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岩土研究院

灌注桩新技术、新方法、新工艺概述

475 2021-03-19 17:42:53


灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔,并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。


灌注桩最早发明在 100多年前的1893年,因为工业的发展以及人口的增长,高层建筑不断增加,城市的地基条件比较差,不能直接承受由高层建筑所传来的压力,地表以下存在着厚度很大的软土或中等强度的黏土层,建造高层建筑如仍沿用当时通用的摩擦桩,必然产生很大的沉降。于是工程师们借鉴了掘井技术发明了在人工挖孔中浇筑钢筋混凝土而成桩。在随后的50年之后,即 20世纪 40年代初,大功率钻孔机具研制成功,首先在美国问世;二战后,世界各地特别是欧美发达国家经济复苏与发展,时至今日,随着科学技术的日新月异发展,钻孔灌注桩在高层、超高层建筑物和重型构筑物中被广泛应用。


20世纪 80~90年代,伴随我国经济的高速发展,城市化进程的加快,钻孔灌注桩技术由于其独特的优势在高层建筑、桥梁、港口得到广泛应用,钻孔灌注桩设计及施工水平也得到了长足的发展。


随着中国城市化进程的加快,城市环境条件越来越复杂,对噪声、挤土等要求也越来越高,钻孔灌注桩对环境的适应能力强,具有施工噪声低、无挤土效应、对已有建构筑物影响小、施工安全性好等特点,在桩型选择上具有独特的优势,在城市建设中得到广泛应用。


近年来,灌注桩新技术、新方法、新工艺不断发展,从传统的"钻孔成孔"发展为"旋挖成孔",从"泥浆护壁"发展为"全套管"钻进(又称贝诺特灌注桩),从"等直径桩"发展为"挤扩多支盘桩或扩底桩",从"灌注桩清孔"进一步拓展成"后压浆技术"等,新技术、新方法、新工艺的采用焕发了灌注桩技术的活力,创造了巨大的社会技术经济效益。


灌注桩新技术、新方法、新工艺概述

1、钻孔挤扩多支盘灌注桩技术

挤扩支盘桩是在普通钻孔灌注桩的基础上发展起来的。支盘桩作为一种桩型具有很长的历史,是在人工挖孔桩中用人工扩孔形成多个承力盘,成为竹节桩。不过,由于没有专用的施工机械设备,其应用范围受到限制。20 世纪 80年代末期发明了用于支盘挤扩成型的液压设备,该设备适用于水上水下各种环境及各种地质条件,使挤扩支盘桩成为一种普遍适用的新技术。检测结果表明,挤扩支盘桩承载力的 80%~90%来自承力盘的支撑力,桩侧摩阻力只占总承载力的10%~20%。挤扩支盘桩的承载力是同样桩长,桩径普通灌注桩的2.0~3.0倍。


2、钻孔扩底灌注桩技术

钻孔扩底灌注桩是对等截面普通钻孔灌注桩施工工艺进一步改进和完善的新桩型。施工时当柱状钻头钻到设计持力层后,采用特殊的扩底机械和钻头,通过加压撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切削地层,从而扩大钻孔灌注桩的底部,在达到设计要求的扩底直径后浇注混凝土成桩,形成底部混凝土扩大头。钻孔扩底灌注桩可以充分利用桩底土层承载力高的特点,从而大大提高单桩承载力,节约造价。该技术 20世纪50年代在国外得到成功应用,近年来我国在该项技术上得到迅速推广和应用。


3、钻孔灌注桩后压浆技术

钻孔灌注桩承载力低的原因之一是由于桩侧的泥皮过厚和桩底沉渣过厚。为了解决这个问题,在钻孔灌注桩施工过程中,在钢筋笼上设置桩底压浆管和桩侧压浆管,并固定在钢筋笼上随钢筋笼一起下入钻孔,然后浇灌混凝土。等混凝土达到一定强度后,从压浆管压入高压水泥浆使桩侧泥皮和桩底沉渣得到加固,一般在桩底形成水泥浆加固体的扩大头,在桩侧形成水泥浆劈裂渗透的网状结构,使桩端和桩侧阻力得到提高。检测结果表明,注浆后的单桩承载力提高 30%~100%。目前该技术在软黏土地区提高钻孔灌注桩承载力起到重要作用,并已逐渐发展成为较成熟的工艺技术,在上海、天津、广州等地得到广泛应用。


4、钻孔复合桩技术

挤扩支盘桩、扩底桩、后压浆灌注桩从提高土对桩的阻力方面作了改进,使桩的承载力得到大幅度提高。但是,对灌注桩的桩身缩颈、离析,甚至断桩问题没有得到根本的解决。对于桩侧土的摩阻力和桩端阻力大幅度提高,设计采用一柱一桩情况下,确保桩身质量问题显得更加突出。为解决桩身质量问题,采用钻孔的方法植入钢筋混凝土预制桩。其施工流程为,先在预定的位置钻孔,然后将钢筋混凝土预制桩接好,放入钻孔中心,将注浆管插入桩底把高压水泥浆压入桩与钻孔的空隙中,等水泥浆凝固后就形成了一个钻孔复合桩。


由于设计时桩身轴E部由预制桩承担,因此,桩身质量绝对可靠。为了提高桩的承载力,还可以把挤扩支盘桩技术和后压浆灌注桩技术与钻孔植入桩相结合,从而制作成高承载力、质量可靠的桩。而由于钻孔复合桩承载力比较可靠,因此一柱一桩的基础形式成为一种理论上可行的设计方案。而一柱一桩的基础形式与传统的桩筏基础相比受力更加明确合理,可以节省很厚的筏板,从而大大节约工程造价。