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管桩,为了在深厚软土层中,改善桩基侧软土介质,提高单桩承载力我国近年提出了一种扩大头带肋填砂预应力管桩,它在原管桩的基础上增加钢质扩大头,并在管桩成型时浇注出一定宽度的混凝土肋,沉桩时大头和肋形的桩侧空隙用砂填充,这样就形成了桩头大桩侧灌砂的预应力管桩适用于淤泥质土层。
(4)大直径筒桩,由于采用环形桩尖,形成大直径环浇混凝土薄壁筒桩,具有搞水平力好的特点,应用于音桩竖向荷载不高的提防工程中。
(5)就地取材碎石型锤击灌注桩,由于现场锤击成孔,现场碎石浇灌被广泛应用于残坡积的土层加固基础中。
(6)大直径钻埋空心桩。在已经钻好的大直径孔内沉放预制桩壳,形成空心桩。主要应用于桥梁深桩基础中,而大直径和预拼工艺也是当前桥梁深桩基础工程的发展趋势。
1.4桩基向大直径超长方向发展
随着高层、超高层建筑物以及跨江、跨海等特大桥梁的建设,上部结构对桩基础承载力与变形的要求越来越高,桩的直径越来越大,桩长越来越长,使桩出现了向超长、大直径方向发展的趋势。例如上海环球世贸中心、金茂大厦都采用了桩长超过80 米的钢管桩,温州世贸中心采用了80~120m不等的钻孔灌注桩,杭州钱塘江六桥采用的钻孔灌注桩更长达130m,襄樊西部铁路桩基础最长达139m。日本日本横滨跨径460m的横断大桥桩基础嵌岩扩孔至直径达10m,我国江西贵溪大桥的桩基础直径也达到9.5m。
1.5桩基向工厂预制化发展
近年来,一些类型的桩正向着工厂化生产的趋势发展,而工厂化生产也促使这些桩型在工程建设中被广泛的应用。
1.6桩基向新施工技术方向发展
随着人们对建筑施工环境保护要求越来越高,一些施工新工艺新技术得到了快速的发展。
(1)对于预制桩和钢桩的施工,为了避免打入法施工工艺带来的噪声、振动以及压入法带来的挤土效应对临近建筑物及地下管线等产生的不良影响,埋入法施工工艺得到了开发和应用。北京地区采用的植桩法,即先用长螺旋钻孔,穿过硬夹层或可液
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化层,然后将预制桩放入孔内,最后锤击沉桩使桩端进入设计要求的持力层,同时预应力管桩压桩也由锤击打入式转向预压式或抱压实施工。
(2)由于正循环钻孔桩泥浆处理污染环境,所以出现了成套工艺的泵式反循环钻进系统,泥浆循环全部进入钢制的泥浆箱。同时出现了全套取土型的贝诺特关注桩施工方法。
(3)由于钻孔桩存在沉渣问题,持力层扰动问题和泥皮问题,所以出现了桩侧和桩端后注浆的施工技术。
(4)由于打桩挤土问题在城市化过程中日益突出,出现了打桩施工边监测边设计的信息化施工新方法。
(5)在围护桩施工中出现了钻孔咬合桩,地下连续墙等施工新技术。 (6)新的自动化打桩机械不断出现。
1.7 桩基向组合桩方向发展
(1)刚柔复合桩组合,刚性桩一般采用混凝土桩且是长桩,打到较好的持力层,柔性桩一般采用水泥搅拌桩且为短桩、摩擦桩型。刚性桩起到控制沉降的作用,柔性桩起到变形协调的作用。刚柔复合桩桩顶与碎石混凝土混合势层直接接触,垫层上面为刚性混凝土基础,柱基设计按复合桩设计。
(2)长短桩组合。及桩身材料同为混凝土桩,但根据上部荷载的特点和地质条件选择不同的桩长和不同的持力层。优点是可以调整基础荷载受力基本均匀,缺点是不同的桩长会带来不同的沉降,特别是对主楼和裙楼交界处的应力协调不利,应特别注意。
(3)咬合桩组合。可以是灌注桩之间的组合;可以使混凝土桩与水泥搅拌桩之间的咬合;也可以是预制桩与现浇桩之间的咬合,可以是内包也可以是外包,形成了一系列的组合桩。目前咬合桩主要使用在基坑支护桩中。
(4)桩长度方向的组合,即同一根单桩中上部桩为混凝土桩,下半部为钢桩。这样有利于将桩打入持力层较坚硬的岩土中,反之根据桩的轴力上大下小的特点,也有组合桩采用单桩桩身中上部采用高配筋高强度的混凝土,桩的中下部采用低配筋低强度的混凝土,以适应不同地质条件中桩的受力特点。有时为了减少挤土,桩下部采用H 型钢桩,桩上部采用混凝土预制桩等。
1.8向高强度桩方向发展
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随着对打入式预制桩要求越来越高,诸如高承载力、穿透硬夹层、承受较高的打击应力及快速交货等要求,普通钢筋混凝土桩(简称R.C桩,混凝土强度等级为C25~C40)已满足不了上述要求,故预应力钢筋混凝土桩(简称P.C桩,混凝土强度等级为C40~C80)和预应力高强度混凝土桩(简称P.H.C桩,混凝土强度等级不低于C80)使用越来越多。 PHC管桩在欧美、日本、前苏联及东南亚诸地区大量采用。日本使用的预制混凝土桩几乎均为PHC桩。从1970~1992年间,日本管桩的年产量在520~830万吨之间。 最近十几年来,我国管桩行业经历研制开发期、推广应用期、调整发展期和快速发展期等四个时期。