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鋼管樁的地質(zhì)適應(yīng)性分析
鋼管樁作為一種高效的深基礎(chǔ)形式,其適用性與地質(zhì)條件密切相關(guān)。
根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2021)及工程實(shí)踐,以下地質(zhì)條件尤其適合采用鋼管樁:砂土與粉土類地層砂土與粉土具有較高的透水性和顆粒間摩擦力,鋼管樁在該類地層中可通過擠土效應(yīng)提高樁周土體密度,顯著增強(qiáng)側(cè)摩阻力。例如,在松散砂土(N 值 < 10)中,閉口鋼管樁的側(cè)摩阻力可達(dá) 30-50kPa,而在中密砂土(N=15-30)中可提升至 80-120kPa。對于粉土,當(dāng)液性指數(shù) IL≤0.75 時(shí),鋼管樁的承載力發(fā)揮更為穩(wěn)定,尤其適用于地震設(shè)防區(qū),因其良好的抗液化性能可有效減少震害風(fēng)險(xiǎn)。軟土與淤泥質(zhì)土層在軟土(天然孔隙比 e≥1.0,含水量w≥35%)中,鋼管樁可通過大直徑(如 φ800mm 以上)和長樁身(≥30m)實(shí)現(xiàn)深部持力層穿越。例如,某沿海工程采用 φ1000×14mm 鋼管樁穿越 15m 厚淤泥層,樁端進(jìn)入粉質(zhì)黏土持力層,單樁豎向承載力特征值達(dá) 3500kN。施工中需控制沉樁速率(≤1.5m/min),避免超孔隙水壓力引發(fā)土體隆起。巖石與嵌巖地層鋼管樁可通過樁端嵌巖(嵌巖深度≥0.5D)充分發(fā)揮端承作用。在中風(fēng)化花崗巖(飽和單軸抗壓強(qiáng)度 frk=15-30MPa)中,嵌巖鋼管樁的端阻力可占總承載力的 60% 以上。例如,某橋梁工程采用 φ1200×20mm 鋼管樁,嵌巖深度 2.0m,單樁承載力達(dá) 8000kN。需注意巖面傾斜度(≤10°)和節(jié)理發(fā)育情況,避免樁身偏斜?λ固氐孛才c溶洞區(qū)在貴州等喀斯特地貌區(qū),鋼管樁常與鋼護(hù)筒結(jié)合使用。例如,某高速公路項(xiàng)目采用φ600×10mm 微型鋼管樁穿越 3-5m 厚溶洞,樁端進(jìn)入完整灰?guī)r,配合注漿填充空洞,有效控制路基沉降。施工中需采用超前鉆探(孔深≥樁長 + 3m)探明溶洞分布,對串珠式溶洞采用 “先沖孔后沉放內(nèi)鋼護(hù)筒” 工藝。
高地下水位與腐蝕性環(huán)境鋼管樁在地下水位以下(如沿海地區(qū))需采取防腐措施。根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50046-2018),當(dāng)土壤中 Cl?含量 > 500mg/kg 時(shí),應(yīng)采用外防腐涂層(干膜厚度≥300μm)+ 陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)。例如,某港口工程采用 φ900×16mm 鋼管樁,外覆 3 層環(huán)氧煤瀝青涂層,設(shè)計(jì)使用壽命達(dá) 50 年。2設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)關(guān)聯(lián)控制要點(diǎn)地質(zhì)勘察精度要求勘探點(diǎn)間距:對于復(fù)雜地質(zhì)(如溶洞區(qū)),勘探點(diǎn)間距應(yīng)≤10m,并布置 10%-15% 的控制孔。土層參數(shù)獲。盒杼峁└魍翆拥奶烊恢囟 γ、黏聚力 c、內(nèi)摩擦角 φ 及壓縮模量 Es,砂土需提供標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù) N 值。地下水分析:測定水位埋深、水質(zhì)(pH值、Cl?、SO?2?含量),評估腐蝕性等級。承載力計(jì)算與樁型選擇單樁承載力特征值 Ra 按 JGJ 94-2021 公式 5.3.5 計(jì)算,其中開口鋼管樁需考慮閉塞效應(yīng)系數(shù) ψc(一般取 0.8-0.9)。樁徑選擇:砂土中宜采用φ600-800mm,軟土中可加大至 φ1000-1200mm,嵌巖樁建議≥φ800mm。樁長設(shè)計(jì):需穿透軟弱土層進(jìn)入持力層≥3 倍樁徑,嵌巖樁嵌巖深度≥0.5D 且≥0.5m?拐鹋c防腐設(shè)計(jì)地震區(qū)需驗(yàn)算樁身水平承載力,按JGJ 94-2021 公式 5.7.2 計(jì)算水平臨界荷載Hcr,對于液化土層需采用樁端后注漿增強(qiáng)抗液化性能。腐蝕性環(huán)境中,鋼管樁壁厚需增加2-3mm,焊縫需進(jìn)行 100% 超聲探傷(GB 50205-2020),并采用犧牲陽極法進(jìn)行陰極保護(hù)。3施工階段的地質(zhì)響應(yīng)技術(shù)沉樁工藝選擇錘擊沉樁:適用于砂土、粉土及軟巖,錘重宜為樁重的 1.5-2.0 倍,最后 10 擊貫入度控制在 20-30mm。靜壓沉樁:適用于軟土及敏感區(qū)域,終壓力宜為設(shè)計(jì)承載力的 1.5-2.0 倍,垂直度偏差≤0.5% 樁長。
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