橋梁樁基礎發(fā)展現狀及施工新技術

1、1橋梁樁基礎發(fā)展現狀及施工新技術Chongqing JiaoTong University向中富2 樁基礎？3 樁基礎發(fā)展簡況樁基早在70008000年前的新石器時代就已出現，最初是防止猛獸侵犯而在湖泊和沼澤地里栽木樁筑平臺來修建居住點。在中國，最早的樁基在浙江省河姆渡原始社會居住的遺址中發(fā)現。宋代樁基技術已經比較成熟，明、清樁基技術更趨完善。樁基是一種古老的基礎型式，經幾千年發(fā)展，無論是樁基材料和樁類型，還是施工方法都有了巨大的發(fā)展，已成建筑、橋梁等主要的基礎形式。 經歷次大地震考驗證明，樁基是地質不良地基、基巖埋深過大地基、地震液化地基、結構嵌固等需要的最有效基礎形式。 4 樁基礎的特點

2、樁支承于堅硬的（基巖、密實的卵礫石層）或較硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力層，具有很高的豎向單樁承載力或群樁承載力，足以承擔高層建筑、橋梁的全部豎向荷載（包括偏心荷載）。 樁基具有很大的豎向單樁剛度（端承樁）或群剛度（摩擦樁），在自重或相鄰荷載影響下，可通過控制不均勻沉降，可實現建筑物、橋梁的傾斜控制要求。5 樁基礎的特點 借助巨大的單樁側向剛度（大直徑樁）或群樁基礎的側向剛度及其整體抗傾覆能力，抵御由于風和地震引起的水平荷載與力矩荷載，保證高層建筑、橋梁的抗傾覆穩(wěn)定性。 樁身穿過可液化土層而支承于穩(wěn)定的堅實土層或嵌固于基巖，在地震造成淺部土層液化與震陷的情況下，樁基借助深部穩(wěn)固土層，具有足夠

3、的抗壓與抗拔承載力，從而確保高層建筑、橋梁的穩(wěn)定，且不產生過大的沉陷與傾斜。6摩擦樁：利用地層與基樁間的摩擦力來承載的樁基礎。可分為壓 力樁及拉力樁，主要用于持力層（巖層）較深的地基。 端承樁（柱樁）：基樁置于持力層（巖層）上的樁基礎。主要用 于持力層（巖層）較淺的地基。 摩擦端承樁（柱樁）：基樁置于持力層（巖層）上，并考慮地層 與基樁間的摩擦力的樁基礎。樁基礎分類按荷載傳遞機理7樁基礎分類按荷載傳遞機理按材料分按制作方法分按施工方法分鋼筋混凝土樁預應力混凝土樁鋼樁組合材料預制樁現場灌筑樁沉入樁就地灌筑樁錘擊沉樁射水沉樁振動沉樁靜力沉樁沉管灌筑樁鉆孔灌筑樁挖孔灌筑樁按擠土條件分擠土樁非擠土樁部

4、分擠土樁樁端壓力注漿樁等8 上海金茂大廈 重慶嘉陵帆影 9 杭州灣跨海大橋鋼管樁的最大直徑1.6米，單樁最大長度89米，最大重量74噸，開創(chuàng)了國內外大直徑超長整樁螺旋橋梁鋼管樁之最。 10 蘇通大橋主墩基礎由131根長約120米、直徑2.5米至2.8米的群樁組成，承臺長114米、寬48米，面積有一個足球場大，是在40米水深以下厚達300米的軟土地基上建起來的，是世界上規(guī)模最大、入土最深的群樁基礎。 11建筑物、橋梁的特征：結構類型、荷載性質、樁的使用功能、 建筑物的安全等級等；地形、工程地質條件：穿越土層、樁端持力層巖土特性；水文地質條件：地下水類別、 地下水位、施工水位；施工設備、 施工環(huán)境

5、；安全、質量；造價、工期。樁基礎形式選擇一般原則12沉入樁基礎 沉入方法： 錘擊沉樁 射水沉樁 振動沉樁 靜力沉樁 等。 將各種預制樁（鋼筋混凝土或預應力混凝土實心樁或管樁，也有鋼樁或木樁）以不同的沉入方式沉至地基內達到所需要的深度。 13沉入樁基礎沉樁方法適用土類（參考）錘擊沉樁法一般適用于松散、中密砂土、粘性土。樁錘有墜錘、單動汽錘、雙動汽錘、柴油汽錘、液壓錘等。可根據土質情況選用性能適用的樁錘 振動沉樁法一般適用于砂土、硬塑及軟塑的粘性圭和中密及較松的碎石土射水沉樁法在密實砂土、碎石土的土層中，用錘擊法或振動法沉樁有困難時，可用射水法配合進行靜力壓樁法在標準貫入度V20的軟粘性土中，可用

