基础工程主要施工技术

现代建筑用的基础桩主要有预制桩和钻孔灌注桩两种基本类型。

1．预制桩基施工技术

预制桩主要包括:预制混凝土桩、钢桩和钢管混凝土桩(SCP)。其中,预制混凝土桩可分为方桩、管桩,依据是否实心又分为空心桩和实心桩,还可以依据是否施加预应力而分为预应力桩和非预应力桩。因为预制桩可实现制作过程全工厂化,总体桩身质量较高,施工速度很快、造价相对便宜、施工现场环境好、污染少等优势明显。钢桩和钢管混凝土桩在我国应用市场较小,虽然两者桩身质量好、承载能力强,但由于造价相比预制混凝土桩来说太过昂贵,限制了其大规模应用的可能性。

预应力高强混凝土管桩(PHC桩)自20世纪80年代末引入我国后,经过几十年的发展,在珠三角、长三角和环渤海湾三大区域应用广泛。预应力管桩具有地质适应条件强、工程造价低、吊装运输方便、桩身耐打、穿透力强、施工速度快、接桩方便、监测检测方便、成桩质量可靠以及施工现场整洁等显著优势,在我国大规模城镇化建设过程中发展迅速。预制桩基础现有主要施工技术有:锤击法和静压法。静压法就是借助静力压桩机将预制桩压人地基土中的一种施工技术。压桩机根据加力部位不同,可分为顶压式和抱压式,目前应用最多的是全液压抱压式压桩机。全液压抱压式压桩机是我国发明的,其施工工艺也是我国全自主研发成功,这是我国拥有自主知识产权的具有中国特色的新型桩工机械和压桩施工方法。自20世纪70年代末,集行走、转向、升降、吊桩、夹桩、压桩等工作全部液压自动化操作于一身的压桩力为600KN全液压抱压式压桩机在武汉市研制成功,使我同的静力压桩机的生产和使用跨入一个新时代。随着工程项目的不断增多,越来越多的新型压桩机研制成功,压桩力也从之前的600KN逐渐提高到8000KN,并发明了新型的夹桩装置,压桩桩径也在逐渐扩大。

静压桩具有如下优点:1)静压施工无振动、无噪声,适宜在市区作业。2)施工过程中可观测记录压桩阻力,了解整个沉桩过程,预估桩的承载力。3)自动化操作程度高,施工速度快。4)在石灰岩地区静压桩有成功的工程案例,而锤击管桩几乎无法成功。5)施工文明、场地清洁。静压法施工是一种比较环保高效的施工技术,静压桩尤其是静压管桩有很好的发展前景。

2．灌注桩施工技术

灌注桩是在成好的孔内放入钢筋笼并浇筑混凝土而筑成的深基础,在目前深基础工程中得到广泛应用。灌注桩的主要优点是适应性强(可以适应各种地质条件、可以在陆上和水上施工)、可以减少土方工程量、节省钢材、施工工序简单、灵活方便、噪声小、抗震性能好、单桩承载力高、不受运输和起重条件的限制、施工设备简单、人员质量要求低等。

沉管灌注桩开创了桩身不用预制而就地灌注的先河,其具有施工方便、设备简单、工期短、成本低、无泥浆污染、适应性强等优点。普通沉管灌注桩按其成孔方法不同主要分为振动(冲击)沉管灌注桩、锤击沉管灌注桩和静压沉管灌注桩。

旋挖成孔灌注桩是用特制的斗筒式钻头或短螺旋钻头,前者是利用带有斗筒式钻头的钻杆旋转及依靠本身的自重,将切削的土屑“刮入”斗筒内,提升斗筒至孔外,借助斗筒的特殊机构卸土,重复上述过程即形成桩孔。后者通过螺旋钻头钻进,土进入螺纹中,将钻头提出孔口后,反复旋转,将土甩出而成孔。

冲击成孔灌注桩是利用冲孔机械,依靠冲击钻头自重反复上下冲击,将硬质土或岩层破碎形成桩孔、将冲击形成的碎渣和泥浆一并挤入孔壁,并用泥浆循环清理沉渣,最后浇筑桩身混凝土的一种桩基形式。作为一种广泛利用的桩基础,它具有对地质环境要求较低、施工设备简单、操作方便、泥浆循环排渣孔壁稳定性高、成孔过程能耗小等优点。

正、反循环钻孔灌注桩均采用泥浆护壁,正循环钻孔灌注桩在成孔时,泥浆及渣土自孔口溢出,依靠重力流入沉淀池,也可借助泥浆泵将就近池内的浆液泵送至更远的沉淀池内,重新稀释后再注入孔内维持孔内泥浆面高度。反循环成孔时,泥浆从孔壁与钻杆间的空隙注入,带渣土的泥浆由泵或空气(气举法排浆)经钻杆排出孔外,直至沉淀池,废浆经处理后,重新注入孔内使用。目前,正反循环成孔法的灌注桩占大多数,但由于施工工艺导致的泥浆污染现象严重,未来将逐渐退出历史舞台。

长螺旋钻孔压浆灌注桩是由长螺旋钻孔机、混凝土泵和强制性混凝土搅拌机组成的完整施工体系,其主要优点是振动和噪声小,可以在闹市区施工,成孔制桩对周边环境影响小,成孔精度高,施工效率高、成孔速度快等,缺点是留在孔底的残土较难处理,要彻底清除残土需额外增加成本和工期,设备国内生产困难,对地质条件有一定的局限性。

人工挖孔灌注桩是指在无水或少水地层的桩位上采用简单的机具配合(主要是洛阳铲)选用相适应的护壁措施,用人工挖掘成孔,在孔内安放钢筋笼,灌注混凝土而形成基桩,其优点是造价低、适用范围广、工期短、施工质量可靠。其缺点是安全隐患大、文明施工程度低等。近年来,由于挖孔桩事故常有发生,不少地方政府出台政策明文禁止或限制使用此工法,但作为一种经济、质量可靠的施工方法,在加强安全控制措施后,在许多地区工程中应受到青睐。