带桩节填砂预应力管桩在软土地基中的三重作用邹宗煊

带桩节填砂预应力管桩在软土地基中的三重作用温州长城基础工程有限公司邹宗煊一、摘要二、新桩型的必然性三、新桩型的结构、制作和施工四、工程实例五、静载荷对比试验六、轴力测试七、大幅度提高承载力的作用八、改良桩周土促进软土脱水固化作用九、防止地下水对钢筋混凝土的腐蚀作用一、［提要］通过工程实例介绍带肋填砂管桩(ZL20031227200.0)在软土中的三重作用，该桩桩尖扩大、桩身带肋、桩侧填砂，能提高单桩承载力40-60%，降低造价，打桩引起的孔隙水压力增高得到及时释放，促进软土脱水固化，克服管桩桩身上浮、偏位和断桩现象。在沿海盐碱地区，桩身喷涂改性沥青，能防止地下水腐蚀钢筋与混凝土。

二、新桩型的必然性

1.随着大规模围海造地，大量沿海滩涂被数米厚吹砂或吹泥所复盖，巨厚的滩涂淤泥与吹上的泥含水量高达80-110%，虽经塑料插板或堆载或预压等初级地基处理，仅地表数米强度得以提高，数米以下高含水高灵敏度的淤泥，采用钻孔桩难成孔，或成孔后灌混凝土会形成“大肚子”，充盈系数成信增长，采用管桩则出现移位、上浮等质量问题目。竞其原因因淤泥中水排不出，要将高含水的淤泥中水快速排出，只有塑料板与砂，而经济实用的应该是砂。2.在渤海湾等大片新建到围海滩涂或大片盐碱地中，地下水SO42-、CO22-、HCO3、CL-对钢筋与混凝土具有腐蚀性。如河北沧州华润渤海新区热电工程场地地下水8个水样品，经河北省水环境监测实验中心检测，在评价报告(编号HSB2009WJW066)中称，该场区地下水PH值5.70-6.93，偏酸性，含CL-142521.1-51052.3，含SO42-13038.4-6047.1,对混凝土结构是强腐蚀，对钢筋混凝土结构中的钢筋是弱腐蚀，对钢结构是中等腐蚀。由此设计了经济实用的带肋填砂管桩或带肋填砂预制桩(ZL20112)。三、新桩型的结构、制作和施工1.桩的结构

1.1桩尖扩大头：其直径等同肋，大于管桩桩径10-12cm，分开口型和闭口型；1.2带肋管桩（图2）：桩身直径400-600mm，肋间距2m，肋高10-12cm，肋外侧宽10cm，肋设排水孔；1.3桩周填砂：桩周填砂以干砂为佳，或砂砾、或细颗粒建筑垃圾，当桩尖扩大头或肋挤开土层，在桩周形成10-12cm宽的空腔时，砂靠自重连续充填，充盈系数在90%以上。

带肋管桩带肋管桩四.工程实例4.1概况：该桩首次在温州大学行政信息中心的裙搂基础中使用，中心平面为185m长的弧形板式建筑，地面12层，地下一层，建面2.8万M2,框剪结构，裙楼2层。

裙楼桩基采用填砂管桩，桩径Φ一400，桩长34m。桩尖扩大头与肋直径为600，肋间距2m,持力层为④层圆砾层。4.2场地土层特征（下图）：场地自上而下土层为：①粘土层：可塑～软塑状、高压缩性；②淤泥层：流塑状、高压缩性；③粘土层：中压缩性；④圆砾层：中密状为主；⑤粘土层：高压缩性；⑥圆砾层：中密状为主，层厚1.30～6.60m；⑦粘土层：高压缩性；⑧砾砂层：稍密—中密状；⑨粘土层：高压缩；⑩粘土夹中细砂：中压缩性；⑾粉质粘土：可塑状，中压缩场地土层特征图4.3填砂管桩的设计⑴.基本假定：a)桩顶承受全部荷载，b)桩和土的剪切面发生在填砂与土交界面的土的一侧，因此，桩侧阻力和桩端阻力估算以桩尖扩大头或肋直径为计算。⑵.单桩竖向承载力特征值按下式估算：Ra=λ×（qpaAp+upqsiali）式中Ra─单桩竖向承载力特征值；qpa、qsi─端阻力、侧阻力特征值；Ap──桩大头截面积；up─桩肋直径计算的周长；li─第i层土的厚度；λ─安全储备的折减系数，取0.7。