現(xiàn)澆混凝土筒樁發(fā)展及其應(yīng)用

摘要：介紹了現(xiàn)澆薄壁筒樁技術(shù)原理、施工設(shè)備及施工工藝。通過與現(xiàn)有常規(guī)樁基比較發(fā)現(xiàn)其具有經(jīng)濟(jì)、高效、承載力高、環(huán)境效益好等特點(diǎn),并總結(jié)了該技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：樁基工程;筒樁;創(chuàng)新技術(shù);應(yīng)用

[中圖分類號] TU473 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A 　　　　[文章編號] 100228498 (2008) 0120029202

　　目前,各類工程中使用的主導(dǎo)樁型主要有鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁、人工挖孔樁以及用于軟基處理的各種柔性半柔性樁(如攪拌樁、粉噴樁、散體材料樁等) 。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這些樁型都有很大的局限性,如:沉管灌注樁設(shè)備簡單,施工方便,但其致命弱點(diǎn)是在飽和土中擠土常導(dǎo)致樁身縮頸、離析和斷裂,且樁徑過小(一般不超過500mm) ,限制了單樁承載力。鉆孔灌注樁樁徑大,樁長可調(diào)節(jié),單樁承載力大,但工藝復(fù)雜,施工時間較長,固體廢棄量大,環(huán)境污染嚴(yán)重,泥漿護(hù)壁的泥皮減弱了側(cè)摩阻力,樁端的沉渣減弱了樁端承載力。預(yù)應(yīng)力管樁有單位面積承載力高、質(zhì)量易于控制、樁身混凝土密度大、施工功效高等優(yōu)點(diǎn),但其有單價較高、存在擠土截樁、受起吊設(shè)備限制和單節(jié)樁不能過長等問題。鑒于以上各樁型的局限性,使用較少的混凝土、施工方便、成樁質(zhì)量可靠、造價低、承載力高的新樁型———沉管灌注筒樁(簡稱筒樁) 脫穎而出。

1 　筒樁簡介

　　筒樁是在沉管灌注樁的基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展而成的一種新樁型, 該技術(shù)是一項(xiàng)專利技術(shù), 專利號為ZL98233440. 0[1] 。筒樁改變了普通沉管灌注樁的施工工法,采用內(nèi)、外兩層鋼套管,套管上部與振動錘連接,下部與樁靴上的內(nèi)、外支承面相接觸,振動下沉,在成圓筒形孔的同時同步從內(nèi)筒芯自動排出土體。筒樁屬弱擠土樁,它既避免鉆孔灌注樁孔底沉渣、廢泥漿棄置困難之不足,又克服了沉管灌注樁擠土效應(yīng)強(qiáng)易對鄰周環(huán)境造成不良影響、樁徑小和承載力低等缺點(diǎn),從而具有較大的經(jīng)濟(jì)、社會效益和廣闊的市場前景[2] 。

1.1 　施工設(shè)備

　　筒樁施工機(jī)具由樁架、振動錘、上料斗、樁管、樁靴以及輔助設(shè)備等組成。樁架以及輔助機(jī)具要求同沉管灌注樁。樁管由內(nèi)外兩層鋼套管組合而成。加料口內(nèi)設(shè)混凝土分流器,從而可以較好地避免混凝土澆筑時的離析和厚薄不均。樁靴為環(huán)狀結(jié)構(gòu),其大小必須與內(nèi)外套管匹配,且可根據(jù)不同的地質(zhì)條件,分別采用 等相應(yīng)的形狀[3] 。

1.2 　施工工藝

　　如圖1 所示,筒樁的施工步驟如下:

　　1) 筒樁打樁機(jī)就位,把樁管對準(zhǔn)預(yù)先埋設(shè)在樁位上的預(yù)制樁靴,放松卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩,利用樁機(jī)和樁管自重,把樁靴豎直地壓入土中。

　　2) 開動卷揚(yáng)機(jī),將樁管吊起,用鋼絲繩把鋼筋籠吊起,套入樁管內(nèi)。

　　3) 將樁管放下,鋼筋籠全部套入樁管內(nèi),將樁管和樁靴連接,用膠泥或石膏水泥密封防水。

　　4) 開動振動錘,同時放松滑輪組,使樁管逐漸下沉,當(dāng)樁管下沉達(dá)到要求后停止振動錘振動。

　　5) 利用上料斗向樁管內(nèi)灌入混凝土。

　　6) 當(dāng)混凝土灌滿后,再次開動振動錘和卷揚(yáng)機(jī)。一邊振動,一邊拔管;在拔管過程中要向樁管內(nèi)繼續(xù)加灌混凝土,以滿足灌注量的要求。

