土木工程施工技術(shù)第五講基礎(chǔ)工程

三、樁基礎(chǔ)概述及本科課程回顧1、樁的分類2、預(yù)制樁施工3、灌注樁施工樁基礎(chǔ)是一種適用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)形式，可應(yīng)用于多種工程地質(zhì)條件和多種類型的工程中。在橋梁工程、港口工程、近海石油鉆井平臺(tái)、高聳和高重建筑物、支檔結(jié)構(gòu)物等建筑工程中都大有用武之地。它發(fā)展迅速，不斷有新的樁型、新的施工工藝、新的樁基設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法涌現(xiàn)，是現(xiàn)代化基礎(chǔ)工程體系之一，也是基礎(chǔ)施工工業(yè)化途徑之一。樁基礎(chǔ)可以是單根樁，如柱下單樁的形式，但絕大多數(shù)情況下，樁基礎(chǔ)是由多根樁組合而成。為了使所有單樁能夠共同工作，常將樁群設(shè)在鋼筋混凝土板或者梁下，以保證將荷載分配給各根樁，并使各樁具有基本相同的沉降。這種鋼筋混凝土板橫向結(jié)構(gòu)稱為承臺(tái)。樁基礎(chǔ)施工較淺基礎(chǔ)復(fù)雜，成本也較高，但在下列一些情況下，為了確保結(jié)構(gòu)安全，必須采用樁基礎(chǔ)，而且與其他深基礎(chǔ)如沉井、沉箱、地下連續(xù)墻等相比，樁基礎(chǔ)的應(yīng)用范圍最廣，而且也是優(yōu)先考慮的深基礎(chǔ)方案。地基上層具有軟弱土層，不能承受由上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載，而且軟弱土層較厚，不便挖除或不宜采用地基處理等措施時(shí)，可采用樁將荷載傳遞到下面基巖，或者當(dāng)基巖埋藏很深時(shí)傳遞到下面較好土層中。在設(shè)計(jì)和建造承受風(fēng)荷載、水壓力、滑坡推力或地震荷載的支擋結(jié)構(gòu)物和高層建筑的基礎(chǔ)時(shí)，經(jīng)常在承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳遞的豎向荷載的同時(shí)承受水平荷載，因樁基礎(chǔ)可通過彎曲來抵抗水平力，故樁基礎(chǔ)是優(yōu)選方案。如果地基上層不是軟弱土層而是膨脹土或濕陷性土等特殊土。隨著含水量的增加和減少，膨脹土發(fā)生膨脹和收縮，其產(chǎn)生的膨脹壓力會(huì)很大；濕陷性土隨含水量增加而塌陷。在這種情況下，如果采用淺基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生嚴(yán)重的破壞，而樁基能穿過會(huì)發(fā)生膨脹、收縮或濕陷的土層，故用樁基礎(chǔ)代替淺基礎(chǔ)。橋臺(tái)和橋墩采用樁基，可避免采用淺基礎(chǔ)時(shí)因河床沖刷較大，河道不穩(wěn)定等導(dǎo)致其承載力的降低。有些構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，如輸電線塔、近海(石油)平臺(tái)和位于地下水位以下的筏基，承受著上拔力，采用樁基能抵抗上拔力。從上面樁的應(yīng)用場(chǎng)合可以看出：樁基礎(chǔ)不僅是一種深基礎(chǔ)，而且是處理軟弱土、膨脹土和濕陷性土等特殊土地基的有效措施。四、樁基礎(chǔ)工程施工新技術(shù)（參考書目：《現(xiàn)代建筑施工新技術(shù)》孟文清主編）（一）灌注樁后注漿施工（注漿樁，二十幾年）在成樁過程中，在樁底或樁側(cè)預(yù)先布置管路和注漿裝置，待樁身混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過注漿管路利用高壓注漿泵壓入以水泥為主的漿液（或其他化學(xué)漿液如硅酸鹽），對(duì)孔底和樁側(cè)泥皮進(jìn)行固化，樁端阻力及樁側(cè)阻力相應(yīng)提高，提高單樁承載力、減少沉降量。1、按施工機(jī)具和注漿先后順序的不同劃分 ：前處理注漿樁：借助于專用的鉆機(jī)設(shè)備，在澆注混凝土樁體前，對(duì)樁端、孔壁進(jìn)行壓力注漿。下鉆——灌注水泥漿（混凝土）并提升螺旋外管——拔鉆清土——振沉鋼筋籠——成樁。后處理注漿樁：不需要專門的機(jī)具，按普通鉆孔灌注樁造孔澆混凝土，然后待樁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，利用預(yù)埋的注漿設(shè)施對(duì)灌注樁樁底和樁周土進(jìn)行注漿處理。2、樁底注漿按施工工藝閉式注漿工藝：將預(yù)制的彈性良好的 腔體或壓力注漿室隨鋼筋籠放入孔底，成樁后在壓力作用下，漿液注入腔體內(nèi)；隨注漿壓力和注漿量的增加，彈性腔體逐漸膨脹、擴(kuò)張，在樁端土層中形成漿泡，漿泡逐漸擴(kuò)大，壓密沉渣和樁端土體，并用漿體取代部分樁端土層，在壓密的同時(shí)，樁端土體及沉渣排出部分孔隙水；再進(jìn)一步增加注漿壓力和注漿量，水泥漿土體擴(kuò)大擴(kuò)大頭逐漸形成，壓密區(qū)范圍也逐漸增大，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。 