6、特制的液壓或機力千斤頂或卷揚機設備等沉入各種類型樁鉆孔埋置樁按照本章所述方法鉆孔，然后將預制的鋼筋混凝土圓形有底空心樁埋入，并在樁周壓注水泥砂漿固結而成，租用于粘性土、砂土、碎石土中埋置的大直徑圓形空心樁14沉入樁基礎 接樁方法： 法蘭盤連接； 鋼板連接； 硫磺膠泥連接 等 。15沉入樁基礎2022/7/2315樁機就位吊樁打樁接樁送樁截樁16鉆孔灌注樁基礎2022/7/2316 采用不同的鉆（挖）孔方法，在土中形成一定直徑的井孔，達到設計標高后，將鋼筋骨架（籠）吊入井孔中，灌注混凝土形成為樁基礎。 根據成孔方法的不同可以分為干作業(yè)成孔、泥漿護壁成孔、套管成孔、人工挖孔等。 灌注樁與預制樁相比

7、由于避免了錘擊應力，樁的混凝土強度及配筋只要滿足使用要求就可以，因而具有節(jié)省鋼材、降低造價、無需接樁及截樁等優(yōu)點。17鉆孔灌注樁基礎2022/7/2317序 號項 目沉 入 樁鉆 孔 灌 注 樁1截面尺寸 截面尺寸較小。一般方樁或賀樁，其邊或直徑均小于60cm600cm的反循環(huán)鉆機2樁入土深 采用射水配合沉樁，一般不超過30m 一般可喧50cm，北鎮(zhèn)黃河大橋有直徑1.5m長100m的成功施工經驗3樁的承載力 由于樁徑和樁長較小，一根樁的承載力較鉆孔樁小，故一個墩臺需用的樁數較多 一根樁的承載力較沉入樁大，故一個墩臺需用的樁數較少，有些橋墩只有24根的孔樁4施工進度 按一根樁高，一般沉入樁較快。

8、按一個墩臺的樁基礎計，沉入樁較慢 按一根樁計，鉆孔樁較慢。按一個墩臺的樁基礎計，1占孔灌注樁較快5需用鋼筋數量 由于預制樁在吊樁時要考慮跺裝產生的吊裝應力，沉樁時要考慮拉應力，礦需用鋼筋數量較多 不考慮左置之度外情況的拉應力，長樁的下部有時可不設鋼筋，礦需用鋼筋數量較少6對周圍環(huán)境影響 除靜力壓樁外，錘擊的振動沉入的噪聲和振動波影響附近環(huán)境和建筑物安全 噪聲和振動波很小，對周圍環(huán)境影響不大7接樁問題 由于樁架高度控制，一般樁長超過20m的需接樁 一般無需接樁8沉樁或鉆孔設置 一般沉入樁樁架和沉樁設備較鉆孔樁鉆架和鉆孔設備高大、笨重 一般鉆孔鉆、鉆架和設備較矮小、輕便9施工場地 就地預制樁時，需

9、較大的制樁、堆樁場地和制樁用水泥、鋼筋和砂石料場地，但沉樁時，戰(zhàn)勝場地不大 采用正、反循環(huán)回轉鉆孔需設置泥漿沉淀循環(huán)池，占地較大，其它鉆孔工藝占地不大。灌注混凝土時，需水泥、鋼筋砂石料場地10用水情況 用射水配合沉樁時，用水量較大，否則用水量很少 用正、反循環(huán)回轉鉆孔進用水量較多，用其它工藝鉆孔，只清孔進用水量較多?？偟恼f鉆孔樁用水較多11適應的土層 對細粒土均可適應，但對較大的卵漂石層不能采用沉入樁 各種土層均適應，對狼漂石層可采用沖擊錐工藝鉆孔。遇到巖層時，正、反循環(huán)采用牙輪鉆頭也可鉆進12施工中可能發(fā)生的質量問題樁尖遇到障礙下沉達不到設計標高樁身破裂鉆孔進孔壁坍塌灌注時如管理不善易發(fā)生各

