板樁結構是指板樁結構路基下部的鋼筋混凝土樁基、路基與上部的鋼筋混凝土承載板組成，板樁固接，並與路基土共同組成一個承載結構。主要適用於新建客運專線無砟軌道鐵路中的工程地質條件複雜的低路堤和路塹地段，以及兩橋（隧）之間短路基、道岔區路基等特殊地段軟弱地基加固，同時可以用於已建路堤的補強加固。
基本介紹
- 中文名：板樁結構
- 外文名：Sheet pile structure
- 學科：土木工程
- 適用範圍：無砟軌道鐵路
- 特點：結構簡單、受力明確
- 分類：獨立墩式、托梁式及複合式
結構組成及工作原理,分類,優點和適用範圍,破壞原因,作業準備,板樁施工,質量控制要點,施工質量通病及預防措施,質量檢測,
結構組成及工作原理
1、 結構組成：板樁結構路基下部的鋼筋混凝土樁基、路基與上部的鋼筋混凝土承載板組成，板樁固接，並與路基土共同組成一個承載結構。它充分利用樁-板-土三者的共同作用來滿足無砟軌道的穩定與變性要求。
2、 工作原理：
（1） 承載板承受軌道及列車荷載並傳遞至樁基，通過樁基傳遞給地基；
（2） 路基填土對樁-板結構的約束作用，使板樁結構路基具有較大的橫向和縱向剛度。
分類
1、 按樁基與承載板的連線方式分：獨立墩式、托梁式及複合式
（1）獨立墩式：樁基與承載板直接相連；
（2）托梁式：首先通過托梁橫向連線樁基，其上再與承載板相連；
（3）複合式：獨立墩式與托梁式的組合結構，中跨採用獨立墩式，邊跨採用托梁式；
2、 按承載板與軌道板的連線方式分：上承式、埋入式
（1） 上承式：將軌道板直接鋪設在板樁結構上面，處理方式與橋樑類似，承受了較大的溫度荷載，不利於做成較長的連線結構；
（2） 埋入式：與上承式的不同之處有二。一是其承載板和軌道板之間還有級配碎石緩衝層和混凝土支撐層，二是其一聯的長度遠遠大於上承式。
優點和適用範圍
1、 突出優點：
（1） 結構簡單、受力明確；
（2） 具有較高的縱向、橫向和豎向剛度，縱橫向穩定性好，豎向變形小；
（3） 施工簡便；
（4） 與橋樑方案相比，工程造價低。
2、 適用範圍：
板樁結構路基主要適用於新建客運專線無砟軌道鐵路中的工程地質條件複雜的低路堤和路塹地段，以及兩橋（隧）之間短路基、道岔區路基等特殊地段軟弱地基加固，同時可以用於已建路堤的補強加固。
破壞原因
美國阿拉斯加四季公寓的倒塌，往往被認為是板樁-抗震牆性能不好的一個例證。但從林同炎事務所的分析報告來看，該工程的設計按100%地震力由核心筒來承擔，在承載力方面也是足夠的，只因施工單位在鋼筋接頭上未按規定施工，才造成嚴重破壞。
阿爾及利亞的倒塌事故，是由於該工程為純板樁結構（樓板為雙向密勒，無梁），層高較高，跨度也較大。此種結構不能抵抗地震是不足為奇的，也不提倡此類結構。
1985年墨西哥地震，板樁結構遭受破壞，主要由於板樁節點抗沖切能力不足，如果按我國新的抗震規範的要求去設計，再在沖切方法上作改進，並加強抗震牆的構造，這類破壞是可以避免的。 綜上所述，
所以，板樁結構的破壞主要是：
①未布置一定數量的抗震牆，因而地震作用全由板樁框架承受。由於未布置抗震牆，此種結構的節點剛度又相對較弱，因此側向位移常較大。由於它延性差，抗彎和變形能力很弱，再加上P-⊿效應，在強震時造成嚴重破壞甚至倒塌是很可能的。
