全套管灌注樁承載性狀及施工工藝的研究

 全套管灌注樁承載性狀及施工工藝的研究

　　摘要：本文通過理論探討、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值分析相結(jié)合的方法，全面深入地探討全套管灌注樁的承載機(jī)理，并對(duì)全套管灌注樁的施工工藝進(jìn)行了研究。

　　關(guān)鍵詞：全套管灌注樁，作用機(jī)理，有限元法，施工工藝

　　前言

　　我國(guó)幅員遼闊，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，東部與中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，各類工程要求又不相同。大量施工實(shí)踐表明，我國(guó)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土樁與擠土樁并存；在非擠土灌注樁中鉆孔、沖抓成孔與人工挖孔法并存；在擠土樁中錘擊法、振動(dòng)法與靜壓法并存；在部分?jǐn)D土灌注樁的壓漿工藝工法中前注漿樁和后注漿樁并存；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(guó)都有合適的地層土質(zhì)、環(huán)境與需求，也有發(fā)展、完善和創(chuàng)新的條件[1,2]。

　　全套管灌注樁又叫貝諾特灌注樁，是采用特殊的施工工法完成的一種新型灌注樁。由于全套管灌注樁的施工工藝具有眾多優(yōu)點(diǎn)，所以近些年被廣泛地應(yīng)用到樁基施工當(dāng)中。因此，開展全套管灌注樁承載性能及其施工工藝的研究是樁基理論自身發(fā)展的需要，更是工程界的迫切要求。

　　1全套管灌注樁概述

　　樁基礎(chǔ)是應(yīng)用比較廣泛的一種基礎(chǔ)類型，也是最古老的基礎(chǔ)之一。國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成的最高建筑為88層，高420.5米的上海浦東金茂大廈，采用了長(zhǎng)八十多米的鋼樁，2003年10月建成的新的世界第一高樓(608米的臺(tái)北101大廈)，也采用樁基礎(chǔ)。隨著人們對(duì)樁的承載性能、設(shè)計(jì)方法、檢測(cè)技術(shù)等不斷探索研究，新的樁型和設(shè)計(jì)施工方法不斷呈現(xiàn)，施工技術(shù)和機(jī)械設(shè)備也不斷得到了改進(jìn)與發(fā)展，互相促進(jìn)，使樁基礎(chǔ)技術(shù)蓬勃發(fā)展。由于樁基礎(chǔ)的工作性能涉及到極其復(fù)雜的樁土相互作用，而且其地位和作用十分重要，因此樁基成為工程界的重要課題，不論在我國(guó)或在國(guó)際上樁基礎(chǔ)均成為巖土工程領(lǐng)域令人關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　2研究現(xiàn)狀

　　全套管沖抓成孔施工工藝是將全孔套管護(hù)壁和沖抓成孔2種工藝的優(yōu)點(diǎn)，在鉆進(jìn)施工中有機(jī)地結(jié)合在一起，其成孔過程不使用泥漿等循環(huán)液，借助機(jī)械自動(dòng)化程度較高的全液壓搓管機(jī)和吊機(jī)，以及沖抓斗，沖擊鉆頭等鑿巖機(jī)具實(shí)現(xiàn)千式鉆掘成孔。其工作原理是利用搓管機(jī)將帶有套管鉆頭的套管，逐節(jié)小角度往復(fù)搓動(dòng)并壓入地層的同時(shí)，利用沖擊鉆頭和沖抓斗等鑿巖器具，將套管內(nèi)的巖土沖鑿抓取出地面，搓管和沖抓交替進(jìn)行，直至套管下到樁端持力層為止，挖掘完畢后測(cè)定孔深，并確認(rèn)樁端持力層，然后清除孔底虛土，成孔后放入鋼筋籠，放置灌漿導(dǎo)管，邊灌注混凝土邊起拔套管，最后成樁。

