變截面及異形灌注樁

第五節(jié)變截面及異形灌注樁1鉆孔擴底樁概述鉆孔擴底樁是在用各種回轉(zhuǎn)鉆機正常成孔后，用專門的擴底鉆頭將其底部擴大，然后下設鋼筋籠、澆筑混凝土所形成的灌注樁。鉆孔擴底樁的上部呈圓柱形，底部呈圓臺形。在樁基設計中，為了增加單樁的樁端承載力，采用擴底樁是一種經(jīng)濟有效的方法。鉆孔擴底灌注樁的擴底方法可分為正循環(huán)鉆擴底法、反循環(huán)鉆孔擴底法和螺旋鉆孔擴底法三種。反循環(huán)鉆孔擴底法適用于可塑至硬塑狀態(tài)的粘性土、粉土、中密至密實砂土和碎石土層；螺旋鉆孔擴底法適用于地下水位以上的一般粘性土、紅粘土、粉土、濕陷性黃土和密實的砂土層。正循環(huán)鉆孔時的泥漿上返流速較小，故只適合在細顆粒地層中擴孔，且擴孔直徑較小。裝有硬質(zhì)合金滾刀的擴孔鉆頭也可在基巖中擴孔（見圖8-5-4）。擴底直徑為樁徑的1.5?3.0倍，最大擴底直徑為4m。樁底擴大頭的邊坡線與垂直線間的夾角一般不大于14°,即邊坡坡度不小于4：1。鉆孔擴底樁施工具有以下特點：①只有在穩(wěn)定地層才能進行擴底；②可以進行單節(jié)擴底和多節(jié)擴底；③必須使用專門的擴底鉆頭；④一般鉆孔深度較淺。設備和機具鉆機擴底方法依賴于回轉(zhuǎn)鉆進方法，故其使用的鉆機與前述回轉(zhuǎn)鉆進所用的鉆機相同。當采用液壓擴孔鉆頭時，需要增加配套的液壓系統(tǒng)。擴底鉆頭目前國內(nèi)外擴底鉆頭的類型較多；按擴底刀具的驅(qū)動力不同，可分為自重式、油壓下開式、滑降式、推出式式、水壓式三大類；按擴底刀具的開閉方式不同，有上開式、等類型（見圖8-5-1）。下開式、滑降式、推出式(c)(a)(b)開閉(d)圖(c)(a)(b)開閉(d)圖8-5-1擴底鉆頭開閉方式示意圖（a）上開式；（b）下開式；（c）滑降式；（d）推出式（1）自重式擴底鉆頭自重式擴底鉆頭由導向套、導向軸、上盤、下盤、限位盤、翼片、連桿、銷軸等部83

件組成；導向套與鉆桿相連，連桿和擴孔翼片分別與導向套和導向軸鉸接；導向軸可在導向套內(nèi)上下滑動，從而帶動擴孔翼片橫向伸縮（見圖8-5-2）。擴孔鉆頭下降時，導向軸和下盤在自重作用下下移，翼片收攏；下盤接觸孔底后，鉆桿在重力作用下向下推壓導向套，從而迫使翼片張開。邊張開翼片邊旋轉(zhuǎn)即可實現(xiàn)擴孔。提升鉆具時，在下盤自重作用下翼片又可自動收回。這類擴孔鉆頭結構簡單，操作方便，但只能用于孔底擴孔，不能進行多節(jié)擴孔，且遇阻、遇圖8-5-2自重式擴孔鉆頭圖8-5-3圖8-5-2自重式擴孔鉆頭圖8-5-3油壓式擴孔鉆頭（2）油壓式擴底鉆頭油壓式擴底鉆頭由中心管、雙向油缸、翼板、連桿等部件組成。它靠油壓千斤頂活塞桿的伸縮帶動擴孔刀具張開或收攏。這類擴孔鉆頭的精度高，可施工多節(jié)擴底樁；但結構復雜，加工困難，成本較高（見圖8-5-3）。（3）水壓式擴底鉆頭水壓式擴底鉆頭的結構與油壓式擴底鉆頭相似，它是靠鉆孔沖洗液的壓力推動活塞下移來實現(xiàn)擴孔刀具的張開；擴孔完畢后靠彈簧的拉力收攏擴刀。圖8-5-4基巖擴底滾刀鉆頭1.3擴底施工要點圖8-5-4基巖擴底滾刀鉆頭1.3.1正、反循環(huán)鉆孔樁擴底（1）擴底鉆頭的最大擴孔直徑應與設計擴底直徑一致。當采用自重式擴底鉆頭時，翼片張開后的高度和坡度還必須與設計擴底形狀一致。（2）下擴底鉆頭之前應檢查擴底鉆頭翼板的張開和收攏是否靈活。（3）擴底鉆頭下到孔底后，應先保持空轉(zhuǎn)不進尺，然后逐漸張開擴刀切土擴底。（4）擴底速度不宜過快，并注意控制鉆機扭矩在鉆頭強度允許的范圍內(nèi)。（5）擴底時應保持泥漿循環(huán)，并適當調(diào)高泥漿的密度和粘度，泥漿流量應與排渣量相適應，正循環(huán)排渣流量不宜小于120m3/h；擴底轉(zhuǎn)速一般為10r/min?20r/min。（6）擴底完畢后，應繼續(xù)空轉(zhuǎn)和循環(huán)泥漿一段時間，以清除孔底沉渣。（7）粘土、粉土、碎石層擴孔可采用一般刮刀擴孔鉆頭，卵石和巖石地層應采用84

