Resumen: Como un nuevo tipo de pilotes, los pilotes de tuberías se utilizan cada vez más debido a sus ventajas, como una construcción conveniente, alta capacidad de carga, calidad confiable y economía. De acuerdo con las características de capacidad de carga y las condiciones de tensión de los pilotes de tuberías, se analizaron los factores que afectan la capacidad de carga de los pilotes de tuberías y los métodos para mejorar la capacidad de carga de los pilotes de tuberías. Se discutieron los problemas comunes durante la construcción y se propusieron medidas preventivas efectivas.
Palabras clave: pilotes de tubería; capacidad portante; construcción; gestión de calidad
1 Introducción
Los pilotes de tubería son una forma de tratamiento de cimentación y cimentación por pilotes. a principios de siglo, se ha desarrollado mucho. Se utiliza ampliamente en diversos cimientos de edificios y desempeña un papel muy importante. A juzgar por el desarrollo de pilotes de tubos extranjeros, Australia inventó el método centrífugo para fabricar productos de hormigón en 1920, Japón introdujo esta tecnología para pilotes de tubos de hormigón armado en 1925 y desarrolló pilotes de tubos de hormigón pretensado (pilotes de tubos de PC) en 1962. Hay 890 años. En la actualidad, los pilotes tubulares han evolucionado hasta sustituir completamente los pilotes macizos tradicionales. China comenzó a producir pilotes de tubos centrífugos (RC) de hormigón en 1944. A finales de la década de 1980, la investigación sobre pilotes tubulares pretensados tuvo éxito, es decir, se utilizó el método de postensado para aplicar fuerza de pretensado al hormigón del pilote tubular. En los últimos 15 años, los pilotes de tubos de hormigón pretensado producidos en mi país han alcanzado la vanguardia mundial en términos de rendimiento y producción del producto, mostrando las características de un diseño amplio, variedades y especificaciones completas de productos, tecnología de producción madura y un diseño cada vez más perfecto. tecnología de aplicación de soporte. Los datos muestran que el uso real de pilotes de tubos prefabricados de hormigón de alta resistencia en la provincia de Fujian alcanzó los 25 millones de metros en 2004. Para hacer un uso más razonable de la tecnología de pilotes de tuberías y promover eficazmente su uso, es extremadamente necesario realizar investigaciones sobre pilotes de tuberías.
Los tipos de pilotes de tubos se dividen en pilotes de tubos de acero, pilotes de tubos de hormigón prefabricados y pilotes de hormigón de tubos de acero. Los pilotes de tubos de acero y los pilotes de hormigón de tubos de acero tienen las ventajas de alta resistencia, buena resistencia a la fatiga por impacto, fuerte capacidad de penetración, corte conveniente, calidad confiable, transporte conveniente, velocidad rápida de hundimiento del pilote y pequeño impacto al apretar el suelo, pero el costo es de aproximadamente 10% en comparación con los pilotes de hormigón pretensado, entre 3 y 10 veces más que los pilotes de tubería. Por lo tanto, generalmente sólo se utiliza cuando es necesario cruzar la capa de arena o no se pueden construir otros tipos de pilotes y la calidad es difícil de garantizar, o cuando el plazo de construcción es ajustado, o en base a algunos proyectos especiales importantes, como como plataformas de perforación marinas, plataformas portuarias y otros proyectos. El rápido desarrollo y la aplicación generalizada de los pilotes de tubos prefabricados de hormigón se benefician principalmente de las siguientes ventajas:
(1) Período de construcción corto, construcción conveniente, sin restricciones estacionales y producción industrial:
(b) No hay contaminación en el sitio de construcción. Si se utiliza una construcción de presión estática, no se producirá ruido, lo que cumple con los requisitos de la construcción ecológica;
(3) Los beneficios económicos son considerables. El mismo efecto de tratamiento de cimentación (capacidad de carga vertical y capacidad de carga horizontal) utiliza entre un 30% y un 60% menos de concreto que los pilotes sólidos. Tiene una fuerte resistencia a la corrosión y su rendimiento de trabajo es básicamente similar al de los pilotes de tubos de acero.