　　到目前為止，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)多種樁型的灌注樁的承載機(jī)理都開展了大量的研究，并取得了一些研究成果[3,4]，為灌注樁在工程中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。但是，由于受到全套管灌注樁的施工機(jī)械昂貴，施工工藝要求高、以及國(guó)內(nèi)人工費(fèi)用低廉等眾多原因影響，全套管灌注樁這種先進(jìn)的施工工藝并沒有得到普及，人們對(duì)全套管灌注樁的優(yōu)越性也沒有得到充分的認(rèn)識(shí)，因而對(duì)全套管灌注樁承載機(jī)理的研究仍然停留在沿用一般性灌注樁已有的承載機(jī)理的基礎(chǔ)上，并沒有哪一個(gè)學(xué)者專門對(duì)這種特殊成樁工藝下完成的灌注樁的承載性能方面進(jìn)行過深入的探討。眾所周知，不同的成樁工藝，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致所成樁在承載機(jī)理上與其它樁型灌注樁有較大差異，這些差異能夠給工程在安全和經(jīng)濟(jì)上帶來一些問題或隱患，因此對(duì)全套管灌注樁的承載機(jī)理進(jìn)行研究是非常有必要的。

　　此外，由于全套管灌注樁是一種全新的施工工藝下完成的灌注樁，施工工藝的好壞直接影響到成樁的質(zhì)量及其承載性能，因此同樣有必要對(duì)全套管灌注樁的施工工藝進(jìn)行進(jìn)一步的探討。

　　3全套管灌注樁施工工藝的研究

　　某工程設(shè)計(jì)采用樁基礎(chǔ)，但是由于工期較短，施工難度大，施工方提出采用全套管施工工藝進(jìn)行灌注樁施工的方案。由于該樁型具有施工速度快，施工安全，施工質(zhì)量易保證以及環(huán)保效果好等特點(diǎn)，在工程中得到很好的應(yīng)用。

　　3.1導(dǎo)墻的施工

　　對(duì)于全套管咬合樁的施工，在進(jìn)行鉆孔成樁之前有一個(gè)非常關(guān)鍵的步驟就是導(dǎo)墻的施工，導(dǎo)墻可以正確控制鉆孔咬合樁的平面位置，支持機(jī)具重量，防止孔口坍塌，確保咬合樁護(hù)筒的豎直，并確保全套管鉆機(jī)平整作業(yè)，因此順利地完成導(dǎo)墻的施工是確保后續(xù)工作順利進(jìn)行的關(guān)鍵。導(dǎo)墻一般均采用混凝土或鋼筋混凝土材料，其施工步驟如下：

　　1)平整場(chǎng)地：清除地表雜物，填平碾壓，地下管線遷移的溝槽。如遇到雜填土層，應(yīng)采用置換素土的方法，導(dǎo)墻制作完成后，孔內(nèi)土層應(yīng)夯實(shí)，有利于鋼套管正確就位；

　　2)測(cè)放樁位：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑淖鴺?biāo)按外放100mm計(jì)算排樁中心坐標(biāo)(為抵消咬合樁在基坑開挖時(shí)在外側(cè)土壓力作用下向內(nèi)位移而造成的基坑結(jié)構(gòu)凈空減少變化)，采用全站儀根據(jù)地面導(dǎo)線控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地放樣，并做好護(hù)樁，作為導(dǎo)墻施工的控制中線；

　　3)導(dǎo)墻溝槽開挖：在樁位放樣符合要求后即進(jìn)行溝槽開挖，采用人工開挖施工。開挖結(jié)束后，立即將中心線引入溝槽下，以控制底模及模板施工，確保導(dǎo)墻中心線的正確無誤；

　　4)鋼筋綁扎：溝槽開挖結(jié)束后綁扎導(dǎo)墻鋼筋，導(dǎo)墻鋼筋按設(shè)計(jì)要求布置，經(jīng)檢合格后方可進(jìn)行下一道工序施工；

　　5)模板施工：模板采用自制整體木模，導(dǎo)墻預(yù)留定位孔模板直徑為套管直徑擴(kuò)大30-50mm.模板加固采用鋼管支撐，支撐間距不大于1mm，確保加固牢固，嚴(yán)防跑模，并保證軸線和凈空的準(zhǔn)確，混凝土澆筑前先檢查模板的垂直度和中線以及凈距是否符合要求;