　　7) 拔管完畢后,將擠出地面以上的內(nèi)芯土外運(yùn)。

　　8) 兩周后,將樁頂原地面以上鑿平,挖出部分土芯,澆筑混凝土蓋板;如土芯高度低于地面高度,則用混凝土補(bǔ)實(shí)。

2 　經(jīng)濟(jì)效益及應(yīng)用現(xiàn)狀

　　筒樁與目前我國使用頻率較高的4 種傳統(tǒng)樁型:振動灌注樁、鉆孔灌注樁、預(yù)制方樁、預(yù)應(yīng)力管樁作技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比,如表1 所示[425] 。

　　由表1 可知,筒樁具有較為廣泛的應(yīng)用前景,既能保證質(zhì)量和工程要求又具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益。正是由于上述筒樁的諸多優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)得到了廣泛的采用和發(fā)展,就目前的沉樁能力而言,筒樁適用于飽和軟土、一般粘土、粉土。目前最大施工深度為4815m?，F(xiàn)可應(yīng)用的樁徑有600 、800 、1 000 、1 200mm 和1 500mm,壁厚有100 、120 、150 、200mm和250mm,迄今為止筒樁已成功應(yīng)用于下列類型的工程[5] :

　　1) 公路橋梁工程　在杭寧長興三標(biāo)段高速公路以及樂清市環(huán)城公路采用素混凝土筒樁用作復(fù)合地基,降低了50 %以上的地基處理造價和提高1P3 以上的工效,達(dá)到相當(dāng)高的經(jīng)濟(jì)性和效率性;樂清旭楊路工程采用筒樁技術(shù)進(jìn)行路橋結(jié)合段的變剛度設(shè)計(jì),有效解決了路橋結(jié)合段的不均勻沉降問題;另外,筒樁在杭州繞城南線、滬杭甬高速公路拓寬工程、杭千高速公路、溫州龍灣行政中心區(qū)市政道路、南京大廠區(qū)經(jīng)一路、鹽通高速公路、上海北環(huán)線高速公路、湖南常張高速公路等工程中也得到了成功地應(yīng)用。

　　2) 海洋、水利工程　在溫州鹿西島已成功采用大直徑(<1 500mm) 薄壁筒樁結(jié)構(gòu)作為防波堤,堤長270m,建成后經(jīng)2002 年16 號臺風(fēng)的正面襲擊仍安然無恙,而相鄰地區(qū)采用海堤爆破排淤的堆石堤被16 號臺風(fēng)沖擊后形成大缺口;上海浦南東片出海閘導(dǎo)流堤工程是應(yīng)用聯(lián)體筒樁結(jié)構(gòu)圍堤建成,具有施工進(jìn)度快、質(zhì)量良好、造價低的特點(diǎn)。

　　3) 基坑工程　筒樁在基坑工程中開始得到越來越多的應(yīng)用,如杭州市羅馬高層公寓、基坑圍護(hù)等。

3 　結(jié)語

　　筒樁吸收了預(yù)應(yīng)力管樁和振動沉管樁等技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),具有施工方便,可操作性強(qiáng),便于質(zhì)量控制、監(jiān)督,造價較低等特點(diǎn),其應(yīng)用取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。但是與很多新開發(fā)的工程技術(shù)一樣,理論研究落后于工程實(shí)踐,進(jìn)一步研究筒樁方面的工作性能與設(shè)計(jì)理論、積累工程經(jīng)驗(yàn)顯的尤為重要。

參考文獻(xiàn):

　　[1 ] 　謝慶道. 一種用于軟土地基的混凝土筒樁施工的壓入式一次成孔器[ P] . 中國專利:98222440. 0 ,1999211220.

　　[2 ] 　劉漢龍,費(fèi)康,馬曉輝,等. 振動沉模大直徑現(xiàn)澆薄壁管樁技術(shù)及其應(yīng)用[J ] . 巖土力學(xué), 2003 , 24 (2) :1642168.

　　[3 ] 　盧建平,曹國寧,徐建達(dá),等. 新型樁基技術(shù)———現(xiàn)澆薄壁筒樁技術(shù)[J ] . 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2004 , 23 (4) :7042707.

　　[4 ] 　葉俊能. 沉管灌注筒樁工作性狀研究[D] . 杭州:浙江大學(xué),2003.

　　[5 ] 　朱明雙. 現(xiàn)澆筒樁樁2土共同作用試驗(yàn)與數(shù)值研究[D] . 杭州:浙江大學(xué),2006.