10、種質量問題詳見后述18鉆孔灌注樁基礎2022/7/2318埋設護筒 制備泥漿 鉆孔 清底 鋼筋籠制作與吊裝 灌注水下混凝土 19鉆孔灌注樁基礎2022/7/2319正回轉鉆機成孔反回轉鉆機成孔潛水電鉆法 沖擊鉆成孔沖抓錐成孔20鉆孔灌注樁基礎2022/7/232021挖孔灌注樁基礎2022/7/2321用人工和適當的小型爆破，配合簡單機具挖掘成孔，灌注混凝土（或鋼筋混凝土）成樁，適用于無地下水或少量地下水的土層和巖層。 22樁基礎新技術旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁2022/7/2322 泥漿護壁法鉆、沖孔灌注樁在地下水位高的軟土地區(qū)雖然被較廣泛地采用，但由于泥漿的使用造成施工現場不文明及泥漿排除(稱為

11、二次公害)的困難。 旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁(即用旋挖鉆機的鉆斗鉆頭成孔而成的灌注樁)，因其干取土作業(yè)加之所使用的穩(wěn)定液可由專用的倉罐貯存，現場較為文明。 近10年來，青藏鐵路、北京鳥巢工程及首都機場3號航站樓等均大量采用旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁。 旋挖鉆斗鉆成孔法包括：全套管護壁鉆進法和穩(wěn)定液護壁的無套管鉆進法。 23樁基礎新技術旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁2022/7/2323對孔下鉆鉆進提鉆回轉卸土242022/7/2324樁基礎新技術旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁優(yōu)點： 振動小、噪聲低。 最適宜在粘性土中干作業(yè)鉆成孔（此時不需要穩(wěn)定液管理）。 鉆機安裝較簡單，樁位對中容易。 施工場地內移動方便。 鉆進速度較快。

12、 工程造價較。 工地邊界到樁中心的距離較小。 環(huán)境污染小。 成孔成樁質量高。252022/7/2325樁基礎新技術旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁缺點： 當卵石粒徑超過100 mm時，鉆進困難。 穩(wěn)定液管理不適當時，會產生坍孔。 土層中有強承壓水時，施工困難。 廢泥水處理困難。 沉渣處理較困難，需用清渣鉆斗。 因土層情況不同，孔徑比鉆頭直徑大7% 2 0 % 。262022/7/2326樁基礎新技術旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁成孔直徑多數為1-1.9m , 鉆孔深度多數為15 - 35 m 。成孔法適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、砂土層以及短螺旋不易鉆進的含有部分卵石、碎石的地層，如采用

13、特殊措施，還可嵌入強風化巖層。嵌入中、微風化硬巖層困難，工效低，鉆頭損耗大。272022/7/2327樁基礎新技術全套管沖抓取土灌注樁施工工法沖抓斗跟管鉆進法全套管灌注樁即貝諾特灌注樁。自20世紀50年代在法國問世后，在歐美、日本及我國香港地區(qū)得到廣泛應用與發(fā)展。該法利用搖動裝置的搖動(或回轉裝置的回轉)使鋼套管與土層間的摩擦阻力大大減少，邊搖動(或邊回轉)邊壓入，同時利用沖抓斗挖掘取土，直至將套管下到樁端持力層為止。282022/7/2328樁基礎新技術全套管沖抓取土灌注樁施工工法292022/7/2329樁基礎新技術全套管沖抓取土灌注樁施工工法302022/7/2330樁基礎新技術全套管沖

14、抓取土灌注樁施工工法全套管鉆機是一種機械性能好，成孔深度大，成樁直徑大的新型樁工機械，集取土、成孔、護壁、吊放鋼筋籠、灌注混凝土等作業(yè)工序于一體，效率高，工序輔助費用低。配合各種類型抓斗，可在各種土層、強風化與中等風化巖層中施工；適用于直徑為0.8 m、1.0 m、1.2 m和1.5 m及深度在45 m以下的樁孔施工；在厚度大于5 m的細砂層中施工時應采取措施。312022/7/2331樁基礎新技術鉆孔擴底灌注樁鉆孔擴底灌注樁是先將等直徑鉆孔方法形成的樁孔鉆進到預定的深度，然后換上擴孔鉆頭，撐開鉆頭的擴孔刀刃使之旋轉切削地層擴大孔底，成孔后放入鋼筋籠，灌注混凝土形成擴底樁。鉆擴樁與直孔樁相比，

