简析深层搅拌桩在深基坑支护施工中的技术要点__墨水学术,论文发

所属栏目：智能科学技术论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:164

副标题#e#  
摘要：随着深基坑支护工程越来越多，深层搅拌法作为一种经济、快捷的施工法在软基处理、基坑支护及截渗工程中被大量采用，尤其在基坑支护及承担较大单桩承载力方面更为突出，为有效改善深层搅拌桩的力学性质，提高深层搅拌桩的抗弯、抗剪性能和单桩竖向承载力，在深层搅拌桩中插入刚性材料，形成所谓的加筋深层搅拌桩（SMW工法）。  
关键词：深层搅拌桩基坑支护施工设备  
1深层搅拌桩加筋施工设备  
深层搅拌桩加筋施工设备在原深层搅拌桩施工设备的基础上加装轻型振动锤，利用振动锤提供的竖向振动力及采用导向设备将刚性材料插入深层搅拌桩中，从而提高深层搅拌桩支挡结构的抗弯、抗剪性能及单桩竖向承载力。  
1.1深层搅拌桩加筋施工设备的构造  
深层搅拌桩加筋施工设备，由钻机底盘、转盘、电动机、机架、和钻杆连接而成，在钻机底盘上设置卷扬机和定滑轮，在机架的顶端固定定滑轮，同时固定水平横梁，在横梁的另一端固定另一定滑轮，钢丝绳的一端固定于卷扬机，另一端通过固定于钻机底盘的定滑轮固定于机架顶端的定滑轮和固定于横梁另一端的定滑轮通过缓冲器连接振动锤和夹具。其详细构造如图1。  
图1深层搅拌桩加筋施工设备示意图  
1.2深层搅拌桩加筋施工设备的工作原理  
深层搅拌桩施工完成后，搅拌桩中心成为极软的水泥浆区，由于钻杆的上下提升，在水泥初凝前，极软的搅拌桩中心区为刚性材料的插入创造了条件。加筋施工时，将刚性材料（工字钢、钢管或螺纹钢等）插入振动锤的夹具并夹紧，启动卷扬机将要加入的刚性材料吊起对准搅拌桩中心。然后，启动振动锤，同时放松卷扬机钢丝绳，使要加入的刚性材料边振动边下沉，徐徐插入刚施工完成的深层搅拌桩中，直至达到设计标高为止。  
利用深层搅拌桩加筋施工设备施工加筋深层搅拌桩（刚性材料不回收的情况）的工艺流程见图2。  
图2搅拌桩加筋施工流程图  
2深层搅拌桩加筋施工设备工程应用  
深层搅拌桩加筋施工设备是我国具有自主知识产权的施工设备。该设备通过对现有搅拌桩机改造实现了一机多用，相对造价低；由于采用了液压步履或履带式底盘，该设备具有操作简单，移动灵活的特点。利用该设备加筋的深层搅拌桩具有良好的力学指标，抗弯、抗剪和抗拔性能大大提高，可广泛应用于基坑支护及地基处理工程。  
2.1深层搅拌桩加筋施工设备应用于基坑支护工程  
某工程设计一层地下室，基坑开挖深度5.0～6.0m，放坡开挖1.5m。地下水位埋深2m，场地土层力学指标见表1。  
表1各土层力学指标参数  
土层名称    层厚/m    重度/KN•m-3    粘聚力/KPa    摩擦角/（。）  
杂填土    2.95    18    0    18  
粉砂    0.8    19    0    23  
粗砾砂    2.5    19.5    0    29  
含有机质粉土    1.70    18    24.6    15.3  
粉质粘土    2.45    19.8    28.3    15.4  
砾砂混粘性  #p#副标题#e#;  4.55    20    30    40  
为最大限度的节省投资，经设计决定采上部放坡2m，下部双排加筋深层搅拌桩进行支护。支护设计结果见图3，设计弯矩260kN•m，见图4，设计桩长8.5m，采用双排加筋深层搅拌桩支护，插入芯材为7m长，φ48/2.8钢管，“半位”加筋，确保在最大弯矩的3～8m深度范围内有钢管。施工设备为两台PH-5B单轴深层搅拌桩机，采用四喷四搅工艺，水灰比0.6～0.65。搅拌桩施工完成后，立即用人工辅以锤击插入芯材（因芯材太轻，利用芯材自重无法下沉），可以插入4～5m。但加筋定位不准确，插入垂直度无法控制，施工效率低（每天只能完成14～16支桩），且无法插至设计深度。另外，搅拌桩搭接成壁状，施工下一支桩会搅出上一支桩的芯材，因为人工加筋垂直度难以保证。若施工第三支桩时再对第一支桩加筋则因间隔时间过长导致加筋更为困难。  
