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岩土研究院

桩型选择与桩的技术特点

322 2022-07-20 10:38:25

一、桩型的选择

选择最适宜的桩型必须通盘考虑以下诸因素,即∶地质条件、荷载性质、施工对于周围结构物和环境的影响、现场的制约情况及施工设备的供给情况、安全、工期、造价、以及桩的设计寿命等。或简言之,必须考虑该桩型在技术、质量、安全、环境、工期、造价诸方而的综合效果。为此,设计与施工单位经按照图1-3所示的步骤,通过分析计算得出具体数据,提供给业主进行决策。


另一方而,选择桩型还必须遵守政府法令。例如∶国内各大城市均有环境保护、控制噪声和泥浆污染的规定,如香港政府于1994年颁布的《噪声控制条例》,其中规定∶冲击法打桩施工不得在工作日的晚上7时以后至次晨7时以前施工,以及星期日和公共假日全天施工;在人口稠密地区,即使在工作日亦只能施工3至5小时。必须申请“施工噪声许可证”。同时,鉴于柴油打桩锤施工噪声大,且散发浓烟,香港政府已决定从闹市区开始,逐渐予以淘汰。


对于靠近飞机场的场地以及场地上空存在各种公共设施之处,香港法律对施工空间有严格限制。因此,凡由起重机装载的各种大型施工设备均不宜在此应用。此时小桩便成为选择对象。


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鉴于人工挖孔桩在历史上.曾发生过几起严重的事故以及施工中对于人身安全的威胁,北京和香港政府都作了规定在下列场合不得采用挖孔桩∶

(1)地下水位高的沿海围垦区场地;

(2)下卧层为大孔性大理岩的场地;

(3)大深度(例如超过30m)的基础工程;

(4)新填土或受化学污染的场地;

(5)曾有深部地层有断层位移史的场地;

(6)紧靠输水或污水隧道的场地;

(7)紧靠浅基础的场地;

(8)存在厚度超过约10m的松散填土的场地。


各地政府主管部门认为,人工挖孔桩只有当它属于唯一的切实可行的保证安全技术措施的方案,并且无其他更适当的方案时,才得以采用。同时必须采取各种切实的、合理的防范措施,以确保工人人身安全。


二、技术特点

自从大直径挖孔桩和钻孔桩相继在美国问世以后.小直径灌注桩于20世纪50年代初在意大利脱颖而出。从此,灌注桩一方面向大直径发展,另一方面向小直径发展。而中等直径混凝土桩也由单一的预制打人式,出现了沉管灌注的型式。混凝土桩乃以大、中、小各种直径及预制与灌注两种型式被灵活应用于各类工程。目前,工程界和学术界对桩按直径(d)分类的标准大致是∶大直径桩d≥800mm;中等直径桩300≤d<800mm;小直径桩d<300mm。


大直径灌注桩与传统的中等直径桩以及大直径钢管桩等相比较,概括地说,它具有以下特点∶


(1)灌注桩属于非挤土或少量挤上桩,施工时基本无噪音,无振动,无地面隆起或侧移,也无浓烟排放,因而对环境影响小、对周围建筑物、路面或地下设施等危害小。


(2)大直径灌注桩直径大,人土深。迄今挖孔桩的最大直径已达8m,钻孔桩达9m;挖孔桩的人土深度逾60m.钻孔桩逾150m。


(3)可采取扩大底部的型式,更好地发挥桩端土的作用,这是其他任何桩型所不能做到的。沉管灌注桩之所以能扩底,首先也是由于它采取了就是灌注的工艺。


(4)单桩承载力高,视地质条件、桩身尺寸和混凝土强度等级不同,一般可达数千至数万kN,因此,常可设计一柱一桩,不需桩顶承台,简化了基础结构。


(5)其桩身刚度大,除能承受较大的竖向荷载外,还能承受较大的横向荷载,增强建筑物的抗震能力,并能有效地充当坡地抗滑桩、堤岸支护桩以及地铁或建筑物基坑开挖的支护桩,还可在基坑开挖后继续作为地下室的承重墙等永久性结构使用。


(6)灌注桩通常布桩间距大,群桩效应小,设计中无需为此而进行繁琐的计算。对桩的沉降及其对邻桩和周围地面的影响,其估算也较常规中等直径桩更为简便。


(7)不需要搬运吊装,不必承受打击,因而可采用较低的配筋率,并可视建筑物的重要性和荷载条件仅在桩身上段配筋或沿深度作变截面配筋。


(8)灌注桩施工工艺种类多而且日新月异。这主要是由于各国工程技术人员为了保证这类桩的成桩质量、施工安全和提高工效,长期来针对不同的地质条件和环境条件,研制了各种适用机具和施工方法,从而形成了种种各具一定特色的工艺。


(9)灌注桩不论采用挖孔法或钻孔法施工,对桩所穿越土层的性质均可从桩孔排出的土进行鉴别验证,当用挖孔法时,工程技术人员更可以下孔直接检查桩端土的性质,或作必要的原位试验。


(10)可根据建筑的荷载分布与上层情况采用不同桩径,对于承受横向荷载的桩可设计成有利于提高承载力的异形桩,还可设计成变截面的挤扩支盘桩,充分发挥高承载力土层。


(11)灌注桩由于是在地下或水下开孔灌注成桩,故桩身质量毕竟不可能象预制桩那样稳定而可靠,混凝土强度也较难保证;桩侧阻力和桩端阻力的发挥常随工艺而有变化,且又在较大程度上受施工操作影响。


(12)桩身配筋可根据荷载大小与件质及荷载沿深度的传递特征以及土层的变化配置,无需像预制那样配置起吊、运输、打桩应力筋,其配筋率远低于预制桩,其造价约为预制桩的40%~70%。


(13)施工设备比较简单、轻便、可用简单设备施工出单桩承载力极大桩。


(14)灌注桩施工的现场作业太多,影响桩的质量的人为因素也较多,质量不够稳定。有时会发生桩缩径、断桩、桩身局部夹泥、桩身混凝土离析、桩顶段混凝土疏松、混凝土强度较难保证质量等事故产生;桩侧阻力和桩端阻力的发挥常随工艺而有变化,且又在较大程度上受施工操作影响;另一方面,由于其承载力高,进行的常规的静载试验常因荷载较大难以测定其极限荷载,因此对在各种工艺条件下形成的桩受力、变形和破坏机理至今犹未完全弄清,系统的试验研究还不够多,设计计算理论与方法有待进一步完善;此外,当用泥浆护壁施工时,排污问题也令人困扰、这都是灌注桩迫切需要解决的问题。