第2章樁基礎(chǔ)工程

本章概要1.鋼筋混凝土預(yù)制樁的沉樁設(shè)備；

2.打樁的順序、打樁的工藝及打樁的注意事項(xiàng)；3.鋼筋混凝土鉆孔灌注樁的鉆孔設(shè)備；

4.泥漿護(hù)壁的機(jī)理、泥漿的作用以及泥漿的循環(huán)；

5.鋼筋混凝土沉管灌注樁的沉管方式；6.沉管灌注樁的單打、復(fù)打和反插工藝及其有效性的比較。2.1概述

2.1.1樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)

樁基礎(chǔ)是一種被廣泛應(yīng)用于高層建筑物和重要構(gòu)筑物工程的基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)的作用是將上部結(jié)構(gòu)較大的荷載通過樁穿過軟弱土層傳遞到較深的堅(jiān)硬土層上,以解決淺基礎(chǔ)承載力不足和變形較大的地基問題,如圖2-1所示。2.1.2樁基礎(chǔ)的分類、特點(diǎn)及適用范圍

工程中的樁基礎(chǔ)往往由數(shù)根樁組成,樁頂設(shè)置承臺(tái),把各樁連成整體,并將上部結(jié)構(gòu)的荷載均勻傳遞給樁。樁基礎(chǔ)的分類、特點(diǎn)及適用范圍見表2-1。

2.2預(yù)制樁

預(yù)制樁的質(zhì)量易保證(主要是保證樁的預(yù)制質(zhì)量),但為了抗擊運(yùn)輸和起吊的荷載,還需要另外的配筋,因此較灌注樁要耗鋼材。而且,由于不可避免地要截樁或接樁,預(yù)制樁的造價(jià)較同形灌注樁要高一些,同時(shí)預(yù)制樁受運(yùn)輸限制。

2.2.1樁的制作、起吊、運(yùn)輸和堆放

鋼筋混凝土實(shí)心樁的截面一般呈方形,截面尺寸一般為200mm×200mm~600mm×600mm且沿樁長不變。鋼筋混凝土實(shí)心樁樁身長度:限于樁架高度,現(xiàn)場預(yù)制樁的樁長一般在25~30m;限于運(yùn)輸條件,工廠預(yù)制樁的樁長一般不超過12m(還要依據(jù)慮樁架)。

鋼筋混凝土實(shí)心樁由樁尖、樁身和樁頭組成,如圖2-2所示。材料要求:①鋼筋混凝土實(shí)心樁所用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30(30N/mm2),預(yù)應(yīng)力混凝土樁的混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40;②主筋根據(jù)樁截面大小及吊裝驗(yàn)算確定,一般為4~8根,直徑12~25mm,不宜小于?14,鋼筋混凝土預(yù)制樁的鋼筋骨架的主筋連接宜采用對(duì)焊。箍筋直徑為6~8mm,間距不大于200mm。

樁的主筋上端以伸至最上一層鋼筋網(wǎng)之下為宜,并應(yīng)連成“┏-┓”形,這樣能更好地接受和傳遞樁錘的沖擊力。主筋必須位置正確,樁身混凝土保護(hù)層要均勻,不可過厚,否則打樁時(shí)容易剝落。

打入樁樁頂2~3d長度范圍內(nèi)箍筋應(yīng)加密,并設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。預(yù)制樁縱向鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不宜小于30mm。樁尖處可將主筋合攏焊在樁尖輔助鋼筋上,在密實(shí)砂和碎石類土中,可在樁尖處包以鋼板樁靴,加強(qiáng)樁尖。

2.2.1.1樁的制作

預(yù)制樁疊澆預(yù)制時(shí),樁與樁之間要做隔離層(可涂皂角、廢機(jī)油或黏土石灰膏),以保證起吊時(shí)不互相黏結(jié)。疊澆層數(shù),一般不超過四層,在下層樁的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的30%以后,上層樁方可進(jìn)行澆筑。

預(yù)制樁的混凝土澆筑工作應(yīng)由樁頂向樁尖連續(xù)澆筑,嚴(yán)禁中斷,制作完成后,應(yīng)灑水養(yǎng)護(hù)不少于7d,摻外加劑或混合料的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d。制作完成的預(yù)制樁應(yīng)在每根樁上標(biāo)明編號(hào)及制作日期,如設(shè)計(jì)不埋設(shè)吊環(huán),則應(yīng)標(biāo)明綁扎點(diǎn)位置,預(yù)制樁的幾何尺寸和制作質(zhì)量必須符合規(guī)范規(guī)定。2.2.1.2樁的起吊、運(yùn)輸和堆放

鋼筋混凝土預(yù)制樁在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的70%以后方可起吊,達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的100%才能運(yùn)輸和打樁,在時(shí)間允許的情況下,盡量養(yǎng)護(hù)形成老樁。

起吊時(shí),必須合理選擇吊點(diǎn)（即合理的受力點(diǎn)，避免預(yù)制樁在起吊時(shí)開裂）,圖2-3為預(yù)制樁吊點(diǎn)合理位置。2.2.2錘擊沉樁(打入樁)

預(yù)制樁的打入法施工,就是利用錘擊的方法把樁打入地下,是預(yù)制樁最常用的沉樁方法。2.2.2.1打樁設(shè)備

打樁設(shè)備主要包括打樁機(jī)及輔助設(shè)備。打樁機(jī)主要由樁錘、樁架和動(dòng)力裝置三部分組成。1.樁錘

樁錘的主要類型有落錘、蒸汽錘、柴油錘、液壓錘。

(1)落錘

落錘(圖2-4)一般由生鐵鑄成,利用卷揚(yáng)機(jī)提升,以脫鉤裝置或松開卷揚(yáng)機(jī)剎車使其墜落到樁頭上,逐漸將樁打入土中。落錘質(zhì)量為0.5~2t(5~20kN),錘落距可隨意調(diào)節(jié),構(gòu)造簡單,使用方便,故障少;但打樁速度較慢,效率低,易損壞樁頭。因此在預(yù)制樁沉樁施工中很少使用落錘。(2)蒸汽錘

蒸汽錘分為單動(dòng)汽錘和雙動(dòng)汽錘。

①單動(dòng)汽錘。單動(dòng)汽錘(圖2-5)的沖擊部分為汽缸,活塞是固定于樁頂上的。其工作過程和原理:將錘固定于樁頂上,用軟管連接鍋爐閥門,引蒸汽入汽缸活塞上部空間,因蒸汽壓力推動(dòng)而升起汽缸,當(dāng)升至頂端位置時(shí),停止供汽并排出蒸汽,汽錘則借自重下落到樁頂擊樁。如此反復(fù)循環(huán),把樁打入土中。汽缸只在上升時(shí)耗用動(dòng)力,下落時(shí)完全靠自重。單動(dòng)汽錘的質(zhì)量為3~15t(30~150kN),具有落距小、沖擊力大的優(yōu)點(diǎn),其打樁速度較自由落錘快,錘擊頻率為25~30次/min,適用于打各種樁。但存在蒸汽沒有被充分利用、軟管磨損較快、軟管與汽閥連接處易脫開等缺點(diǎn),且單動(dòng)汽錘質(zhì)量太大,約占樁錘總質(zhì)量的80%~90%,隨設(shè)備需附帶蒸汽鍋爐,使用不便。

