樁基礎(chǔ)新型施工工藝和未來展望

 樁基是一種古老的基礎(chǔ)型式。樁工技術(shù)經(jīng)歷了幾千年的發(fā)展過程。無論是樁基材料和樁類型，或者是樁工機(jī)械和施工方法都有了巨大的發(fā)展，已經(jīng)形成了現(xiàn)代化基礎(chǔ)工程體系。在某些情況下，采用樁基可以大量減少施工現(xiàn)場工作量和材料的消耗。70年代，中國曾發(fā)生了幾次大地震。以其中的唐山大地震為例，凡采用樁基的建筑物一般受害輕微。這說明樁基在地震力作用下的變形小，穩(wěn)定性好，是解決地震區(qū)軟弱地基和地震液化地基抗震問題的一種有效措施。如今樁基礎(chǔ)施工工藝種類繁多，各類新型施工工藝層出不絕，本文主要介紹樁基礎(chǔ)新型施工工藝并淺談樁基礎(chǔ)的未來發(fā)展方向。

2 樁基礎(chǔ)施工新技術(shù)

2.1 靜力壓樁

2.1.1靜力壓樁的含義和適用范圍

用靜力壓樁機(jī)或錨桿將預(yù)制鋼筋混凝土樁分節(jié)壓入地基土中的一種沉樁施工工藝。靜力壓樁包括錨桿靜壓樁及其他各種非沖擊力沉樁。適用范圍靜力壓樁適用于軟土、填土及一般粘性土層中應(yīng)用，特別適合于居民稠密及危房附近環(huán)境要求嚴(yán)格的地區(qū)沉樁，但不宜用于地下有較多孤石、障礙物或有厚度大于2m 的中密以上砂夾層的情況，以及單樁承載力超過1600kN 的情況。

2.1.3主要機(jī)具

（1）全液壓靜力壓樁機(jī)。

（2）其他機(jī)具：吊車、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、鋼卷尺、電焊機(jī)。

2.1.4工藝流程

靜力壓樁工藝流程見下圖。

2.1.5質(zhì)量控制點

（1）混凝土預(yù)制樁的混凝土強度達(dá)到強度設(shè)計值的70%方可起吊，達(dá)到強度設(shè)計值的100%才能運輸和壓樁施工。 （2）樁機(jī)就位時，應(yīng)對準(zhǔn)樁位，將靜壓樁機(jī)調(diào)至水平、穩(wěn)定，確保在施工中不發(fā)生傾斜和移動。 （3）施工中應(yīng)密切關(guān)注壓樁的壓力變化，壓樁時壓力不得超過樁身強度。 （4）樁頂標(biāo)高允許偏差為 50mm。

（5）對于引孔沉樁，引孔孔徑約比樁徑小50～100mm ，且應(yīng)隨鉆隨壓樁。

2.2泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁

2.2.1 泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁的含義

（1）灌注樁：先用機(jī)械或人工成孔，然后再下鋼筋籠、灌注混凝土的基樁。

（2）泥漿護(hù)壁：用機(jī)械進(jìn)行灌注樁成孔時，為防止塌孔，在孔內(nèi)用相對密度大于1的泥漿進(jìn)行護(hù)壁的一種成孔施工工藝。

2.2.2 適用范圍

泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁按成孔工藝和成孔機(jī)械的不同，可分為如下幾種，其適用范圍如下：

（1）沖擊成孔灌注樁：適用于黃土、粘性土或粉質(zhì)粘土和人工雜填土層中應(yīng)用，特別適合于有孤石的砂礫石層、漂石

層、堅硬土層、巖層中使用，對流砂層亦可克服，但對淤泥及淤泥質(zhì)土，則應(yīng)慎重使用。

（2）沖抓成孔灌注樁：適用于一般較松軟粘土、粉質(zhì)粘土、砂土、砂礫層以及軟質(zhì)巖層應(yīng)用，孔深在20m 內(nèi)。 （3）回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁：適用于地下水位較高的軟、硬土層，如淤泥、粘性土、砂土、軟質(zhì)巖層。

