铁道第三设计院设计、中铁隧道集团有限公司承建的深圳地铁会-购区间隧道的围护结构是钻孔咬合桩在我国应用的第 1 个工程实例[1]。随后该工法在杭州解放路隧道工作井、南京地铁等工程中得到进一步的推广应用[2]。在工程实践的同时,相关讨论人员对咬合桩围护结构的计算方法及参数选取、咬合桩的设计、施工工艺及相应的控制措施进行了较为全面的讨论和总结[3—5]。该工法在软弱地层特别是冲淤沉积层中应用有其优势,但也存在一些问题[6—8]。文献[9—11]分别从桩的施工质量控制和变形预测方面做了相应的讨论。本文从钻孔咬合桩施工工艺和扩径方面探讨新型咬合桩形式。 1 冲淤沉积层中灌注桩的扩径机理 1.1 咬合桩的扩径原因分析 全新世冲淤沉积层一般具有强度低、高含水量、高压缩性和高灵敏度的特点。咬合桩的施工工艺流程如图 1 和图 2 所示。 A 桩为Ⅰ序桩,通常为素混凝土桩,B 桩为Ⅱ序桩,通常为钢筋混凝土桩。由于 B 桩施工时要切割 A 桩,所以 A 桩的混凝土须缓凝,缓凝的时间应根据桩长和施工速度控制,一般在28~60h 之间,咬合桩施工流程和时间关系如图 3 所示。 根据冲淤沉积层的特点和咬合桩的施工工艺,钻孔咬合桩成桩过程中导致扩径有以下 3方面的原因:① 套管下沉过程中对土层的扰动②由于取土面与套管底口刃脚间的距离控制不当,导致周围土体向套管内涌挤而产生超挖,如图 4 所示③缓凝混凝土的比重比周围土层大,缓凝时间较长的混凝土对周围土体存在挤压扩张作用,成桩之后的扩径照片如图 5 所示。 1.2 套管内土隆起引起的超挖量分析 如图 4 所示,由于套管内外压力差的存在,在成孔取土中很容易造成开挖面以下的土体因隆起而发生超挖。本文近似采纳基坑抗隆起计算公式[12]计算安全系数 ks。 若安全系数取 ks=1.4,对一般的冲淤沉积层,c=10~20kPa,φ=5°~20°,取上述指标的均值,不同开挖深度时套管内土体的预留厚度如表 1 所示。随着开挖深度的增加,套管内所需的预留厚度也越大。在实际施工中,预留取土厚度一般只能控制在 2~3m,所以当桩长超过 10m时,总存在一定的超挖量,这部分超挖量将引起混凝土超灌,从而产生扩径现象。 1.3 缓凝混凝土的挤压扩径 由于 A 序桩的缓凝时间较长,同时混凝土的比重要比土层的比重大,混凝土凝固前将对周围的地层产生挤压作用,如图 6 所示。图中 r1 和 r2 分别为圆筒内径和外径 p 为混凝土压力,MPaq 为土压力,MPa。本文借助小孔扩张理论[13]对这一问题进行求解。...
