淺析全套管大直徑振動取土灌注樁施工新技術(shù)

陳李紅

摘 要：灌注樁在建筑工程中應(yīng)用范圍比較廣，它具有不受土質(zhì)條件限制、樁長變化自如、無需接樁和截樁、材料節(jié)省、振動小、噪音低、承載性能強(qiáng)等特點(diǎn)，是建筑工程中基礎(chǔ)施工質(zhì)量得到保證的基本屏障，目前比較多用于高層建筑、橋梁建筑等領(lǐng)域中。大直徑灌注樁施工工藝只建立在原有的小直徑莊主樁基礎(chǔ)上進(jìn)化與升級的新技術(shù)，目前已經(jīng)進(jìn)入推廣與應(yīng)用的初期階段，為了更好的促進(jìn)該技術(shù)的應(yīng)用，本文針對全套管大直徑振動取土灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：全套管；大直徑；灌注樁；振動取土；施工技術(shù)

全套管大直徑振動取土灌注樁施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有很多，非常適用于大型建筑工程中，比如在高層建筑、橋梁建筑等領(lǐng)域中都有應(yīng)用體現(xiàn)。而由于我國全套管大直徑振動取土灌注樁施工技術(shù)起步較晚，在實(shí)際應(yīng)用中仍有一些不成熟的技術(shù)尚在，阻礙該項(xiàng)技術(shù)順利發(fā)展，因此，要想良好的發(fā)展此技術(shù)，就要對存在的問題進(jìn)行解決，并從對施工機(jī)械、施工原理等方面進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例對技術(shù)的改進(jìn)進(jìn)行研究，以達(dá)到切合實(shí)際進(jìn)步的效果。

一、施工機(jī)械

全套管大直徑振動取土灌注樁施工技術(shù)屬于機(jī)械作業(yè)形式，機(jī)械系統(tǒng)中最為主要的操作與控制系統(tǒng)為：動力、傳輸、振動、內(nèi)外套管等多個系統(tǒng)，動力系統(tǒng)是由油燃引摯與液壓泵進(jìn)行連接；傳輸系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)有液壓油管、電纜構(gòu)件；振動系統(tǒng)也就是機(jī)械中重要的結(jié)構(gòu)振動錘，由振動器、夾持器、彈性懸掛等構(gòu)件合成；夾持器在振動器的下端位置，有單夾頭、多夾頭等不同類型夾持器，夾持器的選擇需要結(jié)合實(shí)際套管沉入的方式進(jìn)行適當(dāng)選擇安裝。整個灌注樁設(shè)備套管分為內(nèi)套管、外套管兩種；振動器是振動錘的主心骨，主要由液壓發(fā)動機(jī)實(shí)施運(yùn)作控制，在齒輪轉(zhuǎn)動下，偏心體發(fā)生旋轉(zhuǎn)反應(yīng)，進(jìn)而激振力出現(xiàn)，偏心體、齒輪、軸承合為一體，在運(yùn)行過程中需要利用潤滑油進(jìn)行降溫處理，并提高轉(zhuǎn)速與效率。振動器運(yùn)作狀態(tài)主要受振動頻率、偏心體轉(zhuǎn)速、懸掛雙振幅的共同作用控制。

二、施工原理

全套管振動取土灌注樁的施工原理為：首先，采用大激振力高頻液壓振動錘進(jìn)行內(nèi)、外套管沉入施工，振動時采用專門設(shè)計(jì)的水潤滑裝置使套管與土的相互摩阻力降低，可以實(shí)現(xiàn)除強(qiáng)風(fēng)化巖以外的絕大部分土層順利地隨套管沉入套管的內(nèi)腔形成土芯而非土塞，從而克服了由于土塞滯留在管內(nèi)使樁側(cè)阻力增大、導(dǎo)致套管難以沉入土層和沉管過程中所造成的擠土問題；其次，通過高頻振動密實(shí)，提高樁端土承載力，確保水下灌注混凝土或抽水后干作業(yè)灌注混凝土；最后，通過高頻液壓振動錘同時拔出鋼內(nèi)管和鋼外管或拔出鋼外管，從而實(shí)現(xiàn)大直徑取土灌注樁。