（4）旋挖鉆成孔灌注樁：適用于一般粘性土、砂土、砂礫層以及中等密實度的卵石地層應(yīng)用，孔深在80m 內(nèi)。 （5）潛水鉆成孔灌注樁：適用于地下水位較高的軟、硬土層，如淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、砂土、砂夾卵石及風(fēng)化頁巖層中使用，不得用于漂石。

2.2.3主要機(jī)具

成孔機(jī)械根據(jù)土質(zhì)情況進(jìn)行選用，常用的成孔鉆機(jī)有沖擊鉆機(jī)、沖抓鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)、潛水鉆機(jī)等。

2.2.4工藝流程

泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁工藝流程見下圖。

2.2.5 質(zhì)量控制點

（1）控制樁位偏差和垂直度。

（2）杜絕采取加深鉆孔深度的方法代替清孔。

（3）鋼筋籠要對中。

（4）首澆砼量的問題。首澆砼埋管深度不得小于1.0～1.2m 。 （5）埋管深度不管灌注如何順利，**好不超過6m ，**多放寬至8m 。 （6）砼灌注標(biāo)高控制到設(shè)計標(biāo)高0.5m 以上。

2.3人工成孔灌注樁

2.3.1人工成孔灌注樁的含義

人工成孔灌注樁，又稱人工挖孔灌注樁，即是采用人工挖土成孔、灌注混凝土成樁的一種基樁。

2.3.2適用范圍

人工成孔灌注樁適用于樁直徑800mm 以上，無地下水或地下水較少的粘土、粉質(zhì)粘土，含少量的砂、砂卵石、姜結(jié)石的粘土層采用，特別適于黃土地層中使用，深度一般20m 左右?？捎糜诟邔咏ㄖ?、公用建筑、水工結(jié)構(gòu)（如泵站、橋墩作支承、抗滑、擋土、錨拉樁之用。）對有流砂、地下水位較高、涌水量大的沖積地層及近代沉積的含水量高的淤泥、淤泥質(zhì)土層不宜使用。

2.3.3主要機(jī)具

一般需備有三木搭、卷揚機(jī)組或電動葫蘆、手推車或翻斗車、鎬、鍬、手鏟、鋼釬、線墜、定滑輪組、導(dǎo)向滑輪組、混凝土攪拌機(jī)、吊桶、溜槽、導(dǎo)管、振搗棒、插釬、粗麻繩、鋼絲繩、安全活動蓋板、防水照明燈（低壓36V 、100W ）、電焊機(jī)、通風(fēng)及供氧設(shè)備、揚程水泵、木轆轤、活動爬梯、安全帽、安全帶等。

2.3.4工藝流程

人工成孔灌注樁一般按以下工藝流程進(jìn)行。

放線定樁位及高程→開挖**節(jié)樁孔土方→支護(hù)壁模板放附加鋼筋→澆筑**節(jié)護(hù)壁混凝土→檢查樁位（中心）軸線→加設(shè)垂直運輸架→安裝電動葫蘆（卷揚機(jī)或木轆轤）→安裝吊桶、照明、活動蓋板、水泵、通風(fēng)機(jī)等→開挖吊運第二節(jié)樁孔土方（修邊）→先拆**節(jié)、支第二節(jié)護(hù)壁模板（放附加鋼筋）→澆筑第二節(jié)護(hù)壁混凝土→檢查樁（中心）軸線→逐層往下循環(huán)作業(yè)→開挖擴(kuò)底部分→檢查驗收→吊放鋼筋籠→放混凝土串筒（導(dǎo)管）→澆筑樁身混凝土（隨澆隨振）→插樁頂鋼筋。

