過(guò)去以預制樁為主,除鋼筋混凝土方樁外,還采用預應力混凝土樁、鋼管樁等,有的預應力鋼筋混凝土樁,長(cháng)度達70余米。近年來(lái),灌注樁得到很大發(fā)展,有沖孔、鉆孔、挖孔等,且大直徑鉆孔灌注樁愈來(lái)愈受到重視,發(fā)展較快;此外,還發(fā)展了一些新的成樁工藝,如鉆孔壓漿成樁法等。同時(shí),在預防沉樁對周?chē)h(huán)境的影響及灌注樁的質(zhì)量檢驗等方面都有長(cháng)足的進(jìn)步。樁基礎是一種常用的深基礎形式,它由基樁和連接于樁頂的承臺共同組成。若樁身全部埋于土中,承臺底面與土體接觸,則稱(chēng)為低承臺樁基,若樁身上部露出地面而承臺底位于地面以上,則稱(chēng)為高承臺樁基。建筑樁基通常為低承臺樁基礎,而在橋梁、碼頭工程中常用高承臺樁基礎。端承樁是穿過(guò)軟弱土層而達到堅硬土層或巖層上的樁,上部結構荷載主要由巖層阻力承受;施工時(shí)以控制貫入度為主,樁尖進(jìn)入持力層深度或樁尖標高可作參考。摩擦樁完全設置在軟弱土層中,將軟弱土層擠密實(shí),以提高土的密實(shí)度和承載能力,上部結構的荷載由樁尖阻力和樁身側面與地基土之間的摩擦阻力共同承受,施工時(shí)以控制樁尖設計標高為主,貫入度可作參考。沉管法、爆擴法施工的灌注樁、打入(或靜壓)的實(shí)心混凝土預制樁、閉口鋼管樁或混凝上管樁 屬于擠土樁。沖擊成孔法、鉆孔壓注法施工的灌注樁、預鉆孔打入式預制樁、混凝土 ( 預應力混凝土 ) 管樁、 H 型鋼樁、敞口鋼管樁等屬 于部分擠土樁。
干作業(yè)法、泥漿護壁法、套管護壁法施工的灌注樁屬非擠土樁。預制樁是在工廠(chǎng)或施工現場(chǎng)制成的各種形式的樁,用沉樁設備將樁打入、壓入或振入土中,或有的用高壓水沖沉入土中。根據沉入土中的方法,可分打入樁(錘擊沉樁)、水沖沉樁、振動(dòng)沉樁和靜力壓樁等;灌注樁是在施工現場(chǎng)的樁位上用機械或人工成孔,放入鋼筋骨架,然后在孔內灌注混凝土而成。根據成孔方法的不同分為挖孔、鉆孔、沖孔灌注樁,套管成孔灌注樁(沉管灌注樁)及爆擴成孔灌注樁等。預制樁包括混凝土預制樁、鋼樁兩種?;炷令A制樁常用的有鋼筋混凝土實(shí)心方樁、預應力混凝土空心管樁。鋼樁有鋼管樁、H型鋼樁、其他異性鋼樁。鋼筋混凝土預制樁施工前,應根據施工圖設計要求、樁的類(lèi)型、成孔過(guò)程對土的擠壓情況、地質(zhì)探測和試樁等資料,制定施工方案。其主要內容包括:確定施工方法,選擇打樁機械,確定打樁順序,樁的預制、運輸,以及沉樁過(guò)程中的技術(shù)和安全措施。
錘擊沉樁的施工方法是利用樁錘落到樁頂上的沖擊力來(lái)克服土對樁的阻力,使樁沉到預定的深度或達到持力層的一種打樁施工方法。錘擊沉樁是混凝土預制樁常用的沉樁方法,它施工速度快,機械化程度高,適用范圍廣,但施工時(shí)有沖撞噪聲和對地表層有振動(dòng),在城區和夜間施工有所限制。打樁機械:打樁機具主要包括樁錘、樁架和動(dòng)力裝置三個(gè)部分。
樁錘是對樁施加沖擊力,將樁打入土中的機具;施工中常見(jiàn)的樁錘有落錘、蒸汽錘(單動(dòng)汽錘、雙動(dòng)汽錘)、柴油汽錘和液壓錘(振動(dòng)錘)。
