建筑工程中樁基礎(chǔ)技術(shù)探討

黃貴理

摘 要：本文作者結(jié)合自己多年的工作實(shí)際情況，探討了建筑工程中以成樁方法來分類的各種預(yù)制樁和灌注樁的特點(diǎn)、以及分析這幾種樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)，和施工過程中容易出現(xiàn)的難點(diǎn)和問題等質(zhì)量通病的防治，僅供參考。

關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ)；預(yù)制樁；灌注樁；施工技術(shù)

1樁基礎(chǔ)技術(shù)現(xiàn)狀及研究目的

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，樁基技術(shù)在近幾十年間得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。樁基礎(chǔ)是指通過樁支撐著承臺(tái)的基礎(chǔ)，也就是由承臺(tái)和支撐著這個(gè)承臺(tái)的樁組成的基礎(chǔ)。與其他類型的深基礎(chǔ)相比，樁基礎(chǔ)具有施工快，投資少，效果好等優(yōu)越性，是一種應(yīng)用最廣泛，大有發(fā)展前途的深基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)目前普遍是指樁基礎(chǔ)，而鋼筋混凝土灌注樁作為樁基礎(chǔ)的主要形式之一，在國內(nèi)外已被廣泛的應(yīng)用于各類基礎(chǔ)工程之中。在工程實(shí)踐中，一般在下列情況下可考慮采用樁基礎(chǔ)：（1） 建筑物荷載較大，地基軟弱，采用天然地基不能滿足承載力的要求或地基沉降過大對(duì)建筑物造成危害時(shí)；（2） 經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、工程質(zhì)量、施工條件等方面綜合比較，采用樁基礎(chǔ)比天然地基或地基加固處理優(yōu)越時(shí)；（3） 高聳建筑物對(duì)整體傾斜有嚴(yán)格限制時(shí)；（4） 重要、大型、精密機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)對(duì)地基變形有嚴(yán)格限制時(shí)；（5） 因地基沉降對(duì)相鄰建筑物產(chǎn)生相互影響巨大時(shí)。

2樁基礎(chǔ)分為兩大類：預(yù)制樁和灌注樁

2.1預(yù)制樁

預(yù)制樁總體來說，具有以下特點(diǎn)：（1）預(yù)制樁不易穿透較厚的砂土等硬夾層（除非采用預(yù)鉆孔、射水等輔助沉樁措施），只能進(jìn)入砂、礫、硬粘土、強(qiáng)風(fēng)化巖層等堅(jiān)實(shí)持力層不大的深度；（2）沉樁方法一般采用錘擊，由此會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)和噪聲污染，并且沉樁過程會(huì)產(chǎn)生擠土效應(yīng)，特別是在飽和軟粘土地區(qū)沉樁可能導(dǎo)致周圍建筑物、道路和管線等受到損壞；（3）一般來說預(yù)制樁的施工質(zhì)量較穩(wěn)定；（4）由于樁的灌入能力受多種因素制約，因而常常出現(xiàn)因樁打不到設(shè)計(jì)標(biāo)高而截樁，造成浪費(fèi)；（5）預(yù)制樁由于承受運(yùn)輸、起吊、打擊應(yīng)力，要求配置較多與鋼筋，混凝土標(biāo)號(hào)也要相應(yīng)提高，因此其造價(jià)往往高于灌注樁。

2.2灌注樁

灌注樁的成樁技術(shù)日新月異，就其成樁過程、樁土的相互影響特點(diǎn)大體可分為三種基本類型：非擠土灌注樁、部分?jǐn)D土灌注樁、擠土灌注樁。每一種基本類型又包含多種成樁方法，現(xiàn)歸納如下：