②雙動(dòng)汽錘。雙動(dòng)汽錘(圖2-6)的沖擊部分為活塞,動(dòng)力是蒸汽。汽缸是固定在樁頂上不動(dòng)的,而汽錘在汽缸內(nèi)由蒸汽推動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)。其工作過程和原理:先將樁錘固定在樁頂上,然后將蒸汽由汽錘的汽缸調(diào)節(jié)閥引入活塞下部,由蒸汽的推動(dòng)而升起活塞,當(dāng)升到最上部時(shí),調(diào)節(jié)閥在壓差的作用下自動(dòng)改變位置,蒸汽即改變方向而進(jìn)入活塞上部,下部氣體則同時(shí)排出;如此反復(fù)循環(huán),把樁打入土中。雙動(dòng)汽錘的樁錘升降均由蒸汽推動(dòng),當(dāng)活塞向下沖時(shí),不僅有其自身重量,而且受到上部氣體向下的壓力,因此沖擊力較大。雙動(dòng)汽錘的質(zhì)量為0.6~6t(6~60kN),具有活塞沖程短、沖擊力大、打樁速度快(錘擊頻率為100~200次/min)、工作效率高等優(yōu)點(diǎn),適用于打各種樁,并可以用于拔樁和水下打樁。同理蒸汽錘附帶蒸汽鍋爐造成使用不便。(3)柴油錘柴油錘以柴油為燃料,利用柴油點(diǎn)燃爆炸時(shí)膨脹產(chǎn)生的壓力,將錘抬起,然后自由落下沖擊樁頂,同時(shí)汽缸中空氣壓縮、溫度驟增、噴嘴噴油,霧狀柴油在汽缸內(nèi)自行點(diǎn)燃爆發(fā),使汽缸上拋,落下時(shí)又擊樁進(jìn)入下一循環(huán),如此反復(fù)循環(huán),把樁打入土中。

根據(jù)沖擊部分的不同,柴油錘可分為導(dǎo)桿式、活塞式和管式三大類。導(dǎo)桿式柴油錘(圖2-7(a))的沖擊部分是沿導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)的汽缸,筒式柴油錘(圖2-7(b))的沖擊部分則是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞。

柴油錘具有打樁工效高(錘擊頻率為40~80次/min)、構(gòu)造簡單、移動(dòng)靈活、使用方便等優(yōu)點(diǎn),不需沉重的輔助設(shè)備,也不需從外部供給能源,燃料消耗少。但存在施工噪聲大、油滴飛散、排出的廢氣污染環(huán)境等缺點(diǎn)。

柴油錘不適用于在過軟的土層中打樁。因?yàn)橥梁芩绍洉r(shí),對(duì)于樁的下沉沒有多大阻力,以致汽缸向上拋起的距離很小,當(dāng)汽缸再次降落時(shí),不能保證燃料室中的氣體壓縮到發(fā)火的程度,柴油錘可能會(huì)停止工作。(4)液壓錘

液壓錘是20世紀(jì)60年代開發(fā)的產(chǎn)品,1965年荷蘭制造了世界上第一臺(tái)液壓錘。70年代后,液壓錘在世界各國獲得發(fā)展,目前國內(nèi)已開始制造。

液壓錘利用液壓能將錘體提升到一定高度,它是由液壓推動(dòng)密閉在錘売體內(nèi)的芯錘活塞柱,依靠錘體自重或者自重加液壓能下降進(jìn)行錘擊,令其往返,實(shí)現(xiàn)夯擊作用。因此,從打樁原理上,液壓錘可分為單作用式和雙作用式。單作用式即自由下落式,打擊能量較小,結(jié)構(gòu)較簡單;雙作用式,沖擊體下降速度快,打擊力大,結(jié)構(gòu)緊湊,但其液壓油路比單作用式要復(fù)雜些。

液壓錘是一種新型低噪聲、無污染(有利于環(huán)境保護(hù))、打擊能量大、能耗省、操作方便的打樁錘。在軟土地區(qū)打樁很容易,還可用于水下打樁。但液壓錘要配備較大功率的液壓動(dòng)力源,動(dòng)力源以較長的高壓軟管與樁錘連接,構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜,造價(jià)較高。2.樁架

樁架的作用:支持樁身和樁錘,將樁吊到打樁位置,并在打入過程中引導(dǎo)樁的方向,保證樁錘沿著所要求的方向沖擊。

樁架的選擇:選擇樁架時(shí),應(yīng)考慮樁錘的類型、樁的長度和施工條件等因素。一般樁架的高度計(jì)算式為：

樁架高度=樁長+樁錘高度+樁帽高度+滑輪組高度+(1~3m)的起落錘工作余地

常用的樁架形式有滾筒式樁架、多功能樁架、履帶式樁架。

2.2.2.2打樁順序

當(dāng)樁距中心≤4d(d為樁徑或邊長),在黏土中,特別是在飽和軟黏土地基中,由于樁對(duì)土體的擠密作用,先打入的樁被后打入的樁水平擠推而造成偏移和變位或被垂直擠拔造成浮樁,而后打入的樁難以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高或入土深度,造成土體隆起和擠壓。所以群樁施工時(shí),為了保證質(zhì)量和進(jìn)度,防止對(duì)周圍建筑物的破壞,打樁前根據(jù)樁的密集程度、樁的規(guī)格、長短以及樁架移動(dòng)是否方便等因素來選擇正確的打樁順序。

為減少擠土影響,確定打樁順序的原則如下:①逐排打、逐排改變方向(圖2-11(a))；②間隔打(即跳打，圖2-11(b))；③從中間向四周沉樁,由中及外(擴(kuò)散打法)(圖2-11(c))；④從靠近現(xiàn)有構(gòu)筑物最近的樁位開始沉設(shè),由近及遠(yuǎn),即先打離構(gòu)筑物較近的樁,后打離構(gòu)筑物較遠(yuǎn)的樁(圖2-11(d));⑤當(dāng)樁較多時(shí),可分段從中間向外沉樁(圖2-11(e))；⑥按照樁的規(guī)格由深及淺、由大及小、由長及短。2.2.2.3打樁工藝及打樁注意事項(xiàng)

樁在提升就位時(shí)要對(duì)準(zhǔn)樁位,樁身要垂直;在施打時(shí),必須使樁身、樁帽和樁錘三者的中心線在同一垂直軸線上,以保證樁的垂直入土。

打樁開始時(shí),應(yīng)先采用小的落距(0.5~0.8m)做輕的錘擊,使樁正常沉入土中約1~2m后,經(jīng)檢查樁尖不發(fā)生偏移,再逐漸增大落距至規(guī)定高度,繼續(xù)錘擊,直至把樁打到設(shè)計(jì)要求的深度。打樁時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)。1.打樁有重錘低擊和輕錘高擊兩種方式,如圖2-12所示,它們的比較見表2-2。又因重錘低擊的落距小,可提高錘擊頻率,打樁效率也高,所以打樁宜采用重錘低擊。

