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'土力学研究性学习成果土木0811班钟奇贺磊陈超郝星智一、新型桩基型式及施工工艺1、葫芦桩高层建筑的基础施工涉及地质、建材、建筑施工、施工机械、液压技术和地基捡测等多种学科,谖领域的新技术开发风险大、时间长、耗费资金多,导致基础施工技术发展缓慢。打桩和灌注桩在现有基础施工技术中应用最多,桩体的形状为直桩柱,由于桩体底部的垂直承力面积小,主要靠桩体与周围土体的摩擦力支承负载,故称摩擦桩。这种桩的单桩承载力小、建材浪费多、容易出现基础整体下沉或不均匀下沉,另外这种桩的抗拔力小、稳定性差、抵卸强地震的能力弱。高层建筑基础施工的费用占工程总体造价的l0%~30%,巨大的市场和现有技术的缺陷使许多非建筑领域的专家纷纷致力于基础施工技术的开发研究,如何在直桩柱上增加一个或多个尽可能大的扩体是人们关注的焦点;近年来国内开发的夯扩桩、机械多扩桩、多分支承力盘桩和多翼桩在单桩承载力、抗拔力、稳定性和节省建材等方面均使现有基础施工技术相形见绌。然而夯扩桩仅有一个扩体,遇到硬土层扩体的直径偏小;机械多扩桩的扩体是钻制的.不能压密桩周土;多分支承力盘桩的扩体是向桩柱斜下方伸展的细长圆柱体,扩体有明显的混凝土灌注死角,由于扩体设置角度不合理,扩孔时成形机具受到土体的上推反作用力而抬升,造成扩体型腔畸形;多翼桩的扩体是等腰三角形,因土体上虚下实扩孔时戒形机具也要受到土体的上推反作用力而抬升,从而影响扩体型腔的成形质量。1.1葫芦桩的构造和原理葫芦桩由桩柱和多排扩体桩节掏成.每排扩体桩节有2个呈一字形或4个呈十字形的直角桩撑。依附于桩柱的直角桩撑设计成上锐角40、下锐角50’.这样的扩体型腔投有混凝土灌注死角,混凝土灌注质量好。工程实用表明,这样的扩体型腔设计能实现扩孔时土体对戒形机具的向上推力和向下压力相等,戒形机具始终在原位平稳施工,所扩体型腔的戒形质量非常完美。葫芦桩的直角桩撑沿桩柱的4个方向对称设置,这样的结构设计使桩体对任何方向的偏载都有同样良好的承受能力,还能确保扩孔时戒形机具不倾斜。直角桩撑类似于承受均匀分布载荷的伸臂粱.距离桩柱越近的纵截面承受的剪力也越大,上述直角桩撑的纵截面面积与承受剪力的大小成正比,桩体用材十分合理。葫芦桩扩体桩节的截面开度是桩柱直径的两倍,所以葫芦桩的垂直承力面积比普通圆桩柱大得多。由于葫芦桩的多排大开度扩体桩节深深嵌入周围土体,其抗拔力、稳定性和抵御强地震的能力均明显优于普通圆桩柱。1.2葫芦桩的施工方法:(1)使用螺旋钻机钻制5~12m罐地孔;(2)借助吊装机具将收拢状态的桩机插八地孔;(3)起动液压站,操纵手动换向阀使渣压缸活塞杆外伸,推压扩体桩节成形器的多排挤压板挤压地孔孔壁,扩体桩节型腔成形后反向操纵手动换向闽,液压缸活塞杆内缩.牵拉多排挤压板收拢.一个扩体桩节均为2个呈一字形的直角桩撑的葫芦桩型腔便做成了;(4)如果土质塑性较好.可以原位人工将收拢状态的桩机搬转90’,重复操作步骤(3)便做成一个扩体桩节均为4个星十字形的直角桩撑的葫芦拄型腔;(5)操纵吊装机具.利用桩机自身的重量夯实孔底虚土.然后将收拢状态的桩机从地孔中取出;
