淺談樁基施工技術(shù)發(fā)展概況及未來趨勢(shì)

高善峰

兗礦東華地礦建設(shè)分公司 273500

淺談樁基施工技術(shù)發(fā)展概況及未來趨勢(shì)

高善峰

兗礦東華地礦建設(shè)分公司 273500

樁基是工程建設(shè)的重要組成部分，成樁材料經(jīng)歷了從木樁到鋼筋混凝土樁的變化，成樁工藝也經(jīng)歷了從打入法、靜壓法到鉆孔灌注法的改進(jìn)。在未來的發(fā)展趨勢(shì)中，樁基主要向著成樁材料更多、施工技術(shù)更復(fù)雜、成樁方式更多的方向發(fā)展。

樁基； 鉆孔灌注； 施工技術(shù)

1、樁基的作用

樁是深入土層的柱形結(jié)構(gòu)，樁與連接樁頂?shù)某信_(tái)組成深基礎(chǔ)，簡(jiǎn)稱樁基。其作用是將上部結(jié)構(gòu)的荷載，通過較弱地層或水傳遞到深部較硬的、壓縮性小的土層或巖層。

在一般道橋及工民建基礎(chǔ)工程中，樁主要承受垂直的軸向荷載，但在河港、橋梁、高聳塔型建筑、近海鉆采平臺(tái)、支擋建筑以及抗地震等工程中，樁還需要承受來自側(cè)向的風(fēng)力、波浪力、土壓力和地震力等水平荷載。樁基具有承載力高、沉降量小而較均勻的特點(diǎn)，幾乎可以應(yīng)用于各種工程地質(zhì)條件和各種類型的工程，尤其是適用于建筑在軟土地基上的重型建筑物。因此，在沿海以及軟土地區(qū)，樁基應(yīng)用比較廣泛。

2、樁基施工技術(shù)發(fā)展概況

樁基的發(fā)展過程，主要可從兩個(gè)方面來探討，即樁的成樁材料和成樁的工藝方法。

2.1 成樁材料

最早使用的是木樁。早在新石器時(shí)代，人類在湖泊和沼澤地里，栽木樁搭臺(tái)作為水上住所，漢朝已用木樁修橋。到宋朝，樁基技術(shù)已比較成熟，今上海市的龍華塔和山西太原的晉祠圣母殿，都是現(xiàn)存的北宋年代修剪的樁基建筑物。在英國(guó)也保存有一些羅馬時(shí)代修建的木樁基礎(chǔ)的橋和居民點(diǎn)。

19世紀(jì)20年代，開始使用鑄鐵板樁修筑圍堰和碼頭。到20世紀(jì)初，美國(guó)出現(xiàn)了各種型式的型鋼，特別是H型的鋼樁受到營(yíng)造商的重視。美國(guó)密西西比河的鋼橋大量采用鋼樁基礎(chǔ)，到30年代在歐洲也被廣泛采用。二次大戰(zhàn)后，隨著冶煉技術(shù)的發(fā)展，各種直徑無縫鋼管也被作為樁材用于基礎(chǔ)工程。上海寶鋼工程中，曾使用直徑為90cm，長(zhǎng)約60m的鋼管樁基礎(chǔ)。

鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件問世后，出現(xiàn)廠制和現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制鋼筋混凝土樁。我國(guó)于20世紀(jì)50年代開始生產(chǎn)預(yù)制鋼筋混凝土樁，多為方樁。1949年美國(guó)雷蒙德混凝土樁公司最早用離心機(jī)生產(chǎn)了中孔預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁。我國(guó)鐵路系統(tǒng)于20世紀(jì)50年代末有生產(chǎn)使用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁。

以混凝土或鋼筋混凝土為材料的另一種類型的樁，是就地灌注混凝土樁。20紀(jì)20到30年代已出現(xiàn)沉管灌注混凝土樁。上海在20世紀(jì)30年代修建的一些高層建筑的基礎(chǔ)，就曾采用沉管灌注混凝土樁，如Franki樁和Vibro樁。到20世紀(jì)50年代，隨著大型鉆孔機(jī)的發(fā)展，出現(xiàn)了鉆孔灌注混凝土或鋼筋混凝土樁。在20世紀(jì)50年代到60年代，我國(guó)的鐵路和公路橋梁，曾大量采用鉆孔灌注混凝土樁和挖孔灌注樁。

