关键词：
高强应力（精选十篇）
高强应力 篇1
关键词：静压桩,施工,沉桩
1 概述
整个工程建设中,基础工程的设计与施工永远是非常重要的环节,不但关系到整体工程的耐久性、安全性,还与工程进度和工程造价息息相关。所以,基础设计形式与施工方法如果选择不好就会事倍功半,甚至满盘皆输。
桩基是目前在地基地质条件复杂、环境多变的情况下,被广泛采用的一种形式。其中,预制桩基础在近几年的发展更是迅猛。这其中不得不得益于先进的静压桩法的成桩施工方法和相对低廉的成本。
成桩方法比较而言,古老的锤击桩法施工方法,不但锤击过程中对桩身有影响、桩帽容易破坏,而且施工噪声大,锤击振动还会对周边产生环境污染和扰民等不良影响。因此,这种施工方法,我国部分城市已经相继出台了禁止、限制使用的约束法规。而静压桩法的成桩施工方法却是备受推崇,它具有可连续施工、工期短、成桩质量稳定、单桩承载力高、穿透力强、低噪声、无污染、无振动、运输吊装方便等显著特点。目前,其以明显的优势已经完全形成取代其他预制桩成桩施工方法的趋势。
2 工艺特点
静压预应力管桩静压法沉桩是一种新型环保的基础施工方法,其主要优缺点表现在:
优点:
1)由于无振动、无噪声,因而不存在环境污染和扰民,适合在市区或郊区等各种场合施工。
2)对地质条件复杂地区有较强的适用性。
3)单桩承载力高,可打入密实的砂层及强风化岩层,桩尖附近的强风化岩层或密实的砂层受到挤压,桩端承载力可比原状态提高近1倍。
4)配桩灵活,接长方便。
5)压桩机械自动记录和显示压桩力,减少人为参与和干扰因素。
6)运输吊装方便,接桩快捷。
缺点:
1)地下障碍物不明的地区不宜采用静压管桩;
2)有坚硬、难以穿越的隔层时不宜采用静压管桩;
3)桩身易倾斜。
3 适用范围
适用范围非常广泛,尤其适用于持力层为硬塑、坚硬黏性土、中密～密实砂土、粉土、全风化岩及强风化岩,而持力层以上为软土的高压缩性土层。
4 工艺原理
利用桩机自重及配重为反作用力,挤压、切削桩周和桩端土体,使桩逐渐下沉,桩尖进入持力层,最终达到设计控制标高或承载力。
5 工艺流程
主要施工工艺流程:测量放线定桩位→桩机就位、配重→吊桩、压桩→桩身对中调整→静压沉桩→接桩→终压、测量贯入度→桩基移位。
6 施工要点
6.1 测量定位
先测量放线,定位建筑物的控制点。再由这些控制点依次引出轴线位置,并在两边用木桩固定。根据图纸和现场轴线可确定每根桩的桩位,用40 cm长的光圆12钢筋固定桩位中心,并用白灰根据桩径围护桩位。每日打桩前须复测桩位,发现问题立即纠正。
6.2 桩机就位、配重
桩机移动过程中应尽量保持机身水平,机身平面倾斜角度不能过大,纵向行走时两边移动装置必须同时、同向运动,压桩机应根据土质情况配足额定重量。
6.3 吊桩、压桩
吊桩时应于桩上部1/3处捆牢,起吊时严格按有关吊装安全操作规程操作,起重机应将桩缓慢转到桩机夹桩钳口位置,并缓缓将桩插入钳口内,使桩头与地面或前一根桩头接触并确认桩机已钳好桩身后,方可脱钩并准备下一根桩的吊桩、插桩工作。
6.4 桩身对中调直
桩机夹紧桩身后应通过操作桩机的纵移、横移机构,将桩尖中心准确对准桩位点,通过调节桩机的支撑四脚的升降将机身精确调平和将桩身精确调垂直。并用吊锤检测桩身垂直度(误差应小于0.5%),重复操作检查对中和垂直度均符合规定后方可进行静压沉桩施工。保证桩帽、桩身和送桩的中心线重合。
6.5 静压沉桩
压桩前必须确认起重机的吊钩已脱离吊桩工具,桩身已经准确对中调直。压桩系统的压力均不能超过桩机最大额定压力及桩身所能承受的正常最大压力,以免造成对桩机和桩身的损坏。发现异常应马上终止沉桩并查明原因。压桩时必须时刻检查桩身垂直度,以防压桩时因桩尖遇到地下不明物或其他原因发生桩身偏斜。
6.6 接桩
本工程预制桩接头形式为电焊焊接。当下节桩露出地面0.5 m～1.0 m 时可停止压桩,进行管桩焊接,焊接前用钢丝刷将两个对接接头上的泥土、铁锈和油污等杂质清除干净。将待接的上节桩调直,用保护焊在接缝口四周对称点焊4点～6点,待上下节桩固定后再正式施焊。接头处如有空隙,应用楔形铁片全部填实焊牢。焊接坡口槽应焊接饱满,每层焊接应彻底清除焊渣。焊接采用人工对称焊接,预防气泡和夹渣等焊接缺陷。焊好接头自然冷却10 min后方可施压。禁止用水冷却或焊好即压。
6.7 沉桩终压
对纯摩擦桩,终止条件宜以设计桩长为控制条件;对长度大于21 m之端承摩擦桩,宜以设计桩长控制为主,终压力值作对照;对长14 m～21 m静压桩,应以终压力达满载值为控制条件,开挖后采用截桩处理,压桩工艺流程见图1。
7 技术效益分析和工程实例
该项目在山西省临汾市尧都区迎宾大街路南,一期工程为五座18层～21层高层住宅及中央人工湖工程,建筑面积约为18万m2,基础设计全部采用静压桩。其中:人工湖工程桩基设计概况为:桩型Z1:PHC-AB500(100),桩长17 m,电焊接桩,单桩承载力为4 508 kN,总桩数451根。桩型Z2:PHC-AB500(125),桩长17 m,电焊接桩,单桩承载力为5 096 kN,总桩数:100根。桩混凝土标号均为C80。
根据地质报告,各地层主要特征及侧壁摩阻力如表1所示。
1)压桩机械选择:
根据压桩力的大小选择压桩机械。根据工程实践经验,压桩力可以根据静力触探Ps值及桩侧土层摩阻力进行预估。
式中:Pc——压桩力;
Pc′——平均压桩力;
Ps——桩端土层的静力触探比贯入阻力;
Ap——桩的横截面面积;
Up——桩的截面周长;
fi——第i层土的摩阻力值;
li——第i层土的厚度。
根据式(1),式(2)进行压桩机械选择时,所选择的压桩机最大压桩吨位必须接近或大于所预估的压桩力才行,否则将给沉桩带来困难。
最终人工湖工程桩基的静压桩力为:
50号厂房压桩力:Pc′=213.52 t;Pc=1.3Pc′=277.6 t。
故实际选择的压桩机型号为ZYJ-800,满足了最大压桩吨位大于压桩力的要求,而且还留有相当大的余地,故施工时沉桩较顺利。
技术经济分析:静压管桩与冲钻孔灌注桩进行经济比较如表2所示。
从表2可以看出,仅施工人工湖工程采用静压PHC桩比冲钻孔灌注桩节约造价165.7万元,即静压PHC桩比冲钻孔灌注桩降低造价47%,可见经济效益是相当可观的。
2)工期分析:
单机沉桩每天36根左右,长度570 m左右。比冲孔灌注桩效率高4倍以上。大大的缩短了工期,产生了巨大的隐性经济效益。
3)质量保证:
使用静压PHC桩能更好的保证施工质量和工程质量,避免了因质量问题而导致的损失。
该工法不但技术层面得到肯定,也为我公司赢得良好的社会经济效益和口碑。
参考文献
高强应力 篇2
操作流程：
一、挖土方。考虑送桩深度一般不宜超过2m及地基承载力问题（第二层粉质粘土）。决定，第一层大土方开挖绝对标高，主楼为20.700（主楼送桩2米左右，电梯集水坑送桩4.7米左右和电梯井送桩3.5左右），地下车库为22.200（送桩2.5~3米）。车库大面积筏板垫层底标高20.200米。土方开挖的同时，据现场具体情况，护坡队伍配合施工。（原始地貌约为24.800，第一层取土车库约2.6米，主楼约4.1米。）
二、桩机进场
场地完成三通一平、排水畅通，并满足打桩所需的地面承载力。按图纸、规范和现场要求进行参考，选择2台静压桩机ZYC400-600。进出场路线和压桩顺序(见下图)，并经监理、甲方及设计院同意。桩机应经国家法定单位近期检测合格后，方可进行打桩作业。静压桩机的机械性能要求：
1、机身总重量加配重要求达到设计要求；(压桩控制力：4200KN≤Qu≤4300KN)
2、桩机机架应加固、稳定，并有足够刚度，沉桩时不产生颤动位移；
3.夹具应有足够的刚度和硬度，夹片内的圆弧与桩径应严格匹配，夹具在工作时，夹片内侧与桩周应完整贴合，呈面接触状态，且应保证对称向心施力，严防点接触和不均匀受力；
4、桩机行走要灵活，底盘要能承受机械自重和配重的基本要求，底盘的面积要足够大，满足地基承载力的要求。根据先开挖一层土方，再压桩。开挖土方标高在第（二）层粉质黏土上，根据地质勘探报告，本层土方地基承载力约为250kpa。
三、控制点交接
1、应具有拟建场地的工程水文资料、周边环境的有关资料、已审查批准的施工图设计文件、可供参考的类似桩基工程的经验资料、管桩的产品合格证及说明书等。
2、编制完成并经监理审查通过的施工组织设计或管桩施工专项方案。
3、施工图纸会审工作已经完成，形成图纸会审记录。
4、已处理好场内影响管桩施工的高空、地面及地下障碍物。
5、移交坐标点和高程。
四、定位放样
施工人员质量安全技术交底完成的条件下。根据桩位平面图、总平面图及建设方提供的坐标控制点，按照测量程序实施放样、复核工作，桩位放样的偏差：单排桩不大于10mm，群桩不大于20mm。高程控制点和轴线定位已设置完毕，并已经复查和验收完毕。
五、试桩
工程桩正式施工前应先在有代表性的地段对不同桩径、不同类型（含抗压和抗拔桩）的桩进行成桩试验，桩试验根数大于总桩数的1%，且试验根数≥3根，以此调整单桩承载力及桩长并校验打桩设备、施工工艺及技术措施是否符合要求；桩基工程压桩记录和隐蔽工程验收记录表格，并安排好记录。打桩机应经国家法定单位近期检测合格后，方可进行打桩作业。
六、桩机就位
桩机移动到压桩位置，调好桩机平整度，并使夹具中心对准桩位中心。
七、吊桩（见下图）
按施工平面布置图堆放合格的管桩，堆放时分好规格。本工程采用外径500mm的管桩，按规范堆放不宜超过2层，不合格的管桩另堆放。在吊桩符合规范、购入管桩桩身质量检查合格的情况下，吊桩到机器上，准备压桩。
八、压桩
对于可能影响附近建（构）筑物、道路、地下管线正常使用和安全的，应有相应的保护措施，并设置观测点进行专业监测。
1、压第一节桩要在端头加十字钢桩尖(见下图)。压桩时应严格控制其定位和垂