以珠江三角洲和长江三角洲为基地,由南向北,由东向西,沿海沿江沿湖,向内陆地区健康而快速地发展,在产品品种和产量上均达到世界前列。具体地体现在:布局面广;产品品种与规格齐全;生产技术成熟;国产化装备和原材料完全满足生产需要;配套应用技术日趋完善;应用领域不断扩大;依靠技术进步求效益、求发展;质量意识不断强化,质量保证体系日趋完善;企业向多元化规模化发展。 到2003年全国管桩生产企业达220家,全国管桩年产量约1.4亿m。 苏州混凝土水泥制品研究院金舜教授级高工等提出管桩发展的建议:进一步开发磨细矿物掺合料在管桩中的应用技术;进一步开发钢纤维混凝土在管桩中的应用技术;开发钢管混凝土管桩、长管桩以适应重大工程需要;开发余浆的综合利用技术;推广碎石砂在管桩生产中的应用:重视管桩桩身混凝土的耐久性;在PHC桩生产中推广应用“管桩水泥”
1.9桩基新设计方法
桩基的设计理论与方法不断吸取其他学科先进成果,取得了非常迅速的发展,如电子计算机和数值计算方法的巨大成就,岩土力学、结构工程、施工技术领域的研究成果,给桩基科学注入了新的活力,并形成和发展了许多新的设计理论。疏桩设计理论、复合桩设计理论、桩基与上部结构建筑协同作用理论、桩端(侧)压力注浆设计理论、桩的水平抗力及抗震理论、桩基环境效应理论都得到不断地发展。利用建立某区域试桩数据库和城市地层柱状图及岩土参数数据表进行初步设计,并利用现场测桩数据进行施工图设计的反馈优化设计是信息化桩基设计的一个重要方向。另外,针对工程经济效益及环境保护因素的控制,桩基的优化设计理论与方法也得到快速的发展,但目前仍在完善中。
1.10桩基施工中存在的问题
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在桩基施工技术取得长足进步和巨大成就的同时, 也存在不少问题, 近年施工事故时有发生, 也令人震惊。如武汉市某一18层的商品楼,建筑面积1.46万m2, 采用夯扩桩基础, 在结构封顶后进入内装修和楼地面施工时, 大楼出现不均匀下沉, 倾斜方向也出现变化, 不到数日楼顶水平位移就达到2.884,倾斜度达4.49 % , 因无法抢救而只好爆掉。这是一起中外建筑史上罕见的事故。专家分析事故原因, 认为除了桩体施工质量存在一系列严重缺陷外, 更重要的原因是桩型选择不当, 他们形象地指出, 将夯扩桩打在淤泥质土层中, 无异于将“ 一把筷子插到稀饭里” 。又如南京某大厦在人工挖孔桩及基础开挖期间, 抽降地下水而未采取相应措施, 造成毗邻单位厂房墙体严重开裂, 地面下沉, 厂房内的机器严重受损, 最后经法庭裁决, 以建设方赔偿受害方人民币1400万元而告终。这是我国对忽视桩基施工对周围环境引起危害者绳之以法的首例大案。上述两例只是较大的事故, 其他还有, 限于在的薄弱环节, 施工者对之事先未加防护或认真对待; 其二是施工时掉以轻心, 操作不当, 管理不严。归根结底, 是由于施工队伍的素质(包括思想、文化、专业及职业道德)跟不上形势的需要。实践证明, 对于一支素质优良的施工队伍, 即使设计、地质或桩型本身有问题, 也能防患于未然。因此, 当务之急是全面提高桩基施工队伍的素质, 以迎接更艰巨的任务。
1.11总体评估
我国目前应用的桩型具有以下特点: 大中小直径并存, 就地灌筑与预制并存, 机械成孔与人工开挖并存, 锤击、振动与静压并存, 以及接近90年代国际水平的工艺与传统工艺并存, 等等。这既是由于地域大、地质条件复杂、工程性质不同等客观实际需要, 也是由于我们特别重视桩型经济性所致, 它们既符合我国当前的国情, 也是发展中国家应采取的技术政策和社会主义市场经济规律的具体反映。经验证明, 对于各种打入桩, 尤其是沉管桩, 施工须慎之又慎,才能杜绝隐患; 另一方面, 可以预料桩型的发展还将会因各地日益严格的环保要求而兴衰。如果以桩型体系中存在的诸多先进因素,或以桩所支承的建筑物的最大高度和桥梁的最大跨度及其技术复杂程度等, 作为衡量一国一地桩基施工水平的主要指标, 那么, 根据我国现状偏保守地说, 我国的桩基施工技术水平至少已具有发达国家80年代中期或末期的水平, 因此我们可以欣喜地说, 我们只用了20年时间就走了发达国家发展桩基经历的百年历程。我国现在与发达国家在桩基施工技术上的差距主要是: 施工事故频繁, 巫应加大整治力度; 现场文明程度和施工对环境造成的危害, 还需进一步分别改善和控制; 一批新桩型, 包括能承受超量竖向和横向荷载的巨型灌注桩(矩形或条形,或称Barre
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tte),以及硬土地基的大深度灌注桩等都有待研究开发, 否则会与国外的差距将会拉大。
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