擠土樁研究現(xiàn)狀

叢佩文　楊彥騁　楊成宇　姚雪微

摘 要：隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，對(duì)于樁基工程提出了越來(lái)越高的要求。擠土樁憑借其無(wú)振動(dòng)、噪聲小、污染少、施工速度快、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、承載力高以及成樁質(zhì)量有很好的保證等優(yōu)點(diǎn)而得到廣大工程建設(shè)者的青睞，并投入了廣泛的使用。該文概述了擠土樁的理論研究?jī)r(jià)值及工程意義，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并針對(duì)靜壓樁、螺旋灌注樁和螺旋擠土樁的特點(diǎn)進(jìn)行闡述與比較，綜合對(duì)比室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為螺旋擠土樁施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)劃算與環(huán)境友好，有著廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：螺旋擠土灌注樁 靜壓樁 沉管灌注樁

中圖分類號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（b）-0075-01

20世紀(jì)80年代中后期隨著我國(guó)改革開(kāi)放和城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，對(duì)于樁基工程提出了越來(lái)越高的要求。既要注重工程造價(jià)，又要注意可持續(xù)發(fā)展緩解日益惡化的環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)也要杜絕工程引起的次生災(zāi)害。因此擠土樁憑借其無(wú)振動(dòng)、噪聲小、污染少、施工速度快、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、承載力高以及成樁質(zhì)量有很好的保證等優(yōu)點(diǎn)而得到廣大工程建設(shè)者的青睞，并投入了廣泛的使用。

螺旋擠土灌注樁（soil displacement screw pile），簡(jiǎn)稱 SDS 樁）屬于完全擠土型樁，該技術(shù)通過(guò)SDS樁鉆機(jī)施加扭矩及豎向力，使特制的短螺旋擠擴(kuò)鉆頭在下旋鉆孔過(guò)程中將樁孔中的土體完全擠入樁周，并向擠擴(kuò)后的樁孔中壓灌混凝土，最終形成圓柱形樁。與完全擠土型預(yù)制樁相比，SDS 樁施工工藝不同，具有無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、適應(yīng)地層范圍廣等特征；與長(zhǎng)螺旋灌注樁相比，SDS樁無(wú)泥漿污染、渣土運(yùn)輸及棄土場(chǎng)地等不良環(huán)保及浪費(fèi)資源問(wèn)題。由于SDS樁具有技術(shù)、環(huán)保、成本方面的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)際樁基工程領(lǐng)域，SDS樁占據(jù)著重要的地位，該樁型的工程應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，使用量大。

雖然SDS樁在國(guó)外工程界已經(jīng)得到推廣應(yīng)用，但無(wú)論在國(guó)外或是國(guó)內(nèi)，SDS樁的理論研究都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐。該文總結(jié)了擠土樁國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分別闡述了靜壓樁、螺旋灌注樁和螺旋擠土樁的理論研究?jī)r(jià)值及工程意義。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 靜壓樁研究現(xiàn)狀

靜壓樁作為一種典型的擠土樁，其樁體在自重和靜壓力的作用下逐漸被壓入地基。壓樁時(shí)將排開(kāi)相應(yīng)體積的土體，由于土體瞬間的不可壓縮性，樁周土體產(chǎn)生水平及垂直位移。張明義（2002）[2]對(duì)靜壓樁進(jìn)行了隔時(shí)復(fù)壓試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)靜壓樁的極限承載力隨時(shí)間 呈雙曲線增長(zhǎng)。林本海（2004）[1]通過(guò)對(duì)241根樁的試驗(yàn)檢測(cè)資料，研究分析了靜壓樁施工終壓力和極限承載力的區(qū)別和關(guān)系。并認(rèn)為短樁的極限承載力將小于壓樁的終壓力，而長(zhǎng)樁的極限承載力將大于終壓力。同時(shí)又提出了靜壓樁適用的承載力估算的經(jīng)驗(yàn)公式。陳文（1999）[2]在分析飽和粘土中靜壓樁的貫入機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)靜壓樁沉樁分析的圓孔擴(kuò)張理論、應(yīng)變路徑法、有限元分析、滑移線理論和模型槽試驗(yàn)等五種方法進(jìn)行分析，并提出在傳統(tǒng)的平面圓孔擴(kuò)張理論基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，采用準(zhǔn)靜態(tài)空間軸對(duì)稱方程組對(duì)靜壓樁貫入過(guò)程進(jìn)行模擬，從而得出土體位移、應(yīng)力、初始超孔壓的空間解析解。周火垚（2009）[3]通過(guò)飽和軟黏土中足尺靜壓樁擠土效應(yīng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)樁端以上的樁周土體內(nèi)某點(diǎn)的超孔壓增量最大值發(fā)生在樁端到達(dá)該點(diǎn)水平面時(shí)，而當(dāng)樁端經(jīng)過(guò)該水平面一定深度時(shí)超孔壓才達(dá)到最大值，并且在同一水平面上的超孔壓沿徑向具有滯后性。