樁架是支持樁身和樁錘,在打樁過(guò)程中引導樁的方向及維持樁的穩定,并保證樁錘沿著(zhù)所要求方向沖擊的設備。一般由底盤(pán)、導向桿、起吊設備、撐桿等組成。根據樁的長(cháng)度、樁錘的高度及施工條件等選擇樁架和確定樁架高度。樁架高度=樁長(cháng)+樁錘高度+滑輪組高。樁架用鋼材制作,按移動(dòng)方式有輪胎式、履帶式、軌道式等。
動(dòng)力裝置包括驅動(dòng)樁錘及卷?yè)P機用的動(dòng)力設備。根據所選樁錘而定的。當采用空氣錘時(shí),應配備空氣壓縮機;當選用 蒸汽錘時(shí),則要配備蒸汽鍋爐和絞盤(pán)。(1)場(chǎng)地準備:清除地上、地下障礙物,平整、壓實(shí)場(chǎng)地,設置排水溝;(2)放軸線(xiàn)、定樁位、設置水準點(diǎn) (≮2個(gè));(3)確定打樁順序:擠土直接影響打樁進(jìn)度、施工質(zhì)量以及周?chē)h(huán)境。(4)接通現場(chǎng)的水、電管線(xiàn),準備好施工機具;做好對樁的質(zhì)量檢驗。(5)進(jìn)行打樁試驗:≮2根,檢驗工藝、設備是否符合要求。根據樁的密集程度,打樁順序一般分為逐段打設、自中部向四周打設和由中間向兩側打設三種。當樁的中心距不大于4倍樁的直徑或邊長(cháng)時(shí),應由中間向兩側對稱(chēng)施打,或由中間向四周施打。
當樁的中心距大于4倍樁的邊長(cháng)或直徑時(shí),可采用上述兩種打法,或逐排單向打設。
根據基礎的設計標高和樁的規格,宜按先深后淺、先大后小、先長(cháng)后短的順序進(jìn)行打樁。
設置標尺→樁架就位→吊樁就位→扣樁帽、落錘、脫吊鉤→低錘輕打→正式打(接樁,截樁,靜、動(dòng)載試驗,承臺施工)。要點(diǎn):采用重錘低擊,開(kāi)始要輕打;連續施打,減少回彈固結;注意貫入度變化,做好打樁記錄(編號、每米錘擊數、樁頂標高、最后貫入度…);如遇異常情況(貫入度劇變;樁身突然傾斜、位移、回彈;樁身嚴重裂縫或樁頂破碎),暫停施打,與有關(guān)單位研究處理。靜力壓樁是在均勻軟弱土中利用壓樁架(型鋼制作)的自重和配重,由鋼絲繩、滑輪和壓梁,將整個(gè)樁機的重力(800~1500kN)反壓在樁頂上,以克服樁身下沉時(shí)與土的摩擦力,迫使預制樁下沉,將樁逐節壓入土中的一種沉樁方法。這種沉樁方法無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、對周?chē)h(huán)境影響小,適合在城市中施工。壓樁施工一般采取分節壓入、逐段接長(cháng)的施工方法。接樁的方法目前有三種:焊接法、法蘭螺栓連接法、硫磺漿錨法。
壓樁與打樁相比:由于避免了錘擊應力,樁的混凝土強度及其配筋只要滿(mǎn)足吊裝彎矩和使用期受力要求就可以,因而樁的斷面和配筋可以減小;壓樁引起的擠土也小的多,因此壓樁是軟土地區一種較好的沉樁方法。工作原理:其主要裝置為振動(dòng)器,利用振動(dòng)器所產(chǎn)生的激振力,使樁身產(chǎn)生高頻振動(dòng)。這時(shí)樁在其自重或很小的附加壓力作用下沉入土中,或是在較小的提升力作用下而拔出土。射水沉樁方法往往與錘擊(或振動(dòng))法同時(shí)使用,具體選擇應視土質(zhì)情況而定。