现浇混凝土筒桩发展及其应用

摘要：介绍了现浇薄壁筒桩技术原理、施工设备及施工工艺。通过与现有常规桩基比较发现其具有经济、高效、承载力高、环境效益好等特点,并总结了该技术在土木工程领域的应用现状。

关键词：桩基工程;筒桩;创新技术;应用

[中图分类号] TU473 [文献标识码] A 　　　　[文章编号] 100228498 (2008) 0120029202

目前,各类工程中使用的主导桩型主要有钻孔灌注桩、沉管灌注桩、预应力管桩、人工挖孔桩以及用于软基处理的各种柔性半柔性桩(如搅拌桩、粉喷桩、散体材料桩等) 。实践中发现这些桩型都有很大的局限性,如:沉管灌注桩设备简单,施工方便,但其致命弱点是在饱和土中挤土常导致桩身缩颈、离析和断裂,且桩径过小(一般不超过500mm) ,限制了单桩承载力。钻孔灌注桩桩径大,桩长可调节,单桩承载力大,但工艺复杂,施工时间较长,固体废弃量大,环境污染严重,泥浆护壁的泥皮减弱了侧摩阻力,桩端的沉渣减弱了桩端承载力。预应力管桩有单位面积承载力高、质量易于控制、桩身混凝土密度大、施工功效高等优点,但其有单价较高、存在挤土截桩、受起吊设备限制和单节桩不能过长等问题。鉴于以上各桩型的局限性,使用较少的混凝土、施工方便、成桩质量可靠、造价低、承载力高的新桩型———沉管灌注筒桩(简称筒桩) 脱颖而出。

1 　筒桩简介

筒桩是在沉管灌注桩的基础上改进发展而成的一种新桩型, 该技术是一项专利技术, 专利号为ZL98233440. 0[1] 。筒桩改变了普通沉管灌注桩的施工工法,采用内、外两层钢套管,套管上部与振动锤连接,下部与桩靴上的内、外支承面相接触,振动下沉,在成圆筒形孔的同时同步从内筒芯自动排出土体。筒桩属弱挤土桩,它既避免钻孔灌注桩孔底沉渣、废泥浆弃置困难之不足,又克服了沉管灌注桩挤土效应强易对邻周环境造成不良影响、桩径小和承载力低等缺点,从而具有较大的经济、社会效益和广阔的市场前景[2] 。

1.1 　施工设备

筒桩施工机具由桩架、振动锤、上料斗、桩管、桩靴以及辅助设备等组成。桩架以及辅助机具要求同沉管灌注桩。桩管由内外两层钢套管组合而成。加料口内设混凝土分流器,从而可以较好地避免混凝土浇筑时的离析和厚薄不均。桩靴为环状结构,其大小必须与内外套管匹配,且可根据不同的地质条件,分别采用 等相应的形状[3] 。

1.2 　施工工艺

如图1 所示,筒桩的施工步骤如下:

1) 筒桩打桩机就位,把桩管对准预先埋设在桩位上的预制桩靴,放松卷扬机钢丝绳,利用桩机和桩管自重,把桩靴竖直地压入土中。

2) 开动卷扬机,将桩管吊起,用钢丝绳把钢筋笼吊起,套入桩管内。

3) 将桩管放下,钢筋笼全部套入桩管内,将桩管和桩靴连接,用胶泥或石膏水泥密封防水。

4) 开动振动锤,同时放松滑轮组,使桩管逐渐下沉,当桩管下沉达到要求后停止振动锤振动。

5) 利用上料斗向桩管内灌入混凝土。

6) 当混凝土灌满后,再次开动振动锤和卷扬机。一边振动,一边拔管;在拔管过程中要向桩管内继续加灌混凝土,以满足灌注量的要求。

7) 拔管完毕后,将挤出地面以上的内芯土外运。

8) 两周后,将桩顶原地面以上凿平,挖出部分土芯,浇筑混凝土盖板;如土芯高度低于地面高度,则用混凝土补实。

2 　经济效益及应用现状

筒桩与目前我国使用频率较高的4 种传统桩型:振动灌注桩、钻孔灌注桩、预制方桩、预应力管桩作技术和经济指标的对比,如表1 所示[425] 。

由表1 可知,筒桩具有较为广泛的应用前景,既能保证质量和工程要求又具有十分明显的经济效益。正是由于上述筒桩的诸多优点,该技术得到了广泛的采用和发展,就目前的沉桩能力而言,筒桩适用于饱和软土、一般粘土、粉土。目前最大施工深度为4815m。现可应用的桩径有600 、800 、1 000 、1 200mm 和1 500mm,壁厚有100 、120 、150 、200mm和250mm,迄今为止筒桩已成功应用于下列类型的工程[5] :

1) 公路桥梁工程　在杭宁长兴三标段高速公路以及乐清市环城公路采用素混凝土筒桩用作复合地基,降低了50 %以上的地基处理造价和提高1P3 以上的工效,达到相当高的经济性和效率性;乐清旭杨路工程采用筒桩技术进行路桥结合段的变刚度设计,有效解决了路桥结合段的不均匀沉降问题;另外,筒桩在杭州绕城南线、沪杭甬高速公路拓宽工程、杭千高速公路、温州龙湾行政中心区市政道路、南京大厂区经一路、盐通高速公路、上海北环线高速公路、湖南常张高速公路等工程中也得到了成功地应用。

2) 海洋、水利工程　在温州鹿西岛已成功采用大直径(<1 500mm) 薄壁筒桩结构作为防波堤,堤长270m,建成后经2002 年16 号台风的正面袭击仍安然无恙,而相邻地区采用海堤爆破排淤的堆石堤被16 号台风冲击后形成大缺口;上海浦南东片出海闸导流堤工程是应用联体筒桩结构围堤建成,具有施工进度快、质量良好、造价低的特点。

3) 基坑工程　筒桩在基坑工程中开始得到越来越多的应用,如杭州市罗马高层公寓、基坑围护等。

3 　结语

筒桩吸收了预应力管桩和振动沉管桩等技术的优点,具有施工方便,可操作性强,便于质量控制、监督,造价较低等特点,其应用取得了显著的经济效益与社会效益。但是与很多新开发的工程技术一样,理论研究落后于工程实践,进一步研究筒桩方面的工作性能与设计理论、积累工程经验显的尤为重要。

参考文献:

[1 ] 　谢庆道. 一种用于软土地基的混凝土筒桩施工的压入式一次成孔器[ P] . 中国专利:98222440. 0 ,1999211220.

[2 ] 　刘汉龙,费康,马晓辉,等. 振动沉模大直径现浇薄壁管桩技术及其应用[J ] . 岩土力学, 2003 , 24 (2) :1642168.

[3 ] 　卢建平,曹国宁,徐建达,等. 新型桩基技术———现浇薄壁筒桩技术[J ] . 岩石力学与工程学报, 2004 , 23 (4) :7042707.

[4 ] 　叶俊能. 沉管灌注筒桩工作性状研究[D] . 杭州:浙江大学,2003.

[5 ] 　朱明双. 现浇筒桩桩2土共同作用试验与数值研究[D] . 杭州:浙江大学,2006.