填砂榴管桩窑桩身互强度处还应秒满足多桩的贯承载漫力设项计要颠求：Q≤户Ap吉fc喷ψc式中Q─相应塑于荷塑载效膝应基败本组敬合时夕的单浩桩竖残向力能设计受值；fc─混凝金土轴膝心抗但压强讯度设陆计值请；Ap火─桩身垂横截户面积致；ψc──工作输条件由系数年，取0.净75。五、士静载念试验为了阅了解液填砂彼管桩阿受力表机制助与提咏高承磁载力天的幅杂度，练结合基常规址工程盾验桩若分别脚在裙料楼A、B、C三区舍各选肿一根粮填砂病管桩俭，在飘主楼大区选鞭一根离普通青管桩枝共4根桩巧进行辰轴力戴测试欢和静碧载试圾验，挺编号累为试点桩1、2、3、4。根窄据单丧桩承吐载力保特征听值估桥算，可填砂社管桩送比普动通管暂桩承钢载力睛提高40荡%，试盼桩1、2、3极限辣承载志力估料算为20滩00念KN，试吸桩4极限伞承载在力为18兼00治KN。<3蹄>试桩痒曲线S（mm）(a通)拉Q-卖S曲线(b织)折S-lg剧t曲线试桩-1静荷树载试络验曲莫线S（mm）(a色)藏Q-彻S曲线(b沿)沾S-lg土t曲线试桩-2静荷超载试绞验曲舌线(a防)妹Q-恩S曲线(b础)间S-lg舒t曲线试桩-3静荷蔽载试转验曲愈线S（mm）(a娱)书Q-漫S曲线(b贞)撤S-lg扁t曲线试桩-4静荷彩载试透验曲科线S（mm）温州厘大学鲁行政楼信息跳中心为与建揉工学援院单耀桩极娱限承尊载力倦表工程名称桩号桩径（mm）桩长（m）设计极限承载力（KN）最大加载值（KN）累计沉降量（mm）残余沉降量（mm）极限承载力（KN）桩型行政信息中心试桩1φ4003413302217.649.28*26.50＞2217扩大头管桩试桩2φ4003413302100.035.50*23.80＞2100试桩3φ4003413302217.623.5213.14＞2217试桩4φ5003418001801.850.4727.16＞1801PTC500（70）建工学院办公楼547#φ500361210121037.7725.94＞1210631#φ500361160116023.2215.06＞1160588#φ500361156115627.9419.84＞1156建工学院实验楼338#φ500341309130937.7228.60＞1309438#φ500341309130918.7711.43＞1309489#φ500341309130921.2214.30＞1309（*戒试桩-1、-2加载11级时愉的累邮计沉炉降量暂分别进为39深.2弱3和26筑.1降0m返m，为都了得掠到更良多资撤料，处继续笋加载带至桩旨架一篮角开吃始上酿抬倾膏斜为疫止）、4根桩盘静载Q-种S曲线却中，3根φ4恐00填砂来管桩Q-兔S曲线渡近似钉，极您限值>2什10软0K阴N，高嗓出φ5最00普通杨管桩袜极限晚值25茶%。由击表1看出匪，同飘样沉查降23～45锈mm填砂赤管桩年试桩揉的承委载力酷比紧顿邻的龟温大角建工蹲学院侦办公才楼同字地层旗、同所桩长爽的试54程7、63向1、58名8号φ5摘00普通狠管桩裳极限追承载扬力提涛高30～50护%。应力矩计设葬置：在需艰静载刃的主身楼φ5肚00管桩翁与裙删楼三连根带拴肋管然桩的对管腔芦中埋贷设钢桌筋应阳力计类，在踏管桩形的管肾腔内锈第一惑层对细称设窑置4只应努力计迹，计歪算桩晋身弹素性模外量参，埋叛设位偏置在较地表智下1m。桩届身其两它部坝位对溉称设险置2只，晶每层谊应力鞠计布蜘置于下土层园分界蕉面，老桩端染设置2只，鄙桩端桑以上4倍桩涂径范宅围处乎再设赞置2只应锄力计膜。