全套管咬合桩在桥梁设计中的应用

摘要：本文通过对我国全套管咬合桩的定义以及其原理进行分析，并且在对我国全套管咬合桩施工技术在桥梁设计中的应用进行分析。

关键词：桥梁设计；全套管咬合桩；设计优化

中图分类号：S611文献标识码： A

引言

随着近年来新的桩型不断出现，全套管咬合桩就是其中重要的一种。目前在许多地方的桥梁设计中都得到了广泛的应用，而且还取得了一定的成功的经验。咬合桩属于一种比较新型的围护结构，通过和桩心之间相互的咬合，这就很好地避免了以前传统桩心之间相切、防水效果不好的局面，有了一定程度的发展，而且其自身具备质量可靠、造价低廉以及环境影响小的特点，特别适合在桥梁设计中进行应用。

一、咬合桩的定义

全套管灌注桩技术也就是通过一定程度上采用取土成孔、全套管机械沉管等，但是，咬合桩是用了贝诺特工法来成桩的，而且桩之间相互咬合进行排列属于一种基坑围护的结构。桩的排列是通过交替布置一根钢混凝土（B桩）和一根素混凝土（A桩）（见图1）。当然在施工的时候必须讲求先后的顺序，需要先完成A桩，然后再完成B桩，这样做的特点就是要采用超缓凝型混凝土，并且要求在必须先完成B桩，在A桩混凝土还没有初凝之前。在进行B桩的施工的时候，就需要利用套管钻机所具备的的切割的功能对A桩相邻相接部分的混凝土进行切割，从而实现咬合。

图1施工顺序示意图

这种施工的方法也就是利用了摇动装置的摇动域回转装置进行的回转，大大的减小了土层间与钢套管之间的摩擦力，在摇动域的同时回转，然后同时边将其压入。与此同时，可以很好的取土，最后再将其余的虚土清除干净。当成孔后可以放入钢筋笼，接着在钻孔中心竖立导管，最后加强混凝土灌注成桩。使用同样的工艺方法使得灌注桩之间相互咬合镶嵌，这样就能形成连续的排桩挡墙。当前采用最多的基坑围护结构的就大多采用灌注桩加旋喷桩等，这些也都是在桥梁设计中关于咬合桩新的理论在桥梁设计中的新的应用，新的拓展，和具体的技术指标、成孔的方式以及施工的技术上面都有很大的区别。相对而言，全套管咬合桩技术在桥梁等地下有流砂层、富水层和淤泥层等不良地质条件的地层的施工中更加具备优越性。

二、全套管咬合桩施工工艺原理

全套管钻机一般均装有液压驱动的晃管、压拔管、抱管机构。成孔过程是用液压系统将套管边晃边压入(如国产分体式全套管钻机)或直接压入(如进口整体式全套管钻机)土中,并使用锤式抓斗在套管中取土。抓斗用自重插入土中,用钢绳收拢抓瓣。这一特殊的单索抓斗可在提升过程中完成向外摆动、开瓣卸土、复位、并开瓣下落等过程。成孔后,在灌注水下混凝土的同时逐节拔出并拆除套管,最后将套管全部取尽。

三、咬合桩用于桥梁设计中加固桥梁可行性

咬合桩是指相邻桩之间相互重叠咬合而形成的钢筋混凝土“桩墙”。钻孔咬合桩是由我国地下工程界知名专家王振信教授20世纪70年代在国外考察时发现。并将其引入国内的。咬合桩在我国首次应用是在深圳地铁工程的基坑防护设计中。目前经过大量的工程实践。钻孔咬合桩在国内已成为一项十分成熟的支护结构技术。在地铁、道路下穿、高层建筑物等城市构筑物的深基坑防护中已被广泛使用。特别适用于地下水丰富、有淤泥、流砂等不良条件的地层。由于咬合桩本质上是钻孔桩相互咬合而成的。它的挡护和止水效果都非常好。因此将钻孔咬合桩应用于桥梁基础水害加固也是可行的。采用钻孔咬合桩加固桥墩基础可以被认为是在“钢轨桩防护内抛填片石”这一常见桥梁水害加固方法基础上的改进和升级。

