第一講樁基礎(chǔ)施工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1、2000年5月第29卷第5期施工技術(shù)CON STRU CT I ON T ECHNOLO GY編者按本刊從2000年第5期開始舉辦“樁基礎(chǔ)施工”系列技術(shù)講座,由北京市建筑工程研究院教授級(jí)高級(jí)工程師沈保漢先生主講。講座內(nèi)容突出實(shí)用、新穎,重點(diǎn)反映最近10多年來(lái)國(guó)內(nèi)外樁基施工發(fā)展水平。第1講闡述樁基礎(chǔ)施工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向,從第2講起,介紹有關(guān)樁型的基本原理、適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)、施工機(jī)械、施工特點(diǎn)、施工要點(diǎn)、施工工藝及經(jīng)常遇到的問(wèn)題。講座深入淺出,便于讀者推廣應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)提高我國(guó)樁基施工整體水平的愿望。樁的施工類型非擠土樁非擠土灌注樁干作業(yè)法鉆孔擴(kuò)底灌注樁多節(jié)擴(kuò)孔灌注樁螺旋鉆孔灌注樁長(zhǎng)螺旋短螺旋機(jī)

2、動(dòng)洛陽(yáng)鏟成孔灌注樁人工挖孔(擴(kuò)灌注樁泥漿護(hù)壁法反循環(huán)鉆成孔灌注樁鉆斗鉆成孔灌注樁潛水鉆成孔灌注樁正循環(huán)鉆成孔灌注樁鉆孔擴(kuò)底灌注樁套管護(hù)壁法鉆斗鉆成孔灌注樁短螺旋鉆成孔灌注樁貝諾特灌注樁搖動(dòng)式回轉(zhuǎn)式反循環(huán)鉆成孔灌注樁長(zhǎng)螺旋鉆成孔灌注樁部分?jǐn)D土樁部分?jǐn)D土灌注樁M IP工法樁C IP工法樁小樁(I M樁樁側(cè)壓力注漿樁樁端壓力注漿樁沖擊鉆成孔灌注樁P IP工法樁壓注樁(CFA工法樁鉆孔壓漿樁鉆孔壓灌超流態(tài)混凝土樁爆擴(kuò)灌注樁鉆孔擠擴(kuò)灌注樁埋入式樁預(yù)鉆孔埋入式預(yù)制樁中掘施工法樁旋轉(zhuǎn)埋設(shè)施工法樁噴旋式預(yù)制樁打入式開口管樁組合樁擠土樁擠土灌注樁沉管灌注樁靜壓沉管樁振動(dòng)沖擊沉管樁錘擊沉管樁振動(dòng)沉管樁振動(dòng)加壓沉管

3、樁旋轉(zhuǎn)擠壓沉管樁沉管灌注同步樁沉管擴(kuò)底樁夯擊式擴(kuò)底樁西方擴(kuò)底樁福蘭克樁打孔灌注樁得爾塔樁阿爾法樁中國(guó)夯擴(kuò)樁靜壓(振動(dòng)擴(kuò)底樁錘擊振動(dòng)擴(kuò)底樁預(yù)制平底大頭樁長(zhǎng)螺旋擠壓式灌注樁干振灌注樁擠土預(yù)制樁打入式樁沖擊施工法樁蒸汽錘落錘柴油錘筒式導(dǎo)桿式液壓錘振動(dòng)施工法樁靜壓樁圖1樁的施工類型收稿日期2000202216作者簡(jiǎn)介沈保漢(1938,男,浙江余姚人,北京市建筑工程研究院,教授級(jí)高級(jí)工程師,北京市復(fù)興路34號(hào)100039,電話:(01068166316,(01068224422-2328第一講樁基礎(chǔ)施工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向沈保漢(北京市建筑工程研究院,北京100039中圖分類號(hào)TU75313文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼E文

4、章編號(hào)100228498(20000520043203The Presen t Situa tion and D evelop m en t forTechn ique of P ile Founda tion Con structionSHEN B a o2ha n(B eij ing B u ild ing Construction R esea rch Institu te,B eij ing,1000391樁基礎(chǔ)施工技術(shù)現(xiàn)狀111樁的分類樁可按荷載機(jī)理、材料、形狀、直徑(或斷面、長(zhǎng)度、使用性能及樁端支承情況等多種范疇進(jìn)行分類,本節(jié)主要涉及以下3種分類方法。11111按材料分類樁按材料可