(6)将锕筋笼播进桩柱孔后灌注混凝土,养护28天以上。芦桩仅比普通圆桩桩多用16%的混凝土,单桩承载力却是普通圆桩柱的2.5倍。由此可见在承载力相同的条件下.采用葫芦桩能够节省536%的建材。由于葫芦桩的单桩承载力大、抗拔力强、稳定性好、抵御强地震的能力高.能够同样良好地承受任何方向的偏载:还由于葫芦桩的扩体型腔成形质量好、无混凝土灌注死角、节省建材,其应用研究被列入河北省建设委员会的科研项目,1995年12月18目此项技术研究正式通过了河北省建设委员会主持召开的鉴定会,会上专家们将葫芦桩定名为扩体桩。2、复合载体夯扩桩在长期的工程实践中,当浅部土层为软弱土层,天然地基不能满足要求,而下层有一定厚度的较好持力层时,设计者自然想到了桩基础。而当桩长较短时,此类桩基础基本上是端承桩,单桩承载力的大小取决于桩端截面积的大小。长期以来,人们为了提高此类桩的单桩承载力,想了很多办法,也发明了各种施工工艺和施工机具,例如,爆扩桩、夯扩桩、钻孔扩底桩以及人工挖孔扩底桩等,在提高单桩承载力方面取得了较好的效果,但这类桩仅仅是增大了桩端面积,无法加密桩端土体,反而由于在成桩过程中对桩端土的扰动和卸载作用,以及桩端浮渣的存在而降低了桩端承载力。复合载体夯扩桩正是为克服上述扩底桩的缺点,在夯扩桩基础上发展起来的新型桩基形式。2.1复合载体夯扩桩的构造复合载体夯扩桩是由干硬性混凝土和填充料等经细长锤夯扩形成的复合载体和钢筋混凝土桩身组成,它具有挤密地基和扩大桩端面积的双重作用。复合载体夯扩桩的构造见图1。被加固土层指桩端至桩端以下2m深度范围内的土层,该土层由夯扩体和在夯扩过程中被挤密加固了的桩间土两部分组成。持力层指被加固层下面的土层,其上界面距桩端约2m,该土层与被加固土层可以是一个土层。由于在被加固土层内填料并施以强力冲击,致使土体明显被加固,实验研究证明,桩端下4m范围内的土的压缩模量和承载力都得到提高,使被加固土层成为一个硬层,与其下的持力层形成双层地基,减少了桩基沉降,大幅度提高了桩基承载力。2.2适用条件复合载体夯扩桩的应用应综合考虑地质条件和环境条件。2.1.1地质条件地质条件是指被加固土层应具有良好的挤密性、足够的厚度、稳定的层面和适宜的埋深等。被加固土层一般应为可塑到硬塑状态的粘性土以及粉土、砂土和碎石土等,层厚一般不宜小于2m。当被加固土层为软塑状态的粘性土、素填土、杂填土和湿陷性黄土时,必须经过沉桩试验和荷载试验,以确定复合载体及桩基承载力是否稳定可靠。持力层应具有足够的承载力,一般应为可塑到硬塑的粘性土以及粉土、砂土和碎石土等。桩长一般4m~lOm较为适宜。2.2.2环境条件环境条件指该桩在沉管和夯填填充料时有较大的振动,若无有效的隔振措施,不宜在居民区或对振动敏感的建筑物附近施工。
2.3施工工艺2.3.1正式施工开始前应进行成桩试验,以确定沉管深度、填料用量、三击贯入度和混凝土充盈系数等施工参数。2.3.2施工时,首先机具就位,然后利用柴油锤锤击沉管,利用内夯锤挤出沉管内的土体,使沉管顺利下沉,沉管达到设计标高后,夯填填充料及干硬性混凝土,填充料可采用碎砖、碎混凝土块、碎石、卵石和矿渣等。2.3.3夯扩体填充料的投放量以三击贯入度控制,一般在0.5m3~1.8m3之间,当大于1.8m3时,表明或贯入度控制太严,或复合体土层太软,不适宜作复合层,应调整桩长或施工参数。2.3.4干硬性混凝土的投放量按设计要求的夯扩直径计算。2.3.5当干硬混凝土夯填完成后,拔出夯锤,下钢筋笼,然后边拔管边浇注和振捣混凝土。4.条基—疏桩现行的桩基础设计方法一般是把荷载简单地分配到各个桩上,即认为荷载全部通过桩传递到桩侧土和桩端土中,各个单桩承受的荷载总和即为结构的总荷载,这对高承台桩基础或端承桩基础是适用的,但对于常见的低承台摩擦桩基础却不适用。