滾刀擴孔鉆頭擴孔。1.3.2螺旋鉆孔樁擴底（1）螺旋鉆孔擴底樁由樁身、擴大頭和樁根組成，如圖8-5-5所示。由于螺旋鉆孔是干作業(yè)，擴孔時的鉆渣不能及時排出，故必須在鉆孔底部留出一段暫存擴孔鉆渣的空間，不能將擴大頭置于樁的最底端。（2）用螺旋鉆具鉆完樁孔后，提出螺旋鉆具，將擴底工具下至設計深度的持力層中進行擴底，形成擴大頭空腔，擴底時切下的渣土集中到下部的樁根空腔內(nèi)。（3）再把帶有取土裝置的螺旋鉆具下到樁根部位旋轉(zhuǎn)，將集中在此處的渣土取出，清底后再鉆深100mm，樁根應不留虛土。（4）擴底應分次進行，每次剝土量應根據(jù)樁根空腔體積確定，滿腔后將擴底工具提出，再下螺旋鉆具取土。（5）擴底位置和形狀，應在鉆機設專門標志線進行檢查。（6）遇漂石應暫停擴底，待用其他方法取出漂石后圖8-5-5螺旋鉆孔擴底樁構造圖8-5-5螺旋鉆孔擴底樁構造2鉆孔擠擴樁基本原理鉆孔擠擴樁也稱多分支承力盤灌注樁，簡稱DX樁。它是在普通鉆孔灌注樁基礎上發(fā)展起來的一種新型變截面樁。鉆孔擠擴樁是在鉆（沖）孔完成后，向孔內(nèi)下入專用的擠壓擴孔裝置，通過地面液壓站控制該裝置擴張和收縮，在孔壁的不同深度和部位擠壓出多個三角形岔腔和（或）環(huán)狀溝槽，然后放入鋼筋籠、灌注混凝土形成的一種在樁身上帶有多個分支和多個承力盤的“狼牙棒”形灌注樁。這種樁由樁身、分支、承力盤組成，并共同承載（見圖8-5-6）。擠擴樁的特點（1）單樁承載力高。擠擴樁的單樁承載力由樁身承載力和多個分支、承力盤承載力組成，與圓柱形灌注樁相比，承載面積和與基土的作用范圍增大很多；其每1m3混凝土的平均圖8-5-6擠擴樁示意圖1一樁身；2—分支；3一承力盤;4一被擠密的土承載力大于圖8-5-6擠擴樁示意圖1一樁身；2—分支；3一承力盤;4一被擠密的土85的抗水平推切和抗拔能力。(2)節(jié)省材料。在同等承載力情況下，樁長僅為普通灌注樁的1/2?1/3,可節(jié)省30%左右的材料。(3)在成型分支和承力盤時，施工機具對樁周土體有壓密作用，改善了基土的性質(zhì)，提高了地基的強度和穩(wěn)定性，增大了摩阻力和端承力，使地基成為復合地基，能更好地發(fā)揮樁土共同承載的作用。(4)在擠擴施工的過程中，可進一步了解地層的厚薄、軟硬情況；從而可正確選擇持力層位置和調(diào)整擠擴設計，保證單樁承載力充分滿足設計要求。(5)可對直孔部分的成孔質(zhì)量(孔徑、孔深及垂直度的偏差等)進行第二次定性檢測。(6)施工速度快，成本低；可縮短工期30%,節(jié)省資金20%?30%。(7)適應性強?？稍诙喾N土層中成樁，不受地下水位的限制，承載力適用范圍大。(8)施工機械化程度高，無振動，無噪音，操作維修方便，勞動強度低。適用范圍擠擴樁主要適用于第四紀土層較厚，以粘性土為主的土層，也可在粉土、砂土、黃土、殘積土層中應用；但要求土層有一定的承載力，容易擠壓成形，因此不適合于淤泥質(zhì)土、較密實的中粗砂層、卵礫石層及液化砂土層。泥漿護壁、干作業(yè)及重錘搗擴成孔灌注樁均可利用擠擴工藝提高其承載力。當樁身為長螺旋鉆成孔樁時，適用樁徑為300mm?600mm,樁長最大可達31.5m；當樁身為泥漿護壁成孔樁時，適用樁徑為400mm?800mm,樁長最大可達43m。擠擴直徑與樁身直徑之比為1.8?2.6。