2.由于預(yù)制樁不能設(shè)計(jì)成不相同的長度,樁頂高于地面或低于地面是不可避免的,沉樁時(shí)有“頂打”和“退打”之分,見表2-3。3.打樁時(shí)如發(fā)現(xiàn)錘的回彈較大且經(jīng)常發(fā)生,則表示樁錘太輕,錘的沖擊動(dòng)能不能使樁下沉,此時(shí)應(yīng)更換重的樁錘。4.打樁過程中,如樁錘突然有較大的回彈,則表示樁尖可能遇到阻礙。此時(shí)須減小錘的落距,使樁緩慢下沉,待穿過阻礙層后,再加大落距并正常施打。如降低落距后,仍存在這種回彈現(xiàn)象,應(yīng)停止錘擊,分析原因后再行處理。5.打樁過程中,如樁的下沉突然增大,則表示可能遇到軟土層、洞穴或樁尖、樁身已遭受破壞等。此時(shí)也應(yīng)停止錘擊,分析原因后再行處理。6.樁頂打至樁架導(dǎo)桿底端以下或打入土中,均須送樁。送樁時(shí),樁身與送樁的縱軸線應(yīng)在同一垂直軸線上。當(dāng)然應(yīng)盡量避免使用送樁,若送樁與預(yù)制樁的截面有差異,會(huì)使預(yù)制樁受到較大的沖擊力。此外,還會(huì)導(dǎo)致預(yù)制樁入土?xí)r發(fā)生傾斜。

2.2.2.4接樁

考慮到接樁對(duì)樁的整體受力不利,一般混凝土預(yù)制樁接頭不宜超過2個(gè),預(yù)應(yīng)力管樁接頭不宜超過4個(gè),應(yīng)避免在樁尖接近硬持力層或樁尖處于硬持力層中時(shí)接樁。接樁方法有焊接法、漿錨法及法蘭連接。焊接法和法蘭連接適用于各類土層,漿錨法適用于軟土層。2.2.2.5打樁質(zhì)量要求與驗(yàn)收

打樁質(zhì)量評(píng)定包括兩個(gè)方面:一是能否滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的貫入度和標(biāo)高的要求;二是樁打入后的偏差是否在施工規(guī)范允許的范圍內(nèi),樁頂或樁身有無破損現(xiàn)象。

1.貫入度或標(biāo)高必須符合設(shè)計(jì)要求,沉樁的質(zhì)量控制見表2-4。樁就位前,在樁身上從下至上畫出以米為單位的長度標(biāo)記,以便觀察樁的入土深度、每米沉樁的錘擊數(shù)或錘落距的平均高度(從第一錘開始記錄),表2-4中所說的貫入度是最終貫入度,即施工中最后連續(xù)錘擊三陣,其每陣十擊的平均入土深度。貫入度不是越小越好,貫入度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求,通過結(jié)合地勘資料和承載力要求試樁確定,它是打樁質(zhì)量的重要控制指標(biāo)。最后貫入度的測量應(yīng)在下列正常條件下進(jìn)行:樁頂或樁身沒有破壞、錘擊沒有偏心、樁帽與彈性墊層正常。2.打樁完畢,基坑挖土?xí)r,應(yīng)注意由于土的擠壓力未消散而引起樁的位移或傾斜,一般土的擠壓力在黏土中完全消散需要一個(gè)月,在砂土中則消散得比較快。

(3)頂面與樁的軸線不垂直,則樁處于偏心受沖擊狀態(tài),局部應(yīng)力增大,極易損壞。有時(shí)由于樁帽比樁大,套上的樁帽偏向樁的一邊,或者樁帽本身不平,也會(huì)使樁受偏心沖擊,有的樁是在施打時(shí)發(fā)生傾斜。

因此,錘擊沉樁樁的預(yù)制質(zhì)量非常重要,預(yù)制樁時(shí)必須使樁的頂面與樁的軸線嚴(yán)格保持垂直。施打時(shí),樁帽要安墊平整,樁頂襯墊彈性應(yīng)適宜。

(4)由于下沉速度慢而施打時(shí)間長、錘擊次數(shù)多或沖擊能量過大稱為過打。過打發(fā)生在以下幾種情況:一是樁尖通過硬土層,二是最后貫入度定得過小,三是錘的落距過大。由于混凝土的抗沖擊強(qiáng)度只有其抗壓強(qiáng)度的50%,若樁身混凝土反復(fù)受到過度的沖擊,就容易破壞。打樁時(shí)應(yīng)該盡量避免過打。2.打歪

樁頂不平、樁身混凝土凸肚、樁尖偏心、接樁不正或土中有障礙物,都容易使樁打歪;另一方面,樁被打歪往往與操作有直接關(guān)系,例如樁初入土?xí)r,樁身就有歪斜,但未糾正即予施打,就很容易把樁打歪。防止把樁打歪,除了仔細(xì)檢查打樁機(jī)導(dǎo)架的垂直度,樁頂是否平正,還可采取以下措施:

2.2.2.6打樁中常見問題的分析和處理1.樁頂、樁身被打壞

這種現(xiàn)象一般是樁頂四周和四角被打壞,或者頂面被打碎,有的是樁身混凝土崩裂脫落,甚至樁身折斷,發(fā)生這些問題的原因及處理方法如下:(1)樁頂?shù)呐浣顟?yīng)做特別處理,即柱箍加密。

(2)混凝土保護(hù)層太厚,或主筋放得不正,引起局部保護(hù)層過厚,直接受沖擊的是素混凝土,因此混凝土容易剝落。(1)開始時(shí),樁錘用小落距將樁徐徐擊入土中,并隨時(shí)檢查樁的垂直度,待柱入土一段長度穩(wěn)住后,再按正常落距將樁連續(xù)擊入土中。

(2)若因地下有障礙物使樁打歪,應(yīng)設(shè)法排除或經(jīng)研究移位后再打。若發(fā)現(xiàn)樁已打斜,決不允許通過走樁架(移動(dòng)樁架)來強(qiáng)行拉正樁,而應(yīng)將樁拔出,探明原因,排除障礙,用砂和細(xì)石填孔后,重新插入施打。若拔樁有困難,應(yīng)在原樁附近再補(bǔ)打一樁。

3.打不下

在市區(qū)打樁,如初入土1~2m就打不下去,貫入度突然變小,樁錘嚴(yán)重回彈,除樁錘太輕,則可能遇上舊的灰土或孤石等障礙物,必要時(shí)應(yīng)徹底清除或鉆透后再打,或者將樁拔出,填砂并適當(dāng)移位后再打。如樁已打入土中很深,突然打不下去,這可能有以下幾種情況:(1)樁頂或樁身已打壞,錘的沖擊能不能有效地傳給樁,使之繼續(xù)沉入土中。(2)土層中央有較厚的砂層或其他硬土層,或者遇上鋼渣、孤石等障礙物,在這種情況下,如盲目施打,會(huì)造成樁頂破碎、樁身折斷。可采用植入樁,即先將硬層鉆透,再插樁施打。

(3)打樁過程中,因特殊原因不得已而中斷,停歇一段時(shí)間以后再予施打,往往不能順利地將樁打入土中。原因主要是土的彈性變形(有利于沉樁)使得樁身周圍的土重新擠向樁身(即土重新抱緊樁身),鋼筋混凝土樁變成了直徑較大的土樁而承受荷載,因而難以繼續(xù)將樁打入土中。所以打樁應(yīng)連續(xù)施打。4.一樁打下、鄰樁上升

