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1、桩基础施工技术现状及未来发展趋向浅谈1 1、桩基础施工技术现状按施工方法，桩可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩三大类。再细分，桩的施工方法超过300种。施工方法的变化、完善、更新可以说是日新月异。图1中列出桩的部分施工类型。以埋入式桩为例，图中仅列出三大类，实际上细分可有80种以上类型。所谓中掘施工法桩是把小于桩径3040mm 的长螺旋钻、或钻杆端部装有搅拌翼片的螺旋钻及钻斗钻等插入桩的中空部，在钻头附近的地层连续钻进，使土沿中空部上升，从桩顶排土的同时将桩沉设。在施工中通常将桩端注入压缩空气和水，促进钻进的同时也使桩沉顺利。为使桩获得更大的承载力，桩埋入孔中后可分别采用量终打击方式、桩端加固
2、方式或扩大头加固方式。按中掘埋入工艺、钻机、承载力发挥方法及采用的预制桩种类等，中掘施工法桩又可细分为40余种桩型。而预钻孔埋入式桩亦可细分为40余种。以泥浆护壁法钻孔扩底灌注桩的成孔方法为例，亦有40种以上，扩底方式可分为反循环扩底、钻斗钻扩底、正循环扩底及潜水钻扩底等。其中反循环扩底方式又分为扩刀上开、扩刀下开、扩刀滑降及扩刀推出等方式；钻斗钻扩底方式又分为水平推出、滑降及下开和水平推出的并用等方式。以桩端压力注浆为例，注浆工艺可分为闭式注浆和开式注浆两大类，桩端压力注浆施工工艺的核心部件桩端压力注浆装置又可分为预留压力注浆室、预留承压包、预留注浆空腔、预留注浆通道及预留特殊注浆装置五大类
3、，两者组合，目前已有20余种桩端压力注浆桩工法，其中国内有18种。2 2、常用桩设桩工艺选择桩型的选择应考虑以下原则：（1)“因荷载制宜”即上部结构传递给基础的荷载大小是控制单桩承载力要求的主要因素。（2） “因土层制宜”，即根据建筑物场地的工程地质条件、地下水位状况和桩端持力层深度等，通过比较各种不同方案桩结构的承载力和技术经济指标，选择桩的类型。（3)“因机械制宜”，即考虑本地区桩基施工单位现有的桩工机械设备；如确实需要从其他地区引进桩工机械时，则需要考虑其经济合理性。（4） “因环境制宜”，即考虑设桩过程中对环境的影响，例如打入式预制桩和打入式灌注桩的场合，就要考虑振动、噪声以及油污对周
4、围环境的影响；泥浆护壁钻孔桩和埋入式桩就要考虑泥水、泥土的处理，否则会造成对环境的不利影响。（5） “因造价制宜”，即采用的桩型，其造价应比较低廉。（6） “因工期制宜”，当工期紧迫而环境又允许，可采用打入式预制桩，因其施工速度快；再如施工条件合适，也可采用人工挖孔桩，因该桩型施工作业面可增多，施工进程也较快。总之，在选择桩型和工艺时，应对建筑物的特征(建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、建筑物的安全等级等)、地形、工程地质条件(穿越土层、桩端持力层岩土特性)、水文地质条件(地下水类别、地下水位标高)、施工机械设备、施工环境、施工经验、各种桩施工法的特征、制桩材料供应条件、造价以及工期等进行
5、综合性研究分析后，并进行技术经济分析比较，最后选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。表1为常用桩设桩工艺选择参考表，该表综合国内外施工实践并参阅大量文献资料后编制而成，可供选型时参考。我国幅地辽阔，工程地质与水文地质条件复杂多变，东部与中西部地区经济发展不平衡，各类工程要求又不相同。大量施工实践表明，我国常用的各种桩型从总体上看，具有以下特点：大直径桩与普通直径桩并存；预制桩与灌注桩并存；非挤土桩、部分挤土桩与挤土桩并存；在非挤土灌注桩中钻孔、冲抓成孔与人工挖孔法并存；在挤土桩中锤击法、振动法与静压法并存；在部分挤土灌注桩的压浆工艺法中前注浆桩与后注浆桩并存；先进的、现代化的工艺设备与传统的
