螺杆桩技术及其工程现场应.ppt
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1、螺杆桩技术及其工程现场应用,螺杆桩技术简析及在东原香郡现场的实际应用,1、螺杆桩技术特点简析2、螺杆桩相应的机械设备及其他技术条件3、螺杆桩在东原香郡现场的实际运用4、螺杆桩与其他桩基础形式的成本比较分析5、目前螺杆桩技术的应用案例,东银管理学院系列课程,3,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩发展背景技术,1833年英国首先将螺旋锚桩用于灯塔基础,之后又用于码头和房屋基础。,20世纪中期荷兰开发了Fundex Pile(桩径最大可达670mm,桩长大于30m,)和德国开发了ATLAS Pile 等螺旋挤土灌注桩。,另一方面,日本创新研究了钢纤维螺旋拧入式预制混凝土桩(又称AJ桩)、德国开发了半螺旋
2、拧入式预制混凝土桩(即EUROPILE),最大桩径640mm,桩长最大28m,单桩承载力可达4000KN。,20世纪90年代后新一代螺旋挤土灌注桩技术被开发完善,投入实践工程的有比利时的OMEGA Screw Pile、英国的TSD Sytem、法国的T.Pile、澳大利亚的V-Pile。,东银管理学院系列课程,4,1、螺杆桩技术特点简析,我国岩土工程界在螺旋挤土桩技术、设备和工法方面的研究起步较晚。本世纪初在吸收国外螺旋挤土桩技术的的基础上,研发出了现浇型全螺纹灌注桩工法和半螺丝桩(螺杆桩)及其成桩工法,并投入工程应用。螺杆桩及其成桩工法整体研究及运用水平高于欧洲发达国家。,螺杆桩发展背景技
3、术,东银管理学院系列课程,5,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩原理概述,东银管理学院系列课程,6,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩是一种“上部为圆柱型,下部为螺丝型”的组合式新型桩。,现浇螺杆桩是在施工过程中采用桩机钻具旋转挤压土体成孔,管内泵压混凝土成桩。,螺杆桩是一种具有很高实用价值和潜能的新型桩。将常识中“螺丝钉比钉子牢固”的简单道理运用在桩施工中,使其更牢固的特点得以实现。,螺杆桩施工技术采用常规混凝土灌注和独特的施工工法形成螺杆桩,承载力大于等于预应力管桩。,螺杆桩原理概述,东银管理学院系列课程,7,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩技术具有综合造价低、施工及成桩质量不受地下水影响、应用范围
4、广、适应多种土层等优势,适应范围,独立柱基的桩基础复合地基的刚性桩(东原香郡项目选用),螺杆桩原理概述,东银管理学院系列课程,8,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩桩身七大特点,特点一:下部为螺纹段,大大提高了桩的承载力特点二:上部为直杆段,加大了受力面积,提高了桩身刚度特点三:桩身上大下小的特点满足附加应力变化规律特点四:桩体桩土结合粗糙度高特点五:配筋按结构钢筋特点六:桩端无虚土特点七:螺牙的存在使桩身不会丧失粘聚力,上部直杆段,下部螺纹段,东银管理学院系列课程,9,1、螺杆桩技术特点简析,1971年汤姆逊(Tomlinson)由78根桩试验结果统计提出理论:qsik=Csi,在相同条件下,在
5、饱和粘性土中桩土形成螺纹状态时土体提供的承载力是传统直线型桩土体提供的承载力的15倍,为螺纹型异型桩的发展提供了理论依据。,特点一:下部为螺纹段,大大提高了桩的承载力,螺杆桩桩身七大特点,东银管理学院系列课程,10,1、螺杆桩技术特点简析,桩与土必须形成螺纹结合形态桩与土之间形成通缝则不符合理论之条件,螺纹结合形态,桩土形成通缝,实现理论前提条件,螺杆桩桩身七大特点,东银管理学院系列课程,11,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩上部圆柱体加大了受力面积,提高了桩身强度和刚度,起到了承上启下的作用。实现了用普通混凝土的强度满足了大荷载的要求。,特点二:上部为直杆段,加大了受力面积,提高了桩身强度和刚
6、度,螺杆桩桩身七大特点,东银管理学院系列课程,12,1、螺杆桩技术特点简析,桩头面积0.0585m2桩身强度极限承载力:710kN,桩头面积0.1256m2桩身强度极限承载力:1500kN,全螺纹桩体,直杆桩,例:同外径及同为C20混凝土桩身强度的条件下,螺杆桩桩身七大特点,东银管理学院系列课程,13,1、螺杆桩技术特点简析,引自刘金砺.桩基基础技术发展与应用.中国建筑工业出版社.2003,以侧阻力为主的桩身附加应力规律图,在工作荷载作用下,约有95%的工作荷载均由桩侧阻力承担,在最大试验荷载作用下桩端承载力仅占10%左右。,特点三:桩身上大下小的特点满足附加应力变化规律,螺杆桩桩身七大特点,
7、东银管理学院系列课程,14,1、螺杆桩技术特点简析,自刘利民,舒翔,熊巨华.桩基工程的理论进展与工程实践.中国建材工业出版社.2002,特点四:桩土结合粗糙度大于一般桩体,螺杆桩桩身七大特点,东银管理学院系列课程,15,1、螺杆桩技术特点简析,随着粗糙度系数的增大,二、三号桩的极限承载力分别达到一号桩的1.86和3.86倍,相同条件下:桩土结合粗糙度越高,承载力越高!,试验结论:,螺杆桩桩身七大特点,东银管理学院系列课程,16,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩桩身配筋满足规范要求。,特点五:桩身按结构配筋并满足构造要求,螺杆桩桩身七大特点,东银管理学院系列课程,17,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆
8、桩整体沉降小于取土类型桩。,特点六:桩端无虚土,螺杆桩桩身七大特点,东银管理学院系列课程,18,1、螺杆桩技术特点简析,汤姆逊提到:“在裂隙黏土中的钻孔桩端部设置扩大头时,如果容许扩大头产生显著的沉降,那么,在一部分桩身上会损失黏着力”。,螺杆桩在构造上采取了直杆段直径与螺纹段外径相等的形式,使桩在竖向荷载作用下,螺牙与螺牙之间不可能出现土体脱空区域,不会因此造成承载力的损失,呈现出桩土整体受力、协调变形的受力特征,表明了螺杆桩直杆段的存在对螺纹段功能的发挥的必要性,有限元仿真计算的结果也验证了螺杆桩直杆段的这一重要作用。,特点七:螺牙的存在使桩身不会丧失粘聚力,螺杆桩桩身七大特点,东银管理学
9、院系列课程,19,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩桩身基本构造及要求(一),直杆段长度不宜小于桩长的1/3,东银管理学院系列课程,20,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩桩身基本构造及要求(二),螺纹段外径等于直杆段直径螺牙厚度一般为5060mm螺牙端部厚度约50mm,根部厚度约为80100mm螺距与桩径之比约为1:0.61,东银管理学院系列课程,21,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,同步技术:钻具每上升(下落)一个螺距,就刚好反向(正向)旋转一圈非同步技术:钻具每上升(下落)一个螺距,反向(正向)旋转数圈以上采用单片机控制器,对钻具的速度进行实时检测、匹配、校正,同步控制技术与非同步控制技
10、术,东银管理学院系列课程,22,1、螺杆桩技术特点简析,提钻时保持额定泵压和泵速,在高压状态下连续泵送混凝土成桩,螺杆桩成桩工法,东银管理学院系列课程,23,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,采用同步控制技术形成桩下部的螺纹段提钻的同时进行高压连续泵送,一次成桩微取土,钻杆护壁,无需泥浆电脑自动控制,高度智能化,螺杆桩成桩工法特点,东银管理学院系列课程,24,1、螺杆桩技术特点简析,挤压成型的上部圆柱孔,螺杆桩成桩工法,螺杆桩成孔实体,挤压成型的下部土体螺纹孔,上部为直孔,下部为螺纹孔,螺纹孔,东银管理学院系列课程,25,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,螺杆桩现场施工前的八项检测
11、,一、钻杆尺寸检测二、成孔深度能力检测三、成孔后土体回弹量检测四、成孔终孔控制扭矩电流检测五、孔与孔的影响检测六、混凝土用量检测七、泵压和泵速检测八、直流控制系统施工参数设定检测,东银管理学院系列课程,26,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,成桩前检测一:钻杆尺寸,螺牙端部不小于40mm螺牙根部不小于80mm,东银管理学院系列课程,27,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,成桩前检测二:成孔深度能力,东银管理学院系列课程,28,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,成桩前检测三:成孔后土体回弹量,东银管理学院系列课程,29,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,成桩前检测四:成孔
12、终孔控制扭矩,如实记录电流和制表,并取三个孔的数据根据扭矩电流变化表核对地质柱状图确定每米钻进扭矩控制变化规律,东银管理学院系列课程,30,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,成桩前检测五:孔与孔之间的影响,按设计桩距成孔,检查孔与孔之间的影响程度,确定是否采用特殊方法,如跳打施工、屏障技术等,东银管理学院系列课程,31,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,成桩前检测六:混凝土用量,混凝土的实际用量理论用量确定充盈系数,东银管理学院系列课程,32,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,成桩前检测七:泵压和泵速,混凝土输送管,用手触摸估算泵速,混凝土输送方向,施工实行连续泵送,钻杆提升
13、50cm时开始进行泵送,泵机采用60B泵或80泵,每泵混凝土的经过时间控制为56秒,压力以流速为标准。,东银管理学院系列课程,33,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,成桩前检测八:直流控制系统施工参数设定,根据桩径调整钻杆提升速度和旋转速度:桩径400mm的桩:钻杆提升速度为米/分钟桩径500mm的桩:钻杆提升速度为米/分钟,东银管理学院系列课程,34,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,成桩的技术判定,东银管理学院系列课程,35,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩成桩工法,动态的质量控制体系,GPS实时监控网络系统,自动将打桩数据传输至区域管理机构以及中国螺杆桩技术推广中心总部监控中心
