[科普中国]-板桩结构

结构组成及工作原理

1、 结构组成：板桩结构路基下部的钢筋混凝土桩基、路基与上部的钢筋混凝土承载板组成，板桩固接，并与路基土共同组成一个承载结构。它充分利用桩-板-土三者的共同作用来满足无砟轨道的稳定与变性要求。

2、 工作原理：

（1） 承载板承受轨道及列车荷载并传递至桩基，通过桩基传递给地基；

（2） 路基填土对桩-板结构的约束作用，使板桩结构路基具有较大的横向和纵向刚度。1

分类1、 按桩基与承载板的连接方式分：独立墩式、托梁式及复合式

（1）独立墩式：桩基与承载板直接相连；

（2）托梁式：首先通过托梁横向连接桩基，其上再与承载板相连；

（3）复合式：独立墩式与托梁式的组合结构，中跨采用独立墩式，边跨采用托梁式；

2、 按承载板与轨道板的连接方式分：上承式、埋入式

（1） 上承式：将轨道板直接铺设在板桩结构上面，处理方式与桥梁类似，承受了较大的温度荷载，不利于做成较长的连接结构；

（2） 埋入式：与上承式的不同之处有二。一是其承载板和轨道板之间还有级配碎石缓冲层和混凝土支撑层，二是其一联的长度远远大于上承式。1

优点和适用范围1、 突出优点：

（1） 结构简单、受力明确；

（2） 具有较高的纵向、横向和竖向刚度，纵横向稳定性好，竖向变形小；

（3） 施工简便；

（4） 与桥梁方案相比，工程造价低。

2、 适用范围：

板桩结构路基主要适用于新建客运专线无砟轨道铁路中的工程地质条件复杂的低路堤和路堑地段，以及两桥（隧）之间短路基、道岔区路基等特殊地段软弱地基加固，同时可以用于已建路堤的补强加固。2

破坏原因美国阿拉斯加四季公寓的倒塌，往往被认为是板桩-抗震墙性能不好的一个例证。但从林同炎事务所的分析报告来看，该工程的设计按100%地震力由核心筒来承担，在承载力方面也是足够的，只因施工单位在钢筋接头上未按规定施工，才造成严重破坏。

阿尔及利亚的倒塌事故，是由于该工程为纯板桩结构（楼板为双向密勒，无梁），层高较高，跨度也较大。此种结构不能抵抗地震是不足为奇的，也不提倡此类结构。

1985年墨西哥地震，板桩结构遭受破坏，主要由于板桩节点抗冲切能力不足，如果按我国新的抗震规范的要求去设计，再在冲切方法上作改进，并加强抗震墙的构造，这类破坏是可以避免的。 综上所述，

所以，板桩结构的破坏主要是：

①未布置一定数量的抗震墙，因而地震作用全由板桩框架承受。由于未布置抗震墙，此种结构的节点刚度又相对较弱，因此侧向位移常较大。由于它延性差，抗弯和变形能力很弱，再加上P-⊿效应，在强震时造成严重破坏甚至倒塌是很可能的。

② 板桩节点处，楼板抗冲切能力差。在柱子周边板内，未设置抗冲切的钢筋，或设置得不恰当，节点处不平衡弯矩对楼板造成的附加剪应力未适当考虑，柱周边板的厚度不够，使抗剪箍筋不易充分发挥作用，或柱子纵筋在节点处滑移。

由于这些原因，在强震时使墙板产生冲切破坏，随之楼板坠落，造成巨大损失。2

作业准备1、内业技术准备

在开工前组织技术人员认真学习、阅读熟悉规范施工图纸及技术规范。制定施工安全保证措施，提出应急预案。对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。

2、外业技术准备

施工作业层中所涉及的各种外部技术数据收集。修建生活房屋，配齐生活、办公设施，满足主要管理、技术人员进场生活、办公需要。1

板桩施工1、总体施工顺序：

填土至承台板垫层底设计高程处→桩孔定位→埋设护筒→钻孔→检孔及清孔→下钢筋笼→灌注混凝土桩→开挖托梁基坑→凿除桩头至桩顶设计高程→桩质量检测合格后→浇注托梁混凝土垫层、立模浇注托梁→浇注承台板底垫层、立模浇注钢筋混凝土承台板→板两侧回填级配碎石掺5%水泥压实。

2、灌注桩施工：

钻孔灌注桩桩径为1.0m，桩长32m～42.5m。桩顶伸入托梁0.1m。要求桩打入弱风化泥岩不小于2m。桩身主筋与加劲箍筋务必焊牢，主筋与箍筋连接处宜点焊，若主筋较多时，可交错点焊和绑扎。