(d) Tiene una gran adaptabilidad a las condiciones geológicas con grandes fluctuaciones en la capa de soporte. En términos generales, se pueden utilizar condiciones estratigráficas como suelo blando, suelo arcilloso, limo, suelo arenoso y masa rocosa completamente erosionada. Por lo tanto, como edificios de gran altura, proyectos de muelles, proyectos de puentes, carreteras, proyectos ferroviarios, etc. A excepción de la cimentación especial de pilotes de tubos de acero, los pilotes de tubos de acero han sido reemplazados en su mayoría por pilotes de tubos de hormigón prefabricados en proyectos de ingeniería. En la actualidad el uso de pilotes tubulares prefabricados de hormigón en nuestro país ha sido considerable.
Análisis de las características portantes y capacidad portante de pilotes de 2 tubos
2.1 Características portantes de pilotes de tubos
Las principales formas de los extremos de los pilotes (zapatas) de Pilas inferiores de pilotes tubulares Disponibles en estilos cruzado, cónico y abierto. Los dos primeros son del tipo sellado. La capacidad de carga del pilote tubular cerrado con punta de pilote consiste principalmente en la resistencia a la fricción circunferencial del pilote y la resistencia en la punta del pilote. Para pilotes tubulares con botas de pilotes abiertas, la parte inferior del cuerpo del pilote (1/3-1/2) se llena con tierra durante el hundimiento del pilote, y el efecto de compresión del suelo es débil (en comparación con el hundimiento del pilote y los pilotes de concreto compactados estáticamente). , lo que tendrá un impacto negativo en los edificios circundantes. Tiene un bajo impacto ambiental y un alto desempeño ambiental. El tapón de suelo en la cavidad interior proporciona fricción interna para el pilote de tubería, lo que hace que la composición de la capacidad de carga del pilote de tubería sea más compleja. Hay muchos factores que afectan las características de carga de los pilotes tubulares, como las propiedades del suelo en el lado del pilote, las propiedades del suelo en el extremo del pilote, el diámetro del pilote, el espesor de la pared de la tubería abierta. pilote, la profundidad de la capa de suelo, la secuencia de construcción, etc. Los pilotes de tubos prefabricados de hormigón normalmente sólo tienen el efecto de abrir pilotes.
2.2 Análisis de tensiones de pilotes tubulares
2.2.1 Existen muchos métodos para determinar la capacidad portante vertical de pilotes tubulares y la capacidad portante última de pilotes individuales. El método más fiable es el método de prueba de carga de placa plana. Hay dos fórmulas comúnmente utilizadas en la actualidad: una se basa en los indicadores físicos y mecánicos del suelo y una gran cantidad de datos de pilotes de prueba, y la otra establece la relación entre la resistencia lateral y final del pilote y los indicadores del suelo mediante análisis estadístico; Se basa en las propiedades mecánicas del suelo, como el número de penetración estándar del suelo, las especificaciones de cimentación API-RP2A de China, Europa y Estados Unidos utilizan la primera fórmula. Su expresión es
Debido a diferentes condiciones geológicas, estructuras geológicas complejas, varios tipos de pilotes y diversas técnicas de hundimiento de pilotes, es difícil utilizar una fórmula única para reflejar la ingeniería real.
Según la prueba de carga de falla realizada en la literatura, cuando la parte superior del pilote se comprime verticalmente, la tensión vertical y la deformación elástica ocurren primero en la parte superior del cuerpo del pilote y se transmiten a la parte inferior del mismo. El cuerpo del pilote se acumula gradualmente de arriba a abajo. Se genera resistencia a la fricción, lo que hace que el cuerpo del pilote se encuentre en la etapa de compresión elástica. Cuando la carga es pequeña, la deformación es pequeña, la base del pilote básicamente no tiene desplazamiento y la resistencia del extremo del pilote es cero. A medida que aumenta la carga, cuando la tensión vertical se transmite al extremo del pilote, el suelo del extremo del pilote se comprime gradualmente, la deformación relativa del suelo del pilote aumenta y la fricción lateral del pilote se desarrolla aún más. En la etapa final de carga, a medida que aumenta la resistencia del extremo del pilote, la resistencia del lado superior del pilote primero alcanza el límite (la fuerza de fricción tiende a ser constante) y gradualmente expande el rango de distribución de la resistencia límite hacia abajo. En este proceso, en comparación con el incremento de carga, la proporción del incremento de la fuerza de fricción como resistencia se vuelve cada vez más pequeña, mientras que la proporción del incremento de la resistencia del extremo del pilote se vuelve cada vez mayor. Finalmente, aparece una zona plástica en el suelo al final del pilote y se expande rápidamente. El pilote resultó dañado debido al rápido hundimiento, y la falla de penetración del suelo en el extremo del pilote precedió a la falla de resistencia del cuerpo del pilote. La carga sobre el pilote en este momento es la capacidad de carga última del pilote.