下列情況不能采用擠擴樁：①有深厚的淤泥及淤泥質(zhì)粘土層，在樁長范圍內(nèi)無適合擠擴的土層；②基巖埋深較淺，地表下的軟土層較薄，或兩者之間雖有硬土層，但其厚度過小；③由于有承壓水而無法成直孔時。構造與布置擠擴灌注樁的造型、尺寸、分支與承力盤的數(shù)量根據(jù)上部建筑物的荷載、結構形式、地質(zhì)情況及所使用的擠擴器具而定經(jīng)，地質(zhì)報告中的土質(zhì)分層必須準確。通常一個擠擴過程可沿樁徑方向擠擴出2?4個對稱的岔腔，腔內(nèi)灌注混凝土后即成為樁身的分支。每層分支的數(shù)量有2個、2n個、3個、3n個等形式。承力盤由多個不同方向的分支連接而成，擠擴工具和方法相同；當采用三臂擠擴裝置施工時，需經(jīng)過7個擠擴過程，擠壓出21個岔腔連通成環(huán)狀腔體，灌注混凝土后即形成樁徑局部擴大的承力盤。按分支和承力盤的布置不同，擠擴樁有多節(jié)分支、多節(jié)承力盤和分支與承力盤組合等類型。不同樁徑的分支、承力盤間距可按表8-5-1采用。承力盤之間及承力盤與分支之間的間距不宜小于2D,分支之間的間距不宜小于1.5D(D為承力盤與分岔的直徑)，一般為2m左右，上下節(jié)分支的方向應錯開。擠擴灌注樁的最小中心距一般取(1.5?2.3)D或D+1m。擠擴灌注樁采用C20或C25混凝土，鋼筋籠長度不小于樁長的1/2,配筋率為0.4%?0.6%,主筋用①12?①16,箍筋用①8?①10,間距100?200mm，另設加強箍筋。86表8-5-1 不同樁徑的分支與承力盤間距項次樁徑d(mm)分支與承力盤的間距（中距）1①4263d?6d2①6004d?5d3①8003d?4d注：當?shù)刭|(zhì)條件較好時，間距也可適當減小。分支與承力盤的設置原則（1）承力盤應設置在可塑?硬塑狀態(tài)的粘性土、或中密?密實狀態(tài)的粉土中，底承力盤也可設置在中密?密實狀態(tài)的卵礫石層、強風化巖或殘積土層的上層面上。設置承力盤的硬土層厚度宜大于3d（d為樁身直徑），且各承力盤下2d深度范圍內(nèi)不應有軟弱下臥層。（2）分支的作用：①作為豎向承載力的補充；②增加樁的整體剛度；③在樁身上部的較硬土層中設置分岔以增加對水平荷載的抗力；④當某些地層設承力盤可能引起塌孔時可改設分支，因擠擴次數(shù)減少且各岔腔互不連通。設置分支時的地層選擇原則基本上與承力盤相同，但設置分支的硬土層厚度宜大于2d,且各分支以下1d深度范圍內(nèi)不得有軟弱下臥層。擠擴裝置擠擴樁的直孔施工設備與鉆孔灌注樁相同，根據(jù)工程情況采用潛水鉆機、正循環(huán)鉆機、反循環(huán)鉆機、沖擊鉆機、螺旋鉆機、旋挖鉆機均可。擠擴裝置是擠擴樁的專用施工設備，下面以DX型擠擴裝置為例介紹其結構和性能。DX型擠擴裝置的組成和技術性能DX型擠擴裝置由機頭、聯(lián)接器、電腦液壓控制系統(tǒng)及車載系統(tǒng)等組成，如健-5-7所示。機頭由雙單向液壓油缸裝置、三岔擠擴弓壓臂、液壓定位裝置、液壓旋轉(zhuǎn)裝置、壓力傳感器、角度傳感器、位移傳感器等組成。如圖8-5-8所示。聯(lián)接器包括油管、鋼絲繩和自動解力裝置，起到柔性連接的作用。DX型擠擴裝置主要技術性能見表8-5-2。DX型擠擴裝置特性①在擠擴過程中，雙向液壓油缸相對位移，3個弓壓臂在呈傘形張開時，其外端點只作水平運動而無上下運動，可保證孔壁被擠壓處上下受力一致，壓坑不會垮塌或掉土；在孔底擠擴時，可切換閥門，使雙向油缸變?yōu)閱蜗蛴透?，將孔底虛土壓實。②在擠擴過程中，三岔式弓壓臂的上下表面形狀使三個壓坑表面成“屋脊”狀而不塌孔，并保證弓壓臂擠擴后能順利回位。③當樁身較長時，擠擴裝置與吊車之間采用鋼絲繩柔性連接；當樁較短時可采用半剛性連接。④液壓定位裝置可保證擠擴裝置在對中狀態(tài)下工作。⑤液壓定位、旋轉(zhuǎn)裝置可連續(xù)重復實施擠擴f回位f旋轉(zhuǎn)f定位f擠擴f回位動作，自動完成3n岔腔或環(huán)狀空腔成型。87