效果：擴(kuò)徑，對(duì)樁起到一定的預(yù)加應(yīng)力作用，對(duì)土層起到壓密作用 。開式注漿工藝：漿液通過注漿管（單根、雙根或多根），經(jīng)樁端的預(yù)留注漿空腔、預(yù)留注漿通道或預(yù)留的特殊注漿裝置等， 直接注入樁端土、巖體中，漿液與樁端沉渣和周圍土體呈混合狀態(tài)，呈現(xiàn)出滲透、填充、置換、劈裂等效應(yīng)，在樁端顯示出復(fù)合地基的效果。效果：對(duì)樁端土體進(jìn)行加固，小部分水泥石固結(jié)于樁端，擴(kuò)徑效果很小。3、樁底后注漿提高樁基承載力的機(jī)理提高樁端阻力：樁端土體性質(zhì)得以改善，其密實(shí)度、強(qiáng)度、剛度得到提高，從而提高樁底阻力；樁底擴(kuò)大頭的形成：加大了樁底的支撐面積；對(duì)樁底施加預(yù)應(yīng)力：壓力注漿過程中，壓力對(duì)樁底施加向上的作用力，使樁身微微上抬，專題產(chǎn)生向下的負(fù)摩阻力，相當(dāng)于在樁底施加了一個(gè)預(yù)應(yīng)力。提高樁側(cè)摩阻力：改善樁-土界面特征，消除樁周泥皮的影響；增強(qiáng)了樁側(cè)阻力的強(qiáng)化效應(yīng)；增加樁周法向應(yīng)力；產(chǎn)生樁側(cè)負(fù)摩阻力。4、樁底后注漿技術(shù)施工工藝：鉆機(jī)定位——鉆孔——清孔——吊放鋼筋籠（注漿管制作，綁扎預(yù)埋在鋼筋籠旁）——灌注混凝土——成樁，樁基移位——注漿管開塞——調(diào)整注漿量、注漿壓力、注漿速度達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)要求——樁底高壓灌注水泥漿液——停止注漿，封死進(jìn)漿管口和出漿管口，卸下送漿管，終孔。5、后注漿質(zhì)量控制措施注漿時(shí)機(jī)：樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的 75%以上并大于20MP；從灌注樁澆注到開始注漿的時(shí)間間隔一般為 10d左右，夏天可適當(dāng)縮短，但不少于7天，冬季間隔時(shí)間適當(dāng)延長。漿液濃度控制：水泥漿水灰比 0.4——0.6；水泥水玻璃漿水灰比 0.6——1.0；先稀漿，再中漿，最后濃漿。實(shí)踐表明：0.5——0.55水灰比的濃漿可以取得較佳的灌漿效果。注漿量控制：根據(jù)壓水試驗(yàn)及注漿過程中的反應(yīng)適當(dāng)調(diào)整注漿量。漿液濃度和注漿量愈大，注漿壓力愈高，加固效果愈好。注漿壓力與速度控制 ：注漿壓力是在不會(huì)使地表產(chǎn)生隆起和基樁上抬量過大前提下，注漿時(shí)能采用的最大壓力。一般應(yīng)用低壓、慢速注漿。樁身上抬控制：對(duì)于樁周土層為砂土且休止期長時(shí)，樁身上抬一定數(shù)值則可能破壞樁周土層。注漿終止標(biāo)準(zhǔn)確定：根據(jù)注漿壓力、注漿量和樁的上抬量控制，一般達(dá)到下列條件之一可終止注漿：注漿總量和注漿壓力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求；注漿總量已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的70%，且注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求的150%并維持5min以上；注漿總量已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的70%，且樁頂或地面出現(xiàn)明顯的上抬。（二）長螺旋鉆桿孔壓灌混凝土樁施工在長螺旋干鉆法的基礎(chǔ)上發(fā)展的壓灌混凝土樁成樁技術(shù)，采用長螺旋鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高，利用混凝土泵將混凝土從鉆頭底部壓出，邊灌注邊提鉆至成樁，然后利用專門震動(dòng)裝置將鋼筋籠一次插入樁體，形成鋼筋混凝土灌注樁。優(yōu)點(diǎn)：1）受地下水和復(fù)雜地質(zhì)情況影響較??；2）機(jī)械投入少；3）低噪音，無振動(dòng)，不需要設(shè)置泥漿池和沉淀池；4）成孔、成樁由長螺旋鉆機(jī)一次完成。施工工藝：定位放線——鉆機(jī)就位——校正樁與鉆桿垂直度——鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度——（備料、泵送混凝土、送入混凝土泵料斗）——邊提鉆邊泵送混凝土至孔口（混凝土試塊制作）——鉆機(jī)移位——迅速清理空口虛土——鋼筋籠制作——插放鋼筋籠——成樁——鑿除樁頭。