鋼螺旋樁

鋼螺旋樁

鋼螺旋樁是目前運用最為廣泛的一種螺旋樁。鋼螺旋樁在其技術指標上和經濟性上來說,都是非常適用於實際生產的,可以建議推廣使用。鋼螺旋樁有圓柱體的空心樁,也有圓形或多角形的實體樁。

概念

鋼螺旋樁分為圓柱體的空心樁和圓形或多角形的實體樁。鋼螺旋樁強度性能優良,經濟耐用,是目前廣泛使用的一種螺旋樁。此螺旋樁長用於橋樑的加固和固定。

空心樁和實體樁

鋼筋混凝土的空心管節是以通過樁身內部的特製鋼鉤擰轉的。而絞盤的扭轉力矩則在旋葉的水平傳遞於樁上。

為了增加樁身的強度,空心的管節必須以預應力鋼筋混凝土製成。由於製造和擰轉的複雜困難,因而空心鋼筋混凝土螺旋樁至今尚未使用。

實體截面的鋼筋混凝土螺旋樁,其結構較為簡單,這種樁是以高強度的普通混凝土製成,混凝土的等級為300~400公斤/公分 ,而以套於螺旋樁上的常備式鋼套管進行擰轉。

這種類型的鋼筋混凝土螺旋樁是在1951~1952年修建某座橋樑時,策—次使用的。樁身直徑約為500公厘,是用300級混凝土製成。樁靴由鑄鐵製成。其旋葉直徑為1.5公尺。樁的下沉深度約為8公尺。在土壤中下沉的平均速度在了7~8公尺/小時之間。下沉—根長8.5~9公尺的螺旋樁的全部時間,包括一切準備工作在內,不到4小時。

在另一座橋樑上,亦系採用這樣的鋼筋混凝土螺旋樁,其下沉深度大於17公尺。樁身為8角形實體截面,其外圓直徑為4.50公厘。混凝土為300級。樁靴由鋼料製成,其旋葉為三角形截面。旋葉直徑為1.4公尺。所有螺旋樁均以不同速度,按5:1至5.5:1的斜度下沉土中。擰樁的最大速變達13~13.5公尺/小時。最小速度;只有一枚樁是這樣的速度,約為3公尺/小時。平均的下沉速度達7.6公尺/小時。這兩座橋樑所用的螺旋樁均是用中央科學研究院1945年式的絞盤擰入的。

這兩座橋樑的施工組織是大致相同的。每根樁所用的扭轉力矩達30~35噸/公尺,是由絞盤通過常備式鋪套管而傳遞至樁靴。當樁靴和樁身下沉之後,將常備式鋼套管由土壤中拔出,作為下次擰樁之用。

常備式鋼套管

組成

常備式鋼套管是一枚普通的鋼管,其內徑稍大於樁身的外徑;鋼套管的長度約等於下沉的螺旋樁長度。為了承受絞盤的扭轉力矩,鋼套管的上部一般是按鋼螺旋樁的樁頭製成。

鋼套管的下部,沿其外周作成4個擋頭(普通是把鋼套管下瑞的管壁切成高15~20公分的缺口,以未切掉的管壁作為擋頭),在樁頭—七再加焊鋼鈑加強之。

圖1 圖1

當鋼套管旋轉時,擋頭頂於管靴的鋼管表面所作成的相應擋頭,因而使管靴和旋葉旋轉(圖1)。

在常備式鋼套管和管靴上製作擋頭時,應計算其強度,並須採取措施以增加管靴和鋼套管擋頭地點的剛度(例如,補充地焊以鋼鈑,作成加勁肋板等)。

套管安裝與螺旋樁上工序

常備式鋼套管以水平位置套於鋼筋混凝土螺旋樁樁身上,最為方便。這項工作程式可按兩種方法進行:1)利用絞車將鋼套管順著特製的贗架套於螺旋樁上。2)以相應起重量的任意可移動的吊機,將螺旋樁按著傾斜的方向插入鋼套管內。

管靴與鋼筋混凝土樁身的連線,可將樁身下端的混凝土灌注於樁管靴內部出方法,而預先連線起來,或在基坑中,將樁身及常備式鋼套管直接伸入管靴內進行連線,後一種方法,管靴的內部須灌滿水泥漿,當把樁身掃入管靴中時,椿身與管靴之間的空隙即可用水泥漿完疊填滿。

在土壤中將固定有管靴的鋼筋混凝土螺旋樁下沉後,拔出常備式鋼套管,該鋼套管可用於下沉下一根螺旋樁。

拔套管

拔鋼套管這項工作並不特別複雜,是按兩個步驟進行拔出的。首先將鋼套管在其擋頭的空隙範圍內,向左右旋轉,即是在管靴擋頭之間轉動。同時將其向上拔起。當鋼套管拔出管靴擋頭以上時,旋轉的幅度可以增加,但其轉動範圍,應避免吊套管的鋼絲繩有過大的賂擰轉。如鋼套管絞式地懸掛在吊帆上時,則可向一個方向轉動(向擰樁的反方向轉動),這樣拔鋼套管的進度可能稍緩。向反方向轉動拔鋼套管時,僅在起初;幾公尺阻力較大,須予克服。隨後阻力即行減少,當接近地面時,一般可不轉動,鋼套管用吊機的力量即可很容易地拔出。

螺旋樁的靜載試驗

螺旋樁的理論承載能力,在實際工程施工時必須進行檢查。

這種檢查,對與螺旋樁來說有重大意義,因為螺旋樁承載力的計算公式,其所求出的數值是近似數值。在這些公式中所列的個別係數和參數,並非永遠都是正確的。

螺旋樁的承載力與擰樁最後階段的扭轉力矩是直線關係。最後階段扭轉力矩越大,則螺旋樁的承載力亦越大。但是,在這兩個數值之間,至今還沒有規定出任何的理論關係,因而,實際上就不可能用扭轉力矩來求出螺旋樁的承載力。

如此,螺旋樁的承載力還是用靜載試驗作為基本儉查。螺旋樁的容許承讖力,是採用靜載試驗所求得的土壤極限應力的一部份的:

σ=σ/K

式中:

K——安全係數,一般採用2。

如承台中的樁數不多,對於建築物來說,它的穩定性要此承台中樁數多的,少的多。承台中樁數越多,則在各樁之間的荷載也越容易均勻分布,這是顯而易見的。

根據這一點可以得出這樣的意見,即螺旋樁(其在橋墩中的根數較打入的基樁少的多)應按橋墩中的根數再加列安全係數。

如每個橋墩螺旋樁的根數由4根至8根時(在擰螺旋樁的工程經驗中;時常遇到這種情形),這個係數在I.35~1.50之間,即是總的安全係數由2增加到3了。

但是,對與螺旋樁來說,加列補充的安全係數,並沒有充分出理由,與其他類型的樁基礎相比,反到把它作成丁不利的條件。

工程經驗中表明,安全係數2,雖在最不利的條件下,對於任意類型的樁來說,亦足能保證建築物的安全。

因而對於螺旋樁來說,沒有增加安疊係數的必要,實際上,所採用計算螺旋樁的方法,其安全係數雖然不再加列補充安全係數,也足夠大了。

圖2 圖2

在許多橋樑所進行的螺旋樁靜載試驗,其結果見圖2,該圖所列的材料是在五座橋樑試驗12根螺旋樁的資料。

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