建筑工程中預(yù)制樁與灌注樁的應(yīng)用探討

  1. 常見樁的類型

  1.1摩擦型樁

  1.1.1摩擦樁

  外部荷載主要通過樁身側(cè)表面與土層之間的摩擦阻力傳遞給周圍的土層，樁端只承受部分荷載，一般不超過10%。如打在飽和軟土地基和松砂地基中的樁。這類樁基的沉降較大，穩(wěn)定時(shí)間也較長(zhǎng)。

  1.1.2端承摩擦樁

  在外部荷載作用下，樁的端阻力和側(cè)摩阻力都同時(shí)發(fā)揮作用。如穿過軟弱地層嵌入較堅(jiān)實(shí)的硬粘土和砂、礫持力層的樁。這類樁的側(cè)、端阻力所分擔(dān)荷載的比例，與樁徑、樁長(zhǎng)、土層的摩擦系數(shù)以及持力層的承載力有關(guān)。

  1.2端承型樁

  1.2.1端承樁

  外部荷載通過軟弱土層，由樁身直接傳給樁端的基巖，樁的承載力由樁端基巖提供，一般不考慮樁側(cè)摩擦阻力的作用。如武漢長(zhǎng)江大橋的管柱基礎(chǔ)。

  1.2.2摩擦端承樁

  樁頂荷載主要由樁端承受，如通過軟弱土層樁端嵌入基巖的樁，由于樁的長(zhǎng)細(xì)比很大，在外部荷載作用下，樁側(cè)摩擦阻力也起到部分作用，但樁側(cè)阻力小于樁端阻力。

  1.3按樁身材料分類

  1.3.1砼樁

  （1）預(yù)制砼樁

  可在工廠集中生產(chǎn)，也可在場(chǎng)地附近預(yù)制。一般為400×400或500×500，單節(jié)長(zhǎng)10米左右，現(xiàn)廣泛使用的預(yù)應(yīng)力砼薄壁管樁，外徑為350～500，壁厚60～80，管長(zhǎng)7m～11m等。在南京的小高層建筑中已被廣泛應(yīng)用。

  （2）灌注砼樁

  是用樁機(jī)設(shè)備在施工現(xiàn)場(chǎng)就地成孔或采用人工挖孔，在孔內(nèi)放置鋼筋籠，其深度和直徑根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，由設(shè)計(jì)單位確定。在南京各類建筑中也已廣泛地使用。

  1.3.2鋼樁

  主要采用型鋼和鋼管兩大類，作臨時(shí)支擋結(jié)構(gòu)或永久性的碼頭工程。H型鋼和I型鋼樁則主要用作支承樁。鋼管樁則由各種直徑和壁厚的無縫鋼管制成。H型鋼樁，在南京模范馬路穿越玄武湖隧道工程中作基坑支護(hù)樁使用，上海寶鋼曾使用直徑為900的鋼管樁。

  上述幾種樁型中，最常用的為預(yù)制樁和就地灌注樁。

  2. 預(yù)制樁的特點(diǎn)和適用條件

  2.1預(yù)制樁的特點(diǎn)

  2.1.1樁的單位面積承載力較高。由于其屬擠土樁，樁打人后其周圍的土層被擠密，從而提高地基承載力。

  2.1.2樁身質(zhì)量易于保證和檢查；適用于水下施工；樁身砼的密度大，抗腐蝕性能強(qiáng)；施工工效高。因其打人樁的施工工序較灌注樁簡(jiǎn)單，工效也高。

  2.1.3預(yù)制樁單價(jià)較灌注樁高。預(yù)制樁的配筋是根據(jù)搬運(yùn)、吊裝和壓人樁時(shí)的應(yīng)力設(shè)計(jì)的，遠(yuǎn)超過正常工作荷載的要求，用鋼量大。接樁時(shí)，還需增加相關(guān)費(fèi)用。

  2.1.4錘擊和振動(dòng)法下沉的預(yù)制樁施工時(shí)，震動(dòng)噪音大，影響周圍環(huán)境，不宜在城市建筑物密集的地區(qū)使用，一般需改為靜壓樁機(jī)進(jìn)行施工。