　　6)混凝土澆筑施工:混凝土采用商用混凝土，混凝土澆筑時(shí)兩邊對(duì)稱交替進(jìn)行，嚴(yán)防走模。

　　7)當(dāng)導(dǎo)墻有足夠的強(qiáng)度后，拆除模板，重新定位放樣排樁中心位置，將點(diǎn)位反到導(dǎo)墻頂面上，作為鉆機(jī)定位控制點(diǎn)。地表土層較好時(shí)，導(dǎo)墻厚度一般取350mm，地表層土為軟土，需回填后分層碾壓，導(dǎo)墻一般應(yīng)該≥450mm。

　　3.2鉆機(jī)就位

　　待導(dǎo)墻有足夠的強(qiáng)度后，移動(dòng)套管鉆機(jī)，使套管鉆機(jī)抱管器中心對(duì)應(yīng)定位在導(dǎo)墻孔位中心。定位后，在導(dǎo)墻孔與鋼套管之間用木塞固定，防止鋼套管端頭在施壓時(shí)位移。液壓工作站放置在導(dǎo)墻外平整地基上。

　　3.3埋設(shè)第一、第二節(jié)套管的垂直度，是決定樁孔垂直度的關(guān)鍵

　　在套管壓入過程中，用經(jīng)緯儀或測(cè)錘不斷校核垂直度。當(dāng)套管垂直度相差不大時(shí)，固定下夾具，利用上夾具來調(diào)整垂直度；當(dāng)套管垂直度相差較大時(shí)，一般應(yīng)拔出來從新埋設(shè)，有時(shí)也可將鉆機(jī)向前后左右移動(dòng)一下使之對(duì)中。

　　3.4取土成孔

　　先壓入第一節(jié)套管(每節(jié)套管長(zhǎng)度約7~8m)，壓入深度約2.5-3.0m，然后用抓斗從套管內(nèi)取土，一邊抓土，一邊下壓套管，要始終保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5m；第一節(jié)套管全部壓入土中后(地面以下要留著1.2-1.5m，以便于接管)檢測(cè)成孔垂直度，如不合格則進(jìn)行糾偏調(diào)整，如合格則安裝第二節(jié)套管下壓取土……直到設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。

　　3.5吊放鋼筋籠

　　如為鋼筋混凝土樁，成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，檢查孔的深度、垂直度、清除孔底虛土，檢查合格后吊放鋼筋籠；

　　3.6灌注混凝土

　　孔內(nèi)有水時(shí)，采用水下混凝土法灌注施工�？變�(nèi)無水時(shí)，采用干孔灌注施工，此時(shí)需要振搗。開始灌注混凝土?xí)r，應(yīng)先灌入2~3m3混凝土將套管搓動(dòng)后提升20-30cm，以確定機(jī)械上拔力是否滿足要求。不能滿足時(shí)，則應(yīng)采用吊車輔助起吊。灌注過程中應(yīng)確�；炷�土高于套管端口不小于2m，防止上拔過快造成斷樁事故。

　　3.7拔管成樁

　　一邊灌注混凝土一邊拔管，應(yīng)注意始終保持套管低于混凝土面2.5m以上。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　對(duì)于全套管灌注樁的施工，正確的掌握每一個(gè)步驟的施工順序是至關(guān)重要的。施工順序和施工時(shí)間控制關(guān)系到施工成敗的關(guān)鍵性問題；對(duì)于采用全套管灌注樁施工方案的工程，施工前要詳細(xì)研究地層條件，估計(jì)可能出現(xiàn)的孔內(nèi)事故，做好充分準(zhǔn)備。出現(xiàn)的孔內(nèi)事故時(shí)，按照制定的處理方法，對(duì)孔內(nèi)事故進(jìn)行處理。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. 捷程MZ系列全套管灌注樁和鉆孔咬合樁成套技術(shù)研究與開發(fā)報(bào)告[M].北京，2005

　　2. 劉福華，沈保漢.MZ系列搖動(dòng)式全套管鉆機(jī)及其工程應(yīng)用.樁基設(shè)計(jì)施工與檢測(cè)[M].北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2001

　　3. DelpakR,OmerJR，RobinsonRB.Load/SettlementPredictionforLarge-DiameterBoredPilesinMerciaMudstone[J].Proc.InstnGiv.EngrsGeotech.Engng,2000,143:201-224

　　4. RichwienW,WangZ.DisplacementofaPileunderAxialLoad[J].Geotechnique,1999,49(4):537-541