图3支护结构剖面图  
图4支护结构弯矩图  
采用该设备后，深层搅拌桩施工、加筋可利用一套设备完成。利用振动锤的激振力可将芯材短时间内插至设计深度，而且控制桩机行走设计桩间距，可将芯材正对搅拌桩中心。施工第三支桩时再对第一支桩加筋也无须担心因间隔时间长而加筋困难，解决了施工下一支桩会搅出上一支桩芯材的问题。施工效率大大提高，每天能完成28～30支桩，工人的劳动强度大为降低，保证了加筋深层搅拌桩的施工质量。尽管插入劲性材料后的水泥土仍然无法同钢筋混凝土相比，但对墙体刚度的提高十分明显。加筋深层搅拌桩用于支护工程实现了支护防渗合二为一，其经济开挖深度可达20m，具有良好的防渗性能。  
目前，深层搅拌桩加筋施工设备已经在该地区多个基坑支护工程中应用，均取得了良好的效果。采用单排#10工字钢在淤泥中垂直支护开挖深度达5m，双排#10工字钢在淤泥中垂直支护开挖深度达7m。在某休闲娱乐中心工程中，基坑开挖边线距使用中的三层商业楼仅2m，采用双排#10工字钢加筋深层搅拌桩结合单层锚杆进行支护，垂直开挖深度6m，商业楼安然无恙。  
2.2深层搅拌桩加筋施工设备应用于地基处理工程天津大学建筑设计院凌光容、郑刚等在天津大学场地内进行了加筋水泥土桩、非加筋水泥土桩和钻孔灌注桩的竖向承载力对比试验。场地土层主要由素填土、粉质粘土组成，分布均匀。试验桩直径均为φ500，水泥土桩水泥掺入比为15%，采用单轴搅拌机施工，桩中心插入4～6m长、φ150钢筋混凝土桩芯；水泥土桩的长度为8.5m和10m两种。对上述不同类型的桩做载荷试验，承载力结果见表2，载荷试验曲线见图5。  
表2不同类型桩载荷试验成果表  
图5不同类型桩载荷试验曲线  
试验结果表明：深层搅拌桩加筋后，桩身抗压强度和弹性模量大为提高，桩顶承担较大荷载，桩身轴力能向桩身下部传递，大大提高了单桩竖向承载力。加筋水泥土桩的单桩竖向承载力约为非加筋水泥土桩的4～5倍以上，约为钻孔灌注桩的1.3～1.6倍。由此可见，钢筋混凝土芯水泥土桩是一种具有广阔发展前景的新式桩型。  
由现场试验可知：钢筋混凝土桩芯的插入须吊车配合施工，仅仅利用钢筋混凝土桩芯自重下沉是极为困难的，插入深度也极为有限，这大大限制了该种桩型的推广应用。深层搅拌桩加筋施工设备的研制成功，一方面使在搅拌桩中插入较长较粗的钢筋混凝土芯成为可能；另一方面，通过振动锤插入钢筋混凝土芯产生的挤土和振捣作用，可以进一步提高桩的密实度和桩侧摩阻力，改善搅拌桩的质量。因此，深层搅拌桩加筋施工设备的研制成功对于钢筋混凝土芯水泥土桩的推广应用具有重要的意义。  
3结语  
(1)深#p#副标题#e#层搅拌桩加筋施工设备已研制成功，并开始在工程施工中应用。该设备具有造价低，效率高，操作简单，移动灵活，施工工艺合理的特点。  
(2)利用深层搅拌桩加筋施工设备对深层搅拌桩加筋克服了利用芯材自重加筋对浆液和设备要求高，插入深度有限的缺点，解决了利用普通国产单轴深层搅拌桩机进行SMW工法施工的难题。为加筋SMW工法替代传统的水泥土重力式挡土墙奠定了基础，在基坑支护中起到既挡土，又止水的目的。  
(3)特定地层的对比试验表明，采用加筋深层搅拌桩施工设备施工的钢筋混凝土芯水泥土桩比一般水泥土搅拌桩和钻孔灌注桩更为经济合理，具有广阔的应用前景，值得进一步研究推广应用。  
(4)对加筋深层搅拌桩的不同加筋材料，钢筋、钢管、工字钢等型材对加筋深层搅拌桩的抗弯、抗剪性及竖向承载力的影响还需进一步研究。