② 板樁節點處，樓板抗沖切能力差。在柱子周邊板內，未設定抗沖切的鋼筋，或設定得不恰當，節點處不平衡彎矩對樓板造成的附加剪應力未適當考慮，柱周邊板的厚度不夠，使抗剪箍筋不易充分發揮作用，或柱子縱筋在節點處滑移。
由於這些原因，在強震時使牆板產生沖切破壞，隨之樓板墜落，造成巨大損失。
作業準備
1、內業技術準備
在開工前組織技術人員認真學習、閱讀熟悉規範施工圖紙及技術規範。制定施工安全保證措施，提出應急預案。對施工人員進行技術交底，對參加施工人員進行上崗前技術培訓，考核合格後持證上崗。
2、外業技術準備
施工作業層中所涉及的各種外部技術數據收集。修建生活房屋，配齊生活、辦公設施，滿足主要管理、技術人員進場生活、辦公需要。
板樁施工
1、總體施工順序：
填土至承台板墊層底設計高程處→樁孔定位→埋設護筒→鑽孔→檢孔及清孔→下鋼筋籠→灌注混凝土樁→開挖托梁基坑→鑿除樁頭至樁頂設計高程→樁質量檢測合格後→澆注托梁混凝土墊層、立模澆注托梁→澆注承台板底墊層、立模澆注鋼筋混凝土承台板→板兩側回填級配碎石摻5%水泥壓實。
2、灌注樁施工：
鑽孔灌注樁樁徑為1.0m，樁長32m～42.5m。樁頂伸入托梁0.1m。要求樁打入<5-W2>弱風化泥岩不小於2m。樁身主筋與加勁箍筋務必焊牢，主筋與箍筋連線處宜點焊，若主筋較多時，可交錯點焊和綁紮。
為了固定樁位、保護孔口不致坍塌、隔離地面水以及保證孔內泥漿面高出施工水位，鑽孔時應根據實際情況選用鋼護筒對孔口段進行防護。鑽孔時起落鑽頭速度宜均勻，不得過猛或驟然變速，以免碰撞孔壁或套筒，孔內出土不得堆積在鑽孔周圍，應及時運至設計指定的棄碴場。施工樁時，混凝土應澆注至樁頂設計高程以上0.5m，並保證在鑿除樁頂浮漿後樁頂標高和樁身質量滿足設計要求。鋼筋混凝土樁施工完成且混凝土強度達到80%以上時，應對樁頭進行鑿除，距樁頂面20cm範圍內的樁頭應採用人工鑿除，確保樁頭質量：樁頂設計高程以及樁頂以上露出鋼筋長度應滿足設計要求。混凝土灌注應連續灌注，中途不得停頓。
灌注樁質量控制應貫穿施工的全過程，施工過程中必須隨時檢查施工記錄和計量記錄，並對照施工工藝對每根樁進行質量評定。檢查重點是：水泥用量、樁長、鋼筋用量、注漿處理方法等。
3、 埋設護筒
施工前，根據控制網用坐標放樣法精確測放樁位並做好放樁記錄。 根據放出的樁位中心點，過樁位中心點拉正交十字線在護筒外80-100cm處設臵控制樁，然後在樁位處挖比護筒外徑大20cm的圓坑，深度1.7m，在坑底填築20cm的粘土，夯實。把護筒採用鋼絲繩吊放進坑內，在護筒上找出護筒的圓心（可採用拉正交十字線法），然後通過控制樁放樣，把樁位中心找出，移動護筒使護筒的圓心與樁位中心重合，平面允許誤差為20㎜，同時用水平尺（或吊線錘）校驗護筒豎直度，垂直線傾斜不大於0.5%，方可在護筒周圍回填最佳含水量的粘土，分層夯實，夯填時要防止護筒偏斜。護筒連線處要求筒內無突出物，應耐拉、壓、不漏水。
4、安裝鑽機
根據工程的地質情況，選用衝擊鑽機。鑽機底座下鋪設枕木、方木和木板，鑽機安裝就位後，底座必須平整穩固，在鑽進和運行過程中不產生位移和沉陷，鑽頭中心與鋼護筒頂面中心對位偏差不大於2cm。
5、 製漿土的選擇和要求