14、,包括开工时间、结束时间、施工桩长等每一根桩使用动测仪进行检测,不合格桩的数据第一时间传输至监控中心提高事故确诊和故障解决的效率,东银管理学院系列课程,36,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩有限元研究,螺杆桩桩周土体的应力、位移研究,不同应力水平下的土体应力发展示意图,桩周、桩端土体位移示意图,螺杆桩螺牙下土体、桩侧土体和桩端土体同步受力,随着应力水平提高,应力不断扩展并最终形成整体沉降面,螺杆桩螺牙对桩周和桩端土体产生斜下挤土效应,东银管理学院系列课程,37,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩有限元研究,桩土整体作用的研究,桩土整体作用:螺杆桩螺纹段直杆桩,螺杆桩螺纹段,直杆桩,东银管理学院系列课
15、程,38,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩有限元研究,桩身轴力分布研究,直杆桩桩身轴力分布,螺杆桩桩身轴力分布,在同等极限状态下:螺杆桩极限承载力比直杆桩高极限状态时桩端阻力占承载力的比例:螺杆桩约为5%直杆桩约为10%结论:螺杆桩提高了承载力螺杆桩桩端的成桩质量要求可以低于直线型桩,东银管理学院系列课程,39,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩有限元研究,螺杆桩有限元仿真计算研究结论,同等条件下螺杆桩承载力大于直杆桩,沉降减小并且稳定螺杆桩挤土方向为斜下挤压螺杆桩的桩土整体作用大于直杆桩螺杆桩桩端无虚土,端阻力所占承载力比例小于同等条件下的直杆桩,降低了下卧土层的沉降s3,东银管理学院系列课程,4
16、0,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩力学计算,螺杆桩计算公式,螺杆桩单桩竖向承载力经验公式曾有系数法、深度修正法、双曲线拟合法,2004年石庆华先生(已故)率先提出法向应力法,并形成螺杆桩单桩竖向极限承载力应用计算公式,该公式目前经过了几百多项实际工程的验证和考验。注:法向应力物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时,在物体内各部分之间产生相互作用的内力,以抵抗这种外因的作用,并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力,东银管理学院系列课程,41,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩力学计算,螺杆桩单桩极限承载力经验公式
17、,螺杆桩单桩竖向极限承载力计算公式如下:Quk=uqsikli1+(ci+itani)li2+qpkAp式中:Quk 单桩竖向极限承载力标准值(KN);qsik 直杆段桩段第i层土极限侧阻力标准值;u 桩身周长(m);li1 直杆段穿越第i层土的厚度(m);li2 螺纹段穿越第i层土的厚度(m);ci第i层的粘聚力(KPa);i第i层土的内摩擦角;i第i层土的抗剪强度对应的垂直法向应力(KPa)。,东银管理学院系列课程,42,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩力学计算,螺杆桩单桩极限承载力经验公式,Quk=uqsikli1+(ci+itani)li2+qpkAp,直杆段侧阻力Qsk1=uqsikl
18、i1,桩端阻力Qpk=qpkAp,螺纹段剪切力 Qsk2=usili2抗剪强度:si=ci+tani(粘性土)si=tani(砂土),东银管理学院系列课程,43,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩力学计算,土层抗剪强度计算对应的法向应力,东银管理学院系列课程,44,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩技术优势,螺杆桩与其它桩型环保性能比较,东银管理学院系列课程,45,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩技术优势,螺杆桩与其它桩型环保性能比较,微取土,无泥浆,低工作噪音,东银管理学院系列课程,46,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩技术优势,螺杆桩与其它桩型同等条件下施工效益比较,东银管理学院系列课程,47,1、螺
19、杆桩技术特点简析,螺杆桩技术注意事项,1、建筑桩基技术规范JGJ94-2008中第234页3.3条桩的选型与布置中强调:近年来,全国各地研发的新桩型,有的已取得一定的工程应用经验,编制了推荐性专业标准或企业标准,各有其适用条件。由于选用不当,造成事故者也不少见。(螺杆桩作为新技术在推广运用中,螺杆桩是国家住房和城乡建设部文件建质2009162号文件中评为2007年2008年度国家一级工法、企业标准及专家论证会会议纪要进行设计、施工及验收。),螺杆桩技术施工不采用特殊技术措施者不宜在流塑状淤泥质土中使用。,东银管理学院系列课程,48,1、螺杆桩技术特点简析,螺杆桩技术注意事项,2、建筑桩基技术规
20、范JGJ94-2008的9.4.3 条:有下列情况之一的桩基工程(采用新桩型或新工艺),应采用静荷载试验对工程桩单桩竖向承载力进行检测,检测数量应根据桩基设计等级、施工前取得试验数据的可靠性因素,按现行行业标准建筑基桩检测技术规范 JGJ106确定。并且建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003中第83页强调:为在推广应用新桩型或新工艺过程中不断积累经验,使其能达到预期的质量和效益目标,增加了本地区采用新桩型或新工艺时也应进行施工前期静载试验的规定,并可根据实际情况增加试桩数量。,螺杆桩技术自检:由施工方对每一根桩进行动测自检,加大检测面积。,东银管理学院系列课程,49,1、螺杆桩技术特点简析
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