王建華

(中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究 河北廊坊 065000)

常見樁基礎(chǔ)的分類與選用

王建華

(中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究 河北廊坊 065000)

樁基礎(chǔ)是最常用的一種深基礎(chǔ),當(dāng)?shù)鼗鶞\層土質(zhì)不良,采用淺基礎(chǔ)無法滿足結(jié)構(gòu)物地基強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性方面的要求,且又不適宜采取地基處理措施時,往往需要考慮樁基礎(chǔ)。本文介紹了目前常見的樁基礎(chǔ)分類,并對各類樁基礎(chǔ)的適用范圍進(jìn)行了介紹。

樁基礎(chǔ) 樁的分類 樁的適應(yīng)范圍

樁基礎(chǔ)在工程中有多方面的應(yīng)用,就房屋建筑工程而言,樁基礎(chǔ)適用于上部土層軟弱而下部土層堅實的場地。具體地說,下列情況往往適宜采用樁基礎(chǔ):

(1)高重建筑物下,天然地基承載力與變形不能滿足要求時;

(2)地基軟弱,且采用地基加固措施技術(shù)上不可行或經(jīng)濟(jì)上不合理時;

(3)地基軟硬不均或荷載分布不均,天然地基不能滿足結(jié)構(gòu)物對差異沉降限制的要求時;

(4)地基土性不穩(wěn)定,如液化土、濕陷性黃土、季節(jié)性凍土、膨脹土等,要求采用樁基將荷載傳至深部土性穩(wěn)定的土層時;

(5)建筑物受到相鄰建筑物或地面堆載影響,采用淺基礎(chǔ)將會產(chǎn)生過量沉降或傾斜時。

樁基已成為軟弱地基上高、重建筑物、橋梁、碼頭、海洋平臺等結(jié)構(gòu)的最常用的基礎(chǔ)形式。

1 樁基礎(chǔ)的分類

樁可按承載性狀、使用功能、樁身材料、成樁方法和工藝、樁徑大小等進(jìn)行分類。

1.1 按承載性狀分類

1.1.1 摩擦型樁

(1)摩擦樁:豎向荷載下,基樁的承載力以樁側(cè)摩阻力為主,外部荷載主要通過樁身側(cè)表面與土層之間的摩擦阻力傳遞給周圍的土層,樁尖部分承受的荷載很小。主要用于巖層埋置很深的地基。這類樁基的沉降較大,穩(wěn)定時間也較長。

(2)端承摩擦樁:在極限承載力狀態(tài)下,樁頂荷載主要由樁側(cè)摩擦阻力承受。即在外荷載作用下,樁的端阻力和側(cè)壁摩擦力都同時發(fā)揮作用,但樁側(cè)摩擦阻力大于樁尖阻力。如穿過軟弱地層嵌入較堅實的硬粘土的樁。

1.1.2 端承型樁

(1)端承樁:在極限荷載作用狀態(tài)下,樁頂荷載由樁端阻力承受的樁。如通過軟弱土層樁尖嵌入基巖的樁,外部荷載通過樁身直接傳給基巖,樁的承載力由樁的端部提供,不考慮樁側(cè)摩擦阻力的作用。

(2)摩擦端承樁:在極限承載力狀態(tài)下,樁頂荷載主要由樁端阻力承受的樁。如通過軟弱土層樁尖嵌入基巖的樁,由于樁的細(xì)長比很大,在外部荷載作用下,樁身被壓縮,使樁側(cè)摩擦阻力得到部分地發(fā)揮。

1.2 按樁的使用功能分類

(1)豎向抗壓樁:豎向抗壓樁主要承受豎向荷載,是主要的受荷形式。根據(jù)荷載傳遞特征,可分為摩擦樁、端承摩擦樁、摩擦端承樁及端承樁四類。

(2)豎向抗拔樁:主要承受豎向抗拔荷載的樁,應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂性能以及抗拔承載力驗算。

(3)水平受荷樁:港口工程的板樁、基坑的支護(hù)樁等,都是主要承受水平荷載的樁。樁身的穩(wěn)定依靠樁側(cè)土的抗力,往往還設(shè)置水平支撐或拉錨以承受部分水平力。

