咬合桩设计计算相关内容的调研分析

　　摘要：目前，钻孔咬合桩在我国越来越多地得到应用，前国内现在咬合桩技术的研究主要针对施工技术进行研究，针对咬合桩复合结构的设计方法的研究较少，关于咬合桩的设计计算，国内目前尚未有统一的设计规范可供参考。本文主要按现有关于基坑工程的国标、行业标准或地方标准中有关排桩或地下连续墙的设计计算方法进行，对咬合桩设计计算、设计理论和方法进行了研究。
　　关键词：咬合桩，设计计算，内容，调研分析
　　关于咬合桩的设计计算，国内目前尚未有统一的设计规范可供参考，主要按现有关于基坑工程的国标、行业标准或地方标准中有关排桩或地下连续墙的设计计算方法进行。
　　1.咬合桩设计计算的内容、流程、研究与应用现状、存在问题
　　1.1咬合桩围护结构设计计算
　　(1)咬合桩结构形式选择
　　咬合桩的钻孔深度可深可浅，平面布置形式灵活，且两种类型的A、B桩可以根据基坑开挖深度、场地的水文地质情况、是否作为永久结构一部分等条件进行选择，比如两种桩可以是钢筋混凝土桩和素混凝土桩的搭配，也可以是圆形钢筋笼桩和矩形钢筋笼桩搭配，还有圆形钢筋笼桩和型钢加劲桩的搭配，或者圆形钢筋笼桩和水泥土搅拌桩搭配，国外还有钢筋混凝土桩和混合材桩搭配使用的情况。图1给出了咬合桩常见的搭配形式。
　　图1常见咬合桩结构形式
　　(2)咬合桩设计计算方法
　　目前国内使用较多的是钢筋混凝土桩和素混凝土桩搭配形成的咬合桩（简称荤素搭配咬合桩），因此，下面主要讨论该种类型咬合桩的设计计算情况。
　　由于咬合桩是桩与桩相互咬合，形成墙体，共同承担止水和挡土作用，刚度较大，变形小，一般将其作为主体结构或主体结构的一部分设计和使用。咬合桩作为挡土结构，其破坏形式主要有两种：①基坑的失稳破坏或者荤素桩出现弯曲断裂破坏，通过计算可确定桩的相关参数(桩长、桩径、配筋)；②桩与桩咬合面部分混凝土拉裂或者剪切破坏，通过咬合面强度验算可以确定咬合量。
　　目前咬合桩围护结构需要考虑的设计参数主要有：桩的入土深度、桩径、咬合量及截面配筋量。
　　①咬合厚度设计
　　目前国内有两种处理方法，分别介绍如下：
　　方法1：相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取，桩越短咬合厚度越小（但最小不宜小于100mm），桩越长咬合厚度越大，按下式进行计算：d=2(kL+q)≥100mm
　　式中L—桩长，k—桩的垂直度，q—孔口定位误差容许值，d—钻孔咬合桩的设计咬合厚度。
　　方法2：按两步进行：第一步，根据咬合桩垂直度确定钻孔咬合桩最大偏差量；第二步，根据破坏机理推算咬合桩基准咬合量，最终的咬合量为根据咬合桩的垂直度确定的咬合量与咬合面破坏机理确定的基准咬合量之和。
　　②咬合时间设计
　　咬合时间设计主要是计算出工程混凝土缓凝时间，确保咬合质量。素桩所用混凝土缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定。
　　素桩（B桩）混凝土的缓凝时间，可根据下式进行计算：T=2tB+tA+K
　　为施工方便起见，简化为式T=3t+K,式中：T—B桩混凝土的缓凝时间（初凝时间）；K—储备时间，一般取12小时；t—单桩成桩所需时间；tA—A桩成桩所需时间；tB—B桩成桩所需时间。其中，单桩成桩时间又与地质条件、桩长、桩径和钻机能力等直接有关。咬合时间设计还应考虑，混凝土坍落度：140~180mm；混凝土3d强度值R3d不大于3MPa。
　　③咬合桩刚度计算及截面设计
　　钻孔咬合桩设计虽由单个桩体并成，实际最终形成连续墙体围护结构。故受力形式与壁式地下墙是类似的。素桩与荤桩的咬合等效于采取构造加强措施，提高了整体刚度，使其受力模式与壁式地下连续墙相近似，从而在具体计算中使可将桩墙按抗弯刚度相等原则等价为一定厚度的壁式地下墙进行内力分析,即沿纵向取一个咬合桩标准段长度按弹性地基梁计算，按照基坑开挖阶段、地下结构的内衬施工阶段和使用阶段等工况进行内力计算。作为挡土结构，开挖阶段计算时必须计入结构先期位移值以及支撑的变形，按照“先变形，后支撑”的原则进行结构分析。
　　1）计算等刚度壁式地下墙计算厚度h，设钻孔桩桩径为D，桩净距为t，见图2。
　　则单根桩应等价为D+t的壁式地下墙，令等价后的地下墙厚为h，按二者刚度相等的原则可得下式：
　　图2咬合桩与等刚度地下连续墙厚度折算
　　2）按厚度为h的壁式地下墙计算出每延米墙之内力Mw，Qw及位移Uw；
　　3）换算得相应单桩的内力Mp、Qp、UP：
　　2.国内外研究现状
　　钻孔咬合桩在国外得到广泛应用，日本、美国、泰国和欧洲都有咬合桩的成功实例，文献资料多集中于咬合桩的工艺介绍和基坑监测成果分析、基坑变形控制和变形数值计算方面等，即研究咬合桩对周围环境的影响。应用领域也涉及到水利、地铁、建筑等工程，咬合桩的作用也主要是防渗、挡土、承重。
　　咬合桩在国内的应用尚处于起步阶段，虽然国内学者对咬合桩的研究有了不少成果，对今后咬合桩的推广有贡献，但是基本上集中在超缓混凝土，施工的关键因素与事故桩的处理，也有部分学者进行了模型试验。但对于咬合桩复合结构设计的国内研究并不深入，仍未有统一的国家设计施工规范、施工工艺和施工验收标准。
　　实践证明，在一定的地质条件及环境条件下应用钻孔咬合桩围护结构，在技术上可行，在经济上比地下连续墙方案及钻孔桩+止水帷幕方案有较大优势；国内文献说明：在杭州地区咬合桩施工中，在同等地质条件下，工程造价比人工挖孔桩降低20%左右，比地下连续墙降低41%。同时，钻孔咬合桩施工对周围环境的影响以及咬合桩实际使用效果也不清楚，这方面的研究在国内还较少。
　　参考文献：
　　1 周顺华;我国城市轨道交通地下工程的施工技术现状与发展[J];城市轨道交通研究;2004年02期
　　2 康涛,刘佑荣;钻孔咬合桩新工艺应用中遇到的问题分析[J];土工基础;2005年04期
　　3 周顺华;冲淤沉积层中新型咬合桩工法及应用[J];中国铁道科学;2006年04期

《咬合桩设计计算相关内容的调研分析》

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