⑥壓力、角度和位移傳感器能準確反映擠擴裝置作用在地層上的壓力、擠擴角度、擠擴深度、旋轉(zhuǎn)角度和樁孔深度，從而能夠全面了解工作情況和擠擴效果，便于控制施工質(zhì)量。⑦電腦自控液壓系統(tǒng)可對擠擴裝置進行全自動控制并自動記錄擠擴過程的參數(shù)值。⑧擠擴裝置的三個弓壓臂為等角度布置，工作時三個方向同時受力，受力均勻，工作穩(wěn)定。圖8-5-7DX型擠擴裝置車載系統(tǒng)1-擠擴裝置圖8-5-7DX型擠擴裝置車載系統(tǒng)1-擠擴裝置2-控制系統(tǒng)3-泵站4-履帶式起重機5-油管6-鋼絲繩1-三岔擠括弓壓臂2-雙單向液壓油泵3-旋轉(zhuǎn)裝置4-定位裝置5-油管6-鋼絲繩7-液壓傳感器表8-5-2 DX型擠擴裝置主要技術性能設備型號參數(shù) —...98-400型98-600型適應擠擴的直孔直徑(mm)400?600600?800弓壓臂收回最小尺寸(mm)380580弓壓臂伸出最大尺寸(mm)10801550弓壓臂寬度(mm)130?160200?240擠擴最大尺寸時兩壁夾角(°)7070液壓系統(tǒng)額定工作壓力(MPa)2525油缸推力(kN)12562266油泵流量(L/min)36.763電機功率(kW)18.53788擠擴樁施工方法施工程序擠擴樁的直孔成孔、清孔、鋼筋籠制作安裝及混凝土澆筑方法與一般灌注樁相同，分支和承力盤的擠擴施工程序如下：(1)采用泥漿護壁或干作業(yè)鉆成直孔，成孔后進行第一次孔底沉渣清理；(2)用吊車將擠擴裝置放入孔中；(3)按設計位置，自上而下依次擠擴形成分岔及環(huán)狀承力盤腔體；(4)移走擠擴裝置；(5)檢查鉆孔孔形、分岔與盤腔體的位置與尺寸，第二次清理孔底沉渣；(6)下設鋼筋籠；(7)下設混凝土澆筑導管，澆筑水下混凝土；(8)，拔出導管、護筒，成樁；操作要點及注意事項(1)對一般粘性土，油壓控制在6MPa?7MPa；對堅硬密實砂土為20MPa?25MPa。(2)若無自動旋轉(zhuǎn)、定位裝置，可在壓完一個分支后，用短鋼管插入分支器上部連接管上的插孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)一定的角度，在同一高程上繼續(xù)擠壓下一個分支。(3)擠擴施工可能造成孔壁局部變形和孔底沉渣增加，所以擠擴之后一定要修整孔壁和進行第二次清孔。(4)由于擠擴施工對地層要施加很大的側(cè)壓力，故當樁距小于3.5倍樁徑時，應采用間隔跳打的施工方法，以免造成塌孔和影響樁身質(zhì)量。(5)樁的分支未配鋼筋，靠混凝土的剪力傳遞壓力，因此該處的混凝土要保證密實，澆筑過程中應嚴格控制坍落度，并勤活動導管插搗混凝土。(6)施工中如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)變化、承載力不夠時，應根據(jù)具體情況加深主樁或增加分支、承力盤的數(shù)量。3錘擊擴底灌注樁基本原理錘擊擴底灌注樁又稱夯擴灌注樁，它是在錘擊沉管灌注樁的基礎上加以改進，增加了一根與外樁管長度基本相同的內(nèi)夯管，以代替混凝土預制管靴與外管同步打入設計深度，采用錘擊的方式擠壓孔底的混凝土和地基，在樁底形成擴大頭的一種樁型。由于增大了樁端支承面積，擠密了樁端土，使樁的承載力有較大幅度的提高；同時樁身混凝土在內(nèi)夯管的壓力作用下成型，使樁身質(zhì)量得以保證。特點及適用范圍夯擴灌注樁主要有以下特點：(1)單樁承載力高，一般可達1100kN。