直度，他对整根桩的质量至关重要。在互相垂直的两个方向用两台经纬仪控制垂直度，偏差不宜大于0.5%。若偏差过大，应拔出重新修正。在压桩过程中应全程监控垂直度和桩长。
2、单节桩长L≤12m，采用焊接接桩，单桩的接头数量不宜超过2个，接头应避免在软弱及液化土层处。桩分节数3~4节。
3、在压桩过程中应认真填写施工记录，随时检查压桩力、压入深度。当压力表读数突然上升或下降时，应停机对照地质资料进行分析，查明原因。
4、遇到下列特殊情况之一，应暂停压桩，通知项目部处理。A、按设计要求的桩长压桩，压桩力未达到设计值。B、单桩承载力已满足设计值，压桩长度未达到设计要求。C、地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大。D、压力值突然下降，沉降量突然增大。E、桩身砼剥落、破碎。F桩身突然倾斜、跑位，桩周涌水。
5、沉桩顺序：
1、空旷场地沉桩应由中心向四周进行；
2、某一侧有需要保护的建筑物或地下管线时，应由该侧向远离该侧进行；
3、根据桩型、桩长和桩顶标高，宜先深后浅，先长后短，先大后小；
4、根据建筑物的设计主次，宜先主后次，先密集型，后稀疏型；
5、沉桩路线因经济合理，方便施工。
九、焊接接桩或机械接桩（见下图）
A、焊接管桩时必须严格遵守管桩焊接要求，焊接宜优先采用二氧化碳保护焊，6 按规定选用焊条，焊前做好端板的除污、除锈清理工作，焊接结束后应让其自然冷却5分钟以上方可继续施压。B、抗拔桩应采用机械连接。注意事项：
1、下节桩段的桩头宜高出地面0.5m；
2、下节桩的桩头处宜设导向箍。接桩时上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm。接桩就位纠偏时，不得采用大锤横向敲打；
3、桩对接前，上下端板表面应用铁刷子清刷干净，坡口处应刷至露出金属光泽；
4、焊接宜在桩四周对称地进行，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊；焊接层数不得少于2 层，第一层焊完后必须把焊渣清理干净，方可进行第二层（的）施焊，焊缝应连续饱满；
5、焊好后的桩接头应自然冷却后方可继续锤击，自然冷却时间不宜少于5min；严禁采用水冷却或焊好即施打；
6、雨天焊接时，应采取可靠的防雨措施；
7、焊接接头的质量检查，对于同一工程探伤抽样检验不得少于3 个接头。
（此图为A桩焊接连接）（此图为AB桩抱箍式机械连接）（此图为参照图集10G409预应力混凝土管桩图集机械连接。）
十、送桩
送桩前，应该计算好桩顶标高并复核。送桩时，应该用水准仪严格控制桩顶标高。送桩工具的中心线应与桩身吻合一致方能送桩；送桩深度一般不宜超过2m；送桩留下桩孔位立即防护好。
十一、终压
施工时应采用压桩力（4200≤Qu≤4300）和桩身进入持力层深度（桩端选用(6)层粉砂层作为桩端持力层；桩端进入持力层深度≥1.0m，桩端以下持力层厚度≥3.0m）同时进行控制并以压桩力控制为主的原则，实际桩长根据地质实际情况进行调整。
十二、复压
预应力管桩全部施工完毕后需全部复压，防止上浮。（土方塌陷，怎么负压）
十三、桩施工完毕
管桩，先做桩的低应变试验，桩基工程完成至少7天后做静载试验。桩施工完毕后，应采用静载试验对基桩承载力、低应变法对桩身完整性进行检测，检测方法及数量要求如下：（统计每栋楼）
8（1）单桩竖向抗压承载力静载试验：静载试验根数为总桩数的1%且≥3根（当总桩数＜50根时，不少于2根）。
（2）低应变法检测桩身完整性：抽检数量为总桩数的30%且≥20根（三桩及三桩以下的承台为每承台≥1根）。
十四、全部工程桩施工检测完毕后
全部工程桩施工检测完毕后，应送一份完整的沉桩记录、检测报告及桩号平面图等有关资料给设计单位，待设计人员对全部资料进行全面研究，提出是否补桩等正式答复后，有关单位方可决定沉桩机械是否退场。
十五、开挖桩间土方
桩基完成至少7天后，基坑开挖。桩间土开挖之前，先确保基坑降水施工完成。当采用机械开挖基坑时,须保持坑底土体原状结构，根据土体情况和挖土机械类型,应保留200~300mm土层由人工挖除铲平，每班停班后机械应停在 1:2 坡度以外处–。
十六、截桩（见下图）
截桩应采用锯桩机截断，再割断主筋，严禁用大锤横向敲击、冲撞，截桩后的桩顶应作认真处理，桩顶修平，钢筋割齐，上面铺设高标号水泥砂浆或环氧砂浆。截桩完成后，灌桩孔。进行白蚁防治，基础验收后，浇筑垫层。
高强应力 篇3
某地区医院健康保健中心子项目工程，建筑面积为32465平方米，其中地上建筑面积28585平方米，地下面积为3880平方米，地下为一层独立地下室，地上一至三层为裙房，四层至十三层为标准护理单元，建筑高度57米，系属于一类高层公共建筑。该工程桩基础设计等级为乙级，±0.000相当于黄海高程5.5m。施工区域主要地质层为素填土层，粘土层、淤泥层、粉质粘土层、含砂粉质粘土层、细砂层、全风化云母石英片岩层和强风化云母石英片岩层。同时该区域历史最高水位标高为3.5米，地下水对钢筋混凝土结构在干湿交替的环境下有中腐蚀性。根据勘察及设计要求，采用直径600mm的预应力高强混凝土管桩作为桩基础，强度等级为C80，其编号为PHC-600（130）AB-C80，总桩数为474根，桩顶标高为-7.6m，桩长为17至19米，单桩竖向抗压承载力特征值为2040KN，以强风化云母石片岩层作为桩端持力层，原则上以贯入度控制为主，桩顶标高控制为辅。
2、预应力高强混凝土管桩施工质量的控制要点
2.1 管桩的测量定位、放线
众所周知，所有的桩基工程施工都是建立在准确的定位测量及放线的基础之上开始的，因此测量定位及放线应作为首要控制环节。首先应根据业主提供的有效的测量成果报告，确认并复核现场的高程水准点及建筑物坐标点，复核无误后将这些原始坐标及水准点引出并加以标记和保护;然后建立场区控制网和建筑物施工控制网，再以主轴线为基准放出桩位，并以校核无误的主轴线复查桩位，复查无误后将放出的位桩位分别予以标记，方可开始打桩施工。
2.2桩身及原材料
本工程所用的预应力高强混凝土管桩都是根据地方及国家标准，由专业工厂经过一系列先进的工艺流程制作生产出来的。用于制作的钢筋、混凝土等原材料的强度等级和质量性能均应经过严格的检测复试，合格后方投入使用。管桩进场前，必须对其规格、型号、生产日期及观感质量进行检查，应确保外表密实平整，混凝土无离析漏浆、坍落等现象产生，桩身不得有蜂窝麻面、裂缝、露筋等缺陷，如发现上述问题，应立即退场，严禁使用。同时，与其配套使用的端头板、钢套箍、焊条、焊丝等原材料均应有出厂合格证，所有材料的质量均应符合现行标准和规定。
2.3 材料运输、起吊和堆放
管桩原材应根据施工现场的实际需求，有计划的分批供应。一般利用大型平板货车分类装载运输，在运输仓中的各类管桩应采取有效固定措施，并配专人看护。当运至施工现场时，首先应选择平整厚实的堆放场地，按不同规格、长度及施工需要分类堆放，同时应尽量避免过高的叠层堆放，一般不宜超过4层。在吊运过程中宜采用可靠地吊装方案，轻起轻放，严禁抛滚碰撞。特别要注意的是，一定要严格禁止采用打桩机拖调管桩，在施工现场很多操作工人擅自利用打桩机拖拉取桩，很容易损坏并污染桩身。
2.4机械设备及施工人员
本工程管桩施工中应用到的机械设备有步履式打桩机、履带式起重机、电焊机、J2型经纬仪、S3水准仪等，上述所有的机械设备均应经过检测校核，符合有关标准和要求，并结合工程现场实际情况和施工组织设计要求有序进场;同时参与本工程施工的有施工员、安全员、技术员、测量员、机长、电焊工、电工、起吊工、辅助工等各类工种人员，为了保质保量的顺利开展施工，施工单位必须选派技艺娴熟、经验丰富的机械操作人员和施工人员，且所有人员都应经过专业培训，并取得有效的上岗证书和执业资格证书。
2.5管桩的垂直度
管桩垂直度的控制应贯穿打桩施工的整个过程之中。首先应选择视线良好且不受振动影响的安全位置，在桩位两侧垂直方向处各架设一台J2经纬仪，观测检查送桩器轴线与桩的中心线是否一致，并全程测控导杆和桩的垂直度，直至打入设计要求的位置为止，当垂直度偏差超过规范要求时，必须在确保桩身完好的基础上及时调整，如有必要可拔出桩，重新施打;其次应确保桩尖焊接牢固平整，严控第一节桩的垂直度，不得偏心锤击;尤其是在接桩时，应重点督查上下桩节是否垂直对准并焊接牢固，根据规范要求，上下桩中心线偏差不得超过5mm，节点弯曲矢高应小于桩长的1/1000，且不大于2cm。因此在打桩过程中，必须全程密切观测，一旦发现出现偏差，应及时校正调整。
2.6管桩的节点连接
本工程管桩的节点包括桩尖与桩端头板的节点及上下桩端板的节点。其连接方式均采用二氧化碳气体保护焊进行连接。焊接前应查看管桩是否合格，端板上的浮锈等杂质应清除，露出金属光泽，采用的焊丝也应符合规范及设计要求，且至少由2名工人同时进行;接桩就位时，第2节桩头宜利用导向箍，保证上下桩节对正垂直，接合面间隙一般不应大于2mm。焊接时首先应顺着接口对称焊出6个固定点，确保节点对正固定后再分层施焊，每层焊接应连续均匀，且要求焊接人员必须控制好焊接电流和施焊速度，并及时清除每一层的焊渣;焊缝应连续饱满，不应有夹渣、气泡等缺陷。焊缝高度及焊缝质量均应满足《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）中二级焊缝的要求，对于桩尖与桩端板的焊缝满足三级焊缝即可，但也应连续封焊，均匀饱满。每一节点焊好后均应自然冷却至少10分钟后方可进入下道工序;对于端板节点的金属部位，应按设计要求采取有效的防锈防腐处理，一般涂刷沥青两道防锈漆一道，对于处于干湿交替段的管桩，有时需采用微膨胀混凝土将管腔底部灌实，并在其外表面涂刷耐磨防腐涂层。
2.7桩顶标高及贯入度
