樁基礎技術的10大發(fā)展方向
旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁
泥漿護壁法鉆、沖孔灌注樁在地下水位高的軟土地區(qū)雖然被較廣泛地采用,但由于泥漿的使用造成施工現(xiàn)場不文明及泥漿排除(稱為二次公害)的困難,成為施工者頭痛之事。因此,旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁(即用旋挖鉆機的鉆斗鉆頭成孔而成的灌注樁),因其干取土作業(yè)加之所使用的穩(wěn)定液可由專用的倉罐儲存,現(xiàn)場較為文明,在日本建筑業(yè)界此類樁型的采用亦日趨增多。1998年8-12月,在北京某工地應用此樁型約為18000根,樁徑有0.8m、1.0m和1.2m,孔深12-15m,樁端進入砂礫石層0.5m。近10年來,青藏鐵路、北京鳥巢工程及首都機場3號航站樓等均大量采用旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁。
全套管鉆孔灌注樁
貝諾特(Benoto)灌注樁施工法為全套管施工法。該法利用搖動裝置的搖動(或回轉裝置的回轉)使鋼套管與土層間的摩擦阻力大大減少,邊搖動(或邊回轉)邊壓入,同時利用沖抓斗挖掘取土,直至將套管下到樁端持力層為止。挖掘完畢后立即進行挖掘深度的測定,并確認樁端持力層,然后清除虛土。成孔后將鋼筋籠放入,接著將導管豎立在鉆孔中心,最后灌注混凝土成樁。貝諾特法實質上是沖抓斗跟管鉆進法。
貝諾特灌注樁由于環(huán)保效果好(噪聲低、振動小、無泥漿污染與排放)、施工現(xiàn)場文明,在海內外廣泛采用。我國香港地區(qū)此類樁型的市場份額約占45%,昆明、溫州及北京地區(qū)10余個工地已成功采用此類樁型。1999年上半年,北京某工地因雜填土層(含舊磚窯場地、塊石及混凝土塊等)過厚,深度8-23m,其他樁型無法施工,結果采用國產(chǎn)搖動式全套管鉆機施工,歷時4個月,順利地完成976根樁,樁徑分別為0.8、1.0和1.2m,樁長為20-24m,穿越雜填土進入老土一定深度。從2001年起,在深圳、南京、杭州及天津等地近40個地鐵車站中采用全套管鉆機施工咬合樁成功地取代地下連續(xù)墻,為業(yè)主節(jié)省大量造價。
長螺旋鉆孔壓灌樁
CFA工法樁可譯為長螺旋鉆孔壓灌樁,在法、英、意、德、美等國比較流行。該鉆機均由液壓馬達驅動,扭矩較大,采用混凝土泵車通過鉆桿內腔直接灌注混凝土,在合適的地層和深度,施工效率一般為150-200m/d,目前最大的鉆孔直徑達1200mm,最大深度為30m左右。
近二十年來,東北以及華北等地區(qū)都大力推廣應用此工法,并有所創(chuàng)造和發(fā)展,形成4項發(fā)明和實用新型專利。
五、向擴孔樁方向發(fā)展
擴孔成型工藝有鉆擴、爆擴、夯擴、振擴、錘擴、壓擴、沖擴、注擴、擠擴和挖擴等十大類型。
鉆孔擴底樁
北京地區(qū)普通直徑鉆孔擴底灌注樁(樁身直徑0.3-0.4m,擴底直徑0.8-1.2m)的靜載試驗結果表明,與相同樁身直徑的直孔樁相比,前者極限荷載為后者的1.7-7.0倍,前者的單位樁體積的極限荷載為后者的1.4-3.0倍。大直徑鉆(挖)孔擴底樁具有承載力高、成孔后出土量少、承臺面積小等顯著優(yōu)點,在國內外得到廣泛運用。我國的鉆孔擴底樁種類有20種以上,日本的大直徑鉆擴樁工法有將近40種。