(2)可消除一般灌注樁易出現(xiàn)的縮頸、裂縫、不密實、回淤等缺陷，質(zhì)量可靠。(3)工藝合理，經(jīng)濟實用，工程造價比一般混凝土灌注樁降低30%?40%。(4)施工設備簡單，上馬快，操作方便。夯擴灌注樁適用于一般粘性土、粉土、黃土、淤泥質(zhì)土；也可用于有地下水的情況；89可在20層以下的高層建筑基礎中應用。夯擴灌注樁的樁徑一般為300mm?400mm，最大樁長為20m。機具設備夯擴樁施工設備是由沉管灌注樁施工設備改裝而成，主要有機架、樁錘、外管、內(nèi)夯管、行走機構等組成部分。另配2臺2t慢速卷揚機作拔管用。機架有井式、門式和桅桿式等形式；樁錘一般采用柴油錘，柴油錘又有導桿式和筒式之分。常用的DD型柴油樁錘有1.8、2.5、4.0t等規(guī)格，多用1.8t的樁錘。行走機構一般為走管式，少數(shù)為走軌式和履帶式。外管一般用直徑325mm或377mm無縫鋼管。內(nèi)夯管直徑一般為219mm,壁厚10mm；內(nèi)管長度比外管短100mm?200mm，土質(zhì)較好、地下水位較低時取小值，反之取大值。內(nèi)管頂部帶有直徑大于外管直徑的環(huán)形蓋板，沉管時用以帶同外管一起下沉。內(nèi)夯管底端可采用封閉錐底，也可采用封閉平底。施工工藝施工程序（見圖8-5-8）（1）在樁位處按要求放置厚度100mm?200mm的同等級干硬性混凝土。（2）將內(nèi)外管套疊對準孔位同步打入土中至設計深度。（3）拔出內(nèi)夯管，向外管內(nèi)灌入第一批混凝土，高度為H。（4）將內(nèi)夯管放回外管內(nèi)壓在混凝土面上，將外管拔起h高度（h<H=，一般為0.6m?1.0m。（5）用樁錘通過內(nèi)夯管將外管內(nèi)的混凝土擠出管外，直至外管底端接近設計樁底深度，形成擴大的端部。如需第二次夯擴，則重復（3）?（5）步驟。（6）拔出內(nèi)夯管，在外管內(nèi)灌入第二批混凝土，直至樁身所需要的高度。（7）放入鋼筋籠，插入內(nèi)夯管緊壓管內(nèi)的混凝土，邊壓邊徐徐拔起外管。（8）將雙管同步拔出地面，則成樁過程完畢。圖8-5-8夯擴灌注樁施工程序圖a—內(nèi)外管同步夯入土層；b一提出內(nèi)管，澆注第一批混凝土；c一插入內(nèi)管提升外管；d一夯擴；e—提出內(nèi)管，灌注第二批混凝土；f一插入鋼筋籠和內(nèi)管；g一拔出內(nèi)外管成樁。90

施工要點(1)沉管過程中，外管封底可采用干硬性混凝土或無水混凝土，經(jīng)夯擊形成阻水、阻泥管塞，其高度一般為100mm。當無地下水時，也可不采取上述封底措施。(2)樁的長度較大或需配置鋼筋籠時，樁身混凝土宜分段灌注；拔管時內(nèi)夯管和樁錘應施壓于外管中的混凝土頂面，邊壓邊拔。(3)施工前應進行試成樁，詳細記錄混凝土的分次灌入量、外管上拔高度、內(nèi)管夯擊次數(shù)、雙管同步沉入深度，并檢查外管的封底情況，經(jīng)核實后作為施工控制的依據(jù)。(4)樁端擴大頭進入持力層的深度不小于3m；當采用2.5t錘施工時，每根樁的夯擊次數(shù)應不少于50錘，當不能滿足此錘擊數(shù)時，須再投料一次。(5)夯擴樁混凝土配合比應按設計強度等級確定；混凝土的坍落度，擴大頭部分宜為1cm?3cm,樁身部分宜為10cm?14cm。(6)夯擴樁的樁端入土深度應以設計樁底標高和錘擊貫入度進行雙標準控制，一般情況應以貫入度控制為主，以設計標高控制為輔。(7)施工時應按下面的順序施打：①可采用橫移退打的方式，自中間向兩端對稱進行，或自一側(cè)向單一方向進行；②根據(jù)基礎設計標高，按先深后淺的順序進行；③根據(jù)樁的規(guī)模，按先大后小、先長后短的順序進行；④當持力層埋深起伏較大時，按深度分區(qū)進行施工。