必須注意,不論采取任何射水施工方法,在沉入最后階段1~1.5m至設計標高時(shí),應停止射水,用錘擊或振動(dòng)沉入至設計深度,以保證樁的承載力。干作業(yè)成孔一般采用螺旋鉆機鉆孔。螺旋鉆頭外徑分別為Φ400㎜、Φ500㎜、Φ600㎜,鉆孔深度相應為12m、10m、8m。適用于成孔深度內沒(méi)有地下水的一般粘土層、砂土及人工填土地基,不適于有地下水的土層和淤泥質(zhì)土。鉆機就位后,鉆桿垂直對準樁位中心,開(kāi)鉆時(shí)先慢后快,減少鉆桿的搖晃,及時(shí)糾正鉆孔的偏斜或位移。
鉆孔至規定要求深度后,進(jìn)行孔底清土。清孔的目的是將孔內的浮土、虛土取出,減少樁的沉降。方法是鉆機在原深處空轉清土,然后停止旋轉,提鉆卸土。
鋼筋骨架的主筋、箍筋、直徑、根數、間距及主筋保護層均應符合設計規定,綁扎牢固,防止變形。用導向鋼筋送入孔內,同時(shí)防止泥土雜物掉進(jìn)孔內。鋼筋骨架就位后,應立即灌注混凝土,以防塌孔。灌注時(shí),應分層澆筑、分層搗實(shí),每層厚度50~60㎝。泥漿護壁成孔是利用泥漿保護穩定孔壁的機械鉆孔方法。它通過(guò)循環(huán)泥漿將切削碎的泥石渣屑懸浮后排出孔外,適用于有地下水和無(wú)地下水的土層。泥漿護壁成孔灌注樁的施工工藝流程:測定樁位、埋設護筒、樁機就位、制備泥漿、機械(潛水鉆機、沖擊鉆機等)成孔、泥漿循環(huán)出渣、清孔、安放鋼筋骨架、澆筑水下混凝土。
埋設護筒和制備泥漿鉆孔前,在現場(chǎng)放線(xiàn)定位,按樁位挖去樁孔表層土,并埋設護筒。護筒高2m左右,上部設1~2個(gè)溢漿孔,是用厚4~8㎜鋼板制成的圓筒,其內徑應大于鉆頭直徑200㎜。護筒的作用是固定樁孔位置,保護孔口,防止地面水流入,增加孔內水壓力,防止塌孔,成孔時(shí)引導鉆頭的方向。在鉆孔過(guò)程中,向孔中注入相對密度為1.1~1.5的泥漿,使樁孔內孔壁土層中的孔隙滲填密實(shí),避免孔內漏水,保持護筒內水壓穩定;泥漿相對密度大,加大了孔內的水壓力,可以穩固孔壁,防止塌孔;通過(guò)循環(huán)泥漿可將切削的泥石渣懸浮后排出,起到攜砂、排土的作用。
潛水鉆機成孔。潛水鉆機是一種旋轉式鉆孔機,其防水電機變速機構和鉆頭密封在一起,由樁架及鉆桿定位后可潛入水、泥漿中鉆孔。注入泥漿后通過(guò)正循環(huán)或反循環(huán)排渣法將孔內切削土粒、石渣排至孔外。潛水鉆機成孔排渣有正循環(huán)排渣和泵舉反循環(huán)排渣兩種方式。正循環(huán)排渣法:在鉆孔過(guò)程中,旋轉的鉆頭將碎泥渣切削成漿狀后,利用泥漿泵壓送高壓泥漿,經(jīng)鉆機中心管、分叉管送入到鉆頭底部強力噴出,與切削成漿狀的碎泥渣混合,攜帶泥土沿孔壁向上運動(dòng),從護筒的溢流孔排出。泵舉反循環(huán)排渣法:砂石泵隨主機一起潛入孔內,直接將切削碎泥渣隨泥漿抽排出孔外。沖擊鉆成孔。沖擊鉆機通過(guò)機架、卷?yè)P機把帶刃的重鉆頭(沖擊錘)提高到一定高度,靠自由下落的沖擊力切削破碎巖層或沖擊土層成孔。沖擊鉆頭形式有十字形、工字形、人字形等,一般常用十字形沖擊鉆頭。沖孔前應埋設鋼護筒,并準備好護壁材料。沖擊鉆機就位后,校正沖錘中心對準護筒中心,在沖程0.4~0.8m范圍內應低提密沖,并及時(shí)加入石塊與泥漿護壁,直至護筒下沉3~4m以后,沖程可以提高到1.5~2.0m,轉入正常沖擊,隨時(shí)測定并控制泥漿相對密度。施工中,應經(jīng)常檢查鋼絲繩損壞情況,卡機松緊程度和轉向裝置是否靈活,以免掉鉆。