施工實(shí)踐表明，我國常用的各種樁型從總體上看，具有以下特點(diǎn)：大直徑樁與普通直徑樁并存；預(yù)制樁與灌注樁并存；非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁并存；在非擠土樁中鉆孔、沖抓成孔和人工挖孔法并存；在擠土樁中錘擊法、振動(dòng)法和靜壓法并存；在部分?jǐn)D土灌注樁的壓漿工藝工法中前注漿樁與后注漿樁并存；先進(jìn)的、現(xiàn)代化的工藝設(shè)備與傳統(tǒng)的、較陳舊的工藝設(shè)備并存；等等。由此可見，各種樁型在我國都有合適的土層地質(zhì)、環(huán)境與需求，也有發(fā)展、完善與創(chuàng)新的條件。

3各種樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)探討

在這里，本文主要是對(duì)鉆斗鉆成孔灌注樁，振動(dòng)法沉樁，夯擴(kuò)樁等一些常用的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)進(jìn)行探討。

3.1鉆斗鉆成孔灌注樁

鉆斗鉆成孔法是20世紀(jì)20年代在美國利用改造鉆探機(jī)械而用于灌注樁施工的方法，鉆斗鉆成孔施工法是利用鉆桿和鉆斗的旋轉(zhuǎn)及重力使土屑進(jìn)入鉆斗，土屑裝滿鉆斗后，提升鉆斗出土，這樣通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)，削土，提升和出土，多次反復(fù)而成孔。該方法有以下優(yōu)點(diǎn)：①振動(dòng)小、噪音低；②最適宜粘性土中干作業(yè)鉆成孔（此時(shí)不需要穩(wěn)定液）；③鉆機(jī)安裝簡單，樁位對(duì)中容易；④施工場地內(nèi)移動(dòng)方便；⑤鉆進(jìn)速度較快；⑥工程造價(jià)較低；⑦工地邊界到樁中心距離較小。其不足之處是：①當(dāng)卵石粒徑超過100 mm時(shí)，鉆進(jìn)困難；②穩(wěn)定液管理不適當(dāng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生坍孔；③土層中有強(qiáng)承壓水時(shí)，施工困難；④廢泥水處理困難；⑤沉渣處理較困難，需用清渣鉆斗。鉆斗鉆成孔灌注樁適用范圍較廣，它適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、砂土層以及短螺旋不易鉆進(jìn)的含有部分卵石的地層。采用特殊措施，還可嵌入巖層。

3.2振動(dòng)法沉樁

偏心塊式振動(dòng)法沉樁是采用偏心塊式電動(dòng)或液壓振動(dòng)錘進(jìn)行沉樁的施工方法，該類型樁錘通過電力或液壓驅(qū)動(dòng)，使2組偏心塊作同速相向旋轉(zhuǎn)，其橫向偏心力相互抵消，而豎向離心力則疊加，使樁產(chǎn)生豎向的上下振動(dòng)，造成樁及樁周土體處于強(qiáng)迫振動(dòng)狀態(tài)，從而使樁周土體強(qiáng)度顯著降低和樁端處土體擠開，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力大大減小，于是樁在樁錘與樁體自重以及樁錘激振力作用下，克服慣性阻力而逐漸沉入土中。該方法有以下優(yōu)點(diǎn)：①操作簡便，沉樁效率高；②沉樁時(shí)樁的橫向位移和變形均較小，不易損壞樁體；③電動(dòng)振動(dòng)錘的噪聲與振動(dòng)比筒式柴油錘小得多，而液壓振動(dòng)錘噪聲低，振動(dòng)小；④管理方便，施工適應(yīng)性強(qiáng)；⑤軟弱地基中沉樁迅速。其不足之處為：①振動(dòng)錘構(gòu)造較復(fù)雜，維修較困難；②電動(dòng)振動(dòng)錘耗電量大，需要大型供電設(shè)備；③液壓振動(dòng)錘費(fèi)用昂貴；④地基受振動(dòng)影響大，遇到硬夾層時(shí)穿透困難，仍有沉樁擠土公害。