15、其極限荷載為相應直孔樁的1.77.0倍，單方極限荷載為相應直孔樁的1.43.0倍。322022/7/2332樁基礎新技術三岔雙向擠擴灌注樁三岔雙向擠擴灌注樁又稱多節(jié)三岔擠擴灌注樁，簡稱DX擠擴灌注樁或DX樁。DX擠擴灌注樁通過沿樁身不同部位設置的承力盤和承力岔，使等直徑灌注樁成為變截面多支點的端承摩擦樁或摩擦端承樁，從而改變粧的受力機理，顯著提高單樁承載力，既能提供較高的豎向抗壓承載力，也能提供較高的豎向抗拔承載力。332022/7/2333樁基礎新技術三岔雙向擠擴灌注樁鉆進成直孔檢查成孔質量第一次孔底處理擠擴裝置就位按設計盤位自上而下擠擴成腔檢查成腔質量第二次孔底處理移走鉆機及擠擴裝置下放鋼

16、筋籠灌注混凝土。342022/7/2334樁基礎新技術三岔雙向擠擴灌注樁DX液壓擠擴裝置（三岔雙缸雙向液壓擠擴裝置的簡稱）是在樁周土體中擠擴形成承力岔和承力盤腔體的DX液壓擠擴專用設備。352022/7/2335樁基礎新技術三岔雙向擠擴灌注樁三岔雙向擠擴灌注樁是在預鉆（沖）孔內，放入專用的三岔雙缸雙向液壓擠擴裝置，用三岔雙缸雙向液壓擠擴裝置在樁孔外側沿徑向對稱擠擴，形成一定寬度的上下對稱的楔形腔，此后岔腔與樁孔同時灌注混凝土所形成的楔形體，稱為承力岔。承力盤是在樁孔同一標高處，用三岔雙缸雙向液壓擠擴裝置在樁孔外側沿徑向對稱擠擴，經過轉位擠擴，在樁孔周圍土體中形成一近似雙圓錐盤狀的上下對稱擴大腔

17、，此后盤腔與樁孔同時灌注混凝土形成的盤體，稱為承力盤。362022/7/2336樁基礎新技術螺紋灌注樁螺紋灌注樁又稱全螺旋灌注樁，該樁成樁工藝是用帶有鉆進自控裝置和特制螺紋鉆桿的螺紋樁鉆機鉆進、提升、灌注混凝土、沉入鋼筋籠，從而在土體中形成帶螺紋的樁體。372022/7/2337樁基礎新技術螺紋灌注樁螺紋樁的整個樁身均形成螺紋段，因其存在使土體抗剪強度大幅提高，從而使樁側阻力也有較大提高。另外螺紋樁在成孔過程中鉆頭對孔底有擠土作用，使樁端阻力也有較大提高。螺紋粧施工工藝簡便，在正確操作的前提下不存在清底、排土、泥漿護壁、塌孔、縮徑和斷樁等問題，樁身質量可靠，低噪聲、低振動、無泥漿污染，屬綠色環(huán)

18、保樁型。382022/7/2338樁基礎新技術螺紋灌注樁施工要點：鉆孔：下鉆過程中樁機自控系統(tǒng)嚴格控制鉆桿下降速度和旋轉速度，使二者匹配，要求鉆桿旋轉一周，下降一個螺距，鉆至設計深度，在土體中形成螺紋狀段。泵送混凝土：鉆頭鉆至設計標高后，樁機反向旋轉提升鉆桿。與此同時將制備好的細石混凝土采用泵送方式迅速填滿由鉆桿旋轉提升所產生的螺紋狀空間。沉放鋼筋籠：為確保鋼筋籠順利沉放，鋼筋籠底部可做成圓臺式或圓錐式?；炷抗嘧⒔Y束后，將鋼筋籠沉入混凝土樁體中。若鋼筋籠長度較長，應設置下拉式剛性傳力桿作為沉放的工具桿用，并采用平板振動器或振動錘將鋼筋籠振動沉入混凝土樁體中。392022/7/2339樁基礎新

19、技術螺紋灌注樁螺桿灌注樁實質上是螺紋灌注樁的變型體。樁的上部分為圓柱形，與普通的灌注樁相同，下部為帶螺紋狀的樁體，與螺紋灌注樁相同，其上下兩樁段的長度可根據地基土質情況進行調節(jié)。402022/7/2340樁基礎新技術樁端壓力注漿樁樁端壓力注漿樁是指在成樁后對樁端進行壓力注漿的樁型。鉆孔灌注樁待樁身混凝土達到一定強度后, 通過預埋在樁身的注漿管路, 利用高壓注漿泵的壓力作用, 經樁端的預留壓力注漿裝置向樁端土層均勻地注入水泥砂漿或化學漿液等?？纱蠓忍岣邩兜某休d力, 技術經濟效益顯著。412022/7/2341樁基礎新技術樁端壓力注漿樁漿液主要通過滲透、部分擠密、填充及固結作用, 大幅度地提高持