5、分為木樁、鋼筋混凝土樁、鋼樁及組合材料樁等。其中,鋼筋混凝土樁又可分為普通鋼筋混凝土樁(簡(jiǎn)稱RC樁,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C15C40;預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁(簡(jiǎn)稱PC樁,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40C80和預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土樁(簡(jiǎn)稱PHC樁,混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C80。鋼樁又可分為鋼管樁、鋼板樁和H型鋼樁。組合材料樁中有鋼管外殼加混凝土內(nèi)壁的合成樁等。11112按形狀分類樁按形狀可分為圓形樁(實(shí)心圓斷面樁、空心圓斷面樁和管樁、角形樁(三角形樁、四角形樁、六角形樁、八角形樁、外方內(nèi)圓空心樁及外方內(nèi)異形空心樁等、異形樁(十字形樁、X形樁、楔形樁、擴(kuò)底樁、樁身擴(kuò)大樁、樹根形樁、梯形樁、錐形樁、T形樁及波紋形錐形樁

6、等、螺旋樁、帶擴(kuò)大頭的鋼筋混凝土預(yù)制樁、多節(jié)樁、多分支承力盤樁、DX樁、凹凸形灌注樁等。11113按施工方法分樁按施工方法可分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁3大類型。再細(xì)分,樁的施工方法超過(guò)300種。施工方法的變化、完善、更新可以說(shuō)是日新月異。樁的部分施工類型如圖1所示。以埋入式樁為例,圖34中僅列出3大類,實(shí)際上細(xì)分可有60種以上類型;泥漿護(hù)壁法鉆孔擴(kuò)底灌注樁的成孔方法亦有40種以上。112常用樁設(shè)樁工藝選擇11211樁型選擇的基本原則簡(jiǎn)言之為:因荷載制宜、因土層制宜、因樁工機(jī)械制宜、因環(huán)境制宜、因造價(jià)制宜及因工期制宜等?？傊?在選擇樁型與工藝時(shí),應(yīng)對(duì)建筑物的特征(建筑結(jié)構(gòu)類型、荷載性質(zhì)、樁

7、的使用功能、建筑物的安全等級(jí)等、地形、工程地質(zhì)條件(穿越土層、樁端持力層巖土特性、水文地質(zhì)條件(地下水類別、地下水位、施工機(jī)械設(shè)備、施工環(huán)境、施工經(jīng)驗(yàn)、各種樁施工法的特征、制樁材料供應(yīng)條件、造價(jià)以及工期等進(jìn)行綜合性研究分析后,并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較,最后選擇經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的樁型和成樁工藝。11212常用樁設(shè)樁工藝選擇參考表綜合國(guó)內(nèi)外施工實(shí)踐編制而成的常用樁設(shè)樁工藝選擇參考表,如表1所示。我國(guó)幅地遼闊,工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件復(fù)雜,東部與中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡,各類工程要求又不相同。大量表1一些常用樁設(shè)樁工藝選擇參考表樁型樁徑或樁寬(mm樁長(zhǎng)(m穿越土層一般粘性土及其填土黃土非自重濕陷自重濕

8、陷季節(jié)性凍土膨脹土淤泥和淤泥質(zhì)土粉土砂土碎石土中間有硬夾層中間有砂夾層中間有礫石夾層樁端進(jìn)入持力層硬粘性土密實(shí)砂土碎石土軟質(zhì)巖石和風(fēng)化巖石地下水位以上以下對(duì)環(huán)境影響振動(dòng)和噪音排漿孔樁底有無(wú)擠密長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁300150030××××低無(wú)無(wú)短螺旋鉆孔灌注樁300300080××××低無(wú)無(wú)小直徑鉆孔擴(kuò)底灌注樁(干作業(yè)樁身300600擴(kuò)大頭800120030××××××低無(wú)無(wú)機(jī)動(dòng)洛陽(yáng)鏟成孔灌注樁27050020××××&

9、#215;××中無(wú)無(wú)人工挖(擴(kuò)孔灌注樁800400040無(wú)無(wú)無(wú)潛水鉆成孔灌注樁450450080×××低有無(wú)鉆斗鉆成孔灌注樁800150060×××××低有無(wú)反循環(huán)鉆成孔灌注樁4004000150××低有無(wú)正循環(huán)鉆成孔灌注樁400250050×××低有無(wú)大直徑鉆孔擴(kuò)底灌注樁(泥漿護(hù)壁樁身8004100擴(kuò)大頭1000438070××××低有無(wú)貝諾特灌注樁600300090低無(wú)無(wú)沖擊成孔灌注樁600200050

10、××中有無(wú)樁端壓力注漿樁400200080××低有無(wú)無(wú)鉆孔壓漿樁40080030×××低無(wú)有錘擊沉管成孔灌注樁27080035××高無(wú)有振動(dòng)沉管成孔灌注樁27070050×××高無(wú)有振動(dòng)沖擊沉管成孔灌注樁27050025高無(wú)有夯擴(kuò)樁32553025×××中無(wú)有福蘭克樁32560020×中無(wú)有擠擴(kuò)多分支承力盤灌注樁樁身300800承力盤700200043×××××低有無(wú)有預(yù)鉆孔打入式預(yù)制樁