20世紀七八十年代日本大直徑鉆擴樁的特點:
①樁身直徑和擴底直徑大(最大直徑為4200m),樁長度大,單樁承載能力大,能適應高層建筑一柱一樁的要求。
②擴底部置于細砂、中砂和砂礫層中,承載能力大,但擴底直徑不能過大,擴底率較小,最大值為3.2。
③大部分采用旋挖鉆機和反循環(huán)方式擴孔鉆進。
④液壓擴翼機構占大多數(shù)。
⑤施工管理制度嚴密,管理系統(tǒng)先進。
⑥工法和機種呈多樣性。
進入21世紀,上述前3個特點有所發(fā)展變化:
①擴底最大直徑為4700mm(Eagle工法)。
②最大擴底率為4.94(Eagle工法)。
③日本建筑中心在2007-2009年評定的13項擴底樁工法均采用旋挖鉆擴孔鉆進。
樁端壓力注漿樁
樁端壓力注漿樁是指鉆孔、沖孔或挖孔灌注樁在成樁后,通常通過預埋在樁身的注漿管利用壓力作用,將能固化的漿液(諸如純水泥漿、水泥砂漿、加外加劑及摻合料的水泥漿、超細水泥漿、化學漿液等)經(jīng)樁端的預留壓力注漿裝置(諸如預留壓力注漿室、預留承壓包、預留注漿空腔、預留注漿通道、預留的特殊注漿裝置等)均勻地注入樁端地層。
視漿液性狀、土層特性和注漿參數(shù)等不同條件,壓力漿液對樁端土層、中風化與強風化基巖、樁端虛土及樁端附近的樁周土層起到滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結或多種形式的組合等不同作用,改變其物理力學性能及樁與巖、土之間的邊界條件,清除虛土隱患,從而提高樁的承載力以及減少樁基的沉降量。
樁端壓力注漿樁的優(yōu)點:
①保留各種灌注樁的優(yōu)點。
②大幅度提高樁的承載力,技術經(jīng)濟效益顯著。
③采用樁端壓力注漿工藝,可改變樁端虛土的組成結構,形成水泥土擴大頭,可解決普通灌注樁端虛土這一技術難題,對確保樁基工程質量具有重要意義。
④適用范圍廣。
⑤施工方法靈活,注漿設備簡單,便于普及。
大量實測資料表明,與不注漿樁相比,樁端土層對后注漿樁承載力的提高值有著很大影響。樁端土層為粗粒土時極限承載力增幅在50%-260%之間,樁端土層為細粒土時極限承載力增幅在14%-138%之間。進入20世紀90年代后,樁的后注漿技術尤其是樁端壓力注漿技術在國內土木、建筑工程中得到蓬勃發(fā)展。
載體樁
載體樁是指由載體和混凝土樁身構成的樁。它采用柱錘夯擊成孔、反壓護筒跟進成孔的方法,達到設計標高后,分批向護筒內投入碎石和混凝土等填充料,用柱錘反復夯實、擠密。當滿足設計要求的三擊貫入度后,再向護筒填入干硬性混凝土,用柱錘夯實,在樁端形成復合載體。然后放置鋼筋籠、灌注混凝土或直接放置預應力管節(jié)而成。當上部荷載傳遞到樁頂時,荷載通過樁身傳遞到載體,而載體由混凝土、夯實填充料和擠密土體組成,從混凝土、夯實填充料到擠密土體材料壓縮模量逐漸減少,下一層對上一層來說是軟弱下臥層,當荷載傳遞到下層頂時,應力被擴散,從混凝土、夯實填充料到擠密土體,壓力逐漸被擴散、降低,傳遞到持力土層時,壓力小于地基土承載力,滿足承載力要求。與同樁長、樁徑的普通混凝土樁承載力相比,載體樁承載力提高2倍以上。因此土體的密實理論是載體樁技術的核心,壓力擴散理論是載體樁技術的受力原理。