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钉子桩施工工艺

时间:2017-06-27 17:35:41 来源:中原桩工

钉子桩施工工艺
 铁路路基处理中应用较多的为水泥土桩或CFG桩,水泥土搅拌桩采用水泥土搅拌设备成孔到设计标高后,通过注入水泥或水泥浆进行搅拌,使水泥和地基土充分混合固结,形成一定强度的水泥土桩最终实现复合地基受力,但由于受施工设备、水泥含量的限制,地基处理中水泥土搅拌桩复合地基的承载力有限。对于较高承载力要求的地基处理,一般采用CFG桩复合地基技术,该技术采用长螺旋成孔,当成孔到设计要求位置后,通过中心压灌混凝土的孔向桩底注入混凝土,边提管边压灌混凝土,最终混凝土将钻孔填满,形成CFG桩复合地基。CFG桩属于刚性桩,由于单桩承载力高,因此能显著提高复合地基的承载力,还能有效阻止地基土的滑移,保护路基边坡的稳定,但该技术有两个缺点,其一,该工艺为取土工艺,钻孔取土过程中对地基土的有应力释放,同时施工后有大量的地基土被取出,这部分土需要外运,清土施工麻烦,需要消耗大量的人力和物力;其次该技术单桩的单价较高,施工成本较大。现在国家正在大力发展高速铁路,有大量的路基处理路段,如果能有一种简单可行,造价低廉的技术来处理铁路路基,将为国家节约大量的投资。
2、钉子桩技术介绍
        钉子桩技术采用带尖的护筒,通过重锤锤击成孔,当成孔到设计标高后,通过护筒内的压灌孔将混凝土压灌入孔内,边拔护筒边压灌,最终形成素混凝土桩。当设计为桩基时,可通过振动锤将钢筋笼沉入到素混凝土桩的设定位置。

钉子桩施工工艺
        带护筒的钉子桩施工工艺:
        1)采用穿心锤将带尖的护筒锤击入地基土中;
        2)打开护筒端的阀门,通过中心压管压入混凝土,并提升护筒,将护筒底打开,混凝土注入护筒底的桩孔中。
        3)保持一定的速率连续提升护筒和压灌混凝土直至桩顶;
        4)若设计为桩基受力时,通过振动将钢筋笼沉入到设计标高。
 
        不带护筒的钉子桩施工工艺
        1)采用穿心锤将带尖的护筒锤击入地基土中;
        2)成孔到设计标高后,拔出护筒;
        3)直接向孔内浇筑混凝土成桩;
        4) 当设计为桩基受力时,通过振动将钢筋笼沉入到设计标高

技术特点
        由于钉子桩为刚性桩,与CFG桩身材料较为接近,因此对这两种复合地基进行对比分析其特点。
        1)桩间土的挤密效果
        CFG桩采用长螺旋成孔将地基中的土取出成孔,属于取土工艺,在取土过程中,对地基土会有应力释放,而钉子桩施工工艺,采用穿心锤直接锤击带桩尖的护筒,使其进入地基土,在土体中挤压地基土而成孔,无土排出,施工过程中挤密了桩侧地基土,提高了地基土的密实度。
        2)单桩和复合地基承载力提高
        由于该工艺施工中挤密桩侧土,改善了土的物理力学指标,提高了桩间土的承载力,当采用复合地基时,桩间土的承载力提高有利于复合地基承载力的发挥。另一方面施工挤密桩间土,提高地基土的密实度,相应地基土抗剪强度提高,桩土界面的侧阻也相应提高,从而提高了单桩的承载力,因此当采用复合地基时,与传统CFG桩相比,由于复合地基的单桩和桩间土的承载力都因为挤密而得到提高,复合地基承载力得到了较大提高。
        3)有效减少复合地基的变形
        复合地基受力时,其变形包括处理区的变形和处理深度范围下下卧区的变形,地基受力时,上部区域地基土附加压力大,且由于上部土层沉积时间较短,上部的上覆压力也较小,地基土的压缩模量较小,往往地基变形较大,而下卧区附加压力小,且深层地基土压缩模量大,因此复合地基的大部分变形主要由上部处理区控制。钉子桩复合地基与常规CFG桩复合地基相比,由于施工挤密地基土,提高了复合地基的处理区的压缩模量,能有效减少地基变形。
        4)可施工异型截面桩复合地基
        传统CFG桩复合地基为圆形截面,但根据数学定律和试验可知,截面面积相同时,若采用异型截面,如三角性截面、梅花型截面,其边长比传统圆形截面周长大,因此采用单桩采用异型截面时,由于侧阻提高,其单桩承载力较普通圆形单桩承载力提高。钉子桩工艺可根据需要设置护筒的截面形状,从而实现不同截面的异型桩,提高单桩承载力,从而提高复合地基的承载力。
        5)施工耗电少
        钉子桩施工由于采用提升重锤夯实,与传统的螺杆桩基等设备相比,对现场的用电负荷的要求小,施工耗电量也小,成本低。
        6)施工速度快、质量易保证
        钉子桩技术由于采用柱锤冲击带尖的护筒成孔,锤质量为3.5吨,自由落体,冲击能量较大,成孔速度较快,而且在施工过程中为干作业,无须护壁,无泥浆排出,因此施工非常快捷,绿色环保,质量也容易保证。
3、钉子桩单桩和复合地基承载力计算
 3.1钉子桩桩基
        钉子桩从受力上分析,其单桩承载力包括桩侧侧阻和桩端端阻,因此承载力计算与常规单桩承载力相同为侧阻和端阻之和。但由于钉子桩成孔的挤土效应,其侧阻叫普通桩基高,可根据施工经验确定,当没有地区经验时,可参照《建筑桩基技术规程》中预制桩侧阻采用。
        钉子桩单桩承载力计算公式:

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3.2钉子桩复合地基
        钉子桩复合地基受力原理与普通具有凝结强度的复合地基受力相同,因此可参照复合地基承载力计算公式来计算钉子桩复合地基承载力

2.png


4、钉子桩的施工
4.1、施工流程
            钉子桩施工流程见下图。分为以下几步
        1)准备工作:桩机的安装、调试;施工放线、定桩位,根据图纸建立平面控制网。
        2)移机就位:将护筒桩尖对准桩位点,并调整桩基设备,使其垂直度满足设计要求。
        3)锤击护筒成孔:采用特制的穿心锤,提升后自由落体,将护筒沉入地基土中挤土成孔;
        4)测量标高。通过护筒上的标识测量桩底的标高,若桩底没到达设计标高,继续锤击,直至到达设计桩底标高;
        5)压灌混凝土。打开桩尖处的阀门,提升护筒一定距离,将混凝土从中心管压入桩端孔中;
        6)拔出护筒。提升护筒,同时压灌混凝土直至桩顶。

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