鉆孔灌注樁（英文名：cast-in-place pile）是利用鉆孔機(jī)在樁位成孔，在樁孔內(nèi)放入鋼筋骨架再灌混凝土而成的就地灌注樁的施工工程。根據(jù)鉆孔機(jī)械的鉆頭是否在土壤的含水層中施工，可分為泥漿護(hù)壁成孔和干作業(yè)成孔兩種施工方法。
鉆孔灌注樁是20世紀(jì)40年代初隨著大功率鉆孔機(jī)具的研制成功首先在美國(guó)問(wèn)世后，1954年日本鐵路部門從法國(guó)貝諾托公司引進(jìn)了NO.6型機(jī)，用于鐵路橋臺(tái)，橋墩的樁基施工，1959年引進(jìn)了當(dāng)時(shí)最新型的EDF-55型機(jī)，在各地施工灌注樁。中國(guó)應(yīng)用鉆孔灌注樁始于20世紀(jì)60年代初，自20世紀(jì)70年代中期以來(lái)，又陸續(xù)在大城市應(yīng)用于高層和重要建筑物，在80年代末90年代初，隨著改革開放步伐的加快，鉆孔灌注樁的應(yīng)用已較為普及。
鉆孔灌注樁具有較高的安全性及較強(qiáng)的穩(wěn)定性，混凝土漿液滲透至土層深處，能使土層與灌注樁體緊密結(jié)合起來(lái)，從而使地基更加牢固可靠，同時(shí)灌注樁能夠有效控制地基沉降，從而對(duì)土層產(chǎn)生壓實(shí)效果；鉆孔灌注樁對(duì)土層起著較好的滲透、壓密及劈裂作用，且三者間的相互作用能使土層更加穩(wěn)固。
鉆孔灌注樁均具有無(wú)振動(dòng)、無(wú)擠土、噪音小、對(duì)周圍建筑物的影響小等特點(diǎn)，適宜于在硬、半硬、硬塑和軟塑的黏性土中施工，被廣泛應(yīng)用到建筑、公路、水利等工程施工領(lǐng)域。
發(fā)展歷程
世界
鉆孔灌注樁是20世紀(jì)40年代初隨著大功率鉆孔機(jī)具的研制成功首先在美國(guó)問(wèn)世的，第二次世界大戰(zhàn)后，世界各地特別是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇與發(fā)展，高層、超高層建筑物和重型構(gòu)筑物不斷興建，它們中大多數(shù)都利用了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，這就給柱基這古老而又現(xiàn)代的基礎(chǔ)形式提供了極好的發(fā)展條件和用武之地。
1954年日本鐵路部門從法國(guó)貝諾托公司引進(jìn)了NO.6型機(jī)，用于鐵路橋臺(tái)，橋墩的樁基施工，1959年引進(jìn)了當(dāng)時(shí)最新型的EDF-55型機(jī)，在各地施工灌注樁。1662年三菱重工公司與法國(guó)貝諾托公司進(jìn)行技術(shù)合作，生產(chǎn)出BT-1型鉆機(jī)，1964年又制造出TB-2型機(jī)，此后，日本加藤制造廠，日立制造廠等都生產(chǎn)制造了各種不同類型、不同功能的鉆孔機(jī)械。
1965年開始要求更大直徑的灌注樁，于是日立制作所建機(jī)于1971年開始生產(chǎn)出售可施工6m直輕灌注樁的5600型鉆機(jī)，到1975年又開始研制更大直徑、更大深度并能在硬土中成孔甚至在巖石中成孔的新型鉆機(jī)。三菱重工的MD440型及日立建機(jī)的S480H型開始投入使用。另外，以1973年石油危機(jī)為轉(zhuǎn)機(jī)，由于灌注樁的樁身強(qiáng)度及地基承載力不相適應(yīng)，因而開始研制更加節(jié)省能源、便于操作及減少殘土處理等的新鉆機(jī)，并于1977年開始普及應(yīng)用逆循環(huán)鉆孔機(jī)械的擴(kuò)底灌注樁。近年來(lái)，比利時(shí)研制了一種類似于弗蘭基樁的長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注柱。
中國(guó)
中國(guó)應(yīng)用鉆孔灌注樁始于20世紀(jì)60年代初，首先在橋梁和港口建設(shè)中采用。1963年冬在河南安陽(yáng)馮宿橋的兩座橋臺(tái)中首先利用了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。鉆孔使用的是水利部門打井用的大鍋錐，用人力推磨方式鉆孔。接著在河南省竹竿河和白河兩座大橋擴(kuò)大應(yīng)用，其他一些省，市也相維推廣，1965年4月交通部在河南召開鉆孔樁技術(shù)鑒定會(huì)，認(rèn)為它是一項(xiàng)重大技術(shù)革新，成為公路橋梁下部基礎(chǔ)的首選形式。1965年在成民鐵路建設(shè)中，西南鐵路建設(shè)工地指揮部先后在黑龍江省順河橋，嘎立牛日河橋進(jìn)行鉆孔灌注樁基礎(chǔ)試驗(yàn)，利用YKC-30型沖擊式鉆機(jī)造孔，順利通過(guò)了大粒徑的漂卵石層，此后在修建京原、焦枝、襄渝、京廣復(fù)級(jí)，京滬復(fù)線等的橋梁時(shí)，利用鉆孔灌注樁為橋梁基礎(chǔ)的極為普遍。自20世紀(jì)70年代中期以來(lái)，又陸續(xù)在廣州市，深圳市、北京、上海市、廈門市等大城市應(yīng)用于高層和重要建筑物，在80年代末90年代初，隨著改革開放步伐的加快，鉆孔灌注樁迅速發(fā)展，已普及于中國(guó)各省市自治區(qū)，數(shù)以百計(jì)的大中城市及開發(fā)區(qū)，主要應(yīng)用于包括軟土、膨脹土等特殊土在內(nèi)的各類地基。
