摘 要:介紹了長螺旋鉆孔灌注樁的主要特點、適用范圍,并對其設計施工以及檢測方法進行了探討,指出該樁型具有良好的經濟和社會效益,為該樁的推廣應用提供了依據。
關鍵詞:長螺旋鉆孔,混凝土樁,設計,施工,質量檢測
中圖分類號: TU473. 12 文獻標識碼:A
引言
CFG樁復合地基技術是20 世紀80 年代由中國建筑科學研究院立題進行試驗研究,1992 年通過建設部部級鑒定,1994 年被建設部列為全國重點推廣項目,1995 年被國家科委列為國家級全國重點推廣項目,已在全國十幾個省市尤其是北京、河北地區廣泛應用,且已成功應用到20 層～30 層的高層建筑中,是一種較為成熟的地基處理工藝,已被納入J GJ 79291 建筑地基處理技術規范的修訂稿中。長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁基工法是在水泥粉煤灰碎石樁(即CFG 樁) 的基礎上改進的一種剛性樁。它借鑒了CFG的施工工藝,將其運用到鋼筋混凝土樁基中,既繼承了CFG樁工藝具有的施工速度快、質量容易控制、沒有振動和泥漿污染的優點,又發揚了鋼筋混凝土鉆孔灌注樁樁身強度高、單樁承載力大的特點,特別適合于舊城改造等城區環保要求較高的居民建筑等基礎工程中,亦適合于輸變電塔的基礎中。
1 設計方法
長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁的設計計算理論與其他鉆孔灌注樁相似,而后者早已為工程設計人員和施工單位所熟悉,這為長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁工法的推廣提供了良好的基礎。
1. 1 樁徑及樁距
根據設備、地質條件及設計要求, 樁徑多為Φ400 ,Φ600 ,Φ800 ,樁距為3 d～6 d ( d 為成樁樁徑) 。
1. 2 樁體材料及樁身強度
設計時應根據單樁承載力所需的樁身強度和泵送混凝土的需要來確定。骨料為1 cm～2 cm 的碎石或卵石,含砂率為40 %～45 % ,坍落度為16 cm～20 cm ,為便于泵的輸送可摻入一定比例的混凝土泵送劑。樁身強度一般為C20 和C25 ,若設計樁身強度較低時可摻入一定量的粉煤灰,既降低造價,又增加了混凝土的可泵性。
1. 3 鋼筋籠
鋼筋籠的設計與其他鉆孔灌注樁一致。
1. 4 單樁承載力
單樁承載力的設計值為400 kN～750 kN ,高于振動沉管灌注樁的承載力。
2 工藝流程
成樁工藝流程如圖1 所示。
其主要特點是: 1) 采用干成孔的長螺旋鉆機無振動排土鉆進,無需泥漿護壁,因而對周邊居民及相鄰建筑物沒有振動影響,且無泥漿污染。2) 采用超流態泵送混凝土技術,邊提鉆邊壓灌混凝土,提鉆與成樁同步進行,大大加快了施工速度。3) 成樁時采用壓力澆灌混凝土,既改善了樁周土體性能,又保證了樁身質量,避免了縮頸、斷樁現象,提高了單樁承載力,保證了該工藝既能在易坍塌的土層成孔成樁,又能在地下水豐富的土層中成孔成樁,避免了水下澆筑混凝土質量難以保證的缺點。
3 施工機械
施工機械主要為長螺旋鉆孔機和混凝土輸送泵。
3. 1 長螺旋鉆孔機
鉆孔機采用液壓步履、履帶式和滾管式行走,目前,普遍采用的是步履式和履帶式,國內有河北新河和河南鄭州兩大生產廠家。鉆具采用長螺旋鉆具,其常規直徑為Φ400 ,Φ600 ,Φ800 三種,它與普通鉆具相比有以下不同點:
1) 該鉆具有中心管內灌注混凝土的功能,且其頂部設有泄氣閥,中心管直徑大于125 mm。因為一般混凝土輸送軟管內徑為125 mm ,為了使輸送到鉆頂中心管中的混凝土能自由下落,并沖開底部的活瓣,同時,保證自落后的混凝土將中心管內的空氣排到頂部泄出,因此中心管直徑需大于125 mm ,一般為156 mm。
2) 中心管的底部(即鉆頭處) 有混凝土出口,出口處有兩片可開閉的活瓣。鉆具開始鉆削土體之前,應將活瓣閉合,以防止土、砂或水進入中心管內,泵輸送混凝土時將活瓣打開。
3) 動力部分為雙電機。采用雙電機主要是為了預留輸送混凝土的中心管,雙電機功率一般分為2 ×37 kW ,2 ×45 kW ,2 ×55 kW,2 ×75 kW 幾種。電機功率的大小決定了鉆具的成孔深度,2 ×37 kW鉆機成孔深度為18 m ,2 ×75 kW 鉆機成孔深度可達30 m。
3. 2 輸送泵及輸送管
與長螺旋鉆具中心管相匹配, 現場采用混凝土輸送泵和Φ125 輸送管。目前較常用的為30 泵,有方園、中聯和SANY等產品,工作泵壓一般為4 MPa～6 MPa。Φ125 輸送軟管與長螺旋鉆具中心管相連,既可方便鉆機移動,又可保持攪拌后臺位置的相對穩定,無需多次移位,即可滿足一個工程的需要,混凝土的攪拌可根據工程的實際情況選用以下兩種形式:一是現場攪拌;二是用商品混凝土。兩者均通過混凝土泵料斗輸送到鉆機中心管提鉆成樁,完成混凝土的灌注施工工作。
4 質量檢測
4. 1 混凝土質量檢測
嚴格按配合比進行攪拌,對攪拌出的混凝土要經常檢查坍落度,發現異常及時調整。每臺班應留一組混凝土試塊,28 d 養護期滿后做抗壓強度試驗,留作檔案資料。
4. 2 成樁質量檢測
抽檢20 %的樁進行超聲波動測,以檢驗樁身的完整性。
4. 3 單樁承載力檢驗
在工程中選擇三根樁做靜載試驗,以檢驗單樁承載力。武漢市某住宅小區采用長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁基礎,設計樁徑400 mm,樁長19 m ,設計單樁極限承載力為1 200 kN ,并對本根試樁進行動測和破壞性靜載試驗。試驗結果表明,三根試樁樁身質量良好,極限承載力分別為1 600 kN ,1 500 kN ,1 500 kN ,高于設計的極限承載力。
5 結語
1) 長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁是一種剛性樁,其設計計算理論與其他鉆孔灌注樁相似,但其成樁工藝具有施工速度快、成樁質量好、造價低且無振動,無泥漿污染的特點,適用于環保要求較高的城區舊房改造以及輸變電塔等基礎工程中。2) 由于采用了泵送混凝土工藝使得該項工法既能在地下水豐富的土層中成孔成樁,又能在易坍塌的土層中成孔成樁,避免了水下澆灌混凝土的不利之處。3) 單樁極限承載力可達1 600 kN ,高于振動沉管灌注樁。4) 每班可完成20 根～25 根樁,縮短了工期,節省了造價,受到了施工和建設單位的歡迎。
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