为了固定桩位、保护孔口不致坍塌、隔离地面水以及保证孔内泥浆面高出施工水位，钻孔时应根据实际情况选用钢护筒对孔口段进行防护。钻孔时起落钻头速度宜均匀，不得过猛或骤然变速，以免碰撞孔壁或套筒，孔内出土不得堆积在钻孔周围，应及时运至设计指定的弃碴场。施工桩时，混凝土应浇注至桩顶设计高程以上0.5m，并保证在凿除桩顶浮浆后桩顶标高和桩身质量满足设计要求。钢筋混凝土桩施工完成且混凝土强度达到80%以上时，应对桩头进行凿除，距桩顶面20cm范围内的桩头应采用人工凿除，确保桩头质量：桩顶设计高程以及桩顶以上露出钢筋长度应满足设计要求。混凝土灌注应连续灌注，中途不得停顿。

灌注桩质量控制应贯穿施工的全过程，施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、钢筋用量、注浆处理方法等。2

3、 埋设护筒

施工前，根据控制网用坐标放样法精确测放桩位并做好放桩记录。 根据放出的桩位中心点，过桩位中心点拉正交十字线在护筒外80-100cm处设臵控制桩，然后在桩位处挖比护筒外径大20cm的圆坑，深度1.7m，在坑底填筑20cm的粘土，夯实。把护筒采用钢丝绳吊放进坑内，在护筒上找出护筒的圆心（可采用拉正交十字线法），然后通过控制桩放样，把桩位中心找出，移动护筒使护筒的圆心与桩位中心重合，平面允许误差为20㎜，同时用水平尺（或吊线锤）校验护筒竖直度，垂直线倾斜不大于0.5%，方可在护筒周围回填最佳含水量的粘土，分层夯实，夯填时要防止护筒偏斜。护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、压、不漏水。

4、安装钻机

根据工程的地质情况，选用冲击钻机。钻机底座下铺设枕木、方木和木板，钻机安装就位后，底座必须平整稳固，在钻进和运行过程中不产生位移和沉陷，钻头中心与钢护筒顶面中心对位偏差不大于2cm。

5、 制浆土的选择和要求

为了保证泥浆有良好的性能和技术指标，能有效护壁和悬浮携带钻渣，选择制浆粘土一般选塑性指数大于25，小于0.05mm的粘粒含量大于50%的粘土。肉眼目测，具有下列特征的粘土均可采用：

自然风干后，用手不易掰开捏碎。 干土破碎时，断面有坚硬的尖锐棱角。 用刀切开时，切面光滑，颜色较深。

水浸湿后有粘滑感，加水和成泥膏后容易搓成直径小于1mm的细长泥条，用手指揉捻，感觉砂粒不多。

6、 钻孔

开钻时，先向孔内加入泥浆和粘土，以小冲程稳而准地造浆和开孔，使初始成孔坚实、竖直、圆顺，起导向作用，钻进深度超过钻头长度0.5米以后，方可进行正常冲击。钻进过程中，根据不同的地质情况采取不同的钻进速度并及时排渣，并及时往孔内注入泥浆，泥浆粘度控制在19～28S以内，泥浆相对密度控制在1.2～1.45以内。在钻进过程中遇到孤石或探头石时，投入片石夹粘土，再继续钻进，防止桩孔弯曲和倾斜。

钻孔作业按两班制连续进行，及时填写钻孔施工记录，交接班时，交待钻进情况及下一班应注意事项。经常对钻孔泥浆进行检验，不合符要求时及时调整。注意地质变化，在地质变化处捞取渣样，判明地层并记入记录表中，以便与地质剖面图核对。

7、成孔检查

钻孔达到设计深度后，用钢筋加工探孔器对成孔的孔径、孔形、倾斜度及孔的中心偏差、孔深进行全面检查，探孔器的直径比钢筋笼直径大100mm，长度不小于4米（4－6倍钢笼直径）， 如孔不直、孔壁不圆、孔径减小等情况，应采取相应的处理方法进行处理。成孔允许偏差如下：

孔的中心位臵偏移：

符合设计及规范要求并报监理工程师检查合格后，立即进行清孔。

8、清孔

采用换浆法进行清孔。清孔时，必须注意保持孔内水头，防止坍孔。清孔后泥浆的含砂率不大于2%，比重在1.03～1.10，粘度17～20s，孔底的沉渣厚度用开口铁盒吊入孔底检测，不大于设计规定。

9、钢筋笼加工和安装

钢筋笼的主筋接头采用滚单面搭接焊，搭接长度不小于10d。接头经外观检查和力学性能检测合格后，才能正式进行施工，配料时将接头互相错开，使同一截面的钢筋接头小于50%。骨架箍筋用钢筋弯曲机弯制，均采用单面焊，焊接长度不小于10d，箍筋点焊或绑扎在主筋上，采用单面搭接焊，焊接长度不小于10d。钢筋笼加工和安装允许偏差如下：