(4)復(fù)合受荷樁:承受豎向、水平荷載均較大的樁,應(yīng)按豎向抗壓樁及水平受荷樁的要求進(jìn)行驗算。

1.3 按樁身材料分類

根據(jù)樁身材料可分為混凝土樁、鋼樁和組合材料樁等。

1.3.1 混凝土樁

混凝土樁是目前應(yīng)用最廣泛的樁,具有制作方便,樁身強(qiáng)度高,耐腐蝕性能好,價格較低等優(yōu)點。它可分為預(yù)制混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土空心管樁和灌注混凝土樁等。

(1)預(yù)制混凝土方樁多為鋼筋混凝土樁,斷面尺寸一般為200mm×200mm～500mm×500mm,單節(jié)長十余米,可根據(jù)需要將單節(jié)樁連接成所需樁長。

(2)預(yù)應(yīng)力混凝土空心管樁為工廠化預(yù)制生產(chǎn),高壓蒸汽養(yǎng)護(hù),斷面外徑尺寸一般為350～600mm,壁厚80～l00mm,單節(jié)長十余米,可根據(jù)需要將單節(jié)樁連接成所需樁長。

(3)灌注混凝土樁是用樁機(jī)設(shè)備(泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)、沖孔、旋挖)在施工現(xiàn)場就地成孔,在孔內(nèi)放置鋼筋籠,澆筑混凝土,樁深度和直徑可根據(jù)受力的需要,由設(shè)計確定。

1.3.2 鋼樁

由鋼管樁和型鋼樁組成。鋼樁樁身材料強(qiáng)度高,樁身表面積大而截面積小,在沉樁時貫透能力強(qiáng)而擠土影響小,在飽和軟粘土地區(qū)可減少對鄰近建筑物的影響。型鋼樁常見有工字形鋼樁和 H形鋼樁。鋼管樁由各種直徑和壁厚的無縫鋼管制成。由于鋼樁價格昂貴,耐腐蝕性能差,應(yīng)用受到一定的限制。

1.3.3 組合材料樁

組合材料樁是指一根樁由兩種以上材料組成的樁。如鋼管混凝土樁或上部為鋼管下部為混凝土的樁。

1.4 按成樁方法分類

一般分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁3類。

(1)非擠土樁(也稱非排土樁)。是指成樁過程中樁周土體基本不受擠壓的樁。在成樁過程中,將與樁體積相同的土挖出,因而樁周圍的土很少受到擾動。這類樁主要有干作業(yè)法、泥漿護(hù)壁法和套管護(hù)壁法鉆挖孔灌注樁,或鉆孔樁、井筒管樁和預(yù)鉆孔埋樁等。

(2)部分?jǐn)D土樁(也稱少量排土樁)。這類樁在設(shè)置過程中,由于擠土作用輕微,故樁周土的工程性質(zhì)變化不大。這類樁主要有打入的截面厚度不大的工字型和 H型鋼樁、開口鋼管樁和螺旋鉆成孔樁等。

(3)擠土樁(也稱排土樁)。在成樁過程中,樁周圍的土被擠密或擠開,使樁周圍的土受到嚴(yán)重擾動,土的原始結(jié)構(gòu)遭到破壞,土的工程性質(zhì)發(fā)生很大變化。擠土樁主要有打入或壓入的混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力管樁、鋼管樁和木樁,另外沉管式灌注樁也屬于擠土樁等。

1.5 按樁徑大小分類

(1)小樁:d≤250mm;

(2)中等直徑樁:250mm

(3)大直徑樁:d≥800mm。

1.6 按承臺底面的相對位置分類

(1)高承臺樁基:由于結(jié)構(gòu)設(shè)計上的需要,群樁承臺底面有時設(shè)在地面或局部沖刷線之上,這種樁基稱為高承臺樁基。這種樁基在橋梁、港口等工程中常用;

(2)低承臺樁基:凡是承臺底面埋置于地面或局部沖刷線以下的樁基稱為低承臺樁基。房屋建筑工程的樁基多屬于這一類。

此外,工程樁的類型還有夯擴(kuò)樁、碎石樁、CFG樁、沉管灌注樁等。

2 樁基礎(chǔ)類型的選擇

基礎(chǔ)樁具承載力高,沉降量小且均勻沉降速率緩慢等特點。

樁基礎(chǔ)由樁及承臺組成,且承臺均為鋼筋混凝土低樁成臺,樁分為混凝土現(xiàn)場灌注樁和混凝土預(yù)制樁。灌注樁包括沉管樁、鉆(沖)孔樁、人工挖孔樁、鋼管護(hù)壁機(jī)械成孔樁,內(nèi)擊式沉管灌注樁;預(yù)制樁包括方樁、預(yù)應(yīng)力方樁及預(yù)應(yīng)力管樁等。