  2.1.5預(yù)制樁是擠土樁，施工時(shí)易引起周圍地面隆起，有時(shí)還會(huì)引起已就位鄰樁上浮。

  2.1.6受起吊設(shè)備能力的限制，單節(jié)樁的長(zhǎng)度不能過長(zhǎng)，一般為10余米。長(zhǎng)樁需接樁時(shí)，接頭處形成薄弱環(huán)節(jié)，如不能確保全樁長(zhǎng)的垂直度，則將降低樁的承載能力，甚至還會(huì)在打樁時(shí)出現(xiàn)斷樁。

  2.1.7不易穿透較厚的堅(jiān)硬地層，當(dāng)堅(jiān)硬地層下仍存在需穿過的軟弱層時(shí)，則需輔以其他施工措施，如采用預(yù)鉆孔（常用的引孔方法）等。

  2.2預(yù)制樁的適用條件

  2.2.1持力層上覆蓋為松軟土層，沒有堅(jiān)硬的夾層。

  2.2.2持力層頂面的土質(zhì)變化不大，樁長(zhǎng)易于控制，減少截樁或多次接樁。

  2.2.3水下樁基工程。

  2.2.4大面積打樁工程。由于此樁工序簡(jiǎn)單，工效高，在樁數(shù)較多的前提下，可抵消預(yù)制價(jià)格較高的缺點(diǎn)，節(jié)省基建投資。

  2.2.5工期比較緊的工程，因已在工廠預(yù)制，縮短工期。

  3. 灌注樁的特點(diǎn)和適用條件

  3.1特點(diǎn)

  3.1.1適用于不同土層。

  3.1.2樁長(zhǎng)可因地改變，沒有接頭。目前鉆孔灌注樁的直徑已達(dá)2.OM，有的樁長(zhǎng)達(dá)88M，如上世紀(jì)80年代修建的濟(jì)南黃河斜張橋的鉆孔灌注樁直徑為1.5M，長(zhǎng)達(dá)82～88M。

  3.1.3僅承受軸向壓力時(shí)，只需配置少量構(gòu)造鋼筋。需配制鋼筋籠時(shí)，按工作荷載要求布置，節(jié)約了鋼材（相對(duì)于預(yù)制樁是按吊裝、搬運(yùn)和壓樁應(yīng)力來設(shè)計(jì)鋼筋）。

  3.1.4單樁承載力大（采用大直徑鉆孔和挖孔灌注樁時(shí)）。

  3.1.5正常情況下，比預(yù)制樁經(jīng)濟(jì)。

  3.1.6樁身質(zhì)量不易控制，容易出現(xiàn)斷樁、縮頸、露筋和夾泥的現(xiàn)象。

  3.1.7樁身直徑較大，孔底沉積物不易清除干凈（除人工挖孔灌注樁外），因而單樁承載力變化較大。

  3.1.8一般不宜用于水下樁基。但在橋樁（大橋）施工中，有采用鋼圍堰（大型橋梁）中進(jìn)行水鉆灌注樁施工，如南京長(zhǎng)江二橋橋樁施工時(shí)，采用大直徑圍堰，然后在圍堰中進(jìn)行水鉆灌注樁施工的工藝，確保了樁基施工的質(zhì)量。

  3.2灌注樁的適用條件

  3.2.1沉管灌注樁

  此類樁的適用條件基本同預(yù)制樁?，F(xiàn)已廣泛用于南京的多層住宅中，有時(shí)采用單打，有時(shí)采用復(fù)打工藝，主要依據(jù)土層的松軟程度和單樁承載力來決定。

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  3.2.2水鉆孔灌注樁

  此類樁除了在碎石土、自重濕陷性黃土、礫石層中不宜使用，其余土層基本均適用。目前，對(duì)單樁承載力較大的高層建筑、大跨度工業(yè)廠房、大型橋梁等工程中，基本使用了水鉆孔灌注樁。如南京的“華泰證券大廈”、建設(shè)中的南京奧體中心、已建成的南京國(guó)際會(huì)議展覽中心、南京長(zhǎng)江大橋等大型工程中均采用了這種樁型。