本工程所有的桩均为摩擦端承桩，因此根据设计要求沉桩时，原则上以贯入度控制为主。通常情况下，可在送桩器或桩帽侧壁作好10cm的刻度标记（每格1cm）;然后通过架设在不受振动影响的J2型经纬仪，观测管桩最后三阵（按每10击为一阵）的贯入度;同时利用S3型水准仪在不受振动影响处观测桩顶标高并予以记录;最后根据规范和设计要求，结合桩的实际桩顶标高和最后三阵贯入度，确定是否可以成桩。在控制过程中，如果发现贯入度异常、桩身倾斜裂缝、跑位、地面隆起、临桩位移过大或实际桩顶标高及最后三阵管入度与设计明显不符等问题时，应及时协同有关部门研究解决。
3、结束语
预应力高强混凝土管桩施工 篇4
娄山河污水处理厂位于青岛市区西北部、胶州湾东岸滩、娄山河入海口, 主要为大型池体构筑物及部分附属单体工程。2007年4月开工, 其中初沉池、二沉池及生化池基础均采用C80预应力高强混凝土管桩 (PHC桩) , 桩径400 mm, 桩长13 m～16 m不等, 桩间距2.5 m～4 m不等 (见表1) 。
2 工程地质水文条件
2.1 地质条件
拟建场区地形平缓, 整体自东向西缓倾, 地面标高3.41 m～4.42 m;地貌为滨海岸滩、胶州湾滩涂, 后经发电厂吹填粉煤灰而成。根据地勘报告, 场区地层结构主要为:
①第四系全新统冲填粉煤灰素填土层。由青岛发电厂的粉煤灰冲填而成, 广泛分布于场区地表, 层厚3.20 m～6.20 m, 层底标高-2.25 m～-0.6 m, 颗粒较细, 稍湿～饱和, 松散, 强度低。
②第四系全新统海相沼泽化沉积层。含淤泥粗砂, 广泛分布于场区, 层厚0.60 m～3.70 m, 层底标高-4.25 m～-1.36 m, 饱和、松散, 含淤泥约30%～40%。
③第四系上更新统陆相沼泽化沉积层。粉质黏土, 广泛分布于场区, 层厚0.50 m～3.30 m, 层底标高-6.02 m～-3.13 m, 软塑～流塑, 具中等～高压缩性。
④第四系上更新统洪冲积层。粉质黏土, 广泛分布于场区, 揭露厚度0.20 m～8.40 m, 层顶标高-4.67 m～-12.31 m, 层底标高-5.29 m～-14.05 m, 可塑, 具中等压缩性, 该层局部相变为黏土。
⑤基岩。场区基岩主要为下白垩系青山群砂岩, 强风化砂岩, 层顶标高-25.85 m以下。
由以上可知, 本工程地基土层总体呈软弱状态, 且多为饱和粉煤灰和塑状粉质黏土等。
2.2 水文条件
本区发育河流为娄山河, 该河紧邻场区东南侧汇入胶州湾, 地下水为第四系孔隙潜水～弱承压水, 受大气降水及地表水入渗补给, 水量充沛。孔隙潜水与下部弱承压水之间无良好隔水层, 并与河水、海水动力联系密切, 其水位相近。地下水位动态受季节变化影响明显, 施工场地地下水位平均标高维持在2.20 m左右。
从上述情况不难看出, 施工区域地下水丰富, 地下水位较高。
3 预应力高强混凝土管桩施工
3.1 一般工艺流程
测量定位→桩机就位→底桩就位、对中和调直→锤击沉桩→接桩→再锤击→打至持力层 (或设计标高) →收锤。
3.2 试桩
试桩材料同工程桩。
为确定单桩承载力是否满足设计要求, 打桩前先进行单桩的竖向抗压、抗拔静载试验。试桩数量为生化池22支, 型号PHC-AB400 (95) -13b, 其中抗压桩3支、抗拔桩3支、锚桩12支、支承桩4支;初沉池10支, 型号PHC-AB400 (95) -16b, 其中抗压桩3支、抗拔桩3支、支承桩4支。二沉池未安排试桩。试桩分布按设计要求, 位置根据地勘报告选择代表性区域。
按《建筑桩基技术规范》单桩竖向抗压、抗拔静载试验中有关标准, 本工程采用慢速维持荷载法进行 (仅介绍抗压试验) 。
抗压试验采用慢速维持荷载法进行。
试桩装置和加载时间。竖向静载抗压试验采用锚桩横梁反力装置, 反力作用在锚桩上。整个加载利用电动油泵带动2台油压千斤顶, 荷重传感器、荷重显示器和0.4级精密油压表显示, 电测位移计和机械表两种手段同时测读沉降值。
试验过程:逐级加载, 每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载, 直到试桩破坏, 然后分级卸载至零。
1) 加载分级:每级加载为预估极限荷载的1/15～1/10, 第一级取2倍分级荷载加载。生化池:预估抗压极限承载力为1 580 kN;初沉池:预估抗压极限承载力为1 670 kN。2) 沉降观测:每级加载后间隔5 min, 10 min, 15 min各测读一次, 以后每隔15 min测读一次, 累计1 h后每隔30 min测读一次, 每次测读值应记录。3) 沉降相对稳定标准:每小时的沉降不超过0.1 mm, 并连续出现两次 (由1.5 h内连续三次观测值计算) , 认为已达到相对稳定, 继续加下一级荷载。4) 终止加载条件:a.荷载作用下, 沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍;b.荷载作用下, 沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍, 且经24 h尚未达到相对稳定;c.已达到锚桩最大抗拔力。5) 卸载与卸载沉降观测:每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后隔15 min测读一次残余沉降, 测读两次后, 隔30 min再测读一次, 即可卸下一级荷载, 全部卸载后隔3 h～4 h再读一次。6) 数据处理:根据记录数据绘制竖向荷载—沉降、沉降—时间对数曲线, 通过分析确定单桩竖向抗压极限承载力。另外对沉桩和试验过程中出现的异常情况作补充说明。
3.3 沉桩
1) 打桩前通过轴线控制点, 逐个定出桩位, 打设钢筋标桩, 并用白灰在标桩附近地面上画一个圆心与标桩重合、直径与管桩相等的圆圈, 以方便插桩对中, 保证桩位正确。2) 桩就位前, 在桩身上划出单位长度标记, 以便观察桩的入土深度及记录每米沉桩击数。吊装就位采用单点吊将管桩吊直, 使桩尖插在白灰圈内。第一节桩插入地下时, 开始轻轻打下, 认真检查, 若有偏差及时纠正, 必要时拔出重打。校核桩的垂直度采用垂直角, 即用两个方向 (成90°) 的经纬仪保证桩机导架保持垂直, 桩身垂直度偏差不大于0.5%。两台经纬仪架设在离桩架15 m以外的位置, 以免打桩时对观测有影响。用水准仪测量打桩前地面标高, 计算地面标高与设计桩底标高距离, 控制桩底、桩顶标高偏差在±50 mm之内。3) 锤打。因场区地层较软, 初打时下沉量较大, 采取低提锤轻打下, 随着沉桩加深, 沉速减慢, 起锤高度渐增。整个打桩过程始终使桩锤、桩帽、桩身保持在同一轴线上, 并经常检查桩身是否垂直。必要时将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。尽量不使管桩受到偏心锤打。4) 接桩。本工程设计采用焊接连接。焊接前先确认管桩接头是否合格, 上下端板表面用铁刷子清理干净, 坡口处刷至露出金属光泽, 并清除油污和铁锈。焊接时先在坡口圆周上对称电焊4点～6点, 待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊, 施焊对称进行。焊接采用手工焊接, 焊接层数3层, 内层焊渣清理干净后再施焊外一层, 做到焊缝饱满、连续, 且根部焊透。焊接接头在自然冷却后再继续沉桩, 冷却时间不少于8 min。
3.4 送桩
为将管桩打到设计标高, 本工程采用自制送桩器, 用钢板制作, 长为4 m。设计送桩器的原则是打入阻力不能太大, 并容易拔出, 能将冲击力有效传到桩上, 并能重复使用。
3.5 终压
1) 终压前, 按所选桩机型号对管桩进行试压, 确定终压技术参数。2) 终压技术参数采用双控, 本工程桩端 (桩的全截面) 位于一般土层, 属摩擦桩, 以控制桩端设计标高为主, 贯入度作参考。3) 终压后的桩顶标高, 用水准仪认真控制, 其偏差为±50 mm。
4 桩基检测
桩基完工后, 委托青岛市勘察测绘研究院检测中心对初沉池、二沉池、生化池基桩分别进行竖向承载力和桩身质量 (桩身完整性和混凝土强度) 检测。检测分为高应变法和低应变法, 其中低应变完整性检测可提供基桩的实测动刚度。期间完成高应变检测170支, 低应变检测680支, 满足规范及本工程设计文件要求 (高应变抽检率为总桩数的5%, 低应变抽检率为总桩数的20%) 。该工程采用PHC400 (95) 预应力管桩, 持力层为粉质黏土, 属摩擦桩, 设计单桩竖向承载力特征值:初沉池Ra=950 kN;二沉池Ra=970 kN;生化池Ra=790 kN。采用高应变法所测单桩竖向抗压承载力特征值:初沉池950 kN～1 045 kN;二沉池为995 kN～1 070 kN;生化池为795 kN～885 kN。基桩竖向抗压承载力特征值满足设计要求。低应变测试基桩混凝土质量良好, 动刚度参数正常, 所测基桩完整性均合格。
5 管桩灌孔
为有效防止基础上浮并保证基础和桩基的整体协同工作, 土方开挖至设计标高露出管桩后, 清理管桩孔内的垃圾及污物, 钢筋按要求绑扎, 用C30混凝土灌注, 内掺UEA膨胀剂 (掺量10%) , 灌孔混凝土长1 800 mm。
6 结语
沿海滩涂应用高强预应力管桩, 可以有效提高地基承载力, 施工中只要掌握控制好施工工艺和操作要点, 施工速度快, 是一种经济实用的地基处理方法, 尤其适合工期要求短的群桩基础。
摘要：结合具体工程实例, 介绍了沿海滩涂地区软基中预应力高强混凝土管桩的施工方法和质量控制措施, 并对桩基进行了检测, 指出沿海滩涂地区应用高强预应力管桩可以有效提高地基承载力。
关键词：预应力高强混凝土管桩,施工,质量控制,检测
参考文献
[1]危道军, 李进.建筑施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2007.