這種現(xiàn)象多在軟土中發(fā)生,即樁貫入土中時(shí),由于樁身周圍的土體受到急劇的擠壓和擾動(dòng),被擠壓和擾動(dòng)的土,靠近地面的部分,將在地表面隆起和水平移動(dòng),推移已打好的樁。

當(dāng)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象時(shí),可采取預(yù)鉆孔打樁法。預(yù)鉆孔打樁亦稱“植入樁”,它是先在地面樁位處鉆孔,然后在孔中插入預(yù)制樁(將土的擠壓力降低),用打樁機(jī)將樁打到設(shè)計(jì)標(biāo)高。為了兼顧單樁的承載力,不致使樁的承載力受到明顯影響,鉆孔深度一般不宜超過樁長的一半。5.打斷

貫入度突然增大,樁身隨錘的跳起有輕微回彈,表明樁可能被打斷。主要原因可能是偏心錘擊、樁尖遇硬土層、反復(fù)錘擊(錘輕了)、局部混凝土強(qiáng)度偏低、樁長細(xì)比過大或在施打過程中移動(dòng)了樁架(即走樁架)等。發(fā)生這種情況時(shí)應(yīng)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)部門重新設(shè)計(jì)就近補(bǔ)樁。

2.2.3振動(dòng)沉樁

振動(dòng)沉樁是利用固定在樁頂部的振動(dòng)器所產(chǎn)生的激振力,通過樁身使土顆粒受迫振動(dòng),使其改變排列組織,產(chǎn)生收縮和位移,這樣樁表面與土層間的摩擦力就減小,樁在自重和振動(dòng)力共同作用下沉入土中。2.2.3.1振動(dòng)沉樁設(shè)備

振動(dòng)沉樁設(shè)備簡單,不需要其他輔助設(shè)備,重量輕,體積小,搬運(yùn)方便,費(fèi)用低,工效高,適用于在黏土、松散砂土、黃土和軟土中沉樁,以在砂土中打樁最有效,更適合于打鋼板樁、鋼管樁等,同時(shí)借助起重設(shè)備可以拔樁。

振動(dòng)錘機(jī)構(gòu)示意圖如圖2-15所示。振動(dòng)錘一般由電動(dòng)機(jī)、激振器、夾樁器、減振裝置、懸吊裝置及導(dǎo)向裝置組成。

2.2.3.2振動(dòng)沉樁工藝

振動(dòng)沉樁時(shí),振動(dòng)箱安裝在樁頭,用夾樁器將樁與振動(dòng)箱固定,并應(yīng)保證振動(dòng)箱與樁身在同一垂直線上。振動(dòng)箱內(nèi)裝有一組(或多組)對(duì)稱偏心塊,在電機(jī)帶動(dòng)下偏心塊對(duì)稱反向同步旋轉(zhuǎn)(見圖2-15中箭頭)產(chǎn)生離心力,離心力的水平分力大小相等,方向相反,相互抵消;而垂直分力大小相等,方向相同,相互疊加,使振動(dòng)箱產(chǎn)生垂直方向的振動(dòng),使樁與土層摩擦力減小,樁逐漸沉入土中。

近年來,國外很多振動(dòng)錘為了對(duì)激振器的頻率進(jìn)行無級(jí)調(diào)速,以適應(yīng)現(xiàn)場施工的需要,常采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),液壓馬達(dá)有外形尺寸小、重量輕、啟動(dòng)力矩大等特點(diǎn)。近年來,可調(diào)偏心力矩的振動(dòng)錘也有了新的發(fā)展,振動(dòng)錘在啟動(dòng)或停振時(shí),由于通過樁架的其他部件的共振區(qū),會(huì)產(chǎn)生很大的振幅,對(duì)安全和機(jī)器壽命都很不利;可調(diào)偏心力矩的振動(dòng)錘在啟動(dòng)或停振時(shí)可將偏心力矩調(diào)到很小,減少振動(dòng),從而較好地解決了這個(gè)問題。

2.2.4靜力壓樁

靜力壓樁是在軟弱土層中,利用靜壓力(壓樁機(jī)自重及配重)將預(yù)制樁逐節(jié)壓入土中的一種沉樁法。這種方法節(jié)約鋼筋和混凝土,降低工程造價(jià),與錘擊法比較,采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)可降低1~2級(jí),可節(jié)省鋼筋40%左右,而且施工時(shí)無噪聲、無振動(dòng)、無污染,對(duì)周圍環(huán)境的干擾小,適用于軟土地區(qū)、城市中心或建筑物密集處,以及學(xué)校、醫(yī)院、政府機(jī)關(guān)等的樁基礎(chǔ)工程。

2.2.4.1靜力壓樁機(jī)靜力壓樁機(jī)按照動(dòng)力驅(qū)動(dòng)原理分機(jī)械壓樁機(jī)和液壓壓樁機(jī)兩種。1.機(jī)械壓樁機(jī)

機(jī)械壓樁機(jī)的構(gòu)造如圖2-16所示,壓樁機(jī)的主要部件有樁架、底盤、活動(dòng)壓梁、卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組、配重和動(dòng)力設(shè)備等,壓樁時(shí),先將樁起吊,對(duì)準(zhǔn)樁位,將樁頂置于梁下,然后開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩,逐漸將鋼絲繩收緊,使活動(dòng)壓梁向下,將整個(gè)壓樁機(jī)的自重和配重荷載通過圈繞的鋼絲繩、活動(dòng)壓梁壓在樁頂。當(dāng)靜壓力大于樁尖阻力和樁身與土層之間的摩擦力時(shí),樁尖逐漸壓入土中。常用壓樁機(jī)的荷重有80t、120t、150t等數(shù)種。機(jī)械壓樁機(jī)行程大、壓樁力小。

2.液壓壓樁機(jī)

液壓壓樁機(jī)是利用液壓油缸壓樁,并夾住其他已入土的樁作為錨樁,以平衡壓樁阻力。液壓壓樁機(jī)一般用來壓成排的鋼板樁,使鋼板樁形成一條直線,可自行移動(dòng),變換角度,形成圓角形、直角形或曲線形鋼板樁,施工非常方便。液壓壓樁機(jī)還可用無線電遠(yuǎn)距離操作。液壓壓樁機(jī)行程小，壓樁力大。

2.2.4.2靜力壓樁工藝

靜力壓樁由于受設(shè)備行程的限制,在一般情況下樁是分段預(yù)制、分段壓入、逐段接長,因此壓樁施工工藝程序?yàn)?測量定位→壓樁機(jī)就位→吊樁、插樁→樁身對(duì)中調(diào)制→靜壓沉樁→接樁→再靜壓沉樁→送樁→終止壓樁→切割樁頭。

每節(jié)樁長度取決于樁架高度,通常在12m以內(nèi),樁斷面400mm×400mm。接樁方法可采用焊接法、漿錨法等,見本章2.2.2.4。靜力壓樁沉樁程序如圖2-17所示。