疏桩基础是指把建筑物按传统桩基设计所确定的桩的数量与间距进行精减与疏布的桩基础。实质上,它是利用疏化桩基原理来提高单桩的有效承载力,并利用桩间土的承载力来补偿桩基,也就是说,上部荷载不再全部由桩承担,而是由桩与桩间土共同承担,从而组成一种复合桩基。由于疏桩是以减少桩基为代价的,所以对其承载性能有待研究。5、分支桩采用分支桩可显著提高基础承载力。它是在原钻孔桩的基础上,充分利用各优良土层的抗力,使桩身在这些土层分别设置许多分支,发挥分支的端承作用,以提高桩的承载力。据研究结果表明,在地质条件及桩径、桩长相同的条件下,分支桩比直杆桩单桩竖向承载力提高一倍以上,相应的砼量仅增加6%一15%。同时,它具有经济指标好,噪音低、施工方便等特点。所以在我国第四纪土层较厚且承载力要求较高的地区可广泛应用。由于分支桩的承载力有一半是由分支承担的,因此,分支的质量是影响分支桩质量的关键。该桩型是近几年来才发展起来的,在分支控制及其对成桩质量影响等方面,尚缺乏统一的规程规范。新型钻孔挤压分支桩系指在已钻成的直孔内,插入一个分支器.用挤压的方式对周围地基上进行压密分支。其成桩流程可慨括为“钻孔一—分支——下钢筋笼一下导管一浇筑成桩。与直杆桩成桩流程不同的是增加一个分支环节。6.钻孔咬合桩咬合桩,即采用机械磨孔、抓斗取土、套管下压施工,桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。施工主要采用“套管桩机+超缓凝型混凝土”方案。咬合桩的排列方式为一个素混凝土桩(A桩)和一个钢筋混凝土桩(B桩)间隔,A桩B桩相间布置切割咬合(咬合宽度每侧20era)成排桩围护结构。如图1所示:先施工A桩,后施工B桩,A桩采用超缓凝型混凝土,要求必须在A桩混凝土初凝之前完成B桩的施工,B桩施工时,利用套管桩机的切割能力切割掉相邻A桩相交部分的混凝土,实现咬合。
6.1.适用范围咬合桩适用于软土地层,尤其适用于淤泥、流砂、富水等不良地层,具有对地层扰动小、抗渗能力强、造价低、施工速度快等优点。咬合桩施工灵活,容易转折变线,更适于施工一些平面几何图形转折多变,或呈各种弧形的基坑围护结构。6.2工艺流程(1)单桩工艺流程:单桩工艺流程为,平整场地一测放桩位一施工混凝土导墙一套管桩机就位对中一压入第一节套管并校核垂直度一钻孔一测量子L深一清孔检查一B桩吊放钢筋笼一放人混凝土导管一浇注混凝土一拔出套管。(2)排桩施工流程:咬合桩排桩是按先施工A桩,后施工B桩的施工原则进行的,其施工流程是:A1一A2一B1一A3一B2一A4一B3⋯⋯,如图2所示。(3)分段施工接头处理:由于施工采用多台桩机分段施工,必然出现每段施工的接头。对此施工中采取了砂桩灌注法的处理措施,在施工段与段的端头设置一根砂桩(成孔后用砂灌满),待后施工段到此接头时挖出桩内的砂子,灌注混凝土即可,砂桩设定在B桩上,如图3所示。7.陀螺桩陀螺桩是日本陀螺工业会开发的一种新型的地基基础形式,即在建筑物地基基础表面铺设陀螺形预制混凝土块。图4所示为单层陀螺桩结构。陆地用预制陀螺桩混凝土块的形状和尺寸规格有直径为33cm和50em2种形式,图2为直径50cm陀螺桩的尺寸。海岸用陀螺桩混凝土块有直径为1.5m和2m2种尺寸。陀螺桩是一种浅层地基处理技术,适用于淤泥、软土地基及地震区砂土地基的处理。在修建非高层建筑物时,可避免采用复杂的深基础。显著减少地基沉降量,提高地基承载力,同时还具有抗液化和抗地震的效果。目前,该技术在日本已经得到广泛应用。在我国,陀螺桩地基处理技术的应用还非常有限,有关实验数据及实际工程经验也很少。陀螺桩地基处理技术不但施工简单,而且用途广泛,在我国软土地区