高强应力 篇5
【中图分类号】TU7 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0257-02
沧州市鑫源大厦主楼东西长40m，南北宽20m，地上19层，地下2层，建筑面积16000m2。采用框架剪力墙结构。建筑物总荷载约200000kN，最大单柱荷载6700kNo基础采用筏板基础，桩采用超高强预应力混凝土管桩（PHC桩），规格为φ600×110，桩长24m（2根12m校对接），主楼共打设93根桩，设计单桩承载力3100kN。
1、PHC桩特点
（1）严格按照国标GBl3476--92及日本JISA5337标准生产，其混凝土强度等级不低于C80级。
（2）单桩承载力高，设计范围广。在同一建筑物基础中，可使用不同直径的管桩，容易解决布桩问题，可充分发挥每根桩的承载能力。
（3）单校可接成任意长度，不受施工机械能力和施工条件局限。
（4）成桩质量可*，沉桩后桩长和桩身质量可用直接手段进行监测。
（5）桩身耐锤击和抗裂性好，穿透力强。
（6）造价低廉。其单位承载力价格仅为钢桩的1/3-2/3，并节省钢材。
（7）施工速度快，文明施工。
2、打桩准备
2.1 桩锤的选择
选择桩锤时，必须充分考虑桩的形状、尺寸、重量、入土长度、结构形式以及土质、气象等条件，并掌握各种锤的特性。桩锤的夯击能量必须克服桩的贯入阻力，包括克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回弹产生的能量损失等。如果桩锤的能量不能满足上述要求，则会引起桩头部的局部压曲，难以将桩送到设计标高。鉴于本工程有软、硬两种土层，故选用了蒸汽锤，锤重8t。
2.2 桩架的选择
桩架的设置、安装和准备工作对打桩效率有很大影响。桩架选用D
308S型履带行走式桩架，其最大特点是移动灵活，使用方便，运行机构为履带，对路面要求比较低o
2.3 施工组织设计和桩位测设
根据打桩施工区域内的地质情况和基础几何形状，要合理选择打桩顺序，对周围建筑物采取预防措施。根据桩基施工图进行桩位测设。
2.4 堆存吊运
管桩一般需设计两个支点（图1），其吊点需符合图2所示的位置要求。管桩堆存需要使用软垫（木垫）。管桩起吊运输中应免受振动、冲撞。
2.5 管桩龄期的确定
管桩从制造成型到打桩施工的间隔时间宜尽量长些，混凝土强度应达到设计强度等级标准值以上（若在工厂制造，一般按80%的设计强度等级标准值出厂），故要求现场要堆存一定量的桩，按“先进场桩先打”的原则，满足管桩的强度要求。
2.6 检查修整
管桩施工前应再次逐根检查，即检查混凝土桩有无严重质量问题，对管桩两端应清理干净，施焊面上有油漆杂物污染时，应清刷干净。
3、打桩阶段技术措施
3.1 插桩
桩打入过程中修正桩的角度较困难，因此就位时应正确安放。第一节管桩插入地下时，要尽量保持位置方向正确。开始要轻轻打下，认真检查，若有偏差应及时纠正，必要时要拔出重打。校核桩的垂直度可采用垂直角，即用两个方向（互成90。）的经纬仪使导架保持垂直。通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整。经纬仪应设置在不受打桩影响处，并经常加以调平，使之保持垂直。
3.2 锤打
因地层较软，初打时可能下沉量较大，宜采取低提锤，轻打下，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度可渐增。在整个打桩过程中，要使桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心锤打，以免管桩受弯受权。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特别是要检查桩垫桩帽是否合适。如果不合适，需更换或补充软垫。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免难以继续打下。
4、打桩记录和周围建筑物观察
打桩过程中应详细记录各种作业时间，每打入0.5-1m的锤击数、桩位置的偏斜、最后10击的平均贯人度和最后1m的锤击数等。
打桩过程中应详细观察周围建筑物沉降或上升情况，在建筑物上设置观察点，利用远处的固定水准点进行对比分析，从而确定沉降或上升情况。经实测，裙楼东侧3m处的建工园招待所没有沉降或上升现象，仅顶板出现一些轻微裂缝。现建工大厦竣工已1年多，招待所使用正常，对结构无不良影响。
5、PHG管桩与基础底板连接技术
为有效防止基础上浮并保证基础和桩基的整体协同工作，在筏板基础钢筋绑扎前，采用了如图5所示的作法，从而保证了管桩与基础的连接。土方开挖至设计标高露出管桩后，清理管桩孔内的垃圾及污物，用十一夹板作底模，用12号铁丝悬吊于孔内，钢筋按要求绑扎，用不低于C40的混凝土灌筑，混凝土中微掺UEA膨胀剂（掺量10%）。待基础底板钢筋绑扎时，管桩锚筋与基础底板钢筋要焊牢，基础底板钢筋与管桩桩头也要焊牢。
6、试压桩
6.1 试桩要求
为确定单桩承载力是否满足设计要求，打桩前进行了单桩竖向抗压静载试验。试桩数量为三组，第一组试桩1根，锚桩6根；第二组试桩1根，锚桩4根；第三组试桩1根，锚桩4根。试桩最大预加荷载为：第一组6200kN，第二组5000kN，第三组4000kN。
6.2 试桩标准
按《建筑桩基技术规范》（JQJ94 94）单桩竖向抗压静载荷试验中有关标准，采用慢速维持荷载法进行。
6.3 试桩装置和加载时间
竖向静载荷抗压试验采用锚桩横梁反力装置。整个加荷利用电动油泵带动2台5000kN油压千斤顶加荷，用荷重传感器、荷重显示器和0.4级精密油压表显示荷载，电测位移计和机械表两种手段同时测读沉降值，计算机采样、记录、整理和打印数据。为防止仪器受外界干扰，特备有一空调封闭工作间，以保证仪器的正常工作。
试桩与锚桩沉桩10d后即可加载。
7、施工体会
（1）“重锤低打”能有效降低锤击应力。桩锤对桩头的锤击速度越快，在桩身上产生的应力波强度也越高，即打桩应力与锤击速度成正比，所以为降低锤击应力并保持较好的贯入度，采用了较重的桩锤（桩锤重8t）和较低的速度施打，效果良好。
（2）桩头衬垫效应对锤击应力也有直接影响。为延长锤击作用时间、降低锤击速度，并借以降低锤击应力，选用软厚适宜的木桩垫，收到良好效果。
（3）选择合理的打桩施工顺序，能减小桩的侧向位移，对周围建筑物不会有大的影响。
桩基侧向位移是软弱地基施工中经常见到的一种现象，根据不同情况进行综合分析，制订出合理的打桩施工方案，并采取相应措施，可以把打桩危害降低到最低限度。基础形状规则的打桩施工顺序应先里后外，由中心逐渐往外侧对称施工。本工程基础形状规则，施工时遵循“对称施工”的原则，确保了基础内挤压应力的平衡。
打桩施工时，先打主楼桩——深桩（24m长），后打裙楼桩——浅桩（9m长）；先打跨中桩，后打边区桩；先打近桩，后打远桩；先打毗邻建筑物的桩，后打远离建筑物的桩。通过采取以上措施，有效地降低了桩基的侧向位移。
（4）防震沟的设置有效地降低了对临近建筑物的影响，裙楼东侧建工园招待所基础为条形钢筋混凝土基础，深lm，基础底板边离大厦地下室外墙仅2.5m，桩基施工前开挖了一条宽0.8m、深2m的防震沟，沟中满填黄砂，经观察和检测，在整个施工过程中，对招待所结构无不良影响。
（5）PHC桩采用C80混凝土，强度高；钢筋采用预应力螺旋筋，抗裂性好，因此成桩质量可*，不易损坏，实际施工中，仅2根桩破裂，补救措施也方便快捷。
静压法高强预应力管桩施工技术探析 篇6
静压法高强预应力管桩是指通过静力压桩机的压桩机构自重和桩架上的配重作反力将预制桩压入土中的一种成桩工艺, 相比锤击法, 其主要特点具有低噪声、无震动、污染小、施工快等优点, 因而广泛应用于多层、高层建筑中。高强预应力混凝土管桩代号为PHC (以下简称PHC管桩) 是采用先张预应力离心成型工艺, 并经过10个大气压、180 ℃左右的蒸汽养护制成的一种空心圆筒型混凝土预制构件, 标准节长10m, 直径从300 mm～800 mm, 壁厚70 mm～125 mm, 混凝土等级强度≥C80, 桩尖形式主要有封口型及开口型, 其中封口型又分为十字型及圆锥形, 不同的桩尖适用于不同的地质情况。
2工程概况
某工程地上26层, 地下1层, 建筑高度为92.85 m, 由主楼 (26层) 、附属楼 (5层) 及圆形裙楼 (2层) 三部分组成, 地质情况如下:①人工回填土Qm14厚2.2 m～4.2 m;②全新统冲积层Qa14厚0.6 m～3.2 m;③全新统海积层Qm4厚0.3 m～2.9 m;④上更新统冲洪积层Qa1-p14厚1.9 m～7.0 m;⑤更新统残积层Qe11.1 m～23.9 m;⑥燕山晚期花岗岩r35厚7 m～27 m。建筑物结构类型为钢筋砼框剪结构, 桩基工程安全等级为一级, 采用PHC管桩, 整个压桩基础桩数387根, 桩径D=500 mm, 壁厚为125 mm, 设计承载力:抗压=2 800 kN, 抗拔=600 kN;承载力标准值:抗压=5 080 kN, 抗拔=990 kN;桩长约25 m～35 m, 以⑦1层的散体状强风化花岗岩为桩端持力层, 附楼的桩顶设计标高为-6.5 m主楼的桩顶标高为-7.5 m, 局部达-9.7 m。