6、、较陈旧的工艺设备并存等等。由此可见，各种桩型在我国都有合适的地层土质、环境与需求，也有发展、完善和创新的条件。需要引起注意的是：任何一种桩型都不是万能的，都有其适用范围，关键在于找到切入点，扬长避短；再好的桩型只要施工中不注意质量或超过其适用范围，就会出现质量问题甚至造成重大事故及经济损失。3 3、桩基础施工技术发展趋向在进入21世纪之际，桩基础施工技术发展中至少有以下一些动向值得人们关注。3.1 桩的尺寸向长、大方向发展。基于高层、超高层建筑物及大型桥主塔基础等承载的需要，桩径越来越大，桩长越来越长。欧美及日本的钢管桩长度已达100m 以上，桩径超过2500mm；上海金茂大厦钢管桩桩端进入
7、地面下80m 的砂层，桩径为914.4mm；温州地区静压式钢筋混凝土预制桩长度已达70m 以上，桩断面600600mm2；郑州某工程反循环钻成孔灌注桩直径为10001100mm，桩长77.6m；厦门某大厦反循环钻成孔灌注桩深度达103m；南京长江二桥主塔墩基础反循环钻成孔灌注桩直径为3m，深度150m。3.2 桩的尺寸向短、小方向发展。基于老城区改造、老基础托换加固、建筑物纠偏加固、建筑物增层以及补桩等需要，小桩及锚杆静压桩技术日趋成熟，应用广泛。小桩又称微型桩或 IM桩，是法国索勒唐舍(SOLETANCHE)公司开发的一种灌注技术。小桩实质上是直径压力注浆桩；桩径为70250mm(国内多用2
8、50mm)，长径比大于30(国内桩长多用812m，长径比通常为50左右)，采用钻孔(国内多用螺旋钻成孔)、强配筋(配筋率大于1%)和压力注浆(注浆压力为1.02.5MPa)工艺施工。锚杆静压桩的断面为200200mm2300300mm2；桩段长度取决于施工净空高度和机具情况，为1.03.0m，桩入土深度330m。3.3 向攻克桩成孔难点方向发展。以日本为例，成立由64家基础公司组成的岩层削孔技术协会，研究开发出20余种大直径岩层削孔工法，其中长螺旋钻进成孔法3种，回转钻进成孔法5种，冲击钻进成孔法7种以及全套管回转掘削孔法9种。国内也有不少单位成功地研究开发出岩层钻进成孔法及大三石层(大卵砾石
9、层、大抛石层和大孤石层)钻进成孔法。34 向低公害工法桩方向发展。筒式柴油锤冲击式钢筋混凝土预制桩虽然具有桩身质量较可靠、施工速度快及承载力高等优点，但由于其施工时噪声高、振动大和油污飞溅(三者统称为一次公害)等缺点，在城区的住宅群及公共建筑群等场地施工中受到很大限制，为此静压实钢筋混凝土预制桩施工技术在国内得到业主的青睐。最近二十多年来，静压桩在我国软土地区(温州、武汉及珠江三角洲等地区)得到广泛应用，静压桩基础不仅适用于多层和一般高层建筑，还可用于2035层高层建筑，压桩机的生产和使用跨进了一个新时代。湖南山河智能机械股份有限公司生产的系列静力压桩机是新型的环保型建筑基础施工设备，具有无污
10、染、无噪声、无振动、压桩速度快、成桩质量高等显著特点，技术水平国际领先。有 ZYJ(抱压式)和 ZYDJ(顶压式)两大系列，20多个品种，压桩力从80012000kN，采用静压法施工的桩长已达70m 以上。实践表明，用步履式全液压静力压桩机施工开口预应力管桩(PC 桩)和预应力高强度管桩(PHC 桩)是桩机和桩型的优化组合，也是具有中国特色的施工工法。国外已显现出用液压打桩锤取代筒式柴油锤的趋势。与筒式柴油锤相比，液压打桩锤具有桩锤短、噪声低、无油烟、省燃料、每一个工作循环中沉桩力持续时间长、打击力大、每一次冲击产生的桩贯入度较大等特点。泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩在地下水位高的软土地区虽然被较广
11、泛地采用，但由于泥浆的使用造成施工现场不文明及泥浆排除(称为二次公害)的困难，成为施工者头痛之事。因此，钻斗钻成孔灌注桩(即用旋挖钻机的钻斗钻头成孔而成的灌注桩)，因其干取土作业加之所使用的稳定液可由专用的仓罐贮存，现场较为文明，在日本建筑业界此类桩型已成为泥浆护壁灌注桩的主力桩型，国内此类桩型的采用亦日趋增多。1998年812月，在北京某工地应用此桩型约为18000根，桩径0.8、1.0和1.2m，孔深1215m，桩端进入砂砾石层0.5m。近几年来，青藏铁路、北京鸟巢（北京奥运会主会场）工程及首都机场第三期工程均大量采用钻斗钻成孔灌注桩。贝诺特（Benoto）灌注桩施工法为全套管施工法。该法