樁分為摩擦型樁和端承型樁。摩擦型樁指樁頂豎向荷載由樁側(cè)摩阻力,或由樁側(cè)摩阻力與樁端阻力共同承擔(dān);端承樁指樁頂豎向荷載主要由樁端阻力承擔(dān)。樁型選擇應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)類型及荷載大小、施工環(huán)境及施工機(jī)械等綜合確定。

樁基礎(chǔ)類型的選擇應(yīng)根據(jù)工程性質(zhì)、地質(zhì)情況、施工條件、施工對環(huán)境的影響以及綜合經(jīng)濟(jì)效益諸因素進(jìn)行比較擇優(yōu)采用。

(1)當(dāng)淺部地層較軟弱時,地基承載力或變形不能滿足承載力設(shè)計要求時,雖可采用淺基礎(chǔ),但不經(jīng)濟(jì)時可采用樁基礎(chǔ)。

(2)應(yīng)選擇較硬土層或巖層作為樁端持力層。樁端進(jìn)入持力層深度,對于粘性土、粉土、砂土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖等,不宜小于2d,對于卵石、碎石土、強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖等,不宜小于1d。樁端進(jìn)入中、微風(fēng)化巖的嵌巖樁,樁全斷面嵌入巖層的深度不宜小于0.5m。嵌入灰?guī)r或其他微風(fēng)化硬質(zhì)巖時,嵌巖深度可適當(dāng)減少,但不宜少于0.2m。

(3)樁周圍存在可液化土層時,基樁應(yīng)予穿過,進(jìn)入穩(wěn)定土層的深度應(yīng)由計算確定。

(4)巖溶地區(qū)的樁基不宜采用直接支承于基巖面上的預(yù)制樁。巖溶地區(qū)目前采用CM樁三維高強(qiáng)復(fù)合地基處理巖溶地基基礎(chǔ)。C樁可采用鉆孔灌注樁、沉管樁、長螺旋壓灌樁、預(yù)應(yīng)力管樁;M樁可采用深層攪拌樁(干法和濕法)、高壓旋噴、低標(biāo)號現(xiàn)澆樁。

(5)當(dāng)?shù)貙硬淮嬖谟倌唷⑸皩?地下水貧乏、補(bǔ)給源不豐富時,也可采用人工挖孔樁和擴(kuò)大頭人工挖孔樁,但孔深不超過25 m。

(6)當(dāng)?shù)貙哟嬖谟倌?、砂層時,可采用深層攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁。預(yù)應(yīng)力管樁可承受垂直荷載、水平荷載、抗拔力以及機(jī)器震動動力作用,由單根、雙根或多根樁組成,樁頂設(shè)承臺,把各樁連成整體,將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給樁。

(7)管樁適用于非抗震和抗震防烈度6～8度的地區(qū)。管樁基礎(chǔ)宜選擇強(qiáng)風(fēng)化巖或全風(fēng)化巖、堅硬黏性土、密實砂土等巖土層作為樁端持力層。

綜上,目前高層建筑樁基礎(chǔ)進(jìn)入穩(wěn)定中、微風(fēng)化巖的嵌巖樁包含:鋼筋混凝土樁、鋼管;作為摩擦樁或軟土復(fù)合地基加固的樁包含:預(yù)應(yīng)力管樁、砂(碎)石樁、木樁、灰土樁等。

典型樁基礎(chǔ)類型及應(yīng)用條件見表1。

表1 樁基礎(chǔ)類型及應(yīng)用條件

3 結(jié)語

樁基礎(chǔ)具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小而均勻等優(yōu)點,能以不同的樁型和施工方法適應(yīng)不同的地質(zhì)條件和上部結(jié)構(gòu)特征。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,樁的種類和型式、施工工藝和設(shè)備以及樁基理論和設(shè)計方法都會有很大的改進(jìn)。本文所做的分類包含了目前常用的樁基結(jié)構(gòu)及選擇要點,以期能為樁基礎(chǔ)施工提供借鑒。

1 高大釗等.巖土工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實施手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997

2 丁金粟、李錦坤、虞石民等.土力學(xué)及基礎(chǔ)工程[M].北京:地震出版社,1992

3 金紅艷、王佳珣.樁基分類探究[J].硅谷,2009(3)

2010年6月22日)