3施工方案
(1) 施工程序。
根据先地上后地下的基础施工原则, 本基础分部工程施工顺序为:试桩→施工放线→验线无误→桩机就位→吊桩对位→校正往下施工 (循环施工) →竣工验收。
(2) 确定压桩顺序。
主要根据场地的地形、地质、桩基的设计布局密集程度以及桩机移动方便等因素来决定, 参照以下几个原则:①建筑面积较大、桩数较多时, 可将基桩分为数段, 沉桩在各段范围内分别进行;②对多桩台, 应避免自外向内或从周边向中心进行, 应由中央向两边或从中心向外进行;③在施工时, 应避免沿单一方向进行, 以免土体向一边挤压, 造成挤密程度不均;④若管桩较密集, 且一侧靠近建筑物时, 应从毗邻建筑物的一侧开始, 由近向远进行施工。本工程分4个施工区段, 如图1所示。A、B区管桩采用逐排压桩, D区 (圆形裙房) 采用自圆形向周边压桩, C区的核心筒下的2个承台的桩较密集, 每个承台在12.6 m×19.2 m平面内的桩数为98根, 横纵桩距为3.2D、3.6D (D为桩径) , 采用由中部向外间隔逐排的压桩方法。
4静压法PHC管桩施工技术
4.1 压桩前的准备工作
4.1.1 试桩
按《建筑桩基技术规范》单桩竖向抗压静载荷试验中有关标准, 采用慢速维持荷载法进行试桩, 并拟好试桩报告。
4.1.2 绘制配桩图
组织施工管理人员认真熟悉地质资料、设计部门提供的桩基基础资料, 并结合试桩报告绘制出配桩图, 能进一步明确施工过程中的定桩、打桩、收锤等工序, 避免造成过多的接桩及截桩现象, 能有效提高管理效率。
4.1.3PHC管桩的进场验收
管桩的规格、质量必须符合设计要求和施工规范的规定, 并应有出厂合格证明;桩在堆放、吊运过程中, 应严格按照《建筑桩基技术规范》有关要求执行, 发现桩开裂超过有关验收规定时不得使用;桩龄期和强度达不到设计要求时不得使用, 检查桩身是否粘皮麻面、内外表面是否露筋、表面是否有裂缝、是否断头脱头、桩套箍是否凹陷、表面混凝土是否坍落等情况, 不符合管桩规范要求的, 责令厂家退回。
4.1.4 桩机的选择
一般情况下, 桩机的压桩力应以单桩竖向承载力标准值的1.2倍～1.5倍取值。根据本工程的地质资料和设计的单桩承载力的要求, 选用680型、700型二台抱压式桩机, 桩机的夹具选择长夹具, 保证压桩时桩身侧压应力较小, 且更易控制桩身垂直度。压桩速度1.8 m/min, 桩机的压力仪表按规定送检, 以确保夹桩及压力控制准确, 送桩杆的长度根据压桩机和送桩长度确定, 应考虑施工中有超深送桩, 送桩一般按理论送桩长度加3 m, 选用10 m和12 m的送桩杆。
4.1.5 测量放样与定桩位
根据基准点进行放样, 将轴线控制点引出6 m～8 m, 做好测量控制网;根据建筑物与结构桩位图逐位校核, 组织专人用全站仪对每个桩位点进行跟踪校核。桩位测量允许偏差值:单桩10 mm, 群桩20 mm。
4.2 压桩施工过程的技术要点
4.2.1 底桩 (第一节入土的桩) 的定点
虽然在放线与定桩位时已经核查过, 但在桩机行进、打桩、成桩过程中往往会不可避免的造成偏离原定的桩位, 从而导致成桩的偏位.因些建议在每个桩位处用石灰或贝灰以原定的桩心为圆心, 以该桩径为直径画一个圆圈, 压底桩时以此圆圈为准, 控制桩不偏离该圆圈, 并且每次对桩点前用全站仪复核, 使成桩的偏位尺可能减小, 桩中心位移容许偏差0.5%。
4.2.2 桩身垂直度的控制
①第一节管桩起吊就位插入地面的垂直度偏差不得大于0.5%桩长, 并用经纬仪校正, 保证桩入土时垂直, 必要时拔出重插;②在桩机上悬挂一吊有重锤的绳线, 开机员以此为准控制一个方向的垂直度, 在垂直于桩与此绳连接线的地方 (即另一正交方向) 另设一吊重锤的绳线 (视线要通透) , 以这两条线来控制桩的垂直度, 当桩在两个方向都垂直的情况下方可压桩, 而且在压桩过程中要经常检查桩身垂直度;③桩沉入一定深度发生严重倾斜时, 不宜采用移机架方法来校正。
4.2.3 接桩及焊缝控制
接桩前应保证上下两节桩的顺直, 而且两桩桩心的错位偏差不宜大于2 mm (宜设置接桩导向箍) .管桩施工中主要采用焊接接桩法, 在焊接前应该把两节桩的端头板用钢刷清刷干净, 直至坡口露出金属光泽, 而且应该保证上节桩已经垂直后方能焊接.焊接时最好两个焊工同时进行, 先在坡口圆周上对称点焊4点～6点, 焊接层数不少于两层, 每层焊渣必须清理干净, 保证焊缝连续饱满, 自然冷却约8 min～10 min (严禁用水冷却或焊完即压) , 防止高温的焊缝遇水变脆而被压坏。
4.2.4 桩身挤土效应控制
①合理安排打桩顺序;②控制成桩速率, 每天沉入桩数越多, 超空隙水压力越大, 土的扰动愈严重, 土的向上负摩阻力越大, 如不加控制会造成土体的较大侧向位移和隆起, 造成桩的挤断或上浮;③设置砂井排水, 在饱和软土中沉桩时会产生很大的超空隙水压力, 砂井可促使空隙水压力很快消散;④原位预钻孔取土可以减轻桩的挤土效应, 通常钻孔直径比沉入桩身径小50 mm～100 mm。
4.2.5 终压 (即终止压桩) 标准及终压的控制
正式压桩前, 根据不同的桩机需分别对不同的桩型进行试压桩, 确定压桩的终压技术参数为:以压桩力为主要控制指标, 有效桩长为参考参数。根据桩机类型, 终压分持荷复压和非持荷复压, 680型桩机终压值为18 MPa (5 212 kN) , 复压3次, 总沉降量不超过10 mm;700型桩机的终压值为20 MPa (5 540 kN) , 复压2次, 间隔5 min, 每次持荷5 s, 总沉降量不超过10 mm。终压值一般由设计确定:①大于21m的桩以桩长控制;②对于14 m～21 m长的桩, 密实砂土持力层时, 应以终压力达1.8倍～2倍的设计荷载为终压控制条件, 稳压不少于3次, 每次1 min;③对于长度小于14 m的桩, 粘土持力层时, 应以终压力为终压控制条件, 宜连续多次复压, 特别是桩长小于8 m的桩, 连续复压的次数应适当增加。
4.2.6 桩机沉陷失隐的预防
①施工时, 一般要求场地碾压平整, 地基承载力不宜低于100 KPa, 以保证桩机的移动稳定, 不倾斜;②雨季施工时, 采取有效的防水和排水措施, 防止施工场地内积水;③若以上方法均不能满足施工要求, 可采用铺设路基箱板的方法。
4.3 桩头填芯的质量控制
由于桩与上部结构的连接主要通过桩的承台, 因此桩头嵌入承台的长度不宜太短, 有关管桩技术规范规定不宜小于10 cm, 从日本桩基的典型震害实例调查中可知, 有不少是由于桩嵌入承台长度不足、抗拔不够, 因此在地震设防区有必要把桩嵌入承台的长度加长, 且桩头的插筋长度也相应加长及增加配筋量, 桩头填芯砼的强度等级应满足规范要求和设计要求。
5成桩的质量检验
5.1 桩身质量检验
对于配置封口桩尖的工程桩, 桩身质量可直观检查 (即将低压电灯泡沉入桩内腔检查) , 正常情况下, 内腔应该是不进水和土的, 若桩内腔完整干燥, 说明桩身基本完好、焊接质量完好、桩尖无损坏, 这种情况下可不采取其他办法另行检查;反之, 则应采取其他办法另行检查.目前湖南地区主要依据有关规范标准, 按桩总数的一定比例采取低应变动测的检测方法, 对桩身的完整性进行检测。
5.2 桩顶标高及偏位情况的检验
基础开挖后, 应对桩顶标高及桩的偏位情况进行测量, 并把记录资料完整的报送设计单位, 由设计单位提出方案, 解决那些桩顶标高低于设计标高以及桩偏位超过规范要求的情况;而对于桩顶标高高于设计标高的情况, 施工单位应用电锯法截去多余的桩段, 而不能用人工敲打的办法把多余的桩段敲掉, 否则很容易把桩敲伤。
5.3 单桩竖向承载力的检验
目前主要采用静荷载试验的办法来检测成桩的单桩的竖向承载力, 检测时一般采用慢速维持荷载法, 并要求有关工程技术管理人员进行现场监督, 选取较具代表性的桩, 详细记录最终沉降量和残余沉降量等。特别注意检测机在进场、退场及移动过程中不要碰到任何工程桩, 因管桩外径、壁厚、混凝土强度等级等因素而承载力不同, 上海《地基基础设计规范》采用了美国UBC和ACI的计算公式 σ≤ (0.20～0.25) R-0.27σpc
式中, σ为单桩竖向承载力;R为边长为20 cm的混凝土立方体试块的极限抗压强度;σpc为桩身截面上混凝土有效预应力。
而我国管桩生产商流行的算式是套用日本和英国的公式
Rb=1/4 (fc-σpc) ×A
式中, Rb为单桩竖向承载力;fc为桩身混凝土设计强度, (如C80时, 取fc=80 MPa) ;σpc为桩身有效预应力。
6结语
目前在湖南地区PHC管桩工程实践经验尚不够丰富, 但随着PHC管桩施工技术广泛应用和发展, 以及人们对其理论研究和工程实践经验的不断累积, 相信PHC管桩施工技术应用水平将得到大幅提高。 [ID:5142]
参考文献
[1]JGJ94-94, 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 1995.