2.2 成樁工藝

從成樁工藝的發(fā)展過程看，最早采用的樁基礎(chǔ)施工方法是打入法。打入的工藝從手錘到自由落錘，然后發(fā)展到蒸氣驅(qū)動(dòng)、柴油驅(qū)動(dòng)和壓縮空氣為動(dòng)力的各種打樁機(jī)。另外還發(fā)展了電動(dòng)振動(dòng)打樁機(jī)和靜力壓樁機(jī)。

隨著就地灌注樁，特別是鉆孔灌注樁的出現(xiàn)，鉆孔機(jī)械也不斷改進(jìn)。如適用于地下水位上的長(zhǎng)、短螺旋鉆孔機(jī)，適用于不同地層的各種正、反循環(huán)鉆孔機(jī)，旋轉(zhuǎn)套管機(jī)等等。為提高灌注樁的承載力，出現(xiàn)了擴(kuò)大樁端直徑的各種擴(kuò)孔機(jī)，出現(xiàn)了孔底或周邊壓漿的新工藝。目前，樁基的成樁工藝還在不斷發(fā)展中。

3、樁基礎(chǔ)施工技術(shù)未來趨向

在未來的發(fā)展中，樁基礎(chǔ)施工技術(shù)發(fā)展中至少有以下一些動(dòng)向值得人們關(guān)注。

3.1 樁徑樁長(zhǎng)發(fā)展趨向

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(zhǎng)越來越長(zhǎng)。歐美及日本的鋼管樁長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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 樁身材料發(fā)展趨向

以灌注樁為例，樁身材料種類亦出現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，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(zhǎng)螺旋鉆機(jī)至設(shè)計(jì)深度；在提鉆的同時(shí)，通過鉆桿內(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(xiǎn)的位置；提出鉆桿向孔內(nèi)放入鋼筋籠至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高；最后把超流態(tài)混凝土壓灌至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高而成樁。

3.3 擴(kuò)孔成樁技術(shù)發(fā)展趨向

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(yàn)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(tái)面積小等顯著優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛運(yùn)用。我國(guó)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。

3.4 異型樁發(fā)展趨向

為了提高單樁承載力（樁側(cè)摩阻力和樁端阻力）國(guó)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(duì)預(yù)制斜樁及DX擠擴(kuò)灌注樁等。

所謂DX擠擴(kuò)灌注樁（簡(jiǎn)稱DX樁），是指在鉆（沖）孔后，向孔內(nèi)下入專用的DX擠擴(kuò)裝置（專利技術(shù)），通過地面液壓站控制該裝置的弓壓臂的擴(kuò)張和收縮，按承載能力要求和地層土質(zhì)條件在樁身不同部位擠壓出3岔分布或3n岔（n為擠壓次數(shù)）分布的擴(kuò)大岔腔或近似的圓錐盤狀的擴(kuò)大頭腔后，放入鋼筋籠，灌注混凝土，形成由樁身、分岔、分承力盤和樁根共同承載的樁型。

DX樁具有單樁承載力高，可充分利用樁身上下各部位的好土層；成孔成樁工藝適用范圍較廣；節(jié)約造價(jià)，縮短工期及承力盤（岔）形狀可控且邊界較清楚等優(yōu)點(diǎn)，已在數(shù)個(gè)大型電廠及高層建筑等60個(gè)建筑中得到應(yīng)用。

3.5 組合式工藝樁發(fā)展趨向。

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(shí)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(gè)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(gè)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。

4、結(jié)語

隨著樁基施工技術(shù)的不斷成熟，成樁材料在未來趨向于多元化發(fā)展；成樁工藝趨向于難度更高，技術(shù)含量更大；成樁方式也趨向與異型型化，組合化。因此在樁基施工中要不斷引進(jìn)新技術(shù)、新工藝，使我們樁基施工技術(shù)水平不斷提高。

[1] 楊克己.實(shí)用樁基工程.人民交通出版社.2004年

[2] 姜晨光.樁基工程理論與實(shí)踐.化學(xué)工業(yè)出版社. 2010年

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.028

高善峰，男，出生于1981年3月，畢業(yè)于萊陽農(nóng)學(xué)院，主要從事樁基施工方面的工作。