樁端擴大頭平均直徑計算(圖8-5-9)一次夯擴:D1一次夯擴:D1=d0H+H+h—C—C⑵二次夯擴：d2二d0r 2h； 1 2 (G)式中：D］、D2——第一、二次夯擴擴大頭的平均直徑；d0——外管內(nèi)徑；H1、H2——第一、二次夯擴工序中外管內(nèi)混凝土灌注高度；A、h2——第一、二次夯擴工序中外管上拔高度，可取h『H1/2,h2=H2/2；a—外管內(nèi)灌注第一批混凝土；b一外管拔起a—外管內(nèi)灌注第一批混凝土；b一外管拔起h高度并插入內(nèi)夯管;c一內(nèi)夯管夯擴在樁底形成大頭914異形截面灌注樁4.1概述異形截面灌注樁是指非圓截面灌注樁，如條形樁、丁字樁、工字樁、十字樁等。這是一種在泥漿護壁條件下，用專用挖槽機械成孔，然后整體下設鋼筋籠并澆筑混凝土形成的大型灌注樁。異形截面樁是地下連續(xù)墻技術在樁基工程中的應用，它適用于各種建筑物，能適應各種承載力要求。最簡單的異形截面樁是條形樁，其截面寬度為0.6m?1.2m,截面長度為2.2m?7.0m,最小長寬比為2.0,最大長寬比可達10.0以上。其他截面形狀均由條形截面變換而來，但并非幾個條形樁的簡單拼湊，而是整個截面的鋼筋和混凝土均須連成一體。異形截面灌注樁的截面形式、布置和結構見圖8-5-10和圖8-5-11。圖8-5-10異形截面樁的布置及截面形式a—圖8-5-10異形截面樁的布置及截面形式a—條形樁平行布置；b—條形樁輻射形布置；c—工字形獨樁；d—十字形獨樁圖8-5-11北京地鐵某車站的十字形截面灌注樁我們知道在面積一定的情況下，圓的周長最小，正方形較大，長方形更大。在樁基工程中，在使用同樣數(shù)量的混凝土條件下，長方形的樁能獲得更大的側(cè)面積以及側(cè)面摩阻力，提高了摩擦樁的承載力。用異形樁代替圓樁，如保持承載力不變，則可節(jié)約10%?30%的混凝土，施工效率提高5?10倍；如保持截面積不變，則樁周面積和樁側(cè)摩阻承載力可增加1.2?2.5倍。此外，矩形斷面的抗彎剛度比圓形斷面大，而且在兩個互相垂直的方向上具有不同的抗彎剛度。我們可以利用這一特性，合理布置條樁的位置和方向，既可保證工程安全，又可節(jié)省混凝土，降低工程造價。天津某科貿(mào)大廈原設計為圓樁方案，后改為條樁方案，兩方案的對比情況見表8-5-3。92表8-5-3 條樁和圓樁技術經(jīng)濟指標對比表類別根數(shù)斷面(m)效樁長m混凝土量m3單樁承截力kN單位混凝土承載力kN/m工期條樁542.5X0,6241944750(?8500292-3611臺抓斗31天圓樁182①0.824218422001836臺鉆機30天異形截面樁的布置和結構形式可根據(jù)具體條件和實際需要靈活掌握。用1?4根條樁代替多根圓樁可減少承臺尺寸，提高整體剛度和水平承載力。大直徑圓樁可用多根條樁代替；也可用多翼單樁(十字樁、工字樁等)代替，可做成一柱一樁形式，在承載力和抗彎剛度相同的情況下，同樣可以節(jié)省大量的材料和費用。條樁結構簡單，容易施工；多翼樁結構緊湊，整體性較好，可根據(jù)具體情況選擇。在滿足使用要求的前提下，應盡量采用條樁。異形截面灌注樁適用于除漂石層外的各種土層，特別適用于較密實的粘性土、粉土、砂土和碎石土層，也可以嵌入風化基巖。樁的截面積一般為1.5m3?12.0m3,樁周長度一般為6m?20m,最大成樁深度可達50m以上。異形截面樁主要用作建筑物、橋梁和其他結構物的大型樁基礎，也可用作大型抗滑樁和大型擋土、防沖排樁。到目前為止，我國僅條樁就已建成2000多根，澆注水下混凝土約8萬m3,約相當于直徑0.8m的圓樁7000多根。最大條樁斷面積已達8.4m2,深度已達到53.2m。