（三）擠擴(kuò)支盤灌注樁施工名稱：擠擴(kuò)多分支承力盤灌注樁；擠擴(kuò)多支盤灌注樁，支盤樁，擠擴(kuò)支盤樁是在直樁基礎(chǔ)上通過在樁周適宜土層增設(shè)承力盤而形成的一種新型變截面樁。擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)九十年代由原北京俊華集團(tuán)董事長張俊生先生發(fā)明的一種新型樁基技術(shù)。是在原普通灌注樁基礎(chǔ)上增加設(shè)置承力盤或整理分支而成，樁身由主樁、底盤、中盤、頂盤及數(shù)個(gè)分支所組成。該技術(shù) 2000年通過了由北京市建委組織的成果鑒定，此后，國家以及相關(guān)部門先后頒布了《擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)規(guī)程》 、《火力發(fā)電廠擠擴(kuò)支盤樁暫行技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范、規(guī)程，使得該技術(shù)有了設(shè)計(jì)、施工依據(jù)，促進(jìn)了擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。經(jīng)過將近三十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種相對(duì)比較成熟的技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種工程中。優(yōu)點(diǎn)：端支承力強(qiáng)、側(cè)摩阻力大、單樁長度短或群樁數(shù)量少、能承受較大彎矩、有效降低工程造價(jià)、縮短工期、大幅度提高單樁的豎向承載力、對(duì)不同土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)、成孔工藝適用范圍廣、環(huán)保；節(jié)約材料50%左右，工期縮短30%左右缺點(diǎn)：不適應(yīng)深厚軟土或淤泥土地層，施工速度慢、施工程序復(fù)雜，兩分支型的液壓成型機(jī)不易對(duì)中，支盤直徑受擠擴(kuò)設(shè)備限制。（四）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 （1982年廣東省從日本引進(jìn)， 1993年建設(shè)部重點(diǎn)推廣）優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量較可靠、植樁方便、施工進(jìn)度快、樁身耐打、穿透力強(qiáng)、場(chǎng)地聞名、樁基抗震性能好、單樁承載力高、樁質(zhì)量檢測(cè)隨機(jī)性強(qiáng)、綜合工程造價(jià)低等。目前全國已有25個(gè)省市自治區(qū)（不包括港澳臺(tái)）生產(chǎn)管樁，廣東、上海、浙江、江蘇、福建、天津、云南、湖北、北京、山東、安徽、河北、海南、四川、河南、廣西、遼寧、黑龍江、吉林、湖南、江西、陜西、甘肅、山西、內(nèi)蒙等。 20年高速發(fā)展，從最初的引進(jìn)國外的全套或者主要生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)用的管樁結(jié)構(gòu)主筋 ——低松弛高強(qiáng)陰螺紋鋼筋和外加劑，到九十年代中期至今，管樁的生產(chǎn)裝備已全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)，并且還出口東南亞等國家，管樁結(jié)構(gòu)主筋——低松弛高強(qiáng)陰螺紋鋼筋也實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定性和加工工藝水平有了長足提高，目前國內(nèi)已建有80多條生產(chǎn)線，完全滿足了我國管樁生產(chǎn)的需求。1993-2012年全國管樁產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)2、編制系列標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范：GB13476－2009《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（1992年首次制訂，1999年第二次修訂）GB/T19496－2004《鉆芯檢測(cè)離心高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法》JGJ272－2010《預(yù)制高強(qiáng)混凝土薄壁鋼管樁》JC/T605－2005《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁鋼?！