受力钢筋顺长度方向加工后的全长：主筋间距±10㎜；箍筋间距±20㎜；骨架外径±10㎜；骨架倾斜度±0.5%；保护层厚度：±20㎜。

钢筋笼在钢筋加工场统一制作，每节长12m，根据设计长度不够12m的单独制作，钢筋笼制作完成后，用汽车吊车装入平板汽车运到工地现场用汽车吊车吊装入孔。当加工成多节吊装时，先将底节钢筋笼采用汽车吊提升后，垂直入孔，用两根Φ50mm钢管穿入底节钢筋笼放臵在孔口钢护筒，再吊装上节钢筋笼与之对接，节与节之间用单面焊连接，焊缝长度不小于10d。在钢筋笼上焊接钢筋耳环，使钢筋笼在孔内居中，保证钢筋保护层厚度达到要求。钢筋笼顶面焊接4根与主筋直径相同的定位钢筋，对中调整，然后将定位钢筋焊接在钢护筒上，防止钢筋笼的下沉或上浮。

10、 灌注水下砼

钢筋笼吊装就位后，立即安装导管检查孔底沉渣合格后进行水下砼灌注，以防坍孔。对水下砼的性能要求：水下砼应流动性好，不产生分层和离析现象，坍落度控制在16～22cm。水下砼采用级配良好的河砂，石子采用级配良好的卵石，石子的最大粒径不大于35mm。

水下砼的灌注采用导管法灌注桩基水下砼，导管直径300㎜，每节3米长，节与节之间用螺纹套筒连接并加密封圈，导管上口接上漏斗。

导管的接头拧紧，不得漏气和漏水。在使用前进行密水压力试验，导管下口安装在离孔底0.5m左右，上方用抱箍夹住安放在护筒口。2

质量控制要点1、桩位测量准确，护筒埋设中心线与桩中心线吻合，误差小于5cm，护筒倾斜度小于1%。

2、反复清孔，直到沉碴厚度符合技术要求。清孔后泥浆浓度尽量降低，以减少泥浆沉淀量。

3、钢筋笼同一截面钢筋连接接头不超过50%，应间隔搭接，钢筋接头采用单面焊接。安放时应设横杠卡死，防止砼灌注过程中钢筋笼上浮。

4、测量砼面标高的测量绳必须经过长钢尺比长校核。

5、砼灌注前应严格、认真完善各种签证。

6、灌注前，导管应试拼、试压，确认不漏水、连接牢固导管的安装应密封不漏水（安装前进行水密试验），灌注砼前将导管插入孔底，检查导管实际长度与所划刻度是否相符，然后将导管提离孔底50cm。

7、砼灌注前，应充分准备好砼供应，做好一切防范措施，保证每根桩一气呵成。封底砼灌注时，应保证初始砼量能将导管底部埋入砼中不小于1m。桩身砼灌注时，保证孔内水位高度，以免水位较低，桩内裂隙水压力增大，影响砼质量。

8、灌注过程中，随时测定砼灌注高度，及时调整导管埋入砼深度。拆除导管时，应慢慢上提，不能过猛过速，防止发生断桩，导管埋入深度控制在2.0m～4.0m。砼灌注应连续不间断，万一发生砼灌注中断事故，应根据导管埋深，不停地少量提升导管，并及时恢复灌注。2

施工质量通病及预防措施1、塌孔

注意地质变化，防止残积砂质粘土层局部含砂量过高呈现砂层特性，应立即采取相应措施缓慢成孔。钻进砂层遇到地下水时，应投入适量粘土造浆提高泥浆浓度，以防止塌孔。

2、缩径

认真控制拔管速度。在拔管过程中应采用浮标观测每500～1000mm高度混凝土用量，换算出桩的灌注直径，如发现缩径，及时处理。

3、钢筋笼变形

钢筋笼在制作过程中成形堆放、运输、起吊、入孔等过程中，应严格按规定的技术措施和操作规定作业。

4、钢筋下沉

将钢筋或钢筋笼放入桩孔后，应在上部用钢管将钢筋笼架起固定，使相邻桩振动时钢筋笼不下沉。

5、钢筋笼上浮

钢筋笼上浮除了因为导管挂所致外，主要原因是由于砼表面接近钢筋笼底口，导管底口在钢筋笼底口以下3m至以上1m时，砼灌注的速度过快，使砼下落冲出导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋笼的重力时所致。