12、利用摇动装置的摇动（或回转装置的回转）使钢套管与土层间的摩阻力大大减少，边摇动（或边回转）边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土，直至套管下到桩端持力层为止。挖掘完毕后立即进行挖掘深度的测定，并确认桩端持力层，然后清除虚土。成孔后将钢筋笼放入，接着将导管竖立在钻孔中心，最后灌注混凝土成桩。贝诺特法实质上是冲抓斗跟管钻进法。贝特诺灌注桩由于环保效果好（噪声低、振动小、无泥浆污染与排放） 、施工现场文明，在海内外广泛采用，我国香港地区此类桩型的市场份额约占45%，昆明、温州及北京地区十余个工地已成功地采用此类桩型。1999年上半年，北京某工地因杂填土层（含旧砖窑场地、块石及混凝土块等）过厚，深度823m，
13、其他桩型无法施工，结果采用国产捷程牌摇动式全套钻机施工，历时四个月，顺利地完成976根桩，桩径为0.8、1.0和1.2m，桩长为2024m穿越杂填土进入老土一定深度。从2001年起，在深圳、南京、杭州及天津等地13个地铁车站中采用捷程牌全套管钻机施工咬合桩成功地取代地下连续墙，为业主节省大量造价。3.5 向扩孔桩方向发展。北京地区普通直径钻孔扩底灌注桩（桩身直径0.30.4m，扩底直径0.81.2m）的静载试验结果表明，与相同桩身直径的直孔桩相比，前者极限荷载为后者的1.77.0倍，前者的单位桩体积的极限荷载为后者的1.43.0倍。大直径钻（挖）孔扩底桩具有承载力高、成孔后出土量少、承台面积小
14、等显著优点，在国内外得到广泛运用。我国的钻孔扩底桩种类有20种以上，日本的大直径钻扩桩工法将近30种。扩孔的成型工艺除钻扩外，还有爆扩、冲扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、注扩、挤扩和挖扩等种类。注扩是指桩端压力注浆桩、桩侧压力注浆桩及桩端桩侧联合注浆桩。桩端压力注浆桩是指钻孔、冲孔和挖孔灌注桩在成桩后，通常通过预埋在桩身的注浆管利用压力作用，将能固化的浆液（诸如，纯水泥浆、或水泥砂浆、或加外加剂及掺合料的水泥浆、或超细水泥浆、或化学浆液等） ，经桩端的预留压力注浆装置（诸如，预留压力注浆室、或预留承压包、或预留注浆空腔、或预留注浆通道、或预留的特殊的注浆装置等）均匀地注入桩端地层；视浆液性状、土层
15、特性和注浆参数等不同条件、压力浆液对桩端土层、中风化与强风化基岩、桩端虚土及桩端附近的桩周土层起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结或多种形式的组合等不同作用，改变其物理力学性能及桩与岩、土之间的边界条件，消除虚土隐患，从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量。进入20世纪90年代后，桩端压力注浆技术在国内得到蓬勃发展，具体表现在：（1）桩端压力注浆装置型式众多，据笔者收集到的资料可知，国内已有18种桩端压力注浆装置；（2）注浆工艺水平得到较大提高和完善，使端桩压力注浆桩的承载力较初期使用时大为提高；（3）不少施工单位制定出适应于当地情况的端桩压力注浆工艺操作规程和质量控制标准；（4）有关桩端压
16、力注浆桩的文章亦大幅度增加，据笔者收集到的散落在有关杂志及会议论文集中的文献已有200余篇；（5）桩端压力注浆桩已成为土木建筑深基础中的一种重要桩型，初步分析国内已有数百幢多层、高层和超高层建筑桩基工程采用此类桩型；（6）在开展桩端压力注浆工艺的同时，国内还开发桩侧压力注浆工艺，桩端桩侧联合注浆（统称为后压浆桩）获得更显著的技术经济效益。图1中列出的数种沉管夯击式扩底桩具有单桩承载力较高，无泥浆排放及施工速度较快等优点。此类桩虽然可将扩大头设置在较好的持力层中，但扩大头的支承面积还是有限的，还没有充分地调动起更大范围的地基土体来参与承载。复合载体夯扩桩就是针对沉管夯击式扩底桩存在的问题发展起来的一种新桩型（专利技术） 。复合载体夯扩桩是采用细长锤夯击成孔，将护筒沉到设计标高后，细长锤击出护筒底一定深度，分批向孔内投入填充料和干硬性混凝土，用细长锤反复夯实、挤密，在桩端形成复合载体，然后放置钢筋笼，灌注桩身混凝土而形成的桩。复合载体夯扩桩是由干硬性混凝土及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，因此它具有挤密地基及扩大桩端面