2.3.5 質(zhì)量控制點

（1）控制樁位偏差和樁徑。

（2）檢查是否合理設(shè)置護(hù)壁及其配筋情況。護(hù)壁混凝土應(yīng)根據(jù)氣候條件，澆灌完畢須經(jīng)過24h 后方可拆模。

 （3）確認(rèn)樁端持力層。

（4）采用合理的混凝土澆筑方式。一般用溜槽向樁孔內(nèi)澆筑混凝土。當(dāng)高度超過3m 時應(yīng)用串筒，串筒末端離孔底高度不宜大于2m 。樁孔深度超過12m ，宜采用導(dǎo)管澆筑。澆筑混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，分層振搗密實。 （5）混凝土澆筑到樁頂時，應(yīng)適當(dāng)超過樁頂設(shè)計標(biāo)高。

2.4螺旋鉆成孔灌注樁

2.4.1螺旋鉆成孔灌注樁的含義

（1）干作業(yè)成孔灌注樁：是指不用泥漿或套管護(hù)壁的情況下用人工或鉆機(jī)成孔，下鋼筋籠、澆灌混凝土的基樁。 （2）螺旋鉆成孔灌注樁：是干作業(yè)成孔灌注樁的一種，是利用電動機(jī)帶動帶有螺旋葉片的鉆桿轉(zhuǎn)動，使鉆頭螺旋葉片旋轉(zhuǎn)削土，土塊隨螺旋葉片上升排出孔口，至設(shè)計深度后，進(jìn)行孔底清理，然后下鋼筋籠、澆灌混凝土成樁。

2.4.2 適用范圍

螺旋鉆成孔灌注樁適用于地下水位以上的一般粘性土、粉土、黃土，以及密實的粘性土、砂土層中使用。

2.4.3 主要機(jī)具

（1）螺旋鉆孔機(jī)。

（2）裝卸、運土或運送混凝土的機(jī)動小翻斗車或手推車。

（3）長、短棒式振搗器。部分加長軟軸、混凝土攪拌機(jī)、平尖頭鐵鍬、膠皮管等。串筒（或?qū)Ч埽?、蓋板、測繩、手

把燈、低壓變壓器及線墜等。

2.4.3工藝流程

螺旋鉆成孔灌注樁工藝流程如下。

鉆孔機(jī)就位→鉆孔→檢查質(zhì)量→孔底清理→孔口蓋板→移鉆孔機(jī)→移蓋板、測孔深和垂直度→放鋼筋籠→放混凝土串筒

→澆筑混凝土（隨澆隨振）→插樁頂鋼筋。

2.4.4質(zhì)量控制點

（1）鉆孔完畢應(yīng)及時蓋好孔口，防止落入雜物，以避免人為增加孔底虛渣土。 

（2）防止塌孔、縮孔。

（3）嚴(yán)格按操作工藝邊澆筑混凝土邊振搗的規(guī)定執(zhí)行。 （4）防止鋼筋籠變形。

（5）砼灌注標(biāo)高控制到設(shè)計標(biāo)高0.5m 以上。

2.5預(yù)應(yīng)力管樁

2.5.1預(yù)應(yīng)力管樁的含義

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是采用離心脫水密實成型工藝原理，先張法施加預(yù)應(yīng)力，達(dá)到規(guī)定的強度后放張預(yù)應(yīng)力筋，再進(jìn)行壓蒸養(yǎng)護(hù)（或浸水養(yǎng)護(hù)）成型的一種預(yù)制混凝土樁。

2.5.2適用范圍

預(yù)應(yīng)力管樁適用于一般粘性土及填土、淤泥和淤泥質(zhì)土、粉土、非自重濕陷性黃土等土層中使用。

2.5.3主要機(jī)具

（1）打樁機(jī)

a. 一般為三點支撐式履帶打樁機(jī)或步履式打樁機(jī)。 b. 打樁機(jī)的樁架必須具有足夠的承載力、剛度和穩(wěn)定性。 （2）樁錘。

a. 樁錘分為落錘、氣動錘、柴油錘、液壓錘等類型。 b. 目前我國各地施打預(yù)應(yīng)力管樁以筒式柴油錘為主。

 （3）樁帽

a. 樁帽宜做成圓筒型，套樁頭用的筒體深度宜為35～40cm 。

b. 內(nèi)徑應(yīng)比管樁外徑大2～3cm ，并設(shè)有導(dǎo)向腳與樁架導(dǎo)軌相連，保證與柴油錘的中心線重合。 c. 樁帽應(yīng)設(shè)有樁墊層和錘墊層兩部分，樁帽應(yīng)有足夠的強度、剛度和耐打性。 