沖抓錐成孔;沖抓錐錐頭上有一重鐵塊和活動(dòng)抓片,通過(guò)機架和卷?yè)P機將沖抓錐提升到一定高度,下落時(shí)松開(kāi)卷筒剎車(chē),抓片張開(kāi),錐頭便自由下落沖入土中,然后開(kāi)動(dòng)卷?yè)P機提升錐頭,這時(shí)抓片閉合抓土。沖抓錐整體提升至地面上卸去土渣,依次循環(huán)成孔。沖抓錐成孔施工過(guò)程、護筒安裝要求、泥漿護壁循環(huán)等與沖擊成孔施工相同。適用于松軟土層(砂土、粘土)中沖孔,但遇到堅硬土層時(shí)宜換用沖擊鉆施工。
驗孔是用探測器檢查樁位、直徑、深度和孔道情況;清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土,以減少樁基的沉降量,提高承載能力。泥漿護壁成孔清孔時(shí),對于土質(zhì)較好不易坍塌的樁孔,可用空氣吸泥機清孔,氣壓為0.5MPa,使管內形成強大高壓氣流向上涌,同時(shí)不斷地補足清水,被攪動(dòng)的泥渣隨氣流上涌從噴口排出,直至噴出清水為止。對于穩定性較差的孔壁應采用泥漿循環(huán)法清孔或抽筒排渣,清孔后的泥漿相對密度應控制在1.15~1.25。泥漿護壁成孔灌注混凝土的澆筑是在水中或泥漿中進(jìn)行的,故稱(chēng)為澆筑水下混凝土。水下混凝土宜比設計強度提高一個(gè)強度等級,必須具備良好的和易性,配合比應通過(guò)試驗確定。水下混凝土澆筑常用導管法。澆筑時(shí),先將導管內及漏斗灌滿(mǎn)混凝土,其量保證導管下端一次埋入混凝土面以下0.8m以上,然后剪斷懸吊隔水栓的鋼絲,混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞進(jìn)入水中。
沉管灌注樁是利用錘擊打樁設備或振動(dòng)沉樁設備,將帶有鋼筋混凝土的樁尖(或鋼板靴)或帶有活瓣式樁靴的鋼管沉入土中(鋼管直徑應與樁的設計尺寸一致),造成樁孔,然后放入鋼筋骨架并澆筑混凝土,隨之拔出套管,利用拔管時(shí)的振動(dòng)將混凝土搗實(shí),便形成所需要的灌注樁。在沉管灌注樁施工過(guò)程中,對土體有擠密作用和振動(dòng)影響, 施工中應結合現場(chǎng)施工條件,考慮成孔的順序。間隔一個(gè)或兩個(gè)樁位成孔;在鄰樁混凝土初凝前或終凝后成孔;一個(gè)承臺下樁數在5根以上者,中間的樁先成孔,外圍的樁后成孔。為了提高樁的質(zhì)量和承載能力,沉管灌注樁常采用單打法、復打法、翻插法等施工工藝。單打法(又稱(chēng)一次拔管法):拔管時(shí),每提升0.5~1.0m,振動(dòng)5~10s,然后再拔管0.5~1.0m,這樣反復進(jìn)行,直至全部拔出。復打法:在同一樁孔內連續進(jìn)行兩次單打,或根據需要進(jìn)行局部復打。施工時(shí),應保證前后兩次沉管軸線(xiàn)重合,并在混凝土初凝之前進(jìn)行。翻插法:鋼管每提升0.5m,再下插0.3m,這樣反復進(jìn)行,直至拔出。