1、套管沉拔原理

全套管大直徑振動取土灌注樁采用振動錘進(jìn)行沉拔套管施工。在樁頂安裝液壓驅(qū)動的振動錘，使振動錘中的偏心體相互逆旋轉(zhuǎn)，其橫向偏心力相互抵消，而垂直離心力疊加，使套管產(chǎn)生垂直方向的激振力。套管在自重和激振力作用下，克服懸掛力和摩擦阻力而逐漸下沉；套管在懸掛力和激振力作用下，克服自重和摩擦阻力而逐漸上拔。在無黏性土層中，垂直向的高頻振動能擾動套管周圍土體或使之暫時液化，使套管與土間的摩擦阻力大幅減小，甚至減小至0，振動力加上錘和套管的質(zhì)量，使套管穿越土層達(dá)到設(shè)計(jì)深度。通常豎向振動振幅為6mm、頻率為25Hz時就能將套管周圍的無黏性土完全擾動，將套管打入無黏性土層；在黏土層中，垂直向的高頻振動能夠使套管周圍的黏性土完全破壞，從而減小套管與土間的摩阻力，使套管容易被送入黏性土層。通常在振幅為6mm，頻率為30Hz時就能使套管周圍的黏性土剪切破壞。無論是砂質(zhì)土層還是黏性土層，土體強(qiáng)度均能恢復(fù)，從而使基樁具備承載能力。

2、套管取土原理

采用高頻液壓振動錘，能使鋼套管水平和豎向高頻振動順利切割土體，使鋼套管與土之間產(chǎn)生間隙，從而使土進(jìn)入內(nèi)套管（取土器）實(shí)現(xiàn)振動取土。大致可分為三個步驟：①在振動錘的高頻振動作用下，取土器向下沉入，擋土板向上翻，土進(jìn)入管內(nèi)；②在振動錘的高頻振動作用下，取土器向上拔出，擋土板在土自重作用下向下翻，土留在管內(nèi)；③提出取土器，拔去插銷，土在自重作用下向下排出。

三、工程實(shí)例

1、工程概況與地質(zhì)條件

擬建工程為福建省某四星級酒店，總建筑面積26788m2，25層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，樓高99.99m。1～5層為商場，6～16層為酒店客房，17～25層為高檔寫字樓，地下1層。場地巖土層從上至下依次為：①雜填土層厚2～5m；②粉質(zhì)黏土層厚2～4m；③卵石層厚8～10m；④強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層厚1.8～4m；⑤中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

2、施工方案及工藝流程

結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場對周邊環(huán)境以及施工條件的勘查，決定采用沖孔灌注樁方案，利用模擬全套管取土樁施工設(shè)計(jì)，并對建筑工程的高度、沉降度、工期以及施工標(biāo)注進(jìn)行考慮與試驗(yàn)檢測、論證，決定工程應(yīng)采用90cm至150cm的全套管取土灌注樁比較適宜，持力層中含有明顯的風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖結(jié)構(gòu)，因此樁長因設(shè)置在14m至18m之間。單樁承載力特征值1408～11015kN。采用強(qiáng)度等級為C40的商品混凝土，由于地下水位較低，使用干作業(yè)澆搗混凝土，

3、檢測結(jié)果

本工程采用靜載試驗(yàn)檢測單樁豎向抗壓承載力，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。抽取21根樁進(jìn)行低應(yīng)變動力檢測，試驗(yàn)結(jié)果為：Ⅰ類樁17根，占81%；Ⅱ類樁4根，占19%，檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

四、施工措施

1）套管穿越卵石層時，套管將振動荷載傳遞給卵石，導(dǎo)致卵石層密實(shí)度加大，取土器難以下沉，取土器在原位持續(xù)振動，進(jìn)一步加大卵石的密實(shí)度，增大取土難度。解決方法為：①調(diào)整振動參數(shù)；②采用加壓裝置，增加正壓力；③分次取土，降低無效振動時間。

2）當(dāng)套管需要穿透強(qiáng)風(fēng)化巖層時，由于強(qiáng)風(fēng)化巖層強(qiáng)度高，使用振動錘的最大頻率不能夠穿透該巖層。解決方法為采用沖孔樁機(jī)沖擊巖層使其破碎，然后用國外進(jìn)口的大功率砂石泵進(jìn)行清渣。

3）地下水位較高時，可以進(jìn)行抽水后干作業(yè)澆搗混凝土或使用導(dǎo)管實(shí)施水下灌注混凝土。

4）為了保證樁基具有足夠的承載能力和達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行必要的檢驗(yàn)。

五、實(shí)踐效果

1）高頻振動錘的柴油發(fā)動機(jī)功率大，能產(chǎn)生較大的激振力，使鋼管與樁周土層形成一層“膜”，最大限度地消除摩阻力，從而確保全套管大直徑取土灌注樁施工方法的實(shí)現(xiàn)。

2）全套管大直徑振動取土灌注樁與沖（鉆）孔灌注樁、旋挖樁相比，可節(jié)約制造護(hù)壁泥漿的材料，而且同體積鋼筋混凝土可極大地提高承載力，節(jié)約大量鋼筋混凝土；與人工挖孔樁相比，可節(jié)約大量鋼筋混凝土護(hù)壁材料。

3）高頻振動因其振幅較小，傳遞過程衰減較快，對周圍環(huán)境影響小。從已有的工程應(yīng)用情況看，該施工技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯，具有推廣應(yīng)用價值。

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