高强应力 篇7
1 地质及煤层条件
己15-24080采面位于平煤十矿己四采区西翼第三阶段,东靠己四轨道,西至26勘探线,南部为己15-24060采面,北部未开采,东为己15-24090采空区。工作面布置为走向长壁式开采,对应地面标高为+190～+300 m,采面机巷设计走向长度为1 952 m,机巷对应标高-580～-660 m;瓦斯绝对涌出量3.2 m3/min,相对涌出量20 m3/t,爆炸指数33.46%～38.43%,属典型的突出危险工作面。
工作面所采煤层为己15煤层,厚度为1.6～2.3 m,平均厚度在2.0 m左右。己16煤厚1.2～1.4 m,东部己15、16合层(见表1)。工作面煤层结构单一,厚度稳定,煤层倾角12°～24°,一般倾角为14°左右。
(m)
2 巷道支护设计
2.1 支护机理
按照巷道围岩松动圈支护理论,巷道的支护对象是塑性区的岩石重量,而围岩的变形可分为峰前弹性变形区、弹塑性变形区、峰后滑移变形区、峰后无约束流动区[3]。支护的主要目的是控制围岩的有害剪胀变形,尤其是将剪胀变形控制在“剪胀一期”的末段或者“剪胀二期”的初段。让压锚杆在安装时利用单体锚杆钻机配扭矩放大器将锚杆的初始安装支护阻力直接达到120 N/m,利用杆体的弹性变形和让压管的变形(让压管让压点的起始载荷为156.8～166.6 kN,让压长度不小于15 mm),在让压管让压过程中,锚杆给围岩的支护阻力相对稳定地保持在160 kN左右,这样,既保证了锚杆杆体不会迅速达到屈服载荷,又给围岩保持了一个相对高值的支护阻力,从而使围岩的变形控制在“剪胀一期”及“剪胀二期”之间,抑制了岩石间碎胀变形的发生,从而保持巷道围岩的相对稳定。
2.2 支护设计
巷道设计净宽4.5 m,净高3.0 m,根据巷道支护原理,采用工程类比法,与原己15-24060机巷施工进行工程类比,确定锚杆支护参数如下。
顶板:采用d 22 mm,长度2 200 mm的左旋高强度螺纹钢让锚杆,8号冷拔丝金属网,采用d 16 mm螺纹钢焊接的对接钢筋梯子梁,规格为长(2 800 mm+1 800 mm)×孔840 mm,锚杆间排距850 mm×800 mm。锚索采用d 17.8 mm,长6.3 m的高强度底松弛粘结式钢绞线,大五花布置,间距2.2 m,排距1.6 m。顶锚杆采用28500中速树脂锚固剂2卷,锚索采用4卷。
帮:采用d 20 mm,长度2 000 mm的等强螺纹钢锚杆,机织网,锚杆间排距850 mm×800 mm,每眼两卷28500树脂锚固剂2卷。
3 锚杆安装及检验方法
3.1 安装步骤
一是打孔,用锚杆机打2 140 mm(顶)的钻孔,把树脂药卷和锚杆推入规定的孔位。二是利用锚杆和锚杆搅拌器通过锚杆机的上推力把树脂推入孔中直到锚杆离顶板400 mm左右。在上推树脂时严禁旋转,严禁把托盘死死压在顶板上。三是完成第二步后,迅速旋转锚杆搅拌15～40 s(旋转搅拌时不要施加上推力,然后顺势上推锚杆使托盘贴近顶板,托盘离顶板的间隙5 mm左右)。四是完成搅拌后,停止30～40 s左右让树脂充分凝固。五是上紧旋转搅拌器螺母,在紧螺母时应给最大扭矩而不要施加上推力。六是用扭矩放大器,进一步上紧螺母,达到规定的安装应力。
锚杆在安装过程中要严格按安装步骤操作。否则会出现“长尾锚杆”或打不开阻尼现象。这会大大影响锚杆支护效果甚至失效。
3.2 锚杆安装质量检查标准
合格的锚杆安装应该满足下列标准:一是充填阻尼必须全部脱落,否则锚杆无法达到安装载荷;二是塑料垫圈必须溶化掉;三是锚杆外露长度控制在30～50 mm;四是用扭矩扳手检验,扭矩不能低于120 N/m。
4 巷道支护效果
为了掌握锚杆支护巷道围岩活动规律、支护效果,在巷道掘进过程中对围岩表面位移、顶板离层情况进行了监测。监测发现,掘进120 d后通过巷道加装的离层仪观测,下沉量为33 mm,两帮相对移近量小于240 mm,巷道基本不需维修。因此,采用让压锚杆+锚索联合支护能有效的阻止巷道离层、控制围岩变形。
5 结束语
1)新型让压锚杆在己15-24080机巷的成功应用,为煤层埋藏较深的煤矿支护技术研究提供了成功的范例,具有一定借鉴意义。
2)采用让压锚杆、让压锚索、钢带、网联合支护,既加固了围岩,又给锚杆提供了可靠的着力基础,提高了岩层的自承和承载能力,有效地控制了巷道围岩的早期离层和动压的剧烈影响,可满足围岩变形激烈、松动范围大、受动压影响巷道的支护要求,是刚柔并济的主动支护形式。
3)新型让压锚杆加锚索组合支护,打破以往顶板差、锚杆间排距加密布置的惯例,取得比加密锚杆更为明显的效果,改变了一种“锚杆越密支护越可靠”的观念,具有很强的变革意义。
摘要：详细介绍了新型高强让压锚杆支护在深井高应力条件下的作用机理,并结合平煤十矿己15-24080机巷深井高应力条件下的施工实践,对深井高应力的支护进行了有益的探索。
关键词：高强让压锚杆,深井高应力,锚杆支护
参考文献
[1]陈炎光,陆士良,侯朝炯.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994.
[2]侯朝炯,郭励生,勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999.
某厂房预应力高强混凝土管桩的应用 篇8
关键词：预应力管桩,锤击法,施工,质量检测
预应力高强混凝土管桩(简称PHC桩)是采用先张法预应力工艺和离心成型法制作,并经过高压蒸汽养护,采用工厂化生产的一种等截面空心圆筒形混凝土预制构件。PHC桩具有承载力高、抗弯能力强、桩身抗裂性好、施工速度快、成桩质量可靠、检测方便、耐久性好、造价低廉、适用范围广等优点,相比挖孔桩、钻孔桩更能产生社会和经济效益,从20世纪80年代起在广州地区全面推广,已广泛应用于工业建筑基础。本文结合某厂房工程实例探讨PHC管桩施工管理及有关技术问题。
1 工程概况
本工程由4个高28 m、直径14 m、壁厚300 mm的钢筋混凝土筒体结构粉煤灰仓和1栋6层钢筋混凝土框架结构运行楼组成。基础均采用PHC管桩,桩径D=500 mm,壁厚为125 mm,桩身容许承载力[R]=2 700 kN,以强风化混合岩为桩端持力层,桩端进入持力层2 m,桩长约18 m～22 m。
工程厂址地貌上处于珠江三角洲东北部边缘一级阶地上,主要地层为花岗混合岩。场地上覆第四系地层自上而下有:吹填砂、淤泥、淤泥质土和残积砂质黏性土层,受基岩起伏变化的影响,厚度变化大,总厚度约12 m～25 m,属软弱～中软场地土,建筑场地类别为Ⅲ类。场地下伏基岩为花岗混合岩,按风化可划分为强风化花岗混合岩和中等风化花岗混合岩,强风化层顶面标高约-12.0 m～-25.4 m。场地为旧停车楼拆除地,并已清理成平整的场地,设计上对局部原有D=1 200 mm混凝土灌注桩进行利用。
2 预应力管桩的施工
2.1 施工前准备
1)组织相关单位进行图纸会审;2)审核施工单位施工组织设计;本工程临近建筑物、场地狭小,且设计上考虑利用原有桩基础,在施工组织上存在一定的难度,这需要合理安排打桩顺序和评估打桩时对临近灌注桩的影响,采取减少振动和挤土影响的措施,并在临近建筑物上设点观测;3)核查桩机操作人员、电工、焊工是否有操作证;4)机械设备必须报审批准后才准予进场,管桩进场时需检查出厂合格证及产品说明书,打桩设备(桩身和桩锤等)、管桩技术性能参数需符合设计要求;5)对施工人员进行技术安全交底;6)明确施工审批程序及工程使用的表格;7)处理场地内影响打桩的高空、地下障碍物;8)试桩。
本工程选用12号桩试打,其位于ZK03勘测孔附近,配桩长度18 m,露出地面0.6 m,入土深度17.4 m,有效桩长为16.7 m,锤重6 t,落距2.5 m以上,最后三阵贯入度为31 mm,25 mm,22 mm,每阵10击。桩端持力层为强风化花岗岩。选用160号桩试打,其位于ZK15勘测孔附近,配桩长度18 m,送桩深度3.3 m,有效桩长为17.2 m,锤重6 t,落距2.5 m以上,最后三阵贯入度为35 mm,26 mmm,19 mm,每阵10击。桩端持力层为强风化花岗岩。选用211号桩试打,其位于ZK27勘测孔附近,配桩长度22 m,送桩深度1.2 m,有效桩长为20.3 m,锤重6 t,落距2.5 m以上,最后三阵贯入度为25 mm,23 mm,23 mm,每阵10击。桩端持力层为强风化花岗岩。最后确定打桩标准:有效桩长大于16 m,最后三阵贯入度为2.5 cm,桩锤落距不小于2.5 m。
2.2施工过程的监控
1)测量定位放线。
由测量人员分批或全部测定标出场地上的桩位,并在桩位中心点插上短筋并撒白灰,其偏差不得大于20 mm;在桩身上画出以米为单位的长度标记,并从下往上标明桩的长度数量,以便施工中观察桩的入土深度及记录每米沉桩锤击数。
2)打桩。