应力果计埋期设：试验旱管桩宴用闭锣口桩污尖，挪将管竞桩打半至地泉面以回上30千cm处停替锤，融把按纲层位挎焊接废应力韵计的攻两根池通长哈钢筋件放入藏管桩摄空腔途中，烧间隔3m将应寨力计牙导线怖与钢魄筋绑凝扎，粪并将饲导线烛引出粥孔口光。六.轴力刊测试在管握桩空配腔内渠浇注锤高强角度混纷凝土丈至离右管口30拜cm处，买将导耍线置谅于桩撤顶空寇腔中丑，用冬桩锤彩将管雀桩打对至设江计标患高，猴使混党凝土扰震动锋密实用，引貌出导近线，骡在空源腔中隙灌混渡凝土跳至管眉口。量测膊程序勺：28天后托进行节静载跌试验你，采晕用YJ鸡-X弯4静态租电阻北应变吴仪及宣配套妨的平弓衡箱蜂进行烦多点隙量测蜂。将冒导线桶按编晒号自乎上而太下分膊别接侮入平活衡箱眼，加帽载前絮将各众微应她变值震初读应数调筐至“0”，加此载5，30，60，12桃0m塞in各测恰读一古次并逮记录僚，依撕此类鲜推桩轴它向力Pz计算登：①双求各叼测点使应力捞计读恶数累厉计增鼻量Σ△拘R，用△R=雁△R流i狗-△释Ri悉-1公式眨。②贡求各军级荷动载下颂各测锣点断者面的塌应变ε各测腔点应葵力计敞应变潜：用εi=σg/Eg=P站g揪/A揉gEg=kΣ济△R/Ag榜Eg=K浆Σ△飘R公式爱。式中切：σg为桩两顶荷跪载Po作用银下，悲测点姻的钢仙筋应掠力（KP笨a）；Eg为钢假筋弹广性模捆量，幻玉一般拢取2.软0×缺10斤8（KP近a）；Ag为钢驼筋截魂面积霞（cm备2）；k为应崭力计址率定借系数都（kN/με）；K为应鸽力计尚换算霞系数肿（1席/με），K=抱k办/Ag拍Eg。③各障测点座断面奇桩身社应力σg具h计算饱在尿桩顶贯地表盾下约1.处0m处设梁置标被定断怒面，丽该断好面轴映力等输于桩求顶荷哄载Po，并磨按上寒述方微法计分算各华级荷乏载下毙标定悉断面淋的应奸变，阿获得丸标定膊断面肺的应泛力-应变广关系.标定畏断面农应力σ=魂Po棕/笨A撇,途A为标溪定断麦面截注面积(c赚m2）；历相应伤的应恨变ε=皮KΣ存△R。挣④脑桩身猴各断跳面轴撒向力Pz：用Pz=σg剂hA公式露。<4薄>应力章计数改据曲悄线试桩-1轴力撇图试桩-1延τz格-S冶z曲线<4壳>应力行计数僵据曲贼线试桩-２轴阔力图试桩-２τz喇-S斑z曲线从4根桩漫测试拉成果谎绘制字的各染桩轴挖力图志看,填砂含管桩甲侧阻水力发粗挥远公高于斥普通传管桩蹲，普就通管基桩桩葱端端斧阻在侍单桩湖极限闲承载登力所叹占比殊例大高于填因砂管尤桩，称从而芽证明摄填砂巷管桩凯提高荡单桩妙承载咳力潜仪力更帖大。七.填砂屠管桩核大幅鸡度提矩高承鲜载力搁的作苏用7.盗1桩尖催大头叮的作扔用：阻桩大锡头采役用钢约板制吵作，底可以战顺利撤挤开约地下畜一般花碎石拒与土宗层，违当持粗力层财是卵飞砾石驳层时日，桩逐大头刘的高临强度蹄能承械受持起力层复较大以的反质力。洁桩大麦头截进面积圈是管吃桩截巩面积乏的2倍，央因此骆，桩柄大头摊在提悔高承杨载力扰占有慌明显池优势墙。7.突2肋的澡作用润：由河于软以土层蕉为流乓塑、驳软塑络或可鞭塑状译，高晕压缩闹性，火当桩夺尖大照头和校肋下拿沉时新挤开劝土层百形成兔空腔雕，2m间距分的肋寸保证乔了桩掉在下准沉过稀程中鱼桩周扇间隙来稳定垦在10之cm，使角干砂劣凭自芬重充笼盈，卖在充供盈的夏前软旋土无发法回赞拢。7.绒3桩周姥填砂爽的作毛用：伤桩周锋填砂圆与管拴桩桩饺身侧泪阻力怒为30遵-4反0k怒pa，而听填砂纺与软丈土间甩的侧纱阻力防为5-严25咳kp殊a，当竭桩身抓在足脉够大均应力许下产拜生切括入，浑只能怜沿最隶薄弱批的接杏合面饥切入吼。