壓樁時(shí),應(yīng)始終保持樁軸心受壓,若有偏移應(yīng)立即糾正。接樁應(yīng)保證上、下節(jié)樁軸線一致,并應(yīng)盡量減少每根樁的接頭個(gè)數(shù),一般不宜超過4個(gè)接頭。當(dāng)樁壓至接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),不可過早停壓,須穩(wěn)壓1~2min,應(yīng)使壓樁一次成功,以免發(fā)生壓不下或超壓現(xiàn)象。2.2.5水沖法沉樁

水沖法沉樁是錘擊和振動(dòng)沉樁的輔助方法,在預(yù)制樁的側(cè)面至樁尖敷設(shè)一水管,在沉樁同時(shí)輔助以高壓水,以減小沉樁阻力。這種樁一般承載力會(huì)降低,為保證樁基本的承載能力,在樁沉至最后的1~2m時(shí)停止沖水,繼續(xù)沉樁至設(shè)計(jì)要求。2.3灌注樁

與預(yù)制樁相比,灌注樁不接樁、不截樁,相對(duì)預(yù)制樁造價(jià)較低,可做成大直徑和較深的樁,但由于整個(gè)施工過程均在現(xiàn)場完成,灌注樁的施工相對(duì)復(fù)雜,質(zhì)量不易保證。

2.3.1鉆孔灌注樁2.3.1.1鉆孔機(jī)械設(shè)備

目前常見的鉆孔機(jī)械有螺旋鉆孔機(jī)、回轉(zhuǎn)斗成孔機(jī)、回轉(zhuǎn)鉆孔機(jī)、潛水鉆機(jī)、鉆擴(kuò)機(jī)、全套管沖抓斗成孔機(jī)(即貝諾特鉆機(jī))等。1.螺旋鉆孔機(jī)(1)小直徑螺旋鉆孔機(jī)小直徑螺旋鉆孔機(jī)也稱長螺旋鉆孔機(jī)(圖2-18),是傳統(tǒng)設(shè)備。我國生產(chǎn)的長螺旋鉆孔機(jī)最大鉆孔直徑為800mm,最大鉆深為20m,最大扭矩為12kN·m。小直徑螺旋鉆孔機(jī)由主機(jī)、滑輪組、螺旋鉆桿、鉆頭、滑動(dòng)支架、出土裝置等組成,用于地下水位以上的黏土、粉土、中密以上的砂土或人工填土土層的成孔,并配有多種鉆頭,以適應(yīng)不同的土層。(2)大直徑螺旋鉆孔機(jī)

當(dāng)樁徑超過800mm,傳統(tǒng)的施工方式是采用人工挖孔樁,但近年來在國內(nèi)出現(xiàn)了大直徑螺旋鉆孔機(jī),也稱短螺旋鉆孔機(jī)(目前在國外廣泛使用)。短螺旋鉆孔機(jī)的鉆頭如圖2-19所示。其切土原理與長螺旋鉆孔機(jī)相同,但排土方法不一樣。短螺旋鉆孔機(jī)向下切削一段距離,切下的土壤堆積在螺旋葉片上,將短螺旋葉片提升至地面并反向旋轉(zhuǎn),將螺旋葉片上的碎土甩到地面上。所以短螺旋鉆孔機(jī)出土是斷續(xù)的,效率較低,但其鉆孔直徑可達(dá)2m,甚至更大。用伸縮鉆桿與短螺旋鉆桿連接,鉆孔深度可達(dá)78m。無論是鉆孔直徑還是鉆孔深度,短螺旋鉆孔機(jī)都比長螺旋鉆孔機(jī)大,因此它的使用范圍也更廣。

我國生產(chǎn)的鉆桿伸縮式大直徑鉆孔機(jī)最大鉆孔直徑為1.5m,最大擴(kuò)孔直徑為3m,最大鉆孔深度為80m,最大鉆孔扭矩為105kN·m;多功能螺旋組合鉆孔機(jī)鉆孔直徑為0.5~2m,鉆孔深度為43~60m,最大扭矩為150kN·m。可選擇配置全液壓履帶式樁架、電液履帶式樁架、電動(dòng)履帶式樁架和步履式樁架,使鉆孔機(jī)整體實(shí)現(xiàn)最佳性能比。2.旋挖鉆機(jī)旋挖鉆機(jī)如圖2-20所示,由履帶式樁架、伸縮鉆桿、回轉(zhuǎn)斗(斗底帶有鉆頭活門)等組成,是一種基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)機(jī)械。主要適用于砂土、黏性土、粉質(zhì)土等土層施工,在灌注樁、連續(xù)墻、基礎(chǔ)加固等多種地基基礎(chǔ)施工中得到廣泛應(yīng)用,旋挖鉆機(jī)最大成孔直徑可達(dá)4m,最大成孔深度為90m。

埋設(shè)護(hù)筒,旋挖鉆機(jī)就位,帶鉆頭的回轉(zhuǎn)斗輕著地后旋轉(zhuǎn)開鉆,當(dāng)回轉(zhuǎn)斗裝滿土砂料時(shí)將斗提升出孔外,將鉆頭活門打開并來回旋轉(zhuǎn),將斗內(nèi)的土砂料傾倒,然后關(guān)上鉆頭活門,旋挖鉆機(jī)下落孔底再一次旋轉(zhuǎn)開鉆,當(dāng)鉆斗內(nèi)裝滿土砂料時(shí)再次提升出孔外,將其內(nèi)的土砂料再一次傾倒……,直至達(dá)到設(shè)計(jì)孔深,鉆孔完成。旋挖轉(zhuǎn)機(jī)帶有液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、垂直度自動(dòng)檢測裝置,孔深數(shù)碼顯示,整機(jī)操縱一般采用液壓先導(dǎo)控制和負(fù)荷傳感系統(tǒng),具有操作輕便、作業(yè)舒適等特點(diǎn)。目前使用非常廣泛。3.回轉(zhuǎn)鉆孔機(jī)

回轉(zhuǎn)鉆孔機(jī)配以籠頭式鉆頭(圖2-21),可以多擋調(diào)速或液壓無級(jí)調(diào)速,在泥漿護(hù)壁條件下,以泵吸和氣舉的反循環(huán)或正循環(huán)方式慢速鉆進(jìn)排渣成孔,灌注混凝土成樁。設(shè)備性能可靠,噪聲振動(dòng)小,鉆進(jìn)效率高,鉆孔質(zhì)量好。該機(jī)的最大鉆孔直徑可達(dá)2.5m,鉆進(jìn)深度為50~100m,適用于碎石類土、砂土、黏性土、粉土、強(qiáng)風(fēng)化巖、軟質(zhì)與硬質(zhì)巖層等多種地質(zhì)條件。4.潛水鉆機(jī)

潛水鉆機(jī)(圖2-22、圖2-23)適用于黏性土、黏土、淤泥、淤泥質(zhì)土、砂土、強(qiáng)風(fēng)化巖、軟質(zhì)巖層,不宜用于碎石土層中。2.3.1.2鉆孔灌注樁施工工藝

鉆孔灌注樁是先成孔,然后吊放鋼筋籠,再澆灌混凝土而成。依據(jù)地質(zhì)條件不同,分為干作業(yè)成孔和泥漿護(hù)壁(濕作業(yè))成孔兩類。1.干作業(yè)成孔灌注樁施工

