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鋼管柱的根本技術(shù)開(kāi)展和尺寸

鋼樁根底和鋼管柱根底10大開(kāi)展方向

    一、樁的尺寸向長(zhǎng)、大方向開(kāi)展

基于高層、超高層建筑物及大型橋主塔樁根底等承載的需求，樁徑越來(lái)越大，樁長(zhǎng)越來(lái)越長(zhǎng)。歐美及日本的鋼管樁長(zhǎng)度已達(dá)100m以上，樁徑超越2500mm；上海金茂大廈鋼管樁樁端進(jìn)入空中下80m的砂層，樁徑為914.4mm；溫州地域靜壓式鋼筋混凝土預(yù)制樁長(zhǎng)度已達(dá)70m以上，樁斷面600mm×600mm。

我國(guó)在大江、大河及海上修建的大跨徑橋梁根本上均采用鉆孔灌注樁，樁徑和樁長(zhǎng)均在不時(shí)加大，長(zhǎng)度超越50m、直徑大于2m的超長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁已非常普遍。蘇通大橋采用反循環(huán)鉆成孔樁壓力注漿樁，共131根，直徑2.50-2.85m，樁長(zhǎng)117m（2005年）；南京長(zhǎng)江二橋采用反循環(huán)鉆成孔灌注樁，共21根，直徑3.0m，樁長(zhǎng)83m（2001年）；上海長(zhǎng)江隧橋B7標(biāo)采用反循環(huán)鉆成孔灌注樁，3.2-2.5m變徑樁，樁長(zhǎng)115m（2006年）；鄭州黃河大橋采用旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁，直徑2.0m，樁長(zhǎng)108m（2009年）。

二、樁的尺寸向短、小方向開(kāi)展

基于老城區(qū)改造、老根底托換加固、建筑糾偏加固、建筑物增層以及補(bǔ)樁等需求，小樁及錨桿靜壓樁技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用普遍。

小樁

小樁又稱微型樁或樹(shù)根樁，是法國(guó)開(kāi)發(fā)的一種灌注樁技術(shù)。小樁本質(zhì)上是小直徑壓力注漿樁；樁徑為70-250mm（國(guó)內(nèi)多用250mm），長(zhǎng)徑大于30（國(guó)內(nèi)樁長(zhǎng)多用8-12m，長(zhǎng)徑比通常為50左右），采用鉆孔（國(guó)內(nèi)多用螺旋鉆成孔）、強(qiáng)配筋（配筋率大于1%）和壓力注漿（注漿壓力為1-2.5MPa）工藝施工。小樁主要用于舊房改造、房屋增層、古建筑加固糾偏、防洪堤加固、建（構(gòu)）筑物抗震加固、基坑開(kāi)挖的護(hù)坡樁及水池底板抗浮等根底工程。

錨桿（錨固筋）靜壓樁

我國(guó)自行研制開(kāi)發(fā)的錨桿靜壓樁是錨桿和靜力壓樁兩項(xiàng)技術(shù)巧妙分離而構(gòu)成的一種樁基施工新工藝，是一項(xiàng)地基加固處置新技術(shù)。加固機(jī)理類同于打入樁及大型靜力壓樁，受力直接、明晰，但施工工藝既不同于打入樁，也不同于大型靜力壓樁。錨桿靜壓樁的施工工藝是先在新建的建（構(gòu)）筑物根底上預(yù)留壓樁的樁位孔，并預(yù)埋好錨桿或在已建的建（構(gòu)）筑物根底上開(kāi)鑿壓樁孔和錨桿孔用粘結(jié)劑埋好錨桿，然后裝置壓樁架，用錨桿做媒介，把壓樁架與建（構(gòu)）筑物根底連為一體，并應(yīng)用建（構(gòu)）筑物自重做反力（必要時(shí)可加配重），用千斤頂將預(yù)制樁段逐段壓入土中，當(dāng)壓樁力及壓入深度到達(dá)設(shè)計(jì)請(qǐng)求后，將樁與根底澆筑在一同，樁即可受力，從到到達(dá)進(jìn)步地基承載力和控制沉降的目的。

業(yè)內(nèi)人士均稱其為錨桿靜壓樁，筆者以為稱錨固筋靜壓樁為妥，由于從上述施工工藝看，銜接件不是深基坑支護(hù)工程中所指的錨桿，僅僅是錨固筋。

錨桿靜壓樁的斷面尺寸為（200mmx200mm）-（300mmx300mm）；樁段長(zhǎng)度取決于施工凈空高度和機(jī)具狀況，為1-3m，樁入土深度為3-30m。