罚?995年首次制訂，2005年第一次修訂）JC/T822－2003《水泥制品生產(chǎn)用離心成型機(jī)技術(shù)條件》JC/T699－1998《鋼筋混凝土管鋼筋骨架滾焊機(jī)》JC/T966－2005《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒鐓頭機(jī)》JC/T947－2005《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁用端板》 JC/T950－2005《預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁用硅砂粉》GB/T5223.3-2005《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒》等。10G409《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集（ 2003年首次制訂，2009年第一次修訂）另外，一些省市（如廣東、浙江、上海、江蘇、天津、云南、安徽、湖北、四川、山西等）也制訂了相應(yīng)的地方圖集、管樁基礎(chǔ)施工規(guī)范。3、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的分類（1）按混凝土強(qiáng)度等級(jí)分預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PC）：離心混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于 C50；預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（ PHC）：離心混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于 C80（2）按外徑分（mm）：300、350、400、450、500、550、600、800、1000mm，長度7-15m（3）按抗裂彎矩大小分：A型（有效預(yù)壓應(yīng)力 3.92N/mm2）、AB型（5.88）、B型（7.85）、C型（9.81）4、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁適宜的地質(zhì)條件樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖層、全風(fēng)化巖層、堅(jiān)硬黏性土層、密實(shí)卵石、碎石和圓礫、角礫土、砂土、粉土層等。以下場(chǎng)地不宜用或應(yīng)慎用：1）孤石、老基礎(chǔ)及地下障礙物多的底層：管樁施工困難，易產(chǎn)生質(zhì)量問題；2）有堅(jiān)硬夾層且該夾層不能作為持力層的地基；3）持力層太深：持力層超過40m時(shí)，經(jīng)濟(jì)效果明顯降低；4）從軟土層直接進(jìn)入中風(fēng)化或微風(fēng)化基巖的地基：缺少“緩沖層”，管樁樁身易破損；5）石灰?guī)r地區(qū)：石灰?guī)r地區(qū)巖溶較發(fā)育，基巖巖面起伏變化極大，且石灰?guī)r是水溶性巖石，不存在強(qiáng)風(fēng)化層，樁長很難控制，易發(fā)生斷樁、斜樁、樁身跑位及樁身穩(wěn)定性差等現(xiàn)象。5、管樁靜壓法施工管樁的施工方法：錘擊法、靜壓法、抱壓法、預(yù)鉆孔沉樁法等。（1）施工準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)及壓樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備三通一平；壓樁機(jī)；運(yùn)輸方法；布置合格樁；選擇樁尖。B、管樁準(zhǔn)備管樁的樁徑、長度、類型、根數(shù)；管樁的外觀質(zhì)量；管樁是否存在縱、環(huán)向裂縫。C、樁位控制（2）主要施工工藝沁園春·雪北國風(fēng)光， 千里冰封， 萬里雪飄。望長城內(nèi)外， 惟余莽莽；大河上下，頓失滔滔。山舞銀蛇， 原馳蠟象， 欲與天公試比高。須晴日， 看紅裝素裹，分外妖嬈。江山如此多嬌， 引無數(shù)英雄競(jìng)折腰。惜秦皇漢武， 略輸文采；唐宗宋祖，稍遜風(fēng)騷。一代天驕，成吉思汗，只識(shí)彎弓射大雕。俱往矣，數(shù)風(fēng)流人物，還看今朝?？顺鰩煴韮蓾h：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡(jiǎn)拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。

“能”，是以眾議舉寵為督：愚以為營中之親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時(shí)，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也 。臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，