為了保證泥漿有良好的性能和技術指標，能有效護壁和懸浮攜帶鑽渣，選擇製漿粘土一般選塑性指數大於25，小於0.05mm的粘粒含量大於50%的粘土。肉眼目測，具有下列特徵的粘土均可採用：
自然風乾後，用手不易掰開捏碎。 乾土破碎時，斷面有堅硬的尖銳稜角。 用刀切開時，切面光滑，顏色較深。
水浸濕後有粘滑感，加水和成泥膏後容易搓成直徑小於1mm的細長泥條，用手指揉捻，感覺砂粒不多。
6、 鑽孔
開鑽時，先向孔內加入泥漿和粘土，以小衝程穩而準地造漿和開孔，使初始成孔堅實、豎直、圓順，起導向作用，鑽進深度超過鑽頭長度0.5米以後，方可進行正常衝擊。鑽進過程中，根據不同的地質情況採取不同的鑽進速度並及時排渣，並及時往孔內注入泥漿，泥漿粘度控制在19～28S以內，泥漿相對密度控制在1.2～1.45以內。在鑽進過程中遇到孤石或探頭石時，投入片石夾粘土，再繼續鑽進，防止樁孔彎曲和傾斜。
鑽孔作業按兩班制連續進行，及時填寫鑽孔施工記錄，交接班時，交待鑽進情況及下一班應注意事項。經常對鑽孔泥漿進行檢驗，不合符要求時及時調整。注意地質變化，在地質變化處撈取渣樣，判明地層並記入記錄表中，以便與地質剖面圖核對。
7、成孔檢查
鑽孔達到設計深度後，用鋼筋加工探孔器對成孔的孔徑、孔形、傾斜度及孔的中心偏差、孔深進行全面檢查，探孔器的直徑比鋼筋籠直徑大100mm，長度不小於4米（4－6倍鋼籠直徑）， 如孔不直、孔壁不圓、孔徑減小等情況，應採取相應的處理方法進行處理。成孔允許偏差如下：
孔的中心位臵偏移：< 5㎝；樁徑：不小於設計；孔深：不小於設計； 傾斜度：< 1%孔深；沉渣厚度：不大於50cm。
符合設計及規範要求並報監理工程師檢查合格後，立即進行清孔。
8、清孔
採用換漿法進行清孔。清孔時，必須注意保持孔內水頭，防止坍孔。清孔後泥漿的含砂率不大於2%，比重在1.03～1.10，粘度17～20s，孔底的沉渣厚度用開口鐵盒吊入孔底檢測，不大於設計規定。
9、鋼筋籠加工和安裝
鋼筋籠的主筋接頭採用滾單面搭接焊，搭接長度不小於10d。接頭經外觀檢查和力學性能檢測合格後，才能正式進行施工，配料時將接頭互相錯開，使同一截面的鋼筋接頭小於50%。骨架箍筋用鋼筋彎曲機彎制，均採用單面焊，焊接長度不小於10d，箍筋點焊或綁紮在主筋上，採用單面搭接焊，焊接長度不小於10d。鋼筋籠加工和安裝允許偏差如下：
受力鋼筋順長度方向加工後的全長：主筋間距±10㎜；箍筋間距±20㎜；骨架外徑±10㎜；骨架傾斜度±0.5%；保護層厚度：±20㎜。
鋼筋籠在鋼筋加工場統一製作，每節長12m，根據設計長度不夠12m的單獨製作，鋼筋籠製作完成後，用汽車吊車裝入平板汽車運到工地現場用汽車吊車吊裝入孔。當加工成多節吊裝時，先將底節鋼筋籠採用汽車吊提升後，垂直入孔，用兩根Φ50mm鋼管穿入底節鋼筋籠放臵在孔口鋼護筒，再吊裝上節鋼筋籠與之對接，節與節之間用單面焊連線，焊縫長度不小於10d。在鋼筋籠上焊接鋼筋耳環，使鋼筋籠在孔內居中，保證鋼筋保護層厚度達到要求。鋼筋籠頂面焊接4根與主筋直徑相同的定位鋼筋，對中調整，然後將定位鋼筋焊接在鋼護筒上，防止鋼筋籠的下沉或上浮。
10、 灌注水下砼