成孔時(shí)若無地下水或地下水很少,基本上不影響工程施工時(shí),稱為干作業(yè)成孔,主要適用于北方地區(qū)和地下水位較低的土層,一般采用螺旋鉆成孔。

干作業(yè)成孔施工工藝流程:場地清理→測量放線定樁位→樁機(jī)就位→鉆孔取土成孔→清除孔底沉渣→成孔質(zhì)量檢查驗(yàn)收→吊放鋼筋籠→澆筑孔內(nèi)混凝土。

為了確保成樁后的質(zhì)量,施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①鉆孔時(shí),應(yīng)始終保持鉆桿垂直、位置正確,防止因鉆桿晃動(dòng)引起孔徑擴(kuò)大及增多孔底虛土;②鉆頭進(jìn)入硬土層時(shí),易造成鉆孔偏斜,可提起鉆頭上下反復(fù)掃鉆幾次,以便削去硬土,若糾正無效,可在孔中局部回填黏土至偏孔處0.5m以上,再重新鉆進(jìn);③成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,孔底虛土盡可能清除干凈,可采用夯錘夯擊孔底虛土(但振動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致坍孔)或進(jìn)行壓力注水泥漿處理,然后盡快吊放鋼筋籠,并澆筑混凝土,混凝土應(yīng)分層澆筑,每層高度不大于1.5m。2.泥漿護(hù)壁成孔灌注樁施工

泥漿護(hù)壁成孔灌注樁施工是利用泥漿護(hù)壁,鉆孔時(shí)通過循環(huán)泥漿將鉆頭切削下的土渣排出孔外而成孔,而后吊放鋼筋籠,水下灌注混凝土而成樁。成孔方式主要有回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔、潛水鉆機(jī)成孔等。

泥漿的護(hù)壁機(jī)理:泥漿比重≥1,首先泥漿可以平衡地下水,其次泥漿還可給孔壁一定的壓力,將孔壁細(xì)微孔滲填密實(shí),在孔壁上形成一層透水性極低的泥皮,將孔內(nèi)漏水降到最低的限度。

采用泥漿護(hù)壁主要是因?yàn)?①泥漿靜止時(shí)具有一定的靜切力,即具有懸浮沉渣的能力;②泥漿攪拌時(shí)又具有流動(dòng)性,可將鉆渣帶出;③易取材且價(jià)格低廉。泥漿的作用是護(hù)壁、攜渣、潤滑鉆頭、冷卻鉆頭等,其中以護(hù)壁、攜渣為主。

在透水性較大的沙或沙礫層中,護(hù)壁泥漿易漏失,措施一是保持泥漿液面標(biāo)高;二是加大泥漿比重,摻入堵漏劑,如鋸末、稻草灰、水泥、黏土、蛭石末、珍珠巖末、有機(jī)纖維等。但注意泥漿比重以不塌孔為準(zhǔn),比重并非越高越好,比重越高泥漿的循環(huán)阻力越大。

泥漿護(hù)壁成孔灌注樁的施工工藝比較復(fù)雜,質(zhì)量不易保證,后期可能會(huì)影響樁的承載力,而且對(duì)環(huán)境污染較大。泥漿護(hù)壁成孔灌注樁施工工藝流程如下:(1)測定樁位平整清理好施工場地后,設(shè)置樁基軸線定位點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn),根據(jù)樁位平面布置施工圖,定出每根樁的位置,并做好標(biāo)志。

(2)埋設(shè)護(hù)筒

護(hù)筒的作用是定樁位,防止地面水流入,保護(hù)孔口,增高孔內(nèi)水壓力,成孔時(shí)導(dǎo)向。

護(hù)筒用4~8mm厚鋼板制成,內(nèi)徑比鉆頭直徑大100~200mm,頂面高出地面0.4~0.6m,上部開1~2個(gè)溢漿孔。埋設(shè)護(hù)筒時(shí),先挖去樁孔處表土,將護(hù)筒埋入土中,其埋設(shè)深度在黏土中不宜小于1m,在砂土中不宜小于1.5m。其高度要滿足孔內(nèi)泥漿液面高度的要求,孔內(nèi)泥漿液面應(yīng)保持高出地下水位1m以上。最后應(yīng)在護(hù)筒外側(cè)填入黏土并分層夯實(shí)。

(3)泥漿制備

泥漿制備方法應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件確定。由于泥漿土的成分與高塑性(Ip≥17)的黏土或膨潤土的成分很接近,在黏土和粉質(zhì)黏土中,可直接射入清水,以原土造漿,見表2-5。

(4)成孔排渣方法

回轉(zhuǎn)鉆成孔是國內(nèi)灌注樁施工中最常用的方法之一。按排渣方式不同分為正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆成孔和反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆成孔。

A.正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆成孔

由鉆機(jī)回轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)鉆桿和鉆頭回轉(zhuǎn)切削破碎巖土,由泥漿泵從鉆桿中部輸進(jìn)泥漿,泥漿沿孔壁上升,從孔口溢漿孔溢出流入泥漿池,經(jīng)沉淀處理返回循環(huán)池(圖2-26)。正循環(huán)泥漿的上返速度低,攜帶土粒直徑小,4cm以上的卵石因無法上浮排出而沉積在孔底,排渣能力差,屬柔性循環(huán)排渣,適用于土質(zhì)較差、抽吸排渣時(shí)間較長的情況,適用于填土、淤泥、黏土、粉土、沙土等地層,樁孔直徑不宜大于1000mm,鉆孔深度不宜超過30m。B.反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆成孔

反循環(huán)法常用旋轉(zhuǎn)的牙輪鉆頭鉆孔,利用一定的靜水壓力護(hù)壁,防止坍孔。挖出的泥沙和泥水一起從套筒中心吸出,并排至泥水槽內(nèi)。泥沙經(jīng)沉淀后,泥水再次被送入孔內(nèi),與正循環(huán)法相反,如圖2-27所示。在這種施工方法中,循環(huán)泥漿的速度快,抽吸排渣能力較好,屬于強(qiáng)抽吸循環(huán)排渣,故適合于硬巖層及硬土層等土質(zhì)較好、抽吸時(shí)間較短的情況。施工中遇有卵石時(shí),由于吸水通道直徑只有15~20cm,故超出該尺寸的卵石排出困難。一般最大成孔直徑可達(dá)8m,最大深度可達(dá)100m。(5)清孔當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度并經(jīng)檢查合格后,應(yīng)立即進(jìn)行清孔,目的是清除孔底沉渣以減少樁基的沉降量,提高承載能力,確保樁基質(zhì)量。清孔方法主要有抽漿法、換漿法。

①抽漿法清孔

抽漿法清孔比較徹底,但易引起孔壁坍塌。A.反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔可在終孔后停止進(jìn)尺,利用鉆機(jī)反循環(huán)系統(tǒng)的泥石泵持續(xù)吸渣5~15min,使孔底鉆渣清除干凈。B.射水法(一般用于原土造漿)清孔是在孔口分段連接清孔導(dǎo)管,吊入孔內(nèi)作為吸泥管,高壓風(fēng)管設(shè)于導(dǎo)管內(nèi)、外均可,空氣壓縮機(jī)可形成強(qiáng)大氣流,使孔底的泥渣被噴翻、攪動(dòng),泥渣隨高壓氣流上涌,從噴嘴噴出,同時(shí)向孔內(nèi)不斷注入清水(此時(shí)鉆桿只鉆不進(jìn)),直到孔口噴出清水,清孔結(jié)束。

