浅谈桩基施工技术发展概况及未来趋势

2011-02-17高善峰

中国科技信息 2011年7期

关键词：成桩灌注桩桩基

高善峰

兖矿东华地矿建设分公司 273500

浅谈桩基施工技术发展概况及未来趋势

高善峰

兖矿东华地矿建设分公司 273500

桩基是工程建设的重要组成部分，成桩材料经历了从木桩到钢筋混凝土桩的变化，成桩工艺也经历了从打入法、静压法到钻孔灌注法的改进。在未来的发展趋势中，桩基主要向着成桩材料更多、施工技术更复杂、成桩方式更多的方向发展。

桩基；钻孔灌注；施工技术

1、桩基的作用

桩是深入土层的柱形结构，桩与连接桩顶的承台组成深基础，简称桩基。其作用是将上部结构的荷载，通过较弱地层或水传递到深部较硬的、压缩性小的土层或岩层。

在一般道桥及工民建基础工程中，桩主要承受垂直的轴向荷载，但在河港、桥梁、高耸塔型建筑、近海钻采平台、支挡建筑以及抗地震等工程中，桩还需要承受来自侧向的风力、波浪力、土压力和地震力等水平荷载。桩基具有承载力高、沉降量小而较均匀的特点，几乎可以应用于各种工程地质条件和各种类型的工程，尤其是适用于建筑在软土地基上的重型建筑物。因此，在沿海以及软土地区，桩基应用比较广泛。

2、桩基施工技术发展概况

桩基的发展过程，主要可从两个方面来探讨，即桩的成桩材料和成桩的工艺方法。

2.1 成桩材料

最早使用的是木桩。早在新石器时代，人类在湖泊和沼泽地里，栽木桩搭台作为水上住所，汉朝已用木桩修桥。到宋朝，桩基技术已比较成熟，今上海市的龙华塔和山西太原的晋祠圣母殿，都是现存的北宋年代修剪的桩基建筑物。在英国也保存有一些罗马时代修建的木桩基础的桥和居民点。

19世纪20年代，开始使用铸铁板桩修筑围堰和码头。到20世纪初，美国出现了各种型式的型钢，特别是H型的钢桩受到营造商的重视。美国密西西比河的钢桥大量采用钢桩基础，到30年代在欧洲也被广泛采用。二次大战后，随着冶炼技术的发展，各种直径无缝钢管也被作为桩材用于基础工程。上海宝钢工程中，曾使用直径为90cm，长约60m的钢管桩基础。

钢筋混凝土预制构件问世后，出现厂制和现场预制钢筋混凝土桩。我国于20世纪50年代开始生产预制钢筋混凝土桩，多为方桩。1949年美国雷蒙德混凝土桩公司最早用离心机生产了中孔预应力钢筋混凝土管桩。我国铁路系统于20世纪50年代末有生产使用预应力钢筋混凝土桩。

以混凝土或钢筋混凝土为材料的另一种类型的桩，是就地灌注混凝土桩。20纪20到30年代已出现沉管灌注混凝土桩。上海在20世纪30年代修建的一些高层建筑的基础，就曾采用沉管灌注混凝土桩，如Franki桩和Vibro桩。到20世纪50年代，随着大型钻孔机的发展，出现了钻孔灌注混凝土或钢筋混凝土桩。在20世纪50年代到60年代，我国的铁路和公路桥梁，曾大量采用钻孔灌注混凝土桩和挖孔灌注桩。

2.2 成桩工艺

从成桩工艺的发展过程看，最早采用的桩基础施工方法是打入法。打入的工艺从手锤到自由落锤，然后发展到蒸气驱动、柴油驱动和压缩空气为动力的各种打桩机。另外还发展了电动振动打桩机和静力压桩机。

随着就地灌注桩，特别是钻孔灌注桩的出现，钻孔机械也不断改进。如适用于地下水位上的长、短螺旋钻孔机，适用于不同地层的各种正、反循环钻孔机，旋转套管机等等。为提高灌注桩的承载力，出现了扩大桩端直径的各种扩孔机，出现了孔底或周边压浆的新工艺。目前，桩基的成桩工艺还在不断发展中。

3、桩基础施工技术未来趋向

在未来的发展中，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 桩径桩长发展趋向

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600×600mm2；郑州某工程反循环钻成孔灌注桩直径为1000～1100mm，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 桩身材料发展趋向

以灌注桩为例，桩身材料种类亦出现多样化趋势，普通混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土、纤维混凝土、自流平混凝土及微膨胀混凝土等。打入式桩亦有组合材料桩，如钢管外壳加混凝土内壁的合成桩等。

所谓钻孔压灌超流态混凝土桩是用改装后的长螺旋钻机至设计深度；在提钻的同时，通过钻杆内腔经钻头上的喷嘴向孔底灌注一定数量的水泥浆；边提升钻杆边用混凝土泵压入超流态混凝土至略高于没有塌孔危险的位置；提出钻杆向孔内放入钢筋笼至桩顶设计标高；最后把超流态混凝土压灌至桩顶设计标高而成桩。

3.3 扩孔成桩技术发展趋向

普通直径钻孔扩底灌注桩（桩身直径0.3～0.4m，扩底直径0.8～1.2m）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1.7～7.0倍，前者的单位桩体积的极限荷载为后者的1.4～3.0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。

3.4 异型桩发展趋向

为了提高单桩承载力（桩侧摩阻力和桩端阻力）国内外大量发展异型桩。广义地说，异型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩。

横向截面从圆截面和方形截面异化后的桩型有三角形桩、六角形桩、八角形桩、外方内圆空心桩、外方内异形空心桩、十字形桩、X形桩、T形桩及壁板桩等。

纵向截面从棱柱桩和圆柱桩异化后的桩型有楔形桩（圆锥形桩和角锥形桩）、梯形桩、菱形桩、根形桩、扩底柱、多节桩（多节灌注桩和多节预制桩）、桩身扩大桩、波纹柱形桩、波纹锥形桩、带张开叶片的桩、螺旋桩、从一面削尖的成对预制斜桩及DX挤扩灌注桩等。

所谓DX挤扩灌注桩（简称DX桩），是指在钻（冲）孔后，向孔内下入专用的DX挤扩装置（专利技术），通过地面液压站控制该装置的弓压臂的扩张和收缩，按承载能力要求和地层土质条件在桩身不同部位挤压出3岔分布或3n岔（n为挤压次数）分布的扩大岔腔或近似的圆锥盘状的扩大头腔后，放入钢筋笼，灌注混凝土，形成由桩身、分岔、分承力盘和桩根共同承载的桩型。

DX桩具有单桩承载力高，可充分利用桩身上下各部位的好土层；成孔成桩工艺适用范围较广；节约造价，缩短工期及承力盘（岔）形状可控且边界较清楚等优点，已在数个大型电厂及高层建筑等60个建筑中得到应用。