2.2.2 Características de soporte horizontal de pilotes tubulares y capacidad de soporte último de pilotes individuales
Con el rápido desarrollo de la tecnología de ingeniería en nuestro país, el avance de la exploración y el desarrollo de petróleo en aguas poco profundas Tecnología en la plataforma continental y la construcción de edificios de gran altura en el desarrollo terrestre, estos pilotes de tuberías no solo tienen que soportar enormes cargas verticales, sino también enormes cargas horizontales. El análisis de pilotes bajo cargas horizontales es un tema muy importante en ingeniería, pero no ha sido resuelto satisfactoriamente. 4 En la literatura, los gatos horizontales se utilizan para aplicar pruebas de fuerza horizontal para medir la carga horizontal sobre un solo pilote. Las cargas horizontales aplicadas generalmente se clasifican como 1/10-15 de la carga última horizontal estimada. Después de aplicar cada nivel de carga, se mide el desplazamiento horizontal del pilote bajo carga constante durante 4 minutos, luego se descarga a cero y se mide el desplazamiento horizontal residual del pilote después de detenerlo durante 2 minutos. Después de la carga en múltiples niveles, la prueba se puede detener cuando ocurre una de las siguientes condiciones: 1) El cuerpo del pilote se rompe; 2) El desplazamiento horizontal excede los 40 mm o el desplazamiento horizontal permitido cumple con los requisitos de diseño. Cuando la tensión del pilote alcanza su resistencia máxima, la fuerza horizontal en la parte superior del pilote provoca que el desplazamiento horizontal de la parte superior del pilote exceda los 20-30 mm, o la carga horizontal del nivel superior causada por la falla del suelo en el costado. del pilote es el valor estándar de la capacidad portante última horizontal de un solo pilote.
2.2.3 Factores que afectan la capacidad portante de los pilotes tubulares
2.2.3.1 Deflexión
Los pilotes de deflexión se refieren a pilotes pasivos en los que se mueve el suelo alrededor del pilote. Horizontalmente, la presión horizontal entre el pilote y el suelo provoca la deflexión horizontal y el momento flector del cuerpo del pilote, provocando así la deflexión del pilote. La capacidad de carga última de los pilotes tubulares pretensados después de la deformación es menor que la de los pilotes rectos. El grado de reducción en la capacidad portante de los pilotes tubulares pretensados con capas diagonales no solo está relacionado con el grado de inclinación, sino también con las propiedades del suelo, la longitud de los pilotes enterrados y la disposición de los encepados.
Al encontrar pilotes que superen el límite de deflexión, existan o no grietas, se deben corregir y enderezar para controlar la inclinación dentro del rango permitido. Los pilotes poco profundos (generalmente de 2 a 3 m) se pueden inclinar e invertir, y luego enderezar el suelo profundo, se puede quitar del lado opuesto del pilote mediante perforación y lavado con agua a alta presión, y luego enderezar. Luego inspeccione los pilotes después de la rectificación y enderezamiento para ver si hay alguna anomalía durante la construcción de la rectificación. Si no hay anomalías, se puede llevar a cabo el siguiente paso de construcción.
2.2.3.2 Grietas
Grietas poco profundas: las grietas generalmente aparecen a una profundidad de 4 a 6 m, y algunas se encuentran dentro de los 3 m. Esta situación ocurre principalmente porque hay una capa de suelo relativamente dura debajo de la grieta del pilote. Grietas profundas: las grietas aparecen a 8-10 m, causadas principalmente por la capa profunda y blanda del suelo de cimentación. La existencia de grietas afectará inevitablemente las características de carga vertical permanente de la base de pilotes. Para garantizar el uso seguro de los proyectos de cimientos de pilotes, es necesario reforzar los cimientos de pilotes.
Como conexión de pilotes, reparación de pilotes, etc., que deben determinarse mediante cálculo en determinadas circunstancias.
2.2.3.3 Carga excéntrica
La excentricidad de la carga vertical es una razón importante para la carga de flexión de los pilotes de tubos de hormigón pretensado. La excentricidad de la carga afectará inevitablemente la capacidad de carga vertical del pilote. Los cimientos de pilotes de tubos de hormigón pretensado a menudo utilizan tapas de pilotes múltiples debajo de las columnas. Estrictamente hablando, la mayoría de las pilas debajo de la tapa se encuentran en un estado de tensión excéntrica. ¿Cómo evaluar correctamente la capacidad portante de pilotes excéntricos de carga? ¿Cuál es el valor crítico de excentricidad que el pilote puede soportar en condiciones límite de servicio normales? ¿La relación entre la excentricidad de la carga vertical y la capacidad portante del pilote es el diseño de? Cimentación de pilotes de tubos de hormigón pretensado que requieren una consideración especial.