11、300120070低有無(wú)有中掘施工法樁300150080××低有有打入式鋼管樁(開口300150080高無(wú)有打入式RC樁25080060××高無(wú)有打入式管樁300100060××高無(wú)有靜壓樁30060070××××無(wú)無(wú)有注:表中符號(hào):O2表示比較適合,即在大多數(shù)情況下適合,施工實(shí)績(jī)較多;2表示有可能采用,或在某些情況下適合,或施工實(shí)績(jī)不多;×2表示不宜采用,或在大多數(shù)情況下不適合,或幾乎沒(méi)有施工實(shí)績(jī)。表中設(shè)樁工藝選擇的可能性及樁徑、樁長(zhǎng)參數(shù)會(huì)隨著設(shè)樁工藝進(jìn)步而有所突破或變化。鉆機(jī)、成孔

12、機(jī)的成孔深度往往比實(shí)際樁長(zhǎng)大得多,如正、反循環(huán)鉆機(jī)最大鉆孔深度分別可達(dá)到600m和650m,但最大樁長(zhǎng)分別為50m和150m。44施工技術(shù)第29卷施工實(shí)踐表明,我國(guó)常用的各種樁型從總體上看,具有以下特點(diǎn):大直徑樁與普通直徑樁并存;預(yù)制樁與灌注樁并存;非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁并存;在非擠土樁中鉆孔、沖抓成孔和人工挖孔法并存;在擠土樁中錘擊法、振動(dòng)法和靜壓法并存;在部分?jǐn)D土灌注樁的壓漿工藝工法中前注漿樁與后注漿樁并存;先進(jìn)的、現(xiàn)代化的工藝設(shè)備與傳統(tǒng)的、較陳舊的工藝設(shè)備并存;等等。由此可見,各種樁型在我國(guó)都有合適的土層地質(zhì)、環(huán)境與需求,也有發(fā)展、完善與創(chuàng)新的條件。任何一種樁型都不是萬(wàn)能的,都有其

13、適用范圍,關(guān)鍵在于找到切入點(diǎn),揚(yáng)長(zhǎng)避短;再好的樁型只要在施工中不注意質(zhì)量或超過(guò)其適用范圍,就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題甚至造成重大事故及經(jīng)濟(jì)損失。2樁基礎(chǔ)施工技術(shù)發(fā)展方向在面向21世紀(jì)之際,樁基礎(chǔ)施工技術(shù)發(fā)展中至少有以下一些動(dòng)向值得人們關(guān)注:211樁的尺寸向長(zhǎng)、大方向發(fā)展基于高層、超高層建筑物承載的需要,樁徑越來(lái)越大,樁長(zhǎng)越來(lái)越長(zhǎng)。歐美及日本的鋼管樁長(zhǎng)度已達(dá)100m以上,樁徑超過(guò)2500mm;上海金茂大廈鋼管樁樁端進(jìn)入地面下80m 的砂層,樁徑為91414mm;溫州地區(qū)靜壓式鋼筋混凝土預(yù)制樁長(zhǎng)度已達(dá)70m以上,樁斷面達(dá)600mm×600mm;鄭州某工程反循環(huán)鉆成孔灌注樁直徑為10001100mm

14、,樁長(zhǎng)7716m;南京長(zhǎng)江二橋主塔墩基礎(chǔ)反循環(huán)鉆成孔灌注樁直徑為3000mm,深度150m;廈門某工程人工挖孔樁長(zhǎng)度為73m,樁徑118m。212樁的尺寸向短、小方向發(fā)展基于老城區(qū)改造、老基礎(chǔ)托換加固、建筑物糾偏加固、增層以及補(bǔ)樁等需要,小樁及錨桿靜壓樁技術(shù)日趨成熟。小樁(又稱為微形樁或I M樁實(shí)質(zhì)上是小直徑壓力注漿樁,樁徑為70250mm,樁長(zhǎng)為820m。錨桿靜壓樁的斷面為200mm×200300mm×300mm;樁段長(zhǎng)度取決于施工凈空高度和機(jī)具情況,為110310m,樁入土深度330m。213向攻克樁成孔難點(diǎn)方向發(fā)展以日本為例,成立由64家基礎(chǔ)公司組成的巖層削孔技術(shù)協(xié)會(huì)