鋼筋籠吊裝就位後，立即安裝導管檢查孔底沉渣合格後進行水下砼灌注，以防坍孔。對水下砼的性能要求：水下砼應流動性好，不產生分層和離析現象，坍落度控制在16～22cm。水下砼採用級配良好的河砂，石子採用級配良好的卵石，石子的最大粒徑不大於35mm。
水下砼的灌注採用導管法灌注樁基水下砼，導管直徑300㎜，每節3米長，節與節之間用螺紋套筒連線並加密封圈，導管上口接上漏斗。
導管的接頭擰緊，不得漏氣和漏水。在使用前進行密水壓力試驗，導管下口安裝在離孔底0.5m左右，上方用抱箍夾住安放在護筒口。
質量控制要點
1、樁位測量準確，護筒埋設中心線與樁中心線吻合，誤差小於5cm，護筒傾斜度小於1%。
2、反覆清孔，直到沉碴厚度符合技術要求。清孔後泥漿濃度儘量降低，以減少泥漿沉澱量。
3、鋼筋籠同一截面鋼筋連線接頭不超過50%，應間隔搭接，鋼筋接頭採用單面焊接。安放時應設橫槓卡死，防止砼灌注過程中鋼筋籠上浮。
4、測量砼面標高的測量繩必須經過長鋼尺比長校核。
5、砼灌注前應嚴格、認真完善各種簽證。
6、灌注前，導管應試拼、試壓，確認不漏水、連線牢固導管的安裝應密封不漏水（安裝前進行水密試驗），灌注砼前將導管插入孔底，檢查導管實際長度與所劃刻度是否相符，然後將導管提離孔底50cm。
7、砼灌注前，應充分準備好砼供應，做好一切防範措施，保證每根樁一氣呵成。封底砼灌注時，應保證初始砼量能將導管底部埋入砼中不小於1m。樁身砼灌注時，保證孔內水位高度，以免水位較低，樁內裂隙水壓力增大，影響砼質量。
8、灌注過程中，隨時測定砼灌注高度，及時調整導管埋入砼深度。拆除導管時，應慢慢上提，不能過猛過速，防止發生斷樁，導管埋入深度控制在2.0m～4.0m。砼灌注應連續不間斷，萬一發生砼灌注中斷事故，應根據導管埋深，不停地少量提升導管，並及時恢復灌注。
施工質量通病及預防措施
1、塌孔
注意地質變化，防止殘積砂質粘土層局部含砂量過高呈現砂層特性，應立即採取相應措施緩慢成孔。鑽進砂層遇到地下水時，應投入適量粘土造漿提高泥漿濃度，以防止塌孔。
2、縮徑
認真控制拔管速度。在拔管過程中應採用浮標觀測每500～1000mm高度混凝土用量，換算出樁的灌注直徑，如發現縮徑，及時處理。
3、鋼筋籠變形
鋼筋籠在製作過程中成形堆放、運輸、起吊、入孔等過程中，應嚴格按規定的技術措施和操作規定作業。
4、鋼筋下沉
將鋼筋或鋼筋籠放入樁孔後，應在上部用鋼管將鋼筋籠架起固定，使相鄰樁振動時鋼筋籠不下沉。
5、鋼筋籠上浮
鋼筋籠上浮除了因為導管掛所致外，主要原因是由於砼表面接近鋼筋籠底口，導管底口在鋼筋籠底口以下3m至以上1m時，砼灌注的速度過快，使砼下落衝出導管底口向上反衝，其頂托力大於鋼筋籠的重力時所致。
為了防止鋼筋籠上浮，當導管底口低於鋼筋籠底部3m至高於鋼筋籠底口1m之內，且砼表面在鋼筋籠底部上、下1m之間時，應放慢砼灌注速度，應及時適當提升導管，另外鋼筋籠上端將吊鉤鋼筋焊接於鋼護筒上。
5、導管進水
（1）主要原因
首批砼儲量不足，或雖然砼儲量已夠，但放料時未跟上導管內砼的下落速度，或導管底口距孔底的距離過大，砼下落後不能埋設導管底口，以致泥水從底口進入。導管接頭不嚴，焊縫破裂，水從接頭或焊縫中灌入。導管提升過猛，或測深出錯，導管埋深不夠或超出原砼面，泥水從底口湧入。
（2）預防及處理措施