Basado en los principios de la mecánica de materiales y las especificaciones de diseño actuales para estructuras de hormigón armado, se presenta un método de cálculo para la fuerza interna y el desplazamiento (o desplazamiento horizontal de la parte superior del pilote) de pilotes tubulares de hormigón pretensado bajo carga excéntrica. propuesto, incluyendo pilotes en estado de flexión puro El valor crítico del momento de flexión resistente a grietas del pilote bajo la acción combinada de la fuerza axial y el momento de flexión la relación entre la capacidad de carga permitida; la parte superior del pilote y la excentricidad de la fuerza vertical (o el desplazamiento horizontal de la parte superior del pilote), etc.
3 Problemas y control de calidad en el diseño y construcción de pilotes tubulares
3.1 Efecto de compactación
Durante el proceso de hundimiento del pilote, el suelo circundante se apiña, lo que afecta al suelo circundante. Se producen graves alteraciones en el cuerpo, que se manifiestan principalmente como desplazamiento radial. El suelo dentro de un cierto rango de la punta del pilote y alrededor del pilote está sujeto a corte no drenado y a una gran compresión horizontal, lo que resulta en una gran deformación por corte, formando una zona de remodelación perturbada con alta presión de agua intersticial y reduciendo la resistencia no drenada del suelo. La resistencia al corte hace que el suelo adyacente alrededor del pilote se destruya debido al corte no drenado. Debido al efecto de superposición en la construcción de grupos de pilotes, los pilotes hincados serán hincados. Cuanto más denso y grande sea el grupo de pilotes, mayor será el desplazamiento del suelo.
Las medidas preventivas para el efecto de compresión del suelo durante el proceso de construcción son las siguientes:
① Organizar razonablemente la secuencia de hundimiento del pilote, controlar la cantidad diaria de hundimiento del pilote y reducir la superposición de presión del agua de los poros;
(2) El procedimiento de construcción de primero excavar el pozo de cimentación y luego hundir el pilote puede reducir el desplazamiento lateral y el levantamiento del suelo blando en la capa poco profunda de la cimentación, lo cual es beneficioso para reducir el exceso de presión de agua de los poros causado por el hundimiento del pilote, reduciendo así el daño al suelo profundo en el desplazamiento.
③ Instale pozos de registro en bolsas o tablas de drenaje de plástico en el sitio para crear condiciones de drenaje y reducir la presión del agua de los poros.
(4) Preperforación para facilitar el hundimiento del pilote.
3.2 Pilotes flotantes
El fenómeno de los pilotes flotantes es una manifestación del efecto de compresión del suelo por los pilotes de tuberías de presión estática. Este problema está muy oculto y a menudo se descubre solo durante la prueba de carga estática después de que se completa el proyecto de hinca del pilote. En este momento, es posible que el martinete haya abandonado el sitio. En este momento, el manejo es muy pasivo. Una mejor solución es seleccionar pilotes representativos con anticipación para medir y monitorear. Inmediatamente después de la construcción del pilote, use un medidor de nivel para medir y registrar la elevación superior del pilote. Vuelva a medir periódicamente durante todo el proceso de construcción para verificar si el cuerpo del pilote está flotando. a través de la comparación. Si se encuentran fenómenos de flotación, se deben tomar medidas como controlar la velocidad de prensado de los pilotes, ajustar la ruta de hinca de los pilotes o perforar agujeros para recoger la tierra para reducir el efecto de compresión del suelo y así controlar el fenómeno de flotación en los pilotes. Si el fenómeno de flotación del pilote aún no se puede resolver después de tomar las medidas anteriores, se puede utilizar la recompresión como solución.
3.3 El hundimiento del pilote no cumple con los requisitos de diseño.
Las razones principales por las que la hinca de pilotes no puede cumplir con los requisitos de control final del diseño son:
① Puntos de exploración insuficientes o datos de exploración aproximados, condiciones geológicas de ingeniería desconocidas, especialmente la fluctuación de la Elevación de la capa de soporte. Esto conduce a consideraciones incorrectas en el diseño de la capa de soporte o a una selección incorrecta de la longitud del pilote.