  3.2.3螺旋鉆孔灌注樁

  適用于基本無地下水，且樁長(zhǎng)有一定限制，一般不能穿過卵礫石層，這種樁形屬非擠土型干鉆孔樁，不需要泥漿護(hù)壁，因此施工周期比水鉆孔灌注樁要短，現(xiàn)場(chǎng)無泥漿污染。如現(xiàn)施工的南京地鐵指揮中心工程，使用了這種樁型。還有機(jī)動(dòng)洛陽鏟成孔灌注樁，其適用條件基本同螺旋鉆孔灌注樁，此樁在小高層建筑中使用較廣，如南京市公安局干警宿舍樓樁基工程。

  3.2.4人工挖孔灌注樁

  此樁適用于地下水較少，對(duì)安全要求特高，如有害氣體、易燃?xì)怏w、孔內(nèi)空氣稀薄等，尤其在有地下水時(shí)需邊抽邊挖，因此對(duì)漏電保護(hù)等也有特殊要求。人工挖孔灌注樁不適宜用于砂土、碎石土和較厚的淤泥質(zhì)土層等。

  4. 預(yù)制樁的施工工藝

  目前預(yù)制樁在南京地區(qū)使用比較普遍的是預(yù)應(yīng)力砼薄壁管樁。

  根據(jù)設(shè)計(jì)要求，工程地質(zhì)勘察報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，合理制定施工組織設(shè)計(jì)或施工方案，分析沉樁阻力，合理選用靜壓樁機(jī)的型號(hào)和施工工藝，作好施工準(zhǔn)備。

  4.1沉樁阻力

  （1）首先根據(jù)樁型、沉樁深度、接頭形式以及工程地質(zhì)條件、對(duì)沉樁阻力作出分析，選用合適的靜壓樁機(jī)設(shè)備。

  （2）沉樁阻力的影響因素主要是由土質(zhì)結(jié)構(gòu)、埋入持力層深度、樁數(shù)、樁距、施工順序等組成，分析實(shí)測(cè)資料表明，沉樁阻力是由樁側(cè)阻力和樁尖阻力組成。通常情況下，兩者沉樁阻力的比例是個(gè)變值。應(yīng)該根據(jù)不同情況分析沉樁阻力。

  4.2樁頂墊材

  合理選用墊材能提高打樁效率和沉樁精度，保證樁帽免遭損壞，壓樁時(shí)，墊材起著緩和并均勻傳遞樁機(jī)對(duì)樁頭的壓力，并均勻地傳遞于樁帽上。一般采用橡木、樺木等硬木按縱紋受壓使用，并根據(jù)情況及時(shí)更換。

  4.3樁的起吊、運(yùn)輸和堆放

  4.3.1管樁應(yīng)達(dá)到砼強(qiáng)度等級(jí)的80%以后放可倒運(yùn)，達(dá)到100%才能出廠。

  4.3.2管樁吊運(yùn)應(yīng)輕吊輕放，嚴(yán)防碰撞。

  4.3.3管樁堆放、吊運(yùn)支點(diǎn)需按計(jì)算要求進(jìn)行，起吊時(shí)，繩索與樁的夾角應(yīng)≥45°。

  4.3.4堆放場(chǎng)地應(yīng)壓實(shí)平整，并有排水措施。

  4.3.5管樁應(yīng)分規(guī)格堆放，堆放層數(shù)，應(yīng)根據(jù)其強(qiáng)度，地面承載力、墊木及堆垛穩(wěn)定性確定，一般管徑直徑：350應(yīng)≤7層，400～450應(yīng)≤6層，500應(yīng)≤5層。

  4.3.6管樁應(yīng)按支點(diǎn)位置放在墊枕上，層與層之間用墊木隔開，每層墊木應(yīng)在同一水平面上，各層墊木位置應(yīng)在同一垂線上，堆垛時(shí)，必須在兩側(cè)打好防止?jié)L垛的木楔。

  4.4壓樁程序和接樁方法

  4.4.1靜壓法沉樁一般采取分段壓入，逐節(jié)接長(zhǎng)的方法。接樁有焊接法和漿錨法。在接樁時(shí)，應(yīng)先檢查下節(jié)樁的頂部，如有損傷應(yīng)予修復(fù)，并清除樁頂上的雜物。在上節(jié)樁就位前，要清除接頭處附著的污染物。有變形的樁，應(yīng)修理合格經(jīng)監(jiān)理單位簽證同意后再使用。