（4）送樁器

a. 送樁器宜做成圓筒形，并有足夠的強度、剛則度和耐打性。 b. 送樁器長度宜做成送樁深度的1.5倍。

c. 送樁器應(yīng)與管樁匹配，一般采用套筒式送樁器，內(nèi)徑應(yīng)比管樁外徑大20～30mm 。 

（5）履帶式或輪胎式起重機(jī)，起重噸位為15t 。

（6）電焊機(jī)，管樁切割器、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等施工機(jī)具和儀器。

2.5.4工藝流程

預(yù)應(yīng)力管樁施工工藝流程見下圖。

2.5.5質(zhì)量控制點

（1）根據(jù)實際工程的需要選擇管樁類型，保證預(yù)應(yīng)力管樁強度達(dá)到設(shè)計強度的100%后才開始打樁。

（2）對照地質(zhì)資料及按設(shè)計、規(guī)范要求合理選用施工機(jī)具，采用“重錘低擊”的原則選用樁錘并控制打樁總錘擊數(shù)，避免樁身混凝土產(chǎn)生疲勞破壞，樁身斷裂。

（3）根據(jù)施工的管樁尺寸按要求制作樁帽及送樁器。

（4）管樁在運輸、吊樁及堆放過程中應(yīng)正確疊放，輕起輕吊，避免使用前樁身就已經(jīng)斷裂，樁頂破碎。 

（5）施工管樁時要保證樁體的垂直度，避免樁身傾斜。

3 樁基礎(chǔ)未來發(fā)展方向

3.1樁的尺寸向長、大方向發(fā)展。

基于高層、超高層建筑物及大型橋主塔基礎(chǔ)等承載的需要，樁徑越來越大，樁長越來越長。歐美及日本的鋼管樁長度已達(dá)100m 以上，樁徑超過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914.4mm ；溫州地區(qū)靜壓式鋼筋混凝土預(yù)制樁長度已達(dá)70m 以上，樁斷面600×600mm2；鄭州某工程反循環(huán)鉆成孔灌注樁直徑為1000～1100mm ，樁長77.6m ；廈門某大廈反循環(huán)鉆成孔灌注樁深度達(dá)103m ；南京長江二橋主塔墩基礎(chǔ)反循環(huán)鉆成孔灌注樁直徑為3m ，深度150m 。

3.2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、建筑物增層以及補樁等需要，小樁及錨桿靜壓樁技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用廣泛。小樁又稱微型樁或IM 樁，是法國索勒唐舍(SOLETANCHE)公司開發(fā)的一種灌注技術(shù)。小樁實質(zhì)上是直徑壓力注漿樁；樁徑為70～250mm(國內(nèi)多用250mm) ，長徑比大于30(國內(nèi)樁長多用8～12m ，長徑比通常為50左右) ，采用鉆孔(國內(nèi)多用螺旋鉆成孔) 、強配筋(配筋率大于1%)和壓力注漿(注漿壓力為1.0～2.5MPa) 工藝施工。錨桿靜壓樁的斷面為200×200mm2～300×300mm2；樁段長度取決于施工凈空高度和機(jī)具情況，為1.0～3.0m ，樁入土深度3～30m 。

3.3向攻克樁成孔難點方向發(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，研究開發(fā)出20余種大直徑巖層削孔工法，其中長螺旋鉆進(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)掘削孔法9種。國內(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。

3.4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，但由于其施工時噪聲高、振動大和油污飛濺(三者統(tǒng)稱為一次公害) 等缺點，在城區(qū)的住宅群及公共建筑群等場地施工中受到很大限制，為此靜壓實鋼筋混凝土預(yù)制樁施工技術(shù)在國內(nèi)得到業(yè)主的青睞。 3.5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0.3～0.4m ，擴(kuò)底直徑0.8～1.2m ）的靜載試驗結(jié)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(kuò)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(nèi)外得到廣泛運用。我國的鉆孔擴(kuò)底樁種類有20種以上，日本的大直徑鉆擴(kuò)樁工法將近30種。