及诸多海岸工程中具有广阔的应用前景。图48.振动取土灌注桩该桩型由高频液压振动锤作业施工。振动取土灌注桩就是当今非常具有应用前景的一种新型成桩新技术。近年来,在基础工程领域的桩基工程技术中,旋挖钻机成孔灌注桩技术大量应用于工程建设中,代表着当今成孔技术工艺发展的先进水平。全套管大直径高频振动取土灌注桩施工方法是采用大激振力、中或高频振动锤及与之配套的水润滑装置,将钢护筒与专用的取土器具沉入地下,取土成孔的一种新型成孔技术;由于采用了大激振力、中或高频振动锤及与之配套的水润滑装置,使套管与土层的相互摩阻力大大降低,克服了诸如断桩、缩颈、离析夹泥等质量问题,与现有类似的设备相比工效可提高2倍以上,技术达到国内领先水平。振动取土灌注桩是利用高频液压振动锤作为成桩技术施工机械,利用高频振动将外钢护筒沉入地下,然后将一根与外钢护筒等长、底部带了取土活门、直径略小于外钢护筒直径的取土器用高频液压振动锤沉入外钢护简内,待土装到一定量后提出取土器,打开取土活门倒掉,取土到设计深度后,下放钢筋笼,然后浇灌混凝土。最后拔出外钢护筒,并有专人检查就完成了一根振动取土灌注桩的施工。9.薄壁筒桩薄壁筒桩是软土地基加固的一种新型桩,采用双钢管护筒成孔器加环形桩尖结构,并使用中高频振动头将大直径双钢管护筒成孔器振压沉入土中,使局部地基土由桩靴底向管腔内推进移动挤密并部分排出地面而使外侧土体基本不受挤压,在机振动和振拨管及土芯柱模的共同作用下,使双钢管护筒成孔器内混凝土在振拨管后密实成筒桩型的一种新型工艺桩。这种工艺法独具锲土扰动土少并由外管和内管形成排土功效,有效避免了其它挤土桩常见的桩质量缺陷,即离析、缩径、断桩等现象;同时,由于其环形桩尖锲刃角度可以根据土质状况进行设计调节,在施工时对土体扰动少,锲入土时间短,由于薄壁筒桩独特工艺的特质,从双钢管护筒成孔器内腔排出地面的土少,提高了施工现场环保性、降低了二次运输污染,节省了投资成本。薄壁筒桩系采用薄壳技术,具有单桩承载力高,桩身质量可靠,施工速度快,沉降易控制,预压期较短的特点,薄壁筒桩及盖板施工完验收合格后,可直接快速填筑土至
等载标高,不须二次开挖。10.钻孔预制预应力空心桩我国公路、铁路、港工、建筑等行业的土木工程基础施工中,正在广泛采用的钻孔实心桩基础,较其他类型的基础具有不同的优点,在桥梁及其他工程建设方面起巨大作用,收到明显的社会效益。但是,在施工过程中也暴露出其本身存在的严重缺陷和不足,如孔壁坍塌、断桩等事故。从河南省交通公路部门历年来检验的2338根桩来看,其中严重报废或需加固处理的有82根,占3.5%;一般缺陷的有178根,占7.6%;事故率近10%。日本曾检测了1024根桩,19%的有缺陷。由于桩身埋于河床之下,既看不见也摸不着,隐患不易察觉,处理起来也异常麻烦和困难。近年来,大直径桩越来越多,桩径越大,桩身混凝土体积越大,而桩的侧表面积增加有限,所以不把实心改成空心是不经济的。就全国而言,每年要建成许多座大中型桥梁,材料和资金的浪费是显而易见的。基于上述原因,河南省交通公路部门提出了桩基础改革设想,用空心桩代替实心桩,并在郑州贾鲁河桥进行了单桩试验;相继在207国道伊河大桥南岸用6根桩进行了对比试验;在洛阳涧河大桥又采用了“挖孔扩底以及钻孔埋置预应力空心桩”新工艺,取得满意效果。随后,又在汪河大桥、杨帆桥和晏河桥等推广应用,几年的通车运行证明空心桩具有明显的优点和推广价值。