北京新建的幾條高速路和城市快速路都使用了很多條樁。施工特點(1)在泥漿護壁條件下用專用履帶式挖槽機械成孔，機械化程度高，施工安全，移機靈活。(2)以長條形孔為施工單元，一次成孔面積大，施工速度快。(3)常用抓斗挖槽機成孔，對地層的適應能力較強；泥漿不循環(huán)，泥漿的用量和對環(huán)境的污染均較小。(4)樁孔的寬度與挖槽機具的規(guī)格性能有關，樁孔的長度和形狀可根據(jù)需要靈活變換。(5)鋼筋籠的形狀和結構復雜、重量大，對制作安裝設備、技術有較高的要求。(6)當樁孔面積較大時，澆筑混凝土需要下設多根導管，混凝土澆筑強度較大，組織管理工作較復雜。(7)需用現(xiàn)澆少筋混凝土導墻代替圓樁施工的孔口護筒。(8)與圓樁相比，孔壁的穩(wěn)定性較差；在松散地層中，多翼樁的拐角處容易坍塌。施工機具異形截面灌注樁的施工機具與地下連續(xù)墻的施工機具基本相同(詳見本篇第八章)，主要包括成孔機具、清孔機具、泥漿拌制處理機具、鋼筋籠制作安裝機具和混凝土攪拌澆筑機具，其中關鍵的設備是成槽機具。成槽宜采用抓斗挖槽機，抓斗挖槽機的適應能力較強，施工速度快，布置移動方便；93

實際工程中多用抓斗挖槽機成槽。條形樁也可用多頭反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機或鋼絲繩沖擊鉆機成槽；但前者只適用于細顆粒地層，后者的施工速度太慢。單頭的正、反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機均不適于成槽施工，但可用于配合抓斗挖槽機施工，如打?qū)Э住⒕植繑U孔等。抓斗挖槽機有鋼絲繩抓斗、液壓抓斗、導板抓斗、長導桿抓斗、短導桿抓斗等類型；其中以斗體能夠轉(zhuǎn)向的短導桿抓斗最適用；在施工截面復雜的樁孔時，此類抓斗在履帶吊主機不移動的情況下，斗體可以左右轉(zhuǎn)動，既可抓橫向槽孔，又可抓縱向槽孔。常用的抓斗挖槽機由履帶式吊車和斗體兩大部分組成，兩者之間以鋼絲繩相連接；斗體由導向裝置、開閉斗裝置、糾偏裝置和斗殼組成。通過更換斗殼，一臺抓斗挖槽機可用于多種寬度槽孔的成槽施工。當用抓斗挖槽機成槽時，須另配潛水砂石泵等清孔機具；抓斗本身不能徹底清除孔底沉積物，也不能進行換漿。當?shù)貙又杏辛捷^大的卵石或漂石時，應配備質(zhì)量3t?5t的鑿石重錘；必要時重錘還可用于破碎基巖。施工方法導墻異形截面灌注樁施工前必須修筑導墻。導墻一般為少筋混凝土結構，斷面有矩形、梯形、L形、倒L形等形式，高度1.5m?2.0m,厚度0.2m?0.5m,間距大于設計孔寬100mm左右，混凝土強度等級不低于C15,上下各布①16?①18鋼筋3?5根；具體斷面形式和結構尺寸根據(jù)樁型、地質(zhì)條件和孔深而定。單樁的所有導墻必須連成整體，導墻的端部伸出樁孔端部以外的長度應不小于1.0m。導墻頂部應高出地面10cm左右。導墻的結構和強度應能單獨承受最大施工荷載，在孔口發(fā)生局部坍塌時，導墻不得嚴重變形或垮塌。導墻應坐落在原地層上，當表層地基較松軟時，修筑導墻之前應進行加固處理。導墻兩側(cè)應回填粘土并夯實。圖8-5-12導墻的截面形式條形樁圖8-5-12導墻的截面形式條形樁圖8-5-13異形截面樁導墻平面結構圖94成孔施工（1）條形樁成孔條樁的截面尺寸宜在現(xiàn)有施工設備的可選擇范圍內(nèi)確定，成孔機具的寬度應與條樁的寬度一致。條樁用抓斗或多頭鉆成孔時，單樁的平面長度一般與抓斗的開度（抓斗張開后兩側(cè)斗齒間距）或多頭鉆的一次成孔長度相等。用多頭鉆成孔時樁孔兩端呈弧線形；用抓斗成孔時樁孔兩端可呈弧線形，也可呈直線形，視斗殼形狀而定。