擴(kuò)孔的成型工藝除鉆擴(kuò)外，還有爆擴(kuò)、沖擴(kuò)、夯擴(kuò)、振擴(kuò)、錘擴(kuò)、壓擴(kuò)、注擴(kuò)、擠擴(kuò)和挖擴(kuò)等種類。

3.6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）國內(nèi)外大量發(fā)展異型樁。廣義地說，異型樁包括橫向截面異化樁和縱向截面異化樁。

橫向截面從圓截面和方形截面異化后的樁型有三角形樁、六角形樁、八角形樁、外方內(nèi)圓空心樁、外方內(nèi)異形空心樁、十字形樁、X 形樁、T 形樁及壁板樁等。

縱向截面從棱柱樁和圓柱樁異化后的樁型有楔形樁（圓錐形樁和角錐形樁）、梯形樁、菱形樁、根形樁、擴(kuò)底柱、多節(jié)樁（多節(jié)灌注樁和多節(jié)預(yù)制樁）、樁身擴(kuò)大樁、波紋柱形樁、波紋錐形樁、帶張開葉片的樁、螺旋樁、從一面削尖的成對預(yù)制斜樁及DX 擠擴(kuò)灌注樁等。

3.7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，實踐中經(jīng)常出現(xiàn)組合式工藝樁。

例如，鉆孔擴(kuò)底灌注樁有成直孔和擴(kuò)孔兩個工藝；樁端壓力注漿樁有成孔成樁與成樁后向樁端地層注漿兩個工藝；預(yù)鉆孔打入式預(yù)制樁有鉆孔、注漿、插樁及輕打（或壓入）等工藝。

3.8向高強度樁方向發(fā)展。

隨著對打入式預(yù)制樁要求越來越高，諸如高承載力、穿透硬夾層、承受較高的打擊應(yīng)力及快速交貨等要求，普通鋼筋混凝土樁（簡稱R.C 樁，混凝土強度等級為C25～C40）已滿足不了上述要求，故預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁（簡稱P.C 樁，混凝土強度等級為C40～C80）和預(yù)應(yīng)力高強度混凝土樁（簡稱P.H.C 樁，混凝土強度等級不低于C80）使用越來越多。

3.9向多種樁身材料方向發(fā)展。

以灌注樁為例，樁身材料種類亦出現(xiàn)多樣化趨勢，普通混凝土、超流態(tài)混凝土、無砂混凝土、纖維混凝土、自流平混凝土及微膨脹混凝土等。打入式樁亦有組合材料樁，如鋼管外殼加混凝土內(nèi)壁的合成樁等。所謂鉆孔壓灌超流態(tài)混凝土樁是用改裝后的長螺旋鉆機(jī)至設(shè)計深度；在提鉆的同時，**鉆桿內(nèi)腔經(jīng)鉆頭上的噴嘴向孔底灌注一定數(shù)量的水泥漿；邊提升鉆桿邊用混凝土泵壓入超流態(tài)混凝土至略高于沒有塌孔危險的位置；提出鉆桿向孔內(nèi)放入鋼筋籠至樁頂設(shè)計標(biāo)高；**后把超流態(tài)混凝土壓灌至樁頂設(shè)計標(biāo)高而成樁。

4 樁基礎(chǔ)新技術(shù)研究意義

研究樁基礎(chǔ)新技術(shù)可以及時總結(jié)和交流樁基工程與基坑工程領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)和**新研究成果，幫助各單位工程技術(shù)人員準(zhǔn)確理解和執(zhí)行新規(guī)范，掌握工程質(zhì)量驗收與檢測的有關(guān)技術(shù)要求，廣泛交流該領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和工程實踐經(jīng)驗，研討工程疑難問題和**終解決方法。