河南省先后在数座特大桥基础工程中,使用的桩径达3.5rll以上,在桩径上有了较大突破,为空心桩发展做出了贡献。据报道,前苏联曾广泛采用大型管桩基础,日本也用过先钻孔后沉入预制预应力空心桩的新工艺,委内瑞拉的马拉开波大桥也采用了类似的空心桩新工艺。综观国内外空心桩新工艺发展历程,可以看出该技术对提高钻孔桩质量、加快施工进度、降低工程造价有重要作用。预应力混凝土管桩是采用预应力工艺和离心成型法制成的一种细长空心体混凝土预制构件,是一种采用挤土或半挤土的桩基形式,是将建筑物的荷载传给地基土的具有一定抗弯、抗压性能的受力杆件。施工法主要采用锤击法和静压法;桩尖形式有十字型、锥型和开口型;桩节之间的连接采用端头焊接连接。管桩较适合的应用条件:1)要求单桩竖向极限承载力标准值在2400kN~5600kN之间的建筑,选用管桩较经济合理;2)基岩埋深在15m~30m左右,有较厚的强风化岩层作持力层,持力层标贯在45击左右较合理;3)淤泥软土较厚的地基、近海建筑,采用其他桩型易出现质量事故,采用管桩为首选。因静压桩施工工艺具有噪音小、振动小、造价低、施工速度快的特点,近年来预应力混凝土管桩在内地城市市区得到了广泛应用。11.1桩的施工程序11.1.1钻孔预制钢筋混凝土空心桩成桩(或钻孔预制预应力空心桩)简要施工工艺1)做好施工前准备工作(材料制备、钢筋混凝土预制管节制作或预应力混凝土预制管节制作、钻孔机械拼装等)。2)恢复定线,测桩定位。3)埋置护筒,如果河中有水,需筑岛施工。4)钻孔达到设计深度,检查直径和垂直度。5)清除孔底沉泥,抛填碎石30em--50errl。6)沿孔插入导向杆4根伸至孔底,兼作压浆管用。7)依次拼装各管节,首先将第一节带底空心管节吊装就位,边拼接边在桩内加水,下沉到底。8)经预留压浆管压注清水,冲洗孔内泥浆。9)从桩周4根压浆管自下而上压注膨胀性水泥砂浆,以填充桩周空隙。10)养生3d~5d,抽干桩内积水,从观察孔检查桩周压浆质量,必要时二次压浆。11.1.2钻孔下沉钢内套空心桩模板,填石压浆混凝土形成空心桩成桩简要施工工艺第1)条~第6)条与钻孔预制钢筋混凝土空心桩成桩操作相同。7)在骨架内下沉带底可拆式钢
内套空心桩模板,在底板上装好压浆软管。并灌水增加重量,使下沉到底。8)将内套与孔壁之间空隙填满碎石。9)通过底板压浆管压注清水冲洗孔内泥浆。10)从4根压浆管压注膨胀水泥砂浆(可掺粉煤灰、减水剂或绥凝剂等)。11)自下而上,边压注,边提管,直至压浆至桩顶封闭稳压。12)经过养生,混凝土强度达到70%以上,抽干套筒内积水,拆除钢内套。13)再从桩底压浆孔二次压浆,检查是否密实。12.后压浆灌注桩后压灌注浆是在普通灌注桩基础上发展起来的一种新型桩。它是在钻孔、挖孔或冲孔等各种形式的灌注桩成桩之后,通过埋设在桩身中的注浆管,将能够固化的浆液(如纯水泥浆、水泥砂浆、掺加外加剂的水泥浆、化学浆液等)均匀地注入桩身侧面或桩端底层,改变了桩端、桩侧附近土体的物理力学性质,使桩端阻力和桩侧摩阻力得到不同程度的提高,桩的沉降得以减小,桩的承载能力明显提高。一、后压浆灌注桩的工程分类按注浆管埋设方法,后压浆灌注桩可以分为桩身预埋注浆管和钻孔埋管注浆两种。桩身预埋注浆管可以将注浆管设置在桩中部,也可以设置在桩身侧面;钻孔埋管注浆一般是在桩身承载力不能满足要求和进行桩基事故处理时所采用的方法。按注浆工艺分类,后压浆可以分为开式注浆和闭式注浆两种。