條樁可一次成孔，施工較簡單，主機不用移動位置就可自上而下連續(xù)挖至設計深度，故應用較多。當樁孔設計長度大于成孔機具長度不多時，可對成孔機具稍作改裝；相差較多時，成孔機具須兩次以上移位挖掘才能成孔，但又不能一面臨空掘進；故必須采用地下連續(xù)墻的成槽方法，將樁孔分成幾個單孔，先施工主孔（奇數(shù)號孔），后施工副孔（偶數(shù)號孔），最后連通成要求長度的槽形孔。由多個單孔組成的樁孔可用抓斗挖槽機、沖擊鉆機施工，而不宜用多頭鉆施工。當用抓斗施工時，主孔的長度與抓斗的開度相等，副孔長度應小于抓斗開度，以便于抓斗施工；也不可太小，否則施工相鄰主孔時會向副孔方向偏斜；副孔長度一般為抓斗開度的1/2?3/4。由于上述工藝條件，使條樁平面長度的選擇范圍受到限制；必要時，可用沖擊鉆機或回轉(zhuǎn)鉆機先鉆圓形主孔（也稱“導孔以采用“兩鉆一抓”或“三鉆兩抓”的方法形成樁孔；這樣既便于調(diào)整樁孔長度，又提高了抓斗的工作效率，且可控制孔斜，特別適用于抓斗不能單獨成槽的堅硬地層；只是施工程序和施工設備較多。條形樁的成孔方法及施工程序如圖8-5-14所示。當采用沖擊鉆機單獨施工條形樁孔時，樁孔的長度不受限制；因為采用“鉆劈法”成槽，主孔是直徑與樁寬相等的圓形孔，副孔可大可小。在含卵石和漂石較多的地層中成孔能充分發(fā)揮沖擊鉆機的優(yōu)勢；但在細顆粒地層中沖擊鉆機的工效相對較低，且孔壁的平整度較差。ba圖8-5-14條形樁成孔方法及程序示意圖a.ba圖8-5-14條形樁成孔方法及程序示意圖a.一抓成孔；b.三抓成孔；c.三鉆兩抓成孔；I一主孔；II—副孔；1—抓斗；2一沖擊鉆頭95（2）十字形樁成孔十字形截面灌注樁是“一柱一樁”基礎中應用較多的樁型，多采用抓斗施工。十字形樁孔由兩個垂直交叉的條形孔組成，條形孔的長度一般與抓斗的開度相等（2.2m?3.0m）,以便于施工。兩條樁孔的施工宜采用分層交替掘進法（圖8-5-15b）；如采用抓完一條再抓另一條的方法，則第二條施工時上部容易抓空；因為兩條孔是連通的，不等斗殼完全閉合，斗中渣土就全部落到第一條孔中去。為了便于同時掘進兩條十字交叉的孔，應選用斗體能轉(zhuǎn)向的抓斗挖槽機，以避免主機頻繁移動。a.分條成孔法b.分層交替掘進成孔法a.分條成孔法b.分層交替掘進成孔法圖8-5-15十字形樁成孔方法當十字樁的翼展尺寸大于抓斗開度不多或地層較硬（如有粒徑較大的卵石）時，可先在兩條樁孔的兩端鉆圓形導孔，然后再分層交替抓中間部分，即用“四鉆兩抓”法成孔（見圖8-5-16）。如十字樁的翼展尺寸大于抓斗開度較多，則可采用“五鉆四抓”法成孔，即在十字樁中心和各翼的端部各鉆一導孔（中心孔宜大于外側(cè)孔），然后用抓斗抓挖各導孔之間的部分（見圖8-5-17）。圖8-5-16十字樁四鉆兩抓成孔法抓挖各導孔之間的部分（見圖8-5-17）。圖8-5-16十字樁四鉆兩抓成孔法施工順序：1.打?qū)Э滓?.分層抓副孔a b c圖8-5-17大型十字樁五鉆四抓成孔法a-打?qū)Э祝籦-抓副孔；c-修整成孔（3）其他截面樁成孔其他異型截面樁的樁孔均由若干個條形孔連通而成，用抓斗施工須兩次以上移位才能成孔。安排施工順序時應遵循的原則是：要么兩邊斗齒同時著地，要么兩邊斗齒同時臨空。如：丁字形樁孔應先抓豎向孔后抓橫向孔；工字形樁孔應抓完兩條橫向孔后再抓96豎向孔，不能先抓豎向孔再抓橫向孔，更不能按橫f豎f橫的順序施工。如果單用抓斗無法按上述原則排序時(如拐角形樁孔)，可用先打?qū)Э椎姆椒▉斫鉀Q。(4)漂石層和基巖中成孔抓斗在漂石層和基巖中掘進困難，容易發(fā)生偏孔、卡斗事故，事先必須詳細了解地質(zhì)情況，并選擇采用以下措施：①在澆筑導墻以前，挖除已知的漂石、孤石或進行鉆孔預爆。②用沖擊鉆機先鉆導孔，采用“兩鉆一抓”方法成孔；在鉆