技術(shù)原理
干作業(yè)成孔灌注樁
長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，是用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的螺旋鉆頭，在樁位處就地切削土層，被切土塊鉆屑隨鉆頭旋轉(zhuǎn)，沿著帶有長(zhǎng)螺旋葉片的鉆桿上升，輸送到出土器后自動(dòng)排出孔外運(yùn)走。在鉆孔時(shí)，采用中高轉(zhuǎn)速、低扭矩、少進(jìn)刀的工藝。干作業(yè)鉆孔灌注樁成孔后，吊放鋼筋籠，再澆筑混凝土。
短螺旋鉆機(jī)成孔，是用短螺旋鉆機(jī)的螺旋鉆頭，在樁位處就地切削土層，被切土塊鉆屑隨鉆頭旋轉(zhuǎn)，沿著帶有數(shù)量不多的螺旋葉片的鉆桿上升，積聚在短螺旋葉片上，形成“土柱”，此后靠提鉆、反轉(zhuǎn)、甩土，將鉆屑散落在孔周。短螺旋鉆成孔的鉆進(jìn)效率不如長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)高，但短螺旋鉆成孔省去了長(zhǎng)孔段輸送土塊鉆屑的功率消耗，其回轉(zhuǎn)阻力矩小。在大直徑或深樁孔的情況下常采用短螺旋鉆施工較為合適。灌注混凝土用機(jī)動(dòng)小車或混凝土泵車。
泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁
泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁先用鉆孔機(jī)械進(jìn)行鉆孔，在鉆孔過(guò)程中為了防止孔壁坍[tān]塌，向孔中注入循環(huán)泥漿（或注入清水造成泥漿）保護(hù)孔壁，鉆孔達(dá)到要求深度后，進(jìn)行清孔，然后安放鋼筋骨架，進(jìn)行水下灌注混凝土而成樁。
埋設(shè)護(hù)簡(jiǎn)，護(hù)筒的作用是固定樁孔位置，保護(hù)孔口，提高樁孔內(nèi)的泥漿水頭，防止塌孔。用鋼板或預(yù)制混凝土圈制成，其內(nèi)徑比鉆頭直徑大100-200毫米。安設(shè)護(hù)筒時(shí)，其頂面高出地面0.4~0.6米，孔內(nèi)泥漿液面高出地下水位1米以上。在護(hù)筒頂部還應(yīng)開設(shè)1~2個(gè)溢漿口，便于泥漿溢出而流回泥漿池，進(jìn)行回收和循環(huán)。護(hù)筒與坑壁之間的空隙用黏土填實(shí)。
泥裝制備，泥漿在成孔過(guò)程中的作用是護(hù)壁、挾渣、冷卻和潤(rùn)滑，制備泥漿的方法應(yīng)根據(jù)土質(zhì)的實(shí)際情況而定，造漿黏土應(yīng)符合下列技術(shù)要求：膠體率不低于90%，含砂率不大于8%。成孔時(shí)，由于地下水稀釋等使泥漿密度減小時(shí)，可添加膨潤(rùn)土來(lái)增大密度。
成孔，泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁成孔方法有沖擊鉆成孔法、沖抓錐成孔法、潛水電鉆成孔法和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔法四種。
驗(yàn)孔和清孔，成孔后，即進(jìn)行驗(yàn)孔和清孔。驗(yàn)孔是用探測(cè)器檢查樁位、直徑、深度和孔道情況。清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土，以減少樁基的沉降量，提高承載能力。
放鋼筋籠，鋼筋籠預(yù)先在施工現(xiàn)場(chǎng)制作。鋼筋籠放入后應(yīng)校正軸線位置、垂直度、鋼筋籠定位后，在4小時(shí)內(nèi)澆筑混凝土，以防塌孔。
水下澆筑混凝土，利用導(dǎo)管輸送混凝土并使之與環(huán)境水隔離，依靠管中混凝土的自重，使管口周圍的混凝土在已澆筑的混凝土內(nèi)部流動(dòng)、擴(kuò)散，完成混凝土的澆筑工作。
分類
按樁的受力情況分類
端承樁