錨桿靜壓樁適用于老城區(qū)改造，舊根底托換加固，狹小空間場(chǎng)地施工，對(duì)新建工程可采用逆作法施工。

微型樁（迷你樁）

微型樁（迷你樁）是由一個(gè)內(nèi)徑不超越300mm的永世性的鋼套管，一個(gè)或一組位于樁孔中心的起承重作用的鋼筋及填充其間孔隙的水泥漿組成。樁體應(yīng)以略微小于套管的直徑嵌入基巖。香港地域普遍應(yīng)用的迷你樁多數(shù)為219mm直徑的套管及190mm直徑的嵌入體或273mm直徑的套管及235mm直徑的嵌入體組成。

迷你樁因其對(duì)成樁設(shè)備及施工場(chǎng)地的請(qǐng)求低，而承載力較高，平安牢靠，所以在香港得到了普遍的應(yīng)用。其主要應(yīng)用于隔音屏、行人天橋、運(yùn)輸帶、小型別墅、小型商場(chǎng)等根底工程中，也能夠當(dāng)支護(hù)樁運(yùn)用。

迷你樁可在峻峭的山坡、狹窄的樓群之間、行人路、高速公路、鬧市區(qū)、火車站臺(tái)以至建筑物內(nèi)停止施工。小型的施工設(shè)備只需求2m×

5m的中央曾經(jīng)足夠。

三、向攻克樁成孔難點(diǎn)方向開(kāi)展

隨著高層建筑、大跨度橋梁的開(kāi)展，嵌巖樁，特別是大直徑嵌巖樁作為一種比擬特殊的樁基類型，20世紀(jì)90年代在我國(guó)得到了普遍的應(yīng)用。嵌巖樁具有承載力高、變形小、整體剛度大的特性，其沉降穩(wěn)定時(shí)間短、沉降量小，抗震性能好，因而越來(lái)越遭到工程界的注重。如何優(yōu)質(zhì)、、經(jīng)濟(jì)施工這類樁孔則成為巖土鉆掘工程界面臨的首要技術(shù)難題。鉆孔直徑大，巖石強(qiáng)度高是其根本特征，由此帶來(lái)以下技術(shù)艱難：

①單位體積巖石的破碎功隨巖石強(qiáng)度的增加而增大，單次破碎巖石所需求的臨界破碎力亦增大。

②碎巖斷面和碎巖量隨樁孔直徑增大而急劇增加。

③樁孔排渣性能的優(yōu)劣直接影響各種嵌巖鉆進(jìn)辦法碎巖的有效性。

我國(guó)大直徑嵌巖鉆進(jìn)工法主要有：

①回轉(zhuǎn)式工法：牙輪/滾刀鉆進(jìn)法；鋼粒環(huán)狀鉆進(jìn)法；鑲焊釬頭的刮刀鉆進(jìn)法。

②沖擊式工法：純沖擊無(wú)循環(huán)鉆進(jìn)法：沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)法。

③沖擊回轉(zhuǎn)式工法：氣動(dòng)/液動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)法；可旋轉(zhuǎn)式鋼繩沖擊鉆頭鉆進(jìn)法。

鋼支撐在地鐵建筑中的作用

鋼支撐在各個(gè)建筑中都有很重要的應(yīng)用，各種高樓建造，各種橋梁，各種藝術(shù)建筑等等，地鐵鋼支撐在地鐵建筑中的應(yīng)用作用。 

1 支撐布置及受力分析

1.1 支撐布置

新方案將支撐的豎向間距進(jìn)行了調(diào)整，支撐的型號(hào)及水平間距不變，鋼支撐租賃考慮到方案變更對(duì)施工的影響，各道支撐的高程布置結(jié)合基坑開(kāi)挖計(jì)劃和受力計(jì)算結(jié)果來(lái)確定。各道支撐高程為：第1道-0.4m；第2道-4.3 m；第3道-7.8m；第4道-11.0 m；第5道-14.2 m。