a.第一节管桩起吊就位插入地面后应认真检查桩位及桩身垂直度偏差。桩身垂直度偏差可先用长条水准尺粗校,然后用两个吊线锤在不同方向上进行检测。b.施打过程中,应保持桩锤桩帽和桩身的中心线在同一条直线上,重锤低击,并随时检查桩的垂直度,当桩身垂直度偏差过大,应找出原因设法纠正;当桩尖进入硬土层后,不得用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。c.管桩的接桩可采用桩顶端板圆周坡口槽焊接。焊接采用二氧化碳气体保护电弧焊或手工电弧焊。当管桩需要接长时,其入土部分桩身的桩头宜高出地面0.5 m～1.0 m。管桩焊接前上下端板表面应用铁刷子清刷干净,坡口处应刷至露出金属光泽并保持干燥焊好的桩接头应自然冷却后才可继续施打,手工电弧焊的自然冷却时间不应少于8 min,不得用水冷却或焊好立即施打。d.下节桩的桩头处应设导向箍或其他导向措施,以方便上节桩就位。接桩时上下节桩身应对中。若下节桩身略有倾斜,上节桩身应与下节桩身保持顺直,两端面应紧密贴合。注意不得为了使上节桩身垂直而使接头处出现间隙和在接头间隙中填塞焊条头、铁片、铁丝等杂物。
3)收锤。
a.当管桩施打至设计要求及达到收锤标准后即可收锤,终止施打。b.除设计明确以桩端标高控制的摩擦桩应保证设计桩长作为收锤标准外,其他指定桩端持力层的管桩基础应按设计、监理、施工、质检(监)等单位共同确认的收锤标准进行收锤。收锤标准原则上应结合工程地质条件、桩承载性状、单桩承载力特征值、桩规格及入土深度、打桩锤规格及冲击能量、桩端持力层性状及桩尖进入持力层深度等因素综合考虑确定。收锤标准应以达到桩端持力层(定性)和最后贯入度或最后1 m～3 m的每米沉桩锤击数(定量)作为主要的收锤控制指标。c.地基基础设计等级较高或地质条件较为复杂基础工程的收锤标准,应通过打试验桩或试打桩确定。其他一般管桩基础工程的收锤标准一般通过试打桩确定,未经试打桩且有应用经验时,最后贯入度控制值可结合邻近工程或相近桩基条件的打桩经验后确定。d.最后贯入度记录可采用打桩自动记录仪自动量测,打桩机上未配备打桩自动记录仪的应进行人工量测最后贯入度。人工测量最后贯入度时,宜用一段长约40 cm的钢卷尺残片用胶布沿桩长粘贴在管桩桩身或送桩器器身上,再用经纬仪或水准仪记录下每10击的沉桩量即为每一阵贯入度。量测时应以连续三阵贯入度逐阵递减最后两阵达到收锤标准即可收锤终止施打。e.当基桩收锤后,应立即将高出地面1.0 m左右以上的余桩截去,截断口宜在地面以下20 cm～40 cm。截割桩头一般采用电动锯桩器。
3成桩质量检测
1)桩身垂直度;2)截桩后的桩顶标高;3)桩顶平面位置,可采用经纬仪进行检测;4)桩身的完整性,可采用低应变动测法检测;5)单桩承载力,可采用高应变动测法检测。
本工程共抽35根桩(占总桩数的15%)采用低应变动力检测反射波法进行检测,检测的目的主要通过动测方法检查桩基的质量,包括桩身的完整性(桩身断裂、桩身各节的连接情况)及混凝土的质量(混凝土的胶结情况)。检测的35根桩,实测纵波波形曲线规律性较好,未见明显的桩间反射波异常,且均可观测到桩底反射波信号,表明这35根桩桩身完整,连接良好,未出现明显的桩身质量问题。共抽12根桩(占总桩数的5%)采用高应变动测法进行单桩承载力和桩身完整性检测。经分析,所检桩桩身结构完整(Ⅰ类)或有轻微缺陷(Ⅱ类),单桩竖向抗压承载力均满足设计要求
4结语
1)通过对项目各环节的严格监控,安全可靠地完成施工工作,达到良好的效果。本工程共施工预应力管桩250根,施工前测量放线精确定位,施工过程中主要控制好桩的垂直度、接桩的焊接质量及收锤标准。施工完成后,经检测全部为Ⅰ类和Ⅱ类桩,质量稳定。2)由于桩基较密且桩端进入持力层较浅、淤泥层较深,发现先施工的桩有被后施工的桩挤偏的现象,影响桩基的垂直度甚至承载力。再遇类似工程,要首先确定好打桩次序或沉桩工艺,避免桩基互相影响。
参考文献
[1]JGJ 94-94,建筑桩基技术规范[S].
[2]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S]
[3]DBJ T5-22-98,广东省预应力管桩规程[S].
[4]郭秀丽.浅谈预应力管桩基础[J].山西建筑,2007,33(6):134-135.
高强应力 篇9
预应力混凝土高强管桩因其工程造价较低、质量可靠、长度易调整、施工速度快、检测时间短等优点，目前在工程上被广泛应用，但是由于施工过程中存在的各种因素，预应力混凝土高强管桩也存在着不少施工质量问题。
为了保证高强管桩静压过程的施工质量，在静压高强管桩施工前和施工过程中，应对施工质量严格控制，本文以名都一期地库工程为例，阐述了静压预应力混凝土高强管桩施工的质量控制要点。
1 应用工程简介
某地库工程建筑面积37 240 m2，地下2层，地基处理采用静压法沉预制桩，工程桩采用PHC-AB500(100)型预应力高强混凝土管桩，桩长15 m，单桩抗拔承载力特征值为500 k N，单桩竖向承载力特征值为9 500 k N。桩身材料应符合《03SG409》中相应要求。设计要求:高强管桩插入地面时的垂直度偏差不超过0.5%，桩帽或送桩器应与桩身在同一中心线上，沉桩过程中经常观测桩身的垂直度。若桩身垂直度偏差超过1%时，应设法纠正。
2 高强管桩施工的质量控制
2.1 施工准备阶段的质量控制
2.1.1 高强管桩生产及进场检验管控控制点
1)选择具有合格施工条件的生产企业，保证高强管桩出厂质量。
2)对预应力高强管桩的混凝土、钢丝原材进行核验，检查高强管桩的出厂合格证及出厂检验报告。
3)高强管桩全数检查项目:
a．检查管身外观有无气孔和裂缝，桩顶处有无孔洞;对高强管桩外观尺寸进行核查。
b．高强管桩强度等级必须达到设计强度的100%，并且达到龄期，有出厂合格证和出厂检验报告。
c．高强管桩堆放场地应坚实、平整，以防不均匀沉降造成损坏，并采取可靠的防滚、防滑措施，管桩装卸时派专业信号工指挥吊车，以免造成管桩破坏。
d．高强管桩现场堆放3层为宜。
4)接桩用焊条等材料和设备的检验。
2.1.2 现场准备工作
1)施工场地的电力供应与电力线路布置应综合考虑桩机行走路线及施工道路规划而布置，减少桩机行走和临时道路布置时互相影响。电力电缆选用与桩机机型匹配的型号和数量，满足桩机施工、照明及其他临时用电需要，保证用电安全，做好临电方案及应急方案。
2)施工场地不应有软弱土、杂填土、积水及淤泥等不良地基。
3)桩机进场前,清理地上障碍物,保证场地平整。
4)注意场地边界尺寸，保证在场地边界处桩机能完成旋转、掉头和吊桩等动作。
2.1.3 静压桩机型号选择
静压桩机在国内的制备已经成熟，施工时，选择型号时按1.2倍～1.5倍高强管桩极限承载力取值。
2.2 高强管桩定位控制
1)全站仪、经纬仪及水准仪选择符合图纸及规范设计要求的型号，测量仪器按要求定时送检，保证仪器精准度。
2)高强管桩桩位的定位工作，采用全站仪、经纬仪及钢尺定位。桩位的放样误差符合桩基验收规范要求:单排桩不大于10 mm，群桩不大于20 mm。
3)高强管桩桩位编号，应在施工图中对其逐一编号，图纸与现场核对，做到不重号，不漏号。
4)高强管桩桩位经测量定位后，应按设计图进行复核，并报监理工程师对桩位进行检查验收。
2.3 高强管桩在施工过程中的质量控制关键点
2.3.1 确定沉桩顺序，减少挤土效应，提高生产效率
压桩顺序一般先深后浅，先大后小;应尽量避免桩机反复行走，扰动地面土层;循行线路经济合理，送桩、喂桩方便，从有建筑物一段向没有建筑物一段压桩。
2.3.2 压桩时桩身垂直度控制关键
控制好第一节桩垂直度是关键，首先将静压机停稳，将桩起吊，静压高强管桩前，要将桩准确定位并对中。
在压桩时，采用吊线锤在相互垂直的两个方向进行垂直度的测量。桩插入地面时垂直度的偏差小于0.5%。沉桩过程中设专人进行全过程垂直度测量监控，压桩过程中发现垂直度超过1%时，立即停止压桩，找出偏桩的原因并设法纠正。当桩进入较硬土层后，严禁采用移动桩架等方式强行回扳进行纠偏。
2.3.3 高强管桩接桩时的质量控制点
1)使用设计要求的桩长，减少出现接桩时桩尖处于或接近硬持力层的情况。高强管桩接头数不超过3个;同一承台桩的接头位置应相互错开。
2)接桩时，其入土部分的桩头宜高出地面0.5 m～1.0 m，上下桩段同心对直，错位偏差不大于2 mm。
3)高强管桩对接前，上下端板表面应用铁刷子清刷干净方可进行焊接。
4)为保证接桩的焊接质量，电焊条必须具有出厂合格证;电焊工持有效合格证件上岗;施焊前先对称点焊4点～6点，待上下桩固定后拆除导向箍再分层施焊，施焊宜对称进行。
5)焊接层数不得小于3层，如图1所示。
内层焊渣必须清理干净后方可施焊外焊层，保证焊缝饱满、连续，根部必须焊透。
6)焊好的接头自然冷却，自然冷却时间不宜少于8 min，严禁用水冷却。焊接接桩做隐蔽工程验收，验收合格后进行下道工序施工。关键工程应做10%的探伤检查。
2.3.4 静压桩过程质量控制点
1)在沉桩过程中，应随时检查压力、压入深度。当压力读数突然上升或下降时，应停机并对照地质资料进行原因分析，如无异常继续施工。如设计中对压桩压力有要求时，其偏差应在±5%以内。
2)遇到下列情况之一时，应暂停压桩并及时与勘察、设计、甲方等有关单位研究、处理:
a．压力值突然下降，沉降量突然增大;