委苗托温塌州工上程勘芹察院劲测试良四组受（桩偶周土意层分杰别为蝴淤泥乎、淤拨泥质愤粘土芳、粘血土和洞粉质肃粘土融四种殿）12块按1：4比例蹲缩小块的填覆砂管张桩在及软土童中切丘入模都拟样盗品试日验，访模拟假的填懒砂管纯桩在絮应力除下的俗切入归滑动强面全纹部在酸填砂萄与土橡层交抛界面搞的土参层一牲侧。晓因此揉，填丙砂管蕉桩承暂载力躬估算耀公式刃中的up，可铃以按长肋直辟径计窝算的仇周边细长度基，较蛇管桩捧桩身笼周长痛往往察要增摄加50地%，由徐此大涉幅提圈高单兔桩承努载力损。在地坝下室蔽基坑剑中可阳以看炸到,填砂买管桩虹外8侧10箩cm厚的远填砂妥分布具均匀许盈实哭，填呀砂外怀扰动寨的淤穿泥己章明显截失水烧粘土诸化，校颜色之由浅万灰色双变为刘暗灰拔色，碌离填块砂越确远，婶淤泥茅颜色前越接馒近原惕色，家手指销触按,离填缓砂越烛远，悔土越搂软，劲含水罗量越庸高，误经委托托原禾地质勉勘察潮单位炎在Z5工程孩钻附疯近管抄桩填抹砂外终侧0.戚05、0.吗15、0.宁5、1.险0、1.愿5m处采5个土钱样进土行土青工试明验，串其结探果如基下表2。越帖接近葛填砂柴，原琴淤泥宏的孔对隙水盛排出同越多竭，从片目前轿资料岭可见滑打桩萌引起弱的压搭力孔组隙水妖的释肢出范冤围在玻填砂第管桩膛外侧0.须5M以内毯，离旁桩超岂过1m的淤语泥含摔水量笛变化注不大狠。八.改良虎桩周社土层径、促管进软炎土脱帆水固杏化的车作用桩侧拨土固迟化温州告大学闲行政锡信息挪中心想大楼征裙楼A区基隙坑底任淤泥阶土物候理力汪学指转标样号距离(m)土深度（m）含水量%湿密度g/cm3干密度g/cm3孔隙比%液限%塑限%塑性指数%液限指数%Z5-35.52.8-3.182.31.520.832.27758.329.928.21.88Z5-45.54.5-4.878.21.530.842.28257.829.828.11.72T-10.14.068.81.580.951.90251.926.327.30.78T-20.154.072.31.570..921.98155.227.527.80.97T-30.54.074.81.570.902.05057.229.527.71.64T-41.04.078.01.540.862.18257.229.728.01.70T-52.04.078.61.530.852.23557.929.828.11.73试桩-2地基假土侧呜阻力里值勘瓜察与建实测驴对比燥表土层厚度（m）勘察提供侧阻力（kpa）实测侧阻力（kpa）实测与提供侧阻力比值标准值qs极限值qsik①粘土1～1.5122434.81.45②—1淤泥8～1551014.51.45②—2淤泥6～1271419.61.4③—1粘土0.5～32244551.25③—2粘土1～5122431.21.3④圆砾0.5～34080105.71.32⑤粘土0.5～3122430.51.27⑥圆砾1～3408097.61.22含水己量淤泥厦含水凡量与浆离填木砂层恩距离仰的变谊化曲野线九.防止雨地下册水对悄钢筋箱与混蠢凝土渠的腐金蚀作日用在我宇国沿邻海存谅在的穴大片带盐碱贯地，惊地下扮水中SO42-、CO2-、HC争O3、CL-对钢至筋与弊混凝扇土具踪蝶有腐刮蚀性茅，据润河北堂渤海个新区爱某热主电工灵程场时地地奋下水日经河须北省温水环卡境监海测实拜验中老心的乐评价葱报告盯称，严该区读地下懒水PH值5.筝70最-6灾.9阻3，含CL-14域25紫21财.1均-5乞10宪52引.3，含SO42-13系03肝8.析4-棍60窑47晚.1吊,对混奥凝土酷结构较是强拔腐蚀炊，对揭钢筋闷混凝粒土结唱构