20、力層擾動面及持力層的強度和變形模量,并形成水泥土結石體擴大頭, 增大樁端受力面積,提高樁端阻力。在粗粒土其極限承載力的增幅為5 0 % 2 6 0 % ，在細粒土中其極限承載力增幅通常在14 % 8 8 % 。在非滲透性中等以上風化基巖的樁端持力層中注漿時, 壓力漿液只能滲透填充到沉渣孔隙中, 形成漿泡. 擠壓周圍沉渣顆粒, 使沉渣間的泥漿充填物產生脫水、固結: 在注漿壓力足夠大的情況下, 會產生劈裂注漿和擠密效應。樁端壓力注漿樁提高樁承載力的機理：422022/7/2342樁基礎新技術管柱基礎管柱基礎適用于水文地質條件較復雜性，特別是深水巖面不平、無覆蓋或覆蓋層很厚。 管柱基礎主要由三部分組

21、成，即承臺、多柱式柱身和嵌巖柱基。 管柱一般包括管柱體、連接法蘭盤和管靴三部分。管柱體有鋼筋混凝土、預應力混凝土和鋼管柱等。 432022/7/2343樁基礎技術發(fā)展趨勢長、大樁基礎低公害工法樁異形樁、擴孔樁組合式工藝樁高強度樁復雜水文地質條件下的樁442022/7/2344樁基常見質量事故 工程勘察： 地質剖面圖、鉆孔柱狀圖、土的物理力學性質指標以及 樁基建議設計參數不準確等。 樁基礎設計： 選型不當、設計參數選取不當等問題。不熟悉工程勘察資料、不了解施工工藝；參數指標選取錯誤，樁質量不可控。 452022/7/2345樁基常見質量事故 樁基礎施工： 人員素質、材料質量、施工方法、施工工序、

22、施工質量控制手段、施工質量檢驗方法等導致。 基樁檢測： 檢測理論不完善、人員素質差、檢測方法不當等，均有可能對基樁完整性、基樁承載力給出錯誤結論。 46 上海一幢13層樓房整體傾倒 緊貼7號樓北側在短期內堆土過高，最高處達10米左右。同時，緊臨大樓南側的地下車庫基坑正在開挖，開挖深度達4.6米。大樓兩側的壓力差使土體產生水平位移，過大的水平力超過了樁基的抗側能力，導致房屋傾倒。 環(huán)境條件： 樁基礎施工完成的其他基坑開挖、堆載等導致樁身質量問題。 樁基常見質量事故472022/7/2347樁基常見質量事故 機械成孔灌注樁： 鉆孔傾斜 坍孔 充盈系數過大 樁身縮徑、夾泥、斷樁 孔底沉渣 初灌方法不

23、當造成的質量事故 樁頭浮漿 混凝土強度不足 鋼筋籠鋼筋規(guī)格、數量、構造等不符合設計要求等482022/7/2348樁基常見質量事故挖孔灌注樁： 樁底積水 混凝土的灌注不當導致混凝土離析、混凝土夾氣、夾泥 混凝土強度不足 鋼筋籠鋼筋規(guī)格、數量、構造等不符合設計要求等49 人工挖孔樁存在的安全問題 孔壁坍塌 施工排水 預防流砂和管涌冒砂 雜物滾入傷人 高墜 觸電 中毒 窒息 應急救援困難等502022/7/2350樁基礎檢測檢測內容：各類樁、墩、樁墻豎向或橫向承載力檢測，包括單樁及群樁承載力檢測；樁底持力層承載力及變形性狀的檢測；各類樁、墩及樁墻結構完整性檢測；512022/7/2351樁基礎檢測

24、檢測內容：考慮樁土共同作用或復合地基中樁土荷載分擔比的檢測，樁體及土體應力-應變的檢測；施工中對環(huán)境影響（如震動、噪音、土體變形）的檢測；特殊條件下或事故處理中的其它檢測。522022/7/2352樁基礎檢測檢測階段劃分：為設計提供依據的先期試驗檢測；施工階段的施工檢測；施工完畢后的驗收檢測；施工階段或使用階段的鑒定檢測。532022/7/2353樁基礎檢測 有損檢測靜荷載試驗法鉆樁取芯試驗法 無損檢測 高應變動力試樁法 低應變動力試樁法聲波透射法檢測方法：542011版公路橋涵施工技術規(guī)范規(guī)定：挖孔灌注樁適用于無地下水或少量地下水，且較密實的土層或風化巖層。若孔內產生的空氣污染物超過現行環(huán)境空氣質量標準（GB 3095）規(guī)定的三級標準濃度限值時，必須采取通風措施，