b．桩身混凝土剥落、破碎;
c．桩身突然倾斜、跑位;
d．地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大;
e．按设计图要求的桩长压桩，压桩力未达到设计值;
f．单桩承载力已满足设计值，压桩长度未达到设计要求。
2.3.5 终压的质量控制点
1)正式压桩前，应按所选静压桩机的型号进行管桩试压，以确定压桩的终压技术参数。
2)终压的技术参数一般采用双控，根据设计要求采用以标高控制为主、压力控制为辅或压力控制为主，标高控制为辅的控制方法。
3)终压后的桩顶标高，应用水准仪认真控制，其偏差为±50 mm。但对于端承桩，由于地基持力层的起伏变化，可能出现桩顶标高高出设计标高的情况，应采用切割机进行锯桩，以满足桩顶设计标高的要求。
2.3.6 压桩过程的资料控制
在压桩过程中要认真观察压力表的读数并做好记录，以判断桩的质量和承载力。桩位要随压随记录，预防错打、漏打，同时应对周围建筑物地下管线进行观测、监护，并及时做好记录。要认真做好原始资料的汇总工作，遇到异常现象及时通知相关单位共同解决。
3 高强管桩施工常见问题的原因分析及预防措施
高强管桩施工常见问题的原因及预防措施汇总表见表1。
4 桩头爆裂处理实例
在地库高强管桩沉桩的施工中，因桩在检测后发现承载力不足，经复压后个别桩头爆裂且桩顶标高低于设计标高，经设计单位确认，采用接桩进行处理，如图2所示，新旧混凝土结合面应先将浮浆清除干净并刷混凝土界面剂，然后用C40微膨胀混凝土进行接桩。接桩后进行承载力检测，满足设计要求。
5 结语
高强应力 篇10
焊接是现代结构中最主要的连接方式, 而焊接过程中产生的变形和残余应力直接影响到焊接结构的承载能力, 因此准确推断焊接过程中的力学行为、温度场及应力场的分布是十分重要的研究课题。近年来, 一些专家学者借助有限元方法对焊接结构进行分析研究。文献[1, 2]研究了焊接移动热源、焊缝熔敷金属填充处理以及并行计算等关键性问题;文献[3]对低碳钢T形接头的焊接温度场进行了三维动态过程的模拟, 获得了温度场的变化规律;文献[4]利用非线性有限元分析软件, 对低碳钢管道接头的焊接残余应力进行了分析, 计算的预测值与实测值基本吻合。就目前的研究现状来看, 研究工作主要针对低碳钢焊件进行, 而对高强钢焊接结构的研究非常少, 尤其是高强钢T形接头的温度场及应力场方面。
本文基于已有研究成果, 以高强钢T形接头为研究对象, 考虑温度与应力之间的耦合效应, 利用有限元分析软件ABAQUS对焊接过程进行数值模拟, 获得了焊接温度场及残余应力场的分布规律, 为进一步研究消除焊接残余应力的方法提供了参考。
2 双椭球热源模型
焊接热源模型主要有五种, 分别为:点热源模型、线热源模型、面热源模型、高斯热源模型、双椭球热源模型。其中双椭球热源模型不仅充分考虑了焊接过程中热源前后端温度变化不一致的特点, 而且考虑了熔池形状对焊接的影响, 使得分析结果更精确, 更符合实际。因此本文决定采用双椭球热源模型进行焊接热源的模拟。
前半部分椭球内热源分布函数为:
后半部分椭球内热源分布函数为:
式中:Q=ηUI, η为热源效率;U为电源电压, V;I为电源电流, A;f1, f2为椭球能量分数, 且f1+f2=2;a、b、c为椭球能量分数, 可取不同的值。
3 有限元模型及材料特性
3.1 有限元模型
T形焊接接头试件由水平板、腹板及焊缝组成, 水平板尺寸为100mm×200mm×8mm, 腹板尺寸为30mm×200mm×8mm, 焊脚高度为6mm, 几何模型如图1所示。
随着热源的移动, 温度和应力也随之改变, 为了节省计算时间和存储空间, 焊缝和焊接热影响区采用加密的网格;而远离焊缝的区域, 由于温度梯度变化相对较小, 采用相对稀疏的网格。在模型中通过逐步细化焊缝单元, 提高焊接计算精度。控制焊缝单元大小, 建立六面体单元的三维有限元模型, 如图2所示。
3.2 焊接参数及材料特性
焊接过程是温度急剧升高和降低的过程。由于不均匀的局部加热, 热循环温度变化范围大, 材料的各项物理参数随温度变化相差较大。为准确分析, 考虑材料随温度变化的非线性物理参数, 如图3所示。
焊接方法为埋弧自动焊, 焊接规范为:电流250A, 电压
4 计算结果
4.1 焊接温度场分析
为了实现T形接头焊接过程的动态模拟, 将时间分散到各个载荷步。在载荷步中定义各节点热源的施加与卸载。为此, 采用ABAQUS焊接子程序DFLUX对焊接过程进行二次开发。在焊缝处采用单元生死技术, 即在某一时段, 焊丝熔化后进入熔池, 将该处单元激活, 以此模拟实际的施焊过程, 当所有单元被激活后, 完成整个焊接过程。
图4~图7为焊接过程中不同时刻的温度场。
从图4~图7可以看到焊接过程中整个温度场的动态变化状况, 由于材料导热率小, 温度传播速度较慢, 因此, 沿焊缝方向的高温区呈狭长分布, 且热源中心的温度最高, 热源前端温度梯度变化较大, 后端较为平缓。
图8和图9分别为纵向沿焊缝各节点以及横向远离焊缝各节点的温度历程曲线。
纵向上, 几条曲线形状大体相似, 表明焊接过程中热源沿焊件移动时, 高温区温度场达到稳定, 且整体向前移动, 焊缝被依次加热, 节点温度由低到高, 热源经过的地方温度最高可达1400℃, 到达最高值后又由高而低, 随时间而变化, 最后各点温度逐渐趋于环境温度, 如图8所示;横向上, 各节点温度同时达到最高, 在远离焊接中心过程中, 各节点的最高温度依次降低, 降低幅度呈现出先快后慢的趋势, 最远处温度最低, 如图9所示。整个焊接过程中各点的升温速度明显比降温速度要大;冷却后, 各点温度趋于常温。
4.2 焊接残余应力分析
图10给出了冷却后焊接残余应力的等效应力云图, 从图中可以看出, 焊缝及其附近区域存在较大的焊接残余应力, 区域中最大的等效残余应力为218MPa, 达到常温下材料屈服强度的45.2%。远离焊缝, 等效残余应力逐渐在降低, 从195MPa降到120MPa左右;由于分析中在水平板的两侧施加了约束, 腹板上部没有施加, 因此, 水平板最外层存在较大等效残余应力而腹板上部的等效残余应力较小。
加热与冷却的不断循环, 导致材料产生不均匀的塑性流动, 进而使结构在焊后形成不可恢复的塑性应变是焊接残余应力产生的根本原因。图11为水平板上距焊缝中心6.0mm处残余应力的分布曲线。图中可以看出, 纵向残余应力σx的分布为抛物线状, 两端为压应力, 中间为拉应力。焊接端部存在一个内应力的过渡区, σx由压应力逐渐转变为拉应力, 随着离开端面距离的增加, σx也逐渐增加并趋于稳定;横向残余应力σy由焊缝及其塑性变形区的收缩引起, 在试件的两端存在压应力, 中间部分存在拉应力, 同时两端的压应力略大于中间的压应力;沿焊件厚度方向残余应力σz为压应力, 数值较小, 中间应力趋近于零;等效残余应力沿整个焊缝方向的变化不大, 基本保持在150MPa~210MPa之间。
图12为腹板上上距焊缝中心6.0mm处残余应力的分布曲线。图中可以看出, 纵向残余应力σx的分布同水平板相似, 呈抛物线分布, 两端为压应力, 中间为拉应力。焊接端部同样存在一个内应力的过渡区, σx由压应力逐渐转变为拉应力, 在焊缝的中间区域σx分布较为稳定;横向残余应力σz的分布明显区别于水平板, 沿焊缝方向均表现为压应力, 且应力值较小, 端部最大约为120MPa, 中间最小仅为40MPa, 这主要是因为在腹板上没有施加约束, 整个腹板可以自由变形;沿焊件厚度方向残余应力σy为压应力, 数值较小, 约为45MPa;等效残余应力小于水平板, 维持在在140MPa~180MPa之间。
5 结语
(1) 采用弹塑性力学理论及Goldak双椭球热源模型, 利用ABAQUS的焊接子程序DFLUX, 并结合单元“生死”技术, 对高强钢T形焊接接头进行三维动态有限元模拟;
(2) 通过分析T形焊接结构的瞬态温度场, 可以看出:焊接过程中, 焊缝及熔合区域的温度最高, 远离焊缝区域的温度随着热源的移动而缓慢增加, 冷却一段时间后, 焊接温度趋于常温;
(3) 焊接残余应力计算结果表明:焊缝及附近区域存在较大的焊接残余应力, 应力最大值接近或超过材料的屈服强度, 易诱使焊缝开裂失效, 远离焊缝区后焊接残余应力迅速衰减。
参考文献
[1]赵海燕, 鹿安理, 史清宇, 等.焊接结构CAE中数值模拟技术的实现[J].中国机械工程, 2000, 11 (7) :732-734.
[2]鹿安理, 史静, 赵海燕.焊接过程仿真领域关键技术问题及其初步研究[J].中国机械工程, 2000, 11 (1/2) :201-205.
[3]黎超文, 王勇, 李立英, 等.T形接头的焊接温度场三维动态有限元模拟[J].焊接学报, 2011, 32 (8) :33-36.
[4]董俊慧, 霍立兴, 张玉风.低碳钢管道焊接残余应力有有限元分析[J].焊接, 2000 (12) :11-15.
[5]刘仁培, 董祖珏, 魏艳红.不锈钢焊接凝固裂纹应力应变场数值模拟结果的建立[J].焊接学报, 1999, 20 (4) :238-243.
