基桩的施工方法不同,不仅采用的机具设备和工艺过程不同,而且影响桩与桩周土接触边界的状态及桩土间共同作用性能。桩的施工方法种类很多,基本形式分为沉桩(预制桩)和灌注桩。
1.沉 桩
将预制桩或钢、木桩沉入地基设计位置的方法可分为锤击打入、振动打入、静力压入、螺旋式锚入、水冲法和预钻孔沉桩等。
(1)打入桩(锤击桩)通过锤击(或以高压射水辅助)将各种预先制好的桩(主要是钢筋混凝土实心桩或管桩,也有木桩或钢桩)打入地基内所需要的深度。桩锤选用参见《建筑桩基技术规范》(JGJ 94)附录H。桩帽用以保护桩头,因锤的质量比桩加桩帽还大,桩和桩帽之间可用桩垫来减缓冲击力并使其在一段时间里慢慢消散,参见图8.3。桩垫的材料为木材、橡胶或者其他弹性材料,但桩垫可选择用也可不用。这种施工方法适用于桩径较小(一般直径在0.6 m以下),地基土为砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。
(2)振动法沉桩是将大功率振动打桩机安装在桩顶(预制的钢筋混凝土桩或钢管桩),利用振动力以减少土对桩的阻力,使桩沉入土中。它对于较大桩径,土的抗剪强度受振动时有较大降低的砂土等地基效果更为明显。打桩工具包括振动装置和桩锤,参见图8.3。用该法打入后桩侧的摩擦阻力比其他方法沉桩要大得多。
图8.3 桩锤、桩帽和桩垫
(3)在软塑性黏性土中也可以用重力将桩压入土中成为静力压桩。这种压桩施工方法免除了锤击的振动影响,尤其是在已有建筑物的基础附近,以及砂土和亚黏土中,因为振动使这类土产生大的沉降。
(4)螺旋锚桩(如图8.4)适应于表层是软弱土而下面是低压缩性土的情况。螺旋锚桩也可以承受上拔力。螺旋板用于传递桩土之间的作用力,目前螺旋板的直径已达到2 m。金属螺旋锚桩可用钻孔设备旋入,钢筋混凝土桩可用锚固绞盘旋进。
图8.4 螺旋锚桩
在低含水量而又致密的土中很难将桩打入,但是用射水或钻导入孔的方法可方便沉桩。射水法中水通过桩端一个直径为50~70 mm的管喷射出来,冲散砂和小的砾石层,当水冲至距设计桩端1~2 m处应结束水冲,然后打入。预钻导入孔应比桩径小50~100 mm,深度为桩长的1/8~1/2,然后打入。
用射水或钻导入孔的方法桩打入的位移较小,一般称为小位移打入桩,与此对应,称全长锤击或振动打入的桩为大位移打入桩。
预制桩有如下特点:
① 不易穿透较厚的砂土等硬夹层(除非采用预钻孔、射水等辅助沉桩措施),只能进入砂、砾、硬黏土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。
② 沉桩一般采用锤击,由此产生的振动、噪声污染必须考虑。
③ 沉桩过程产生挤土效应,特别是在饱和软黏土地区沉桩可能导致周围建筑物、道路、管线的损坏。
④ 一般预制桩施工质量稳定。
⑤ 预制桩打入粉土、砂砾层,由于桩周和桩端土受到挤密,使桩侧表面法向应力提高,桩侧摩阻力和桩端阻力也相应提高。
⑥ 由于桩的贯入能力受多种因素制约,常常出现因桩打不到设计高程而截桩,造成浪费。
⑦ 预制桩因为承受运输、起吊、打击应力,需配置较多钢筋,混凝土强度等级也相应提高,因此造价高于灌注桩。(www.xing528.com)
2.现场灌注桩
现场灌注桩是在现场地基中钻挖桩孔,然后在孔内放入钢筋骨架,再灌注桩身混凝土而成的桩。主要分为沉管灌注桩、拔管灌注桩和钻挖孔灌注桩三类。灌注桩在成孔过程中需要采取相应的措施和方法来保证孔壁稳定和提高桩体质量。
(1)沉管灌注桩是用静压、振动或锤击将带桩尖(或桩靴)的钢套管沉入地基土中成孔,然后往沉管中填入混凝土而成。
(2)拔管灌注桩首先沉管到预定深度,然后边拔管边填入混凝土,在软黏土中由于沉管的挤压作用对邻桩有挤压影响,且挤压时产生的孔隙水压力易使拔管时出现混凝土桩缩颈现象。以上两种因为采用了套管,可避免钻孔灌注桩施工中可能产生的流砂、坍孔的危害和泥浆护壁带来的排渣弊病。但桩径较小,一般0.6 m以下,桩长常在20 m以内。
(3)钻挖孔灌注桩可不借助钢管成孔(钻孔时可配合泥浆护壁)。为提高现场灌注桩的承载力,可在孔中插入钢筋笼后再灌注混凝土。在非饱和黏土中成孔不一定需要孔壁支撑。在地下水位以下钻孔时,一般用分散性黏土(如膨润土)泥浆来维护孔壁。桩的浇注通过插到孔底的混凝土灌浆管完成(图8.5)。如果钻孔孔底不扩大或落在孔底的土和泥浆不能彻底清除,则钻孔灌注桩的承载力较低。有时将振动芯管插入混凝土,可制成中空的钻孔灌注桩。各种现场灌注桩被广泛运用到当今的建筑物中,灌注桩的材料除钢筋混凝土和混凝土外,还有砂、碎石、石灰、水泥和粉煤灰等,这些材料与桩周土构成复合地基,并丰富了地基处理的措施。
图8.5 现场灌注桩
为了增强已建基础的承载力,可在基础下钻孔并高压将混凝土或水泥砂浆注入孔内形成直径为15~20 cm的灌注桩。因高压下水泥浆压入土中,使得孔壁不规则且孔径扩大,又因桩的间距小、桩数多和桩可沿着倾斜方向,故称为树根桩。
当持力层承载力较低时可用扩底桩。钻挖成扩底锥孔后再灌注混凝土,参见图8.6;在孔底填塞碎石或硬稠混凝土并捣实,称为夯扩桩,见图8.7;或者进行可控制的爆破形成爆扩桩来提高承载力,称为爆扩桩,见图8.8。
图8.6 钻挖扩底桩
图8.7 拔管夯扩灌注桩
图8.8 爆扩桩
各类灌注桩有以下共同优点:
(1)施工过程无大的噪声和振动(沉管灌注桩除外)。
(2)可根据土层变化情况任意变化桩长;根据同一建筑物的荷载分布与土层情况可以采用不同的桩径,对于承受侧向荷载的桩,可设计成有利于提高横向承载力的异型桩,还可设计成变截面桩,即在弯矩较大的上部采用较大的断面。
(3)可以穿过各种软硬夹层,将桩端置于坚实土层或嵌入基岩,还可扩大桩底,以充分发挥桩身强度和持力层的承载力。
(4)桩身钢筋可根据荷载与性质与荷载沿深度的传递特征,以及土层的变化配置。无需像预制桩那样配置起吊、运输、打击钢筋。配筋率相对低,造价一般为预制桩的40%~70%。
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