5.0 m,樁徑均為1.0 m,對(duì)不同土層的貫入度、樁身最大能量、樁身壓應(yīng)力、拉應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比分析,見(jiàn)圖15。

        圖15 不同樁尖形式相同樁靴長(zhǎng)度基樁的貫入度及相關(guān)參數(shù)變化

        由圖15可知,純鋼護(hù)筒樁靴、內(nèi)嵌十字樁尖、外突十字樁尖基樁的沉樁貫入度依次增加,樁身拉、壓應(yīng)力依次減少,而能量并無(wú)顯著差異,因此上述3種樁尖形式的基樁穿透能力依次增強(qiáng)。

        3.3 不同樁靴長(zhǎng)度基樁穿透性能對(duì)比

        在SGB07鉆孔附近選取4根基樁,持力層為粉性砂質(zhì)黏土,鉆孔地層情況見(jiàn)表3,基樁的樁徑均為1.0 m,均采用帶斜角坡板形式,樁尖形式為內(nèi)嵌十字樁尖,樁靴長(zhǎng)度分別為1.5、5.0、6.0和7.0 m,對(duì)不同土層貫入度進(jìn)行對(duì)比分析。4根樁不同土層貫入度變化見(jiàn)圖16。

        表3 SGB07鉆孔地層情況

        注:50/200、50/250表示50 cm/200擊、50 cm/250擊。

        圖16 不同樁靴長(zhǎng)度貫入度變化

        由圖16可知,1.5 m長(zhǎng)鋼樁靴的沉樁過(guò)程貫入度值明顯比其他長(zhǎng)度貫入度小,而5.0~7.0 m長(zhǎng)鋼樁靴貫入度依次增大,但變化并不明顯,因此隨著樁靴長(zhǎng)度增加,基樁穿透性能增加,且1.5 m長(zhǎng)樁靴其基樁穿透能力明顯要比5.0~7.0 m樁靴基樁弱。

        3.4 不帶與帶斜角坡板基樁穿透性能

        在SGR07鉆孔附近選取不帶與帶斜角坡板的樁靴形式的2根基樁進(jìn)行沉樁試驗(yàn),對(duì)不同土層貫入度進(jìn)行對(duì)比分析。見(jiàn)圖17。帶斜角坡板基樁的貫入度較大,主要是斜角坡板在沉樁過(guò)程中起緩沖作用,減少側(cè)阻力,更有利于基樁穿透硬層,達(dá)到設(shè)計(jì)高程,貫入度較大。

        圖17 樁靴帶坡板與不帶坡板貫入度變化

        4 結(jié)論

        1)在相同的地質(zhì)條件下,外突十字樁尖的PHC樁的穿透性能最強(qiáng),純鋼護(hù)筒樁靴的PHC樁穿透能力最弱。

        2)在相同的地質(zhì)條件下,樁靴長(zhǎng)度越長(zhǎng),其基樁穿透能力越強(qiáng),但樁靴長(zhǎng)度大于5 m時(shí),基樁穿透性能增強(qiáng)并不明顯。

        3)在相同的地質(zhì)條件下,帶斜角坡板能減少基樁沉樁過(guò)程的土阻力,PHC樁貫入度較大,穿透性能較強(qiáng)。

        4)基于總錘擊數(shù)、貫入度、樁身壓應(yīng)力和拉應(yīng)力等參數(shù)考慮,從樁尖形式、樁靴長(zhǎng)度及是否帶斜角坡板這3方面靈活選取不同樁靴形式的PHC樁,使PHC樁沉樁至設(shè)計(jì)高程,保證沉樁質(zhì)量。

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