开式注浆是指浆液通过注浆管直接压入桩底端,浆液与桩底沉渣、桩端周围土体呈混合状态,有时会产生劈裂注浆。该方法加固范围大,浆液与周围土体发生混合劈裂、填充、渗透等作用,在桩端形成类似于复合地基的扩大头。闭式注浆就是将浆液压入桩底端预制的弹性良好的腔体内,随着注浆压力和注浆量的增大,弹性腔体逐渐膨胀、扩张,在桩端下土层中形成浆泡。浆泡的产生及其逐渐扩大会对桩端沉渣及桩端土层进行有效压密,这样即可以对桩端土层进行局部加固。13.全夯式沉管扩底桩皖南山区总体地貌以高山和低山丘陵为主,在漫长的地质变迁中,使整个皖南山区的城市大都集中在河流冲积相的一级或二级阶地及山间盆地上,在皖南山区的各市县的总体地貌大都如此。其城市地层的总体结构大都由杂填土、粉土、粉细砂、砾石组成。随着城市规模的扩大,很多建筑和市政工程都遇到处理较差的地基问题,以前遇到这种情况,其基础型式一般采用人工挖孑L桩、钻(冲)孔灌注桩、沉管灌注桩及沉管夯扩桩,但由于人工挖孔灌注桩存在地下水位高、流砂等因素,不但造价高而且施工质量得不到保证,而沉管灌注桩及沉管夯扩桩在淤泥层容易形成缩径、蜂窝等缺陷问题,桩身的施工质量难以控制,所以大部分设计者在遇到承载力要求高的情况下采用钻(冲)孔灌注桩基础,该工艺施工速度慢、造价高。近年来,随着新的桩基施工技术的发展,一种全新的桩基施工技术(全夯式扩底灌注桩)在皖南应用取得了成功,它是在普通沉管夯扩桩施工机械的基础上,进行了技术更新改造,从而形成的独特的成桩工艺,在桩底、桩身混凝土形成的过程中,创造了全过程击打混凝土等一整套新技术,确保了桩身混凝土密实度,显著地提高了桩身混凝土质量,克服了不良地基对成桩质量的影响,消除了桩身常见的质量通病,其最显著的特点足大大提高了单桩的极限承载力;另一个优点就是同比节省工程造价,该工艺操作简便,便于推广,以机械硬性指标代替人为因素,工程质量控制可靠,单桩的承载力高,与钻(冲)孔灌注相比可缩短施工工期,是城市高层建筑、水利工程、桥梁工程较合理的桩型。13.1施工工艺
全夯式沉管扩底桩是在原沉管扩底桩施工技术的基础上,改进桩机设备、改变成桩工艺而形成,保持了原沉管扩底桩的优势。具体施工流程如下:①锤击沉管前,在桩位处放置干硬性混凝土,用量应足以填满管底空腔为准,以保证止水阻淤的效果;②锤击沉管时,应按地质勘探报告提供的持力层埋深指标,控制沉管深度和最后贯入度,以确保桩端置于设计要求的持力层内;③锤击沉管,宜采用重锤低击的办法施打,落锤高度为1.Om;④最后三阵贯人度指标暂定为10cm以内,且不小于8cm,沉管进入设计持力层深度后,当每击贯入度为2.Ocfn,击时,必须测量每十击的贯入度,不得产生过打现象,贯入度过小时(小于8cm),将会造成扩底困难。14.水力插板桩水力插板桩是一种新型的桩基工程,把石油工业中喷射钻井、井、井卜.冲砂、打水泥塞等几项专用技术与水利丁程相结合,经过嫁接和改造发展起来的桩基技术。其技术特点是水力切割、导向定位和整体连接,即在钢筋混凝土板内预埋导流钢管和喷枪,施工时高长水流从底部喷枪射出对地层进行冲刺切割,混凝土板沿被水切开的地层在自重作用下自然下沉到预定深度。水力插板是利用高速水流切割地层,切割出与捅板厚度人敛相同的缝隙,被切割的土层细粒部分造成泥浆泛m地晒,粗粒部分留在板桩四周,降低了土壤的粘聚力。插板进入预定深度后,把清水换成水泥浆,水泥浆与桩周土作用,在桩周围形成强度较高的水泥土膜,加强桩土作用。此外还有随着建筑行业的大量发展,还有很多的新型桩基形式,比如说螺杆灌注桩、钉桩、后植入钢筋笼灌注桩、新型环保沉管灌注混凝土筒桩、振动夯扩桩、竹节型人工挖孔扩底桩、钻孔压灌超流态混凝土桩、长短桩组合桩等等,具体的选用时我们应该结合实际情况,综合考虑,选择最佳桩型。