②換漿法清孔

回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔結(jié)束,鉆機(jī)停止進(jìn)尺,稍提鉆離孔底10~20cm空轉(zhuǎn),并保持泥漿正常循環(huán),用新攪拌的稀泥漿置換孔底泥漿,把鉆孔內(nèi)懸浮鉆渣較多的泥漿換出。清孔一小時(shí),孔底沉渣允許厚度符合設(shè)計(jì)要求或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:端承樁≤50mm,摩擦端承樁、端承摩擦樁≤100mm,摩擦樁≤150mm,且泥漿比重滿足表2-6的規(guī)定,即清孔結(jié)束。(6)吊放鋼筋籠、澆筑混凝土

清孔后30min內(nèi)須吊放鋼筋籠、澆筑混凝土。

鋼筋籠一般都在工地制作,制作時(shí)要求主筋環(huán)向均勻布置,箍筋直徑及間距、主筋保護(hù)層、加勁箍的間距等均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

泥漿護(hù)壁成孔灌注樁采用水下混凝土澆筑,澆筑方法常采用導(dǎo)管法?；炷翉?qiáng)度等級(jí)不低于C20,坍落度為18~22cm。其澆筑方法如圖2-28所示,所用設(shè)備有金屬導(dǎo)管、承料漏斗和提升機(jī)具等。

導(dǎo)管一般用無縫鋼管制作,直徑為200~300mm,每節(jié)長度2~3m,最下一節(jié)為腳管,長度不小于4m,各節(jié)管用法蘭盤和螺栓連接。承料漏斗利用法蘭盤安裝在導(dǎo)管頂端,其容積應(yīng)大于保證管內(nèi)混凝土所必須保持的高度和開始澆筑時(shí)導(dǎo)管埋置深度所要求的混凝土的體積。隔水栓(球塞)用來隔開混凝土與泥漿(或水),可用軟木球或橡皮塞等,其直徑宜比導(dǎo)管內(nèi)徑大5~6mm。澆筑時(shí),用提升機(jī)具將承料漏斗和導(dǎo)管懸吊起來后,沉至孔底,往導(dǎo)管中放隔水栓,隔水栓用繩子或鐵絲吊掛,然后向?qū)Ч軆?nèi)灌一定數(shù)量的混凝土,并使其下口距孔底面h1=300mm,立即迅速剪斷吊繩(水深在10m以內(nèi)可用此法),或讓球塞下滑至管的中部或接近底部再剪斷吊繩,使混凝土靠自重推動(dòng)球塞下落,沖向基底,并向四周擴(kuò)散,球塞被推出管后,立即浮出水面,可回收再利用,混凝土則在導(dǎo)管下部包圍住導(dǎo)管,形成混凝土堆,這時(shí)可把導(dǎo)管再下降至基底100~200mm處,使導(dǎo)管下部能有更多的部分埋入首批澆筑的混凝土中。然后不斷地將混凝土通過承料漏斗澆入導(dǎo)管內(nèi),管外混凝土面不斷被擠壓上升置換出泥漿。隨著管外混凝土面的上升,逐漸提升導(dǎo)管,導(dǎo)管應(yīng)緩緩提升,每次200mm左右,嚴(yán)防提升過度,務(wù)必保證導(dǎo)管下端埋入混凝土中的深度不小于規(guī)定的最小埋置深度:一般情況下,導(dǎo)管最小埋置深度h2

不能小于1m,適宜的埋置深度為2~4m,但也不宜過深,以免混凝土的流動(dòng)阻力太大,造成堵管?；炷翝仓^程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,不得中斷。混凝土澆筑的最終標(biāo)高應(yīng)比樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高高出0.5m,即多灌一點(diǎn),鏟除與水接觸的那部分混凝土（要注意：在實(shí)際施工時(shí)施工方會(huì)設(shè)法少澆一點(diǎn)，低于0.5m，甚至只有20、30cm，將來也可以少鏟除一點(diǎn)）。(8)常見工程質(zhì)量事故及處理方法①孔壁坍塌孔壁坍塌指成孔過程中孔壁土層不同程度坍落,主要表現(xiàn)為泥漿中不斷出現(xiàn)氣泡,或泥漿突然漏失。主要原因是提升下落沖擊錘、掏渣筒或安放鋼筋骨架時(shí)碰撞護(hù)筒及孔壁,護(hù)筒周圍未用黏土緊密填實(shí),孔內(nèi)泥漿液面下降,孔內(nèi)水壓降低等。坍孔處理方法:在孔壁坍塌段用石子、黏土填入,重新開鉆,并調(diào)整泥漿容重和液面高度。②鉆孔偏斜鉆孔偏斜指成孔過程中出現(xiàn)孔位偏移或孔身傾斜。偏孔的主要原因是樁架不穩(wěn)固,導(dǎo)桿不垂直或土層軟硬不均。對(duì)于沖孔成孔,則可能是由于導(dǎo)向不嚴(yán)格或遇到探頭石及基巖傾斜所引起的。處理方法:如孔的偏移過大,應(yīng)填入石子、黏土,重新成孔;如有探頭石,可用取巖鉆將其除去或低錘密擊將其擊碎;如遇基巖傾斜,可以投入毛石于低處,再開鉆或密打。③孔底隔層孔底隔層指孔底殘留石渣過厚,孔腳涌進(jìn)泥沙或塌壁泥土落底。造成孔底隔層的主要原因是清孔不徹底,清孔后泥漿濃度減小或澆筑混凝土、安放鋼筋骨架時(shí)碰撞孔壁造成坍孔落土。主要防治方法:做好清孔工作,注意泥漿濃度及孔內(nèi)水位變化,施工時(shí)注意保護(hù)孔壁。④夾泥或軟弱夾層夾泥或軟弱夾層指樁身混凝土混進(jìn)泥土或形成浮漿泡沫軟弱夾層。其形成的主要原因是澆筑混凝土?xí)r孔壁坍塌或?qū)Ч芸诼袢牖炷粮叨忍?泥漿被噴翻,滲入混凝土中。防治措施是保持導(dǎo)管下口埋入混凝土的深度。

⑤流沙流沙指成孔時(shí)大量沙子涌塞孔底的現(xiàn)象。流沙產(chǎn)生的原因是孔外水壓力比孔內(nèi)水壓力大,孔壁土松散。流沙嚴(yán)重時(shí)可拋入碎磚石、黏土,使泥漿結(jié)塊,防止流沙涌入。

⑥鉆不進(jìn)

孔底部可能遇到了巖石等障礙物,如果不深,直接挖出障礙物;如果較深,可與設(shè)計(jì)部門協(xié)商修改樁位,或采用高耐磨鉆頭將塊石等障礙物磨透。2.3.2沉管灌注樁