为了防止钢筋笼上浮，当导管底口低于钢筋笼底部3m至高于钢筋笼底口1m之内，且砼表面在钢筋笼底部上、下1m之间时，应放慢砼灌注速度，应及时适当提升导管，另外钢筋笼上端将吊钩钢筋焊接于钢护筒上。2

5、导管进水

（1）主要原因

首批砼储量不足，或虽然砼储量已够，但放料时未跟上导管内砼的下落速度，或导管底口距孔底的距离过大，砼下落后不能埋设导管底口，以致泥水从底口进入。导管接头不严，焊缝破裂，水从接头或焊缝中灌入。导管提升过猛，或测深出错，导管埋深不够或超出原砼面，泥水从底口涌入。

（2）预防及处理措施

发生导管进水事故后，因分析进水原因及时进行处理。

如为上述第一种原因引起，因立即停止灌注，拆除活门及灰盘，导管上连接弯管，将高压风管从导管中放入，利用空气吸泥机将孔底砼吸出，如果来不及清除孔底砼，应立即将钢筋笼提出，重新安装钻机钻孔。

若是第二、三种原因引起，应视具体情况，换拔原管重下新管或用原导管插入续灌，但灌注前应将导管内的水和泥浆抽出。如果重下新管，新管须插入原砼内2m左右，然后用潜水泵将导管内的水抽干，再继续灌注砼。灌入前将导管进行小幅度抖动，使原砼损失的流动度得以弥补，以后灌的砼可恢复正常的配合比。

若砼面已进入钢护筒内且已初凝，导管不能插入砼时，可停止灌注，待砼强度达到要求后将孔内水抽干其砼面凿毛进行二次浇注或重新冲孔到设计高程重新灌注。

6、导管堵塞

由于砼本身的原因，如坍落度过小，流动性差，夹有大石块或其它物件，拌合不均匀，以及砼产生离析，导管接缝处漏水，粗集料集中而造成堵管。

预防措施：严格执行《泵送砼施工工艺》，拌合站试验室值班人员严格控制砼质量，前台值班技术经常检查砼的质量。

处理方法：反复快速提升抖动导管或用长杆冲捣导管内砼，有可能使导管疏通。如仍不能使砼下落，则需将导管提出，疏通后重新灌注（可按前述方法处理）。

机械发生故障或其它原因使砼在导管内停留时间过久，或灌注时间过长，最初灌注砼已经初凝，增大了导管内砼下落的阻力，导致堵管。

预防措施：灌注前应仔细检修灌注机械，并准备备用机械，墩旁及拌合机工厂旁应备有发电机，同时采取措施，加速砼灌注速度。

7、短桩

产生原因主要有：灌注近结束时，浆渣过稠，用测深锤探测难于判断浆渣或砼面；或由于测锤太轻，沉不到砼表面，发生误测，以致拔出导管终止灌注造成；孔壁发生坍方，未被发觉，测锤无法测量到砼表面。

预防措施：

在灌注过程中必须注意孔内水头情况以及根据砼灌注数量而推算砼而上升速度，砼面上涨是否正常，以判断孔内是否产生坍孔，如发生了应采取措施处理后续灌。

测锤严格按照规范要求的形状尺寸及比重进行制作。 孔内泥浆过浓时，预留桩头高度应适当增加。

8、桩身夹泥断桩

大都是以上各种事故引发的次生结果。此外，由于清孔不彻底或灌注时间过长，首批砼已初凝，流动性降低，灌注的砼冲破顶层而上升，在两层砼中夹有泥浆渣土，严重的甚至全桩身夹有泥浆渣土形成断桩。

对已发生的断桩（通过超声波检测即可发现），除下列情况之一可采取压浆补强方法处理外，应重钻。

桩底与基岩之内的夹泥（清孔不彻底引起）。 桩身砼有夹泥断桩或局部砼松散。

取岩芯率小于95%，并有群窝、松散、裹浆等情况。2

质量检测1、钢筋混凝土钻孔灌注桩施工完成28d后，13～18#桩采用声波透射法，其余桩采用低应变法，对全部桩基进行成桩质量检测，对质量有怀疑的，应钻取桩芯鉴定，检查桩身强度，不允许出现不合格桩。基桩声测管埋设三根，正三角形布臵，采用内径不小于40mm壁厚不小于3mm的金属管埋设，声测管下端封闭、上端采用木塞封闭，管内无异物，连接处应光滑过渡，不漏水。管口高出桩顶100mm以上，且各声测管管口高度保持一致。

2、钢筋混凝土钻孔灌注桩施工完成28d后应采用单桩荷载试验进行地基加固效果检测。单桩荷载试验应符合以下要求：

单桩荷载试验的桩数至少为1根。 单桩竖向承载力特征值为2900KN。1