利用錘擊沉樁設備沉管、拔管成樁,稱(chēng)為錘擊沉管灌注樁;利用振動(dòng)器振動(dòng)沉管、拔管成樁,稱(chēng)為振動(dòng)沉管灌注樁。
錘擊沉管灌注樁施工要點(diǎn):樁尖與樁管接口處應墊麻(或草繩)墊圈,以防地下水滲入管內和作緩沖層。沉管時(shí)先用低錘錘擊,觀(guān)察無(wú)偏移后,才正常施打。拔管前,應先錘擊或振動(dòng)套管,在測得混凝土確已流出套管時(shí)方可拔管。樁管內混凝土盡量填滿(mǎn),拔管時(shí)要均勻,保持連續密錘輕擊,并控制拔管速度,一般土層以不大于1m/min為宜,軟弱土層與軟硬交界處,應控制在0.8m/min以?xún)葹橐?。在管底未拔到樁頂設計標高前,倒打或輕擊不得中斷,注意使管內的混凝土保持略高于地面,并保持到全管拔出為止。樁的中心距在5倍樁管外徑以?xún)然蛐∮?m時(shí),均應跳打施工;中間空出的樁須待鄰樁混凝土達到設計強度的50%以后,方可施打。
振動(dòng)沉管灌注樁采用激振器或振動(dòng)沖擊沉管。其施工過(guò)程為:樁機就位,沉管,上料,拔管。大直徑灌注樁是采用人工挖掘方法成孔,放置鋼筋籠,澆筑混凝土而成的樁基礎,也稱(chēng)墩基礎。它由承臺、樁身和擴大頭組成,穿過(guò)深厚的軟弱土層而直接坐落在堅硬的巖石層上。優(yōu)點(diǎn)是樁身直徑大,承載能力高;施工時(shí)可在孔內直接檢查成孔質(zhì)量,觀(guān)察地質(zhì)土質(zhì)變化情況;樁孔深度由地基土層實(shí)際情況控制,樁底清孔除渣徹底、干凈,易保證混凝土澆筑質(zhì)量。
坍落的支護措施有現澆混凝土護壁、沉井護壁、噴射混凝土護壁等。即分段開(kāi)挖、分段澆筑混凝土護壁,既能防止孔壁坍塌,又能起到防水作用。樁孔采取分段開(kāi)挖,每段高度取決于土壁直立狀態(tài)的能力,一般0.5~1.0m為一施工段,開(kāi)挖井孔直徑為設計樁徑加混凝土護壁厚度。
護壁施工段,即支設護壁內模板(工具式活動(dòng)鋼模板)后澆筑混凝土,其強度一般不低于C15,護壁混凝土要振搗密實(shí);當混凝土強度達到1MPa(常溫下約24h)可拆除模板,進(jìn)入下一施工段。如此循環(huán),直至挖到設計要求的深度。當樁徑較大,挖掘深度大,地質(zhì)復雜,土質(zhì)差(松軟弱土層),且地下水位高時(shí),應采用沉井護壁法挖孔施工。沉井護壁施工是先在樁位上制作鋼筋混凝土井筒,井筒下?lián)v制鋼筋混凝土刃腳,然后在筒內挖土掏空,井筒靠其自重或附加荷載來(lái)克服筒壁與土體之間的摩擦阻力,邊挖邊沉,使其垂直地下沉到設計要求深度。- 樁孔中心線(xiàn)平面位置偏差不宜超過(guò)50㎜,樁的垂直度偏差不得超過(guò)0.5%
- 樁徑不得小于樁設計直徑。挖掘成孔區內,不得堆放余土和建筑材料,并防止局部集中荷載和機械振動(dòng)。
- 樁基礎一定要坐落在設計要求的持力層上,樁孔的挖掘深度應由設計人員根據現場(chǎng)地基土層的實(shí)際情況決定。
- 人工挖掘成孔應連續施工,成孔驗收后立即進(jìn)行混凝土澆筑。認真清除孔底浮渣余土排凈積水,澆筑過(guò)程中防止地下水流入。
- 人工挖掘成孔過(guò)程中,應嚴格按操作規程施工。井面應設置安全防護欄,當樁孔凈距小于2倍樁徑且小于2.5m時(shí),應間隔挖孔施工。