  4.4.2沉樁應(yīng)連續(xù)施打，避免長(zhǎng)時(shí)間中斷。

  4.4.3壓樁順序應(yīng)結(jié)合工程要求綜合考慮各種因素和客觀條件，選用打樁效率高、對(duì)環(huán)境危害影響小的合理打樁順序。

  5. 灌注樁的施工工藝

  5.1準(zhǔn)備工作

  5.1.1資料準(zhǔn)備

  根據(jù)施工圖、地質(zhì)報(bào)告和水文地質(zhì)資料、地下管線圖、臨近建、構(gòu)筑物等情況制定施工組織設(shè)計(jì)。

  5.1.2場(chǎng)地準(zhǔn)備

  遷移場(chǎng)地內(nèi)妨礙施工的高架線路、地下管線等，地下構(gòu)筑物應(yīng)先挖除。確保施工現(xiàn)場(chǎng)的三通一平和設(shè)置場(chǎng)地排水、搭建臨設(shè)和其他準(zhǔn)備工作（如水鉆孔樁所用的泥漿循環(huán)池和沉淀池等）。設(shè)置基準(zhǔn)軸線的控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)。對(duì)各種施工機(jī)械進(jìn)行檢查調(diào)試。

  5.2施工工藝

  5.2.1根據(jù)設(shè)計(jì)樁型，采用相應(yīng)成孔工藝，并使之符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

  5.2.2鋼筋籠制作與安放。

  （1）鋼筋籠制作，鋼筋的種類、鋼號(hào)、規(guī)格、搭接、焊接、間距等均應(yīng)符合設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收規(guī)范要求。對(duì)于大直徑的鋼筋籠，為確保搬運(yùn)、吊放時(shí)不變形，應(yīng)在籠內(nèi)設(shè)置支撐。鋼筋籠下部應(yīng)加設(shè)砼保護(hù)層墊塊。

  （2）鋼筋籠的安放與連接，安放時(shí)要垂直緩慢地放人孔內(nèi)，避免碰撞孔壁。當(dāng)鋼筋籠較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)采用逐節(jié)接長(zhǎng)放人孔內(nèi)。主筋接頭必須不在同一平面內(nèi)。安放完畢，應(yīng)檢查籠頂標(biāo)高。

  5.3清孔鋼筋籠入孔前，需進(jìn)行清孔

  5.4砼灌注

  砼所用材料和配合比必須根據(jù)材料試驗(yàn)室提供的配合比，施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)制作砼試塊，同條件養(yǎng)護(hù)。

  砼灌注方法：

  5.4.1孔內(nèi)水下灌注宜用導(dǎo)管法。

  5.4.2孔內(nèi)無水或滲水量很小時(shí)，灌注宜用串筒法，用插入式振動(dòng)棒分層搗實(shí)。

  5.4.3孔內(nèi)無水或孔內(nèi)雖有水，但能疏干時(shí)，宜用短護(hù)筒直接投料法。

  5.4.4大直徑樁砼澆灌宜用砼泵。

  5.5砼灌注質(zhì)量控制

  5.5.1成孔通過驗(yàn)收合格后，應(yīng)盡快灌注砼。并檢查砼坍落度。

  5.5.2確保砼灌注振搗密實(shí)。

  5.5.3每根樁的砼灌注必須連續(xù)運(yùn)行，以確保不出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

  5.5.4根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，樁頂標(biāo)高需留有適當(dāng)?shù)某嗔?，以確保樁頭質(zhì)量；并做好樁頭和孔口的保護(hù)工作；冬季施工時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的保溫措施；每根樁灌注結(jié)束，應(yīng)由專人做好施工記錄。

  6. 結(jié)束語

  樁基施工結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，請(qǐng)有資質(zhì)的專業(yè)單位，對(duì)樁基進(jìn)行大、小應(yīng)變測(cè)試，若有不合格的樁基，應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施。主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)置沉降觀察點(diǎn)，定期觀察，作出記錄，以確保建筑物的安全使用。