1.2 沉管灌注樁研究現(xiàn)狀

普通的沉管灌注樁早在20世紀(jì)二十年代就已經(jīng)出現(xiàn)，60年代引進(jìn)我國(guó)。其具有造價(jià)低、工期短、設(shè)備和施工工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。80年代后沉管灌注樁逐漸演變，例如夯擴(kuò)沉管灌注樁，簡(jiǎn)稱夯擴(kuò)樁，又有中小城市廣泛使用預(yù)應(yīng)力管樁。90年代后歐洲國(guó)家為了解決降噪和污染問(wèn)題，逐漸由錘擊法向螺旋鉆孔法發(fā)展。也即是螺旋擠土樁的雛形。劉文華（2008）[4]歸納匯總了沉管灌注樁水平承載力各種設(shè)計(jì)計(jì)算方法，結(jié)合沉管灌注樁原位水平承載實(shí)驗(yàn)得出了樁受水平荷載作用規(guī)律，應(yīng)用當(dāng)前流行的幾種線彈性地基反力法對(duì)樁的水平承載特性進(jìn)行理論計(jì)算。卓建華（2003）[5]研究了由于管樁內(nèi)壁與土芯間的摩阻力作用，產(chǎn)生封閉效應(yīng)，形成“土塞”對(duì)樁端阻力的影響。認(rèn)為土塞效應(yīng)與擠土效應(yīng)同時(shí)存在，提高了樁側(cè)阻力。

1.3 螺旋擠土樁研究現(xiàn)狀

螺旋擠擴(kuò)樁作為典型的擠土樁類型。其利用特制的螺旋鉆頭將樁孔中的土體擠入樁周和樁下土體之中，并在擠擴(kuò)成的樁孔中進(jìn)行混凝土壓灌成樁，最終形成圓柱形的擠擴(kuò)樁。我國(guó)巖土工程界在螺旋擠土樁的研究起步較晚。A.shraf Ghalyf （1991）[6]對(duì)預(yù)制螺旋錨樁的成樁過(guò)程進(jìn)行了試驗(yàn)和理論研究。通過(guò)對(duì)五種不同幾何形狀的錨樁進(jìn)行試驗(yàn)研究螺旋幾何形狀對(duì)螺旋錨樁成樁性狀的影響。試驗(yàn)研究成樁扭矩，土表變形，和土中應(yīng)力發(fā)展。同時(shí)發(fā)展了螺旋錨樁成樁計(jì)算模型，可預(yù)測(cè)成樁時(shí)所需的扭矩和豎向壓力。M.J.Kenny，等（2003）[7]對(duì)長(zhǎng)螺旋灌注樁（CFA）成孔過(guò)程進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)螺旋可以以較廣范圍的扭矩進(jìn)行掘進(jìn)，降低鉆頭的掘進(jìn)比率可避免對(duì)土的擾動(dòng)。吳敏等（2002）[8]和彭桂皎等（2005）[9]在吸收長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁工法（即CFA工法）、日本的鋼纖維全螺紋砼預(yù)制樁工法，以及德國(guó)Pfleiderer Verkehrstechnik GmbH&Co.公司的半螺紋中空預(yù)應(yīng)力砼預(yù)制樁（即Europile）工法基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了灌注螺紋樁和半螺絲樁技術(shù)，并投入工程應(yīng)用。

2 結(jié)語(yǔ)

該文主要從擠土樁成樁過(guò)程中對(duì)周圍土體的初始組構(gòu)造成的影響為切入點(diǎn)，分析研究擠土樁成樁過(guò)程中的宏細(xì)觀機(jī)理。因此對(duì)擠土樁成樁宏細(xì)觀機(jī)理、承載特性的研究不但有利于提高理論上的認(rèn)識(shí)，充分發(fā)揮出擠土樁的優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)于估計(jì)擠土樁的施工影響和指導(dǎo)設(shè)計(jì)更具有現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)也能針對(duì)擠土樁施工中伴隨的次生危害提出防治措施。

參考文獻(xiàn)

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