發生導管進水事故後，因分析進水原因及時進行處理。
如為上述第一種原因引起，因立即停止灌注，拆除活門及灰盤，導管上連線彎管，將高壓風管從導管中放入，利用空氣吸泥機將孔底砼吸出，如果來不及清除孔底砼，應立即將鋼筋籠提出，重新安裝鑽機鑽孔。
若是第二、三種原因引起，應視具體情況，換拔原管重下新管或用原導管插入續灌，但灌注前應將導管內的水和泥漿抽出。如果重下新管，新管須插入原砼內2m左右，然後用潛水泵將導管內的水抽乾，再繼續灌注砼。灌入前將導管進行小幅度抖動，使原砼損失的流動度得以彌補，以後灌的砼可恢復正常的配合比。
若砼面已進入鋼護筒內且已初凝，導管不能插入砼時，可停止灌注，待砼強度達到要求後將孔內水抽乾其砼面鑿毛進行二次澆注或重新沖孔到設計高程重新灌注。
6、導管堵塞
由於砼本身的原因，如坍落度過小，流動性差，夾有大石塊或其它物件，拌合不均勻，以及砼產生離析，導管接縫處漏水，粗集料集中而造成堵管。
預防措施：嚴格執行《泵送砼施工工藝》，拌合站試驗室值班人員嚴格控制砼質量，前台值班技術經常檢查砼的質量。
處理方法：反覆快速提升抖動導管或用長桿沖搗導管內砼，有可能使導管疏通。如仍不能使砼下落，則需將導管提出，疏通後重新灌注（可按前述方法處理）。
機械發生故障或其它原因使砼在導管內停留時間過久，或灌注時間過長，最初灌注砼已經初凝，增大了導管內砼下落的阻力，導致堵管。
預防措施：灌注前應仔細檢修灌注機械，並準備備用機械，墩旁及拌合機工廠旁應備有發電機，同時採取措施，加速砼灌注速度。
7、短樁
產生原因主要有：灌注近結束時，漿渣過稠，用測深錘探測難於判斷漿渣或砼面；或由於測錘太輕，沉不到砼表面，發生誤測，以致拔出導管終止灌注造成；孔壁發生坍方，未被發覺，測錘無法測量到砼表面。
預防措施：
在灌注過程中必須注意孔內水頭情況以及根據砼灌注數量而推算砼而上升速度，砼面上漲是否正常，以判斷孔內是否產生坍孔，如發生了應採取措施處理後續灌。
測錘嚴格按照規範要求的形狀尺寸及比重進行製作。 孔內泥漿過濃時，預留樁頭高度應適當增加。
8、樁身夾泥斷樁
大都是以上各種事故引發的次生結果。此外，由於清孔不徹底或灌注時間過長，首批砼已初凝，流動性降低，灌注的砼衝破頂層而上升，在兩層砼中夾有泥漿渣土，嚴重的甚至全樁身夾有泥漿渣土形成斷樁。
對已發生的斷樁（通過超音波檢測即可發現），除下列情況之一可採取壓漿補強方法處理外，應重鑽。
樁底與基岩之內的夾泥（清孔不徹底引起）。 樁身砼有夾泥斷樁或局部砼鬆散。
取岩芯率小於95%，並有群窩、鬆散、裹漿等情況。
質量檢測
1、鋼筋混凝土鑽孔灌注樁施工完成28d後，13～18#樁採用聲波透射法，其餘樁採用低應變法，對全部樁基進行成樁質量檢測，對質量有懷疑的，應鑽取樁芯鑑定，檢查樁身強度，不允許出現不合格樁。基樁聲測管埋設三根，正三角形布臵，採用內徑不小於40mm壁厚不小於3mm的金屬管埋設，聲測管下端封閉、上端採用木塞封閉，管內無異物，連線處應光滑過渡，不漏水。管口高出樁頂100mm以上，且各聲測管管口高度保持一致。
2、鋼筋混凝土鑽孔灌注樁施工完成28d後應採用單樁荷載試驗進行地基加固效果檢測。單樁荷載試驗應符合以下要求：
單樁荷載試驗的樁數至少為1根。 單樁豎向承載力特徵值為2900KN。