按上述布置，基坑開(kāi)挖分為3次大型機(jī)械開(kāi)挖和1次人工清底開(kāi)挖共4個(gè)步驟：

(1) 第一層主要采用短臂挖掘機(jī)開(kāi)挖，開(kāi)挖至地面下0.9m時(shí)，架設(shè)第1道支撐。

(2) 第二層主要采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)開(kāi)挖，開(kāi)挖至地面下4.8m和8.3m時(shí)，架設(shè)第2、3道支撐。

(3) 第三、四層土方大部分采用小型挖掘機(jī)開(kāi)挖及人工配合開(kāi)挖，龍門吊出土，自卸車兩側(cè)運(yùn)輸，開(kāi)挖至地面下11.5m和14.7m時(shí)，架設(shè)第4、5道支撐。

(4) 在開(kāi)挖至基底200mm時(shí)，由人工清底開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，嚴(yán)防超挖。

1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

優(yōu)化方案的分析計(jì)算，采用彈性地基桿系有限元模型來(lái)模擬基坑標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開(kāi)挖中的施工工況，由于它既能夠考慮支擋結(jié)構(gòu)的平衡條件以及結(jié)構(gòu)與土的變形協(xié)調(diào)，分析中所需參數(shù)單一且比較容易確定，同時(shí)又能有效地記入基坑開(kāi)挖過(guò)程中的多種因素的影響。

在彈性地基桿系有限元分析中，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)沿墻體縱向取單位寬度，并將其視為一個(gè)豎放支承在開(kāi)挖面一側(cè)地層和支撐上的彈性梁，基坑開(kāi)挖面以上的墻體根據(jù)要求剖分為若干段梁?jiǎn)卧尾捎脳U單元，基坑開(kāi)挖面以下的墻體采用Winkler彈性地基梁?jiǎn)卧M，地層對(duì)墻體變形的約束作用用一系列土彈簧單元來(lái)模擬，墻背作用的側(cè)向壓力按主動(dòng)土壓力計(jì)算，且基底以下側(cè)向壓力取定值[1~2]。

為了計(jì)入施工因素，考慮墻體受力和變形的繼承性，本文采用荷載增量法進(jìn)行計(jì)算。荷載增量法[3]，是把每一施工過(guò)程所增加的荷載稱為增量荷載，并作為外荷載作用于每一施工過(guò)程的支護(hù)結(jié)構(gòu)，每一施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)由于支撐及土彈簧均發(fā)生了變化，因而其計(jì)算體系是不同的。增量荷載一般包括兩部分，土壓力增量和在上一過(guò)程已受力的土彈簧，本次施工將其挖掉時(shí)，應(yīng)將其所受的力作為本次的荷載增量，反向作用于結(jié)構(gòu)上，每一施工過(guò)程支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形為前面增量計(jì)算結(jié)果的迭加。荷載增量法的內(nèi)力及變形分析計(jì)算過(guò)程如圖3所示。根據(jù)上述計(jì)算理論，本文采用大型有限元軟件ANSYS模擬圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和受力，在進(jìn)行單元?jiǎng)澐謺r(shí)，把擋土結(jié)構(gòu)的截面荷載突變處、彈性地基基床系數(shù)變化段及鋼支撐的作用點(diǎn)處均作結(jié)點(diǎn)處理。在ANSYS 建模時(shí), 彈性地基用彈簧單元COMBIN14模擬，開(kāi)挖面以上的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用BEAM3梁?jiǎn)卧_(kāi)挖面以下采用BEAM54 單元模擬彈性地基梁，鋼支撐采用LINK1桿單元。本文采用的土壓力模式是，坑底以上采用朗肯土壓力理論計(jì)算，坑底以下土壓力視為常數(shù)，按水土分算法進(jìn)行計(jì)算，地面超載 取20kPa。被動(dòng)區(qū)土體抗力以沿深度方向分布的一組土彈簧模擬，土彈簧單元?jiǎng)偠热Q于土的基床系數(shù)和彈簧單元豎向間距，對(duì)于土彈簧單元，在局部坐標(biāo)系下，其單元?jiǎng)偠?，其中 為梁的計(jì)算寬度， 為單元長(zhǎng)度， 為地基土水平向基床系數(shù)。按地基水平向基床系數(shù) 取值的不同，具體又分為常數(shù)法、“ ”法、“ ”法，本文采用“ ”法計(jì)算[2]。工程地質(zhì)分布情況及土層的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1，樁體混凝土C25，彈性模量 MPa，抗壓強(qiáng)度 MPa。