附表:桩的施工类型
二、摩擦桩的产生原因及预防措施1.桩侧负摩阻力的成因产生负摩阻力的情况有多种,主要是桩与桩周土的相对位移情况。桩侧负摩阻力的成因有:1.1桩穿过欠固结的松散填土或新沉积的欠固结土层进入硬持力层,桩侧土层在自重作用下产生固结下沉;1.2桩侧存在自重湿陷性黄土或季节性冻土层或可液化土层,因黄土浸水湿陷或冻土融沉,或可液化土受地震或其他动力荷载而液化,液化土重新固结而出现大量的下沉1.3在桩附近地面大面积堆载或大面积填土,引起地面下沉1.4土体的次固结与土体的流变;1.5桩侧土层抽取地下水或其他原因出现大面积地下水位下降,土的有效应力增加导致地面下沉;1.6桩数很多的密集群桩打桩时(尤其在饱和软土中打桩),使桩周土中产生很大的超孔隙水压力,打桩停止后桩周土的重新固结作用引起下沉。1.7大面积抽取地下水或采取液体矿床而引起土中有效应力增长,地面区域性沉降;1.8由于邻近建筑物浅基础附加应力引起的土体压缩;1.9松散无黏性土由于振动设备或交通动载而引起的沉降。1.10地震区液化土层的影响,当地震时会产生震陷,地表土体下沉(地面沉降)导致产生负摩阻力。1.11地下工程:随着地下空间的开发利用,城市中地下工程越来越多,如地下铁道、地下街、地下商场和地下污水合流工程等,由于这类工程往往是在浅层地下掘进进行的,由于开挖工作面不稳定造成的土体损失、土体应力释放及扰动土体重新固结,将会造成地面土体大量级变形,也可能会对上部或相邻建筑物桩基产生附加力,即负摩阻力;、1.12溶洞塌陷、土洞塌陷等造成的上部土体沉降而产生的负摩阻力问题;2.减少负摩擦力的工程措施负摩擦力可产生于施工阶段和使用阶段,其中施工阶段负摩擦力的防治尤其关键,这个阶段能有效的防止负摩擦力的产生,最大限度的减少负摩擦力对基础的危害。在现场施工中常采取以下措施以避免和减少施工过程中可能出现的负摩擦力:2.1对建筑物的回填土采取加固处理。建筑场地平整造成较厚的回填土,回填土的固结将对桩产生负摩擦力,故应对回填土进行压密,压密度可按建筑物荷载而定。建筑物桩基影响范围内存在欠固结的软弱压缩土层时,采用换土或设置砂桩等方法进行地基处理,以避免地面堆载引起压缩土层下沉量大于桩身的下沉量而产生负摩擦力。2.2大面积地面堆载的场地,增设保护桩减少桩周土层因自重固结产生的负摩擦力。对有大量地表水向下渗流和场地地下水大量抽降,且又采用桩基础的建筑物情况,其地面应设置良好的排水设施以及采取有效措施处理抽水后形成的土层下沉(如增加支承桩)。2.3采用桩身表面涂层法。可以根据中性点确定法方,在中性点以上的桩侧表面涂上特种沥青。此种方法是目前普遍认为最有效降低负摩阻力的方法。确定桩存在负摩擦力后,应通过计算取得负摩擦力值,利用正、负摩擦力的极限平衡条件,采用适当的措施,如加长桩尖进入持力层的厚度,增大正摩擦力以抵消桩的负摩擦力。计算出桩的中性点,在中性点上段涂刷强而耐久的防护涂料,减少桩的负摩擦力。为了防止桩身侧面所涂的沥青在沉桩时被破坏,往往将桩底做得比桩身稍大一些。对于灌注桩可在沉降土层范围内插入比钻孔直径小5cm~10cm的预制混凝土桩段,预制桩段外围填充稠度较高的膨润土泥浆以形成隔离层。在泥浆护壁成孔的情况下,可在浇筑完下段混凝土后,填人高稠度膨润土泥浆,然后插入预制混凝土桩段。在干作业成桩条件下,可将双层筒形塑料薄膜预先置于钻孔沉降土层范围内,然后