15、,研究開發(fā)出20余種大直徑巖層削孔工法,其中長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)成孔法3種、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔法5種、沖擊鉆進(jìn)成孔法7種以及全套管回轉(zhuǎn)掘削法9種。國(guó)內(nèi)也有不少單位成功地研究開發(fā)出巖層鉆進(jìn)成孔法及大三石層(大卵礫石層、大拋石層和大孤石層鉆進(jìn)成孔法。214向低公害工法樁方向發(fā)展筒式柴油錘沖擊式鋼筋混凝土預(yù)制樁雖然具有樁身質(zhì)量較可靠、施工速度快及承載力高等優(yōu)點(diǎn),但由于其施工時(shí)噪聲高、振動(dòng)大和油污飛濺(三者統(tǒng)稱為一次公害等缺點(diǎn),在城區(qū)的住宅群及公共建筑群等施工中受到很大限制,為此靜壓式鋼筋混凝土預(yù)制樁施工技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到業(yè)主的青睞,國(guó)外已顯現(xiàn)出用液壓打樁錘取代筒式柴油錘的趨勢(shì)。泥漿護(hù)壁法鉆、沖孔灌注樁在地下水位高的軟土

16、地區(qū)雖然被較廣泛地采用,但由于泥漿的使用使施工現(xiàn)場(chǎng)不文明,泥漿排除(稱為二次公害的困難,成為施工者頭痛之事。因此鉆斗鉆成孔灌注樁,因其干取土作業(yè)加之所使用的穩(wěn)定液由專用的倉(cāng)罐貯存,現(xiàn)場(chǎng)較為文明,在日本建筑業(yè)界此類樁型已成為泥漿護(hù)壁灌注樁的主力樁型,國(guó)內(nèi)此類樁型的采用亦日趨增多。貝諾特灌注樁由于環(huán)保效果好(噪聲低、振動(dòng)小、無(wú)泥漿污染與排放、施工現(xiàn)場(chǎng)文明,在海內(nèi)外廣泛采用,我國(guó)香港地區(qū)此類樁型的市場(chǎng)份額約占45%,昆明、溫州及北京地區(qū)10余個(gè)工程已成功地采用此類樁型。215向擴(kuò)孔樁方向發(fā)展北京地區(qū)普通直徑鉆孔擴(kuò)底灌注樁(樁身直徑013 014m、擴(kuò)底直徑018112m的靜載試驗(yàn)結(jié)果表明,與相同樁身

17、直徑的直孔樁相比,前者的極限荷載為后者的117710倍,前者的單位樁體積的極限荷載為后者的114310倍。大直徑鉆(挖孔擴(kuò)底樁具有承載力高、成孔后出土量少、承臺(tái)面積小等顯著優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)的鉆孔擴(kuò)底樁種類有20種以上,日本的大直徑鉆擴(kuò)樁工法近30種。擴(kuò)孔的成型工藝除鉆擴(kuò)外,還有爆擴(kuò)、夯擴(kuò)、振擴(kuò)、錘擴(kuò)、壓擴(kuò)、沖擴(kuò)、注擴(kuò)、擠擴(kuò)和挖擴(kuò)等種類。216向異型樁方向發(fā)展為了提高單樁承載力(樁側(cè)摩阻力和樁端阻力國(guó)內(nèi)外大量發(fā)展異型樁。廣義地說(shuō),異型樁包括橫向截面異化樁和縱向截面異化樁。擠擴(kuò)多分支承力盤樁是由樁身、分支、分承力盤和樁根等部分組成的縱橫斷面均異化的異型樁,其單位樁體積的極限荷載為相

18、應(yīng)的直孔樁的2倍以上。217向埋入式樁方向發(fā)展鋼筋混凝土預(yù)制樁和鋼樁的設(shè)樁工藝有打入式、壓入式(靜壓式和埋入式3種。前面提到筒式柴油錘沖擊式(打入式施工中存在一次公害。打入式和壓入式設(shè)樁工藝在施工中產(chǎn)生擠土效應(yīng),使地基土隆起和水平擠動(dòng),不同程度地對(duì)鄰近建筑物和地下管線產(chǎn)生不良影響。為了消除一次公害和擠土效應(yīng),日本在近20多年來(lái)開發(fā)出埋入式樁工法,共有60余種。所謂埋入式樁工法是將預(yù)制樁沉入到鉆成的孔中后,采取某些手段增強(qiáng)樁承載力的工法的總稱。北京地區(qū)采用的植樁法,即先用長(zhǎng)螺旋鉆成孔,穿過(guò)硬夾層或可液化層,然后將預(yù)制樁放入孔內(nèi),最后錘擊沉樁使樁端進(jìn)入設(shè)計(jì)要求的持力層。218向組合式工藝樁方向發(fā)展由于承載力的要求、環(huán)境保護(hù)的要求及工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件的限制等,采用單一工藝的樁型往往滿足不了工程要求,實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)組合式工藝樁。例如,鉆孔