沉管灌注樁是目前采用較為廣泛的一種灌注樁。依據(jù)使用樁錘和成樁工藝不同,分為錘擊沉管灌注樁、振動(dòng)沉管灌注樁、靜壓沉管灌注樁、振動(dòng)沖擊沉管灌注樁和沉管夯擴(kuò)灌注樁等,目前常用錘擊沉管灌注樁和振動(dòng)沉管灌注樁。

沉管灌注樁的施工過程如圖2-31所示:使用錘擊式樁錘或振動(dòng)式樁錘將帶有樁尖的鋼管沉入土中,形成樁孔,然后放入鋼筋籠、澆筑混凝土,邊灌混凝土邊上拔鋼管,最后拔出鋼管,形成灌注樁。2.3.2.1錘擊沉管灌注樁

錘擊沉管灌注樁的機(jī)械設(shè)備由樁管、樁錘、樁架、卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組、行走機(jī)構(gòu)等組成。

1.施工工藝

錘擊沉管灌注樁的施工工藝:定位埋設(shè)混凝土預(yù)制樁尖→樁機(jī)就位→錘擊沉管→灌注混凝土→邊拔管、邊錘擊、邊繼續(xù)灌注混凝土(中間插入吊放鋼筋籠)→成樁。適用于一般黏性土、淤泥質(zhì)土、砂土和人工填土地基,但不能在密實(shí)的砂礫石、漂石層中使用。

(1)沉管

施工時(shí),用樁架吊起鋼樁管,對(duì)準(zhǔn)埋好的預(yù)制鋼筋混凝土樁尖(圖2-32)。預(yù)制鋼筋混凝土樁尖的強(qiáng)度等級(jí)不得低于C30。樁管與樁尖連接處要墊以麻袋、草繩,以防地下水滲入管內(nèi)。緩緩放下樁管,套入樁尖壓進(jìn)土中,樁管上端扣上樁帽,檢查樁管與樁錘是否在同一垂直線上,樁管垂直度偏差≤0.5%時(shí)即可錘擊沉管。先用低錘輕擊,觀察無偏移后再正常施打,直至符合設(shè)計(jì)要求的沉樁標(biāo)高,并檢查管內(nèi)有無泥漿或進(jìn)水,即可澆筑混凝土。(2)灌混凝土

管內(nèi)混凝土應(yīng)盡量灌滿,然后開始拔管。凡灌注配有不到孔底的鋼筋籠的樁身混凝土?xí)r,第一次混凝土應(yīng)先灌至籠底標(biāo)高,然后放置鋼筋籠,再灌混凝土至樁頂標(biāo)高。第一次拔管高度應(yīng)控制在能容納第二次所需灌入的混凝土量為限,不宜拔得過高。在拔管過程中應(yīng)用專用測錘或浮標(biāo)檢查混凝土面的下降情況。

(3)拔管

拔管速度要均勻,不同土層的拔管速度見表2-7。采用倒打拔管時(shí),樁錘的沖擊頻率:單動(dòng)汽錘不得少于50次/min,自由落錘輕擊不得少于40次/min。在管底拔至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高之前,倒打和輕擊不得中斷。

錘擊沉管灌注樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C20,混凝土充盈系數(shù)(實(shí)際灌注混凝土體積與按設(shè)計(jì)樁身直徑計(jì)算體積之比)不得小于1.0,成樁后的樁身混凝土頂面標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高500mm。2.工藝措施(1)當(dāng)樁較密集時(shí)(中心距小于4倍樁管外徑或2m),為防止斷樁現(xiàn)象,應(yīng)采用跳打的方法,中間空出的樁應(yīng)待鄰樁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的50%以上方可施打。(2)前面介紹的錘擊沉管灌注樁的施工方法,一般稱為“單打法”。為保證樁的質(zhì)量和提高樁的承載能力,錘擊沉管擴(kuò)大灌注樁的施工(即兩次沉管)方法則稱為“復(fù)打法”。復(fù)打法是在第一次單打?qū)⒒炷翝仓綐俄斣O(shè)計(jì)標(biāo)高后,清除樁管外壁上污泥和孔周圍地面上的浮土,立即在原樁位上再次安放樁尖,進(jìn)行第二次沉管,使第一次所灌混凝土向四周擠壓密實(shí),將樁徑擴(kuò)大,然后第二次澆筑混凝土成樁。

復(fù)打施工的要點(diǎn):①樁管中心線應(yīng)與單打中心線重合;②必須在第一次灌注混凝土初凝前完成復(fù)打工作。

復(fù)打法分全復(fù)打、半復(fù)打和局部復(fù)打。如果缺陷在下半段,則第一次混凝土澆筑到半樁長,另加1m,開始復(fù)打。如果缺陷在上半段,則第一次澆筑混凝土到頂后,將樁管打入1/2樁長,再第二次灌注混凝土。對(duì)于飽和淤泥或淤泥質(zhì)軟土則宜采用全樁長復(fù)打法。

2.3.2.2振動(dòng)、振動(dòng)沖擊沉管灌注樁振動(dòng)、振動(dòng)沖擊沉管灌注樁是利用振動(dòng)錘(又稱激振器)、振動(dòng)沖擊錘將樁管沉入土中,然后灌注混凝土而成。這兩種灌注樁與錘擊沉管灌注樁相比,屬于柔性沉管,更適合于稍密及中密的砂土地基施工。

振動(dòng)沉管灌注樁和振動(dòng)沖擊沉管灌注樁的施工工藝完全相同,只是前者用振動(dòng)錘沉管,后者用振動(dòng)沖擊樁錘沉管。圖2-33是振動(dòng)沉管灌注樁設(shè)備示意圖。

1.振動(dòng)沉管灌注樁

施工振動(dòng)沉管灌注樁適用于含水量較小的土層,且宜采用活瓣樁尖。

施工時(shí),先安好樁機(jī),將樁管下端活瓣樁尖(圖2-34)合起來,對(duì)準(zhǔn)樁位,徐徐放下樁管,壓入土中,校正樁管垂直度,符合要求后開動(dòng)激振器,樁管即開始沉入土中。當(dāng)樁管沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高,管內(nèi)灌滿混凝土后,應(yīng)先振動(dòng)5~10s,再開始拔管,邊振邊拔,每拔0.5~1.0m停拔振動(dòng)5~10s,如此反復(fù)進(jìn)行,直至樁管全部拔出,為一次單打法。

振動(dòng)沉管灌注樁不同土層的拔管速度見表2-8。2.工藝措施

為保證成樁質(zhì)量和提高樁的承載能力,振動(dòng)沉管灌注樁可采用單打法和反插法。

反插法是在拔管過程中邊振邊拔,每次拔管0.5~1.0m,再向下反插0.3~0.5m,如此反復(fù)并保持振動(dòng),直至樁管全部拔出。在樁尖處1.5m范圍內(nèi)宜多次反插以擴(kuò)大樁的局部斷面。穿過淤泥夾層時(shí)應(yīng)放慢拔管速度,并減少拔管高度和反插深度。在流動(dòng)性淤泥中不宜使用反插法,在堅(jiān)硬的土層中因?yàn)橐撞鍓臉都庖膊灰耸褂梅床宸ā?/p>

單打、復(fù)打、反插效