3.3夯擴(kuò)樁

夯擴(kuò)樁是在錘擊沉管灌注樁機(jī)械設(shè)備與施工方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，增加1根內(nèi)夯管，按照一定的施工工藝（無樁尖或鋼筋混凝土預(yù)制樁尖沉管），采用夯擴(kuò)的方式（一次夯擴(kuò)、二次夯擴(kuò)、多次夯擴(kuò)與全復(fù)打夯擴(kuò)等）將樁端現(xiàn)澆混凝土擴(kuò)成大頭形，樁身混凝土在樁錘和內(nèi)夯管的自重作用下壓密成型的一種樁型。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于：①在樁端處夯出擴(kuò)大頭，單樁承載力較高；②借助內(nèi)夯管和柴油錘的重量夯擊灌入的混凝土，樁身質(zhì)量高；③可按地層土質(zhì)條件，調(diào)節(jié)施工參數(shù)、樁長和夯擴(kuò)頭直徑以提高單樁承載力；④施工機(jī)械輕便，機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)；⑤施工速度快、工期短、造價(jià)低；⑥無泥漿排放。不足之處在于：①遇中間硬夾層，樁管很難沉入；②遇承壓水層，成樁困難；③振動(dòng)較大，噪聲較高；④屬擠土樁，設(shè)樁時(shí)對(duì)周邊建筑物和地下管線產(chǎn)生擠土效應(yīng)；⑤擴(kuò)大頭形狀很難保證與確定

4各種樁基礎(chǔ)施工難點(diǎn)以及問題

在樁基施工技術(shù)取得長足進(jìn)步和巨大成就的同時(shí)，也存在不少問題，近年施工事故時(shí)有發(fā)生，也令人震驚。以下按樁的類型分別對(duì)施工中存在的問題作一簡述。

4.1鋼筋混凝土預(yù)制樁

（1）接樁處焊接不可靠，打樁時(shí)造成斷樁廢樁，樁錘能量不足，樁尖打不到標(biāo)高等。上海浦東近2年發(fā)生此類事故多達(dá)數(shù)十起，其中有30余層的高樓，也有國家重點(diǎn)工程，事故的發(fā)生除造成數(shù)千萬元的直接損失外，還使工期拖延1-2年，間接損失更大。

（2）預(yù)制樁時(shí)蒸養(yǎng)升溫速度過快，以致其后期強(qiáng)度和抗沖擊能力不能滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）打樁擠土給鄰近建筑或工程設(shè)施帶來危害，本來對(duì)此已有較為成熟的預(yù)防措施，但有些地方不加注意。

4.2預(yù)應(yīng)力混凝土管樁

較為普遍的問題是上下節(jié)樁連接后停置時(shí)間過長，以致續(xù)打困難，強(qiáng)行打入則很容易將樁頂打壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，廣東有的工地此類壞樁率達(dá)40%以上。此外，上述預(yù)制樁施工存在的問題，預(yù)應(yīng)力管樁也時(shí)有發(fā)生。

4.3沉管灌注樁

常發(fā)生布樁過密、盲目追求打樁速度，或因打樁工藝流程不合理或拔管速度過快而造成的縮頸、位移、斷樁、廢樁及土體隆起。江蘇連云港曾連續(xù)發(fā)生多起此類事故，有的斷樁率高達(dá)70%一100%，以致大面積補(bǔ)樁或不得不將全部樁報(bào)廢。山東濰坊、浙江杭州等地也有類似情況發(fā)生。

4.4鉆孔樁、沖孔樁和挖孔樁

常見的事故是孔壁坍塌、樁身縮頸或膨脹、混凝土離析分層、孔底沉渣超標(biāo)等。近年來由于采取了調(diào)整泥漿比重、實(shí)施壓力灌漿等措施，使情況有所改善，挖孔樁也基本做到了安全施工。用此類樁組成排樁作基坑支護(hù)時(shí)，由于樁身質(zhì)量差或計(jì)算有誤等原因造成樁斷坑塌的事故并非偶見。

5 結(jié)束語

就目前而言，在建筑工程中，我國的樁基礎(chǔ)技術(shù)與發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距，函需進(jìn)一步改善和控制，包括能承受超量豎向和橫向荷載的巨型灌注樁，以及硬土地基的大深度灌注樁等，亟待研究開發(fā)，否則，與國外的差距將會(huì)拉大。