四、全套管咬合桩在桥梁设计中的应用

（一）成孔过程中桩的垂直度监测和检查

(1)地面监测：采用线锤监测地面以上部分的套管或经纬仪的垂直度，在地面选择两个方向之间相互垂直，一旦发现偏差随时纠正。在每根桩的成孔过程中应自始至终对这项检测进行坚持，不能中断。

(2)孔内检查：下一节套管之前在每节套管压完后安装，都要停下来用“测环”测斜仪或进行孔内垂直度检查，需在不合格时进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工。

(3)终孔检测：在每根桩成孔完毕，必须进行垂直度检测，要进行测量就需要选两个相互垂直的方向。垂直度必须满足设计要求，就应该必须纠偏不合格的地方，使垂直度达到要求为止。

（二）冷缝的处置

施工钻孔咬合桩，造成冷缝的原因主要有:前文中提到的施工组织原因形成的砂桩一侧的素桩，在最后接头处施工时早已凝固的冷缝；由于超缓凝混凝土本身不稳定所造成的一边出现早凝现象，而在其后进行中间荤桩施工时对早凝一侧不能正常的割切，必须进行桩位偏移处理，从而造成的冷缝事故桩。不管是第一种还是第二种情况，基本的处理原则是采取平移荤桩，早凝边相接缓凝边切割，相接边采用高压旋喷桩止水的措施，见图?。同样地，施工中因机械设备故障造成早凝事故桩也是采用同样的处置方式，所以加强设备故障的检修和保障显得极其重要。

（三）咬合桩定位与桩垂直度控制

导墙起锁口和导向作用，直接关系到钻孔咬合桩成孔精度，施工中严格控制导墙施工精度，确保轴线误差±10mm，内墙面垂直度3‰，导墙顶面平整度5mm。钻机就位后使套管中心、钻机摇管装置的中心与桩中心保持在同一轴线上，利用钻机的调平系统，调整水平。第一根套管下压时采用2m靠尺附贴在套管外壁两垂直方向校核，确保套管垂直度小于3‰。套管在切压过程中，在相互垂直的方向上定时采用2m靠尺测量套管垂直度，发现偏差及时纠正。通常采用以下方法纠偏：（1）利用钻机油缸纠偏：如果偏差不大或套管入土不深。可直接利用钻机的顶升油缸、推拉油缸调节套管的垂直度。（2）A桩的纠偏方法：如果A桩入土5m以下发生较大偏差，可先用钻机油缸纠偏，如达不到要求，可向套管内填砂。边填砂边拔套管，直至将套管提升到上一次检查合格的地方，然后调直套管，检查其垂直度合格后重新下压。（3）B桩的纠偏方法：B桩的纠偏方法与A桩基本相同，不同之处在于不能向套管内填砂，而应填入与A桩相同的混凝土。

（四）单壁和双壁

套管体为套管柱的主要部分，套管的管壁可根据施工要求焊制成单壁结构或双壁结构。国外的套管采用双壁结构的套管居多，常用直径范围Φ600mm至2500mm,2500mm以上的为超大直径套管，在美国已经有直径3500mm套管采用搓管机施工的实例。单壁套管结构多用于直径1300mm以上的套管,原因是为了减轻重量和套管内钻掘岩土的适应性。双壁套管由上下接头及双层较薄的同心筒体焊接而成，外壁和内壁之间填充网格式的龙骨结构作为加强层，整体的抗扭转和挤压的性能优于单壁套管，使用寿命长。值得一提的是，内壁为内平结构，内壁没有台阶，非常有利于套管内抓斗的冲抓作业，同时在下放钢筋笼灌注混凝土后进行起拔套管作业时，不容易发生套管内台阶和钢筋笼间混凝土骨料相互作用发生卡阻的现象，造成起拔套管困难或起拔套管失败的严重后果（俗称提笼事故）。单壁套管由上下接头及单层较厚的筒体焊接而成，管体结构简单，易于焊接，但存在内台阶，有上述拔管时提笼事故的风险。一般单壁套管柱最下面的一根套管通常也推荐采用双壁套管，防止冲抓斗或旋挖钻头在管内钻掘时与套管内台阶的碰撞干涉。

结束语

咬合桩技术不仅可以用于深基坑防护，也可用于桥梁基础病害加固。咬合桩加固技术具有对基础进行“包裹”式防护的特点，能有效地保护被冲刷的病害桥梁基础。起到一劳永逸的根治效果。

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