②La capa de soporte de diseño se selecciona incorrectamente. La capa de soporte de los pilotes de tubos pretensados debe erosionarse fuertemente para lograr una mayor capacidad de carga. Sin embargo, cuando la profundidad de enterramiento de la capa fuertemente erosionada es grande, considerando la limitación de la longitud del pilote, es necesario seleccionar la capa completamente erosionada como capa de soporte, lo que afectará en gran medida la capacidad de carga. Es fácil de ablandar cuando se expone al agua y el agua subterránea puede fluir desde el pilote. La punta penetra a través del tubo del pilote, lo que reduce en gran medida la capacidad de carga de la punta del pilote.
③El diseño predice de manera imprecisa la capacidad de carga de un solo pilote, lo que resulta en una discrepancia entre la longitud real del pilote y la fuerza de presión del pilote.
(4) El cuerpo del pilote está roto y no se puede continuar presionando.
Medidas de prevención y control: Primero, demostrar en detalle las condiciones geológicas del sitio del proyecto, realizar estudios complementarios cuando sea necesario y seleccionar correctamente la capa de soporte o elevación; utilizar un martinete de tonelaje adecuado para la construcción; seleccionar pilotes racionalmente según las condiciones geológicas de ingeniería. El método de construcción y la secuencia de pilotes deben usarse para evitar la rotura de los pilotes y garantizar la calidad de los pilotes.
Determinar estándares de presión final razonables mediante el diseño científico de pilotes de prueba.
3.4 Pilotes rotos
Los pilotes rotos son un problema común en la construcción de pilotes de tubos prefabricados de hormigón. Las razones principales son las siguientes:
① Utilice pilotes no calificados. producido por el fabricante
(2) La punta del pilote golpeó el obstáculo subterráneo y el pilote de tubería se rompió
③La verticalidad no se controló bien durante la construcción del pilote de tubería;
(4) El pilote de tubería ingresa repentinamente a la capa de suelo duro desde la capa de suelo blando y la presión del martinete aumenta rápidamente, provocando una fuerza de impacto instantánea en el cuerpo del pilote.
⑤Durante el pozo de cimentación; En el proceso de construcción, debido al levantamiento del suelo blando, los lados de la pared del pozo de cimentación se mueven en esa dirección, provocando que el pilote se rompa.
Si durante la construcción se encuentran pilotes rotos, se deben adoptar soluciones de refuerzo. Los pilotes rotos poco profundos de pilotes de tubos pretensados se pueden conectar con pilotes. Para la extensión de pilotes rotos profundamente asentados (incluidas las juntas después de la corrección de algunos pilotes desalineados), se debe drenar el agua acumulada en los pilotes, se debe confirmar que la inclinación de los pilotes está dentro del rango permitido y se debe colocar la jaula de acero. debería ser liberado. La jaula de acero debe extenderse hasta 3 m por debajo del pilote roto y se debe verter hormigón de alta calidad. Una vez conectados los pilotes, se debe probar la capacidad de carga. Cuando un pilote roto se disloca y no se puede reparar, se debe reparar el pilote. Para accidentes de ingeniería, es necesario analizar las causas del problema, la posibilidad de reparación de pilotes y el impacto sobre los pilotes existentes, y considerar otras condiciones disponibles, economía y período de construcción.
4Conclusión
Como nuevo tipo de pilote, los pilotes tubulares están ganando cada vez más atención debido a sus ventajas, como la calidad confiable del pilote, alta capacidad de carga, velocidad de construcción rápida y sitio limpio. , y economía. Cuanto más se utiliza. Sin embargo, debido al corto tiempo de aplicación de los pilotes de tuberías, todavía quedan muchos problemas por resolver en la investigación y aplicación. Sin embargo, el desarrollo de la práctica de la ingeniería ha superado con creces el nivel de la investigación teórica, lo que ha restringido gravemente la aplicación de los pilotes de tuberías. Este artículo resume las características de capacidad de carga y el análisis de tensión de los pilotes de tuberías, los factores que afectan la capacidad de carga de los pilotes de tuberías, los métodos para mejorar la capacidad de carga de los pilotes de tuberías, los problemas comunes durante la construcción y las medidas preventivas. Sin embargo, muchas de las cuestiones abordadas en este artículo aún no se han resuelto satisfactoriamente y requieren una mayor exploración a través de una gran cantidad de investigación científica y práctica de ingeniería.
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