在其中浇筑混凝土,使塑料薄膜在桩身与孔壁之间形成可自由滑动的隔离层。随着现代工艺的发展,一种新型的防治负摩擦力的方法即涂层法在工程中被广泛应用涂层法减少桩负摩擦力的方法在国外使用很多,其原理是在桩的中性点以上部分涂以薄层涂料,以减少桩土间相对位移,从而达到减少负摩擦力的目的。现在使用最多的涂层是沥青涂层,价格便宜且效果较好。2.4在桩身处采用套管保护。即在中性以上部分增设较桩身直径稍大的套管。此种方法可使桩身不会受到负摩阻力的影响。但施工工作量会因此增加,钢材消耗量加大,造价因此而有所增长。.2.5分时段施工法。该法是将桩基施工0.5~1a后,再继续其上部结构施工,可以缓解负摩阻力的作用;2.6由于负摩阻力是桩周土体沉降大于桩身沉降而产生的,在桩基施工之前针对软土的特点采取地面堆载或者强迫降水等方法,先使得软土完成或部分完成土体沉降,可以从根本上减轻或消除负摩阻力的不利影响。2.7针对地质条件的特点和上部结构的要求选择合理的桩型。摩擦桩与端承型桩受负摩阻力影响而产生的附加作用是不相同的,摩擦桩以沉降为主,附加荷载是次要因素;端承型桩以桩身轴力和桩端荷载的增加为主,附加沉降是次要的。根据上部结构对沉降要求的严格程度选择合理的桩型。采用摩擦桩可以避免采用端承型桩时由于负摩阻力的作用而使得位于桩群外围桩的桩端部位的桩身被压碎。2.8减轻基桩中负摩阻力影响可以用使桩土隔离的方法,也可以使软土在基桩施工前先强迫沉降,更需要针对工程地质条件和上部结构的要求选择合理的桩型,以适应上部结构对桩基沉降和承载力的2.9采用预钻孔法,此方法是打入桩之前先钻孔,其直径比桩径略大,深度达到中性点,而在中性点以下用打入或其它常规方法施工以保证桩的正摩阻力,中性点以上则用膨润土泥浆填充,从而消减负摩阻力;2.10软基加固法。为了消减桩基负摩阻力,在基桩施工之前,先对软土地基地段进行加固处理.如进行预压、强夯、挤密,甚至复合地基加固,使之有效地加速地基固结,降低浅层地基土的可压缩性,从而达到消减负摩阻力的效果.2.11支承桩柱法。尽量减少穿过产生负摩阻力区域的桩侧面积,在可能的情况下采用细长桩,而在桩端采用扩大桩头来提高端承能力,这只适合于端承桩。2.12电渗法,降低有效应力,使得桩土界面处的负摩阻力降低。2.13建筑物桩基影响范围内存在欠固结的软弱压缩土层时,采用换土或打砂桩等方法进行地基处理,避免地面堆载引起压缩土层下沉量大于桩身的下沉量而产生负摩擦力;2.14对有大量地表水向下渗流和场地地下水大量捆降,且又采用桩基础的建筑物,其地面应设置良好的排水设施以及采取有效措施处理抽水后形成的土层下沉使口增加支承蛀);2.15确定桩存在负摩擦力后,应通过计算取得负摩擦力值,利用正、负摩擦力的极限平衡条件,采用适当的措施,如加长桩尖进入持力层的厚度,增大正摩擦力以抵消桩的负摩擦力;2.16对于挤土沉桩,应采取消减超孔隙水压力、控制沉桩速率等措施;2.17采取“抗”的措施,即是在桩基础承载力设计时,考虑负摩阻力作为下拉荷载的一部分,来进行桩基础设计。诚然,在实际工程中,应根据不同的工程情况,选用相应的措施消减负摩阻力。
三、建筑桩基与铁路桩基的异同和缺点都考虑摩擦阻力和端承力,建筑桩基保险系数较小,铁路桩基较大,建筑桩基承载力从理论上进行计算,在复杂多变的实际问题中需要灵活机动的运用,而不能一味的套用公式,较麻烦。而铁路桩基保险系数大,但也造成了一定的浪费,而且他的扩散并非像假设的一样呈角度均匀扩散。'