樁身穿過(guò)軟弱土層到達(dá)堅(jiān)硬土層或基巖，樁上的荷載主要由樁端反力承受的樁稱端承樁。由于把大部分荷載傳遞到下層的堅(jiān)硬地基上，這種樁不易受地下水位升降或土層壓縮造成不均勻沉降，具有較高的承載力和穩(wěn)定性。
摩擦樁
樁上的荷載主要由樁側(cè)面的摩阻力來(lái)承擔(dān)，而樁端反力承擔(dān)的荷載只占很小部分，這種主要靠樁周摩阻力來(lái)承擔(dān)荷載的樁稱為摩擦樁。多在第四系軟弱層深厚，無(wú)良好持力層或單樁承受荷載較小時(shí)采用。
錨固樁
是以承受抗拔力或水平力為特征的樁。承受上拔作用的樁身，其抗拔力是由樁周摩阻力構(gòu)成。對(duì)于水平力，一般的樁雖有一定的承受水平荷載作用的能力，但與其承受垂直荷載作用的能力相比是比較小的。所以對(duì)需承受大的水平荷載的錨固樁(如防止滑坡的抗滑樁、防止橋墩波沖刷的支護(hù)樁等),由于混凝土的抗拉、抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，為預(yù)防水平力作用產(chǎn)生的變位所引起的較大的彎曲應(yīng)力，破壞樁身錨固效果，一般都需增大樁身及配筋量，提高砼標(biāo)號(hào)。對(duì)有些水平荷載很大的建筑物或構(gòu)筑物，基礎(chǔ)還采用抗水平力大的斜樁或群樁。
按地質(zhì)條件不同分
干作業(yè)成孔灌注樁
干作業(yè)成孔灌注樁適用成孔深度內(nèi)沒有地下水的情況，成孔時(shí)無(wú)需采取護(hù)壁措施而直接取土成孔。干式成孔采用螺旋鉆機(jī)，由螺旋鉆頭切削土體，切下的土隨鉆頭旋轉(zhuǎn)并沿螺旋葉片上升而排出孔外。螺旋鉆機(jī)具有成孔效率高、無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲的特點(diǎn)，宜用于勻質(zhì)黏土層，也能穿透砂層，成孔直徑為400-600毫米，成孔深度在12米以內(nèi)。
泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁
泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁采用泥漿護(hù)壁濕作業(yè)成孔，能夠解決施工中地下水帶來(lái)的孔壁塌落、鉆具磨損發(fā)熱及沉渣問(wèn)題。常用的濕作業(yè)成孔機(jī)械有沖抓錐成孔機(jī)、斗式鉆頭成孔機(jī)、沖擊式鉆孔機(jī)、潛水鉆機(jī)、大直徑旋入全套管護(hù)壁成孔鉆機(jī)和工程水文地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)等。其中回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是灌注樁施工用得最多的施工機(jī)械，該鉆機(jī)配有移動(dòng)裝置，設(shè)備性能可靠，噪聲和振動(dòng)小，效率高，質(zhì)量好。該鉆機(jī)適用松散土層、黏土層、砂礫層、軟巖層等地質(zhì)條件。
按成孔工藝方法分
目前鉆孔灌注樁常用成孔方法主要有螺旋鉆，沖擊、沖抓錐成孔、振動(dòng)沉管、潛水電鉆成孔、正循環(huán)鉆進(jìn)成孔和反循環(huán)鉆進(jìn)成孔等七種。這些方法各有特點(diǎn)，其適應(yīng)地層、成孔直徑，作業(yè)深度都有一定局限性，單一的一種方法很難滿足各類鉆孔樁施工的要求。大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，施工方法選擇是否合適及技術(shù)條件的優(yōu)劣，不僅對(duì)樁孔質(zhì)量和施工速度有至關(guān)重要的影響，且對(duì)孔的穩(wěn)定期、混凝土澆灌質(zhì)量乃至樁的承載力具有決定性意義。如螺旋鉆在松散均質(zhì)土層中成孔速度很快，但一遇地下水或較大塊石、卵石則無(wú)法成孔；反循環(huán)鉆進(jìn)雖具有地層適應(yīng)性廣，鈷孔深度大，樁經(jīng)可變范圍大的特點(diǎn)，但小于60mm樁孔就不便于工。
性能特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
鉆孔灌注樁通常屬于非擠土樁，與沉管灌注、錘擊預(yù)制樁等錘擊沉樁方式相比，施工時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、噪音均較小，對(duì)周圍居民的生活、交通設(shè)計(jì)及建筑物等危害小。可根據(jù)不同的地質(zhì)情況和工程需求設(shè)計(jì)建造不同的樁徑，還能改變樁的長(zhǎng)度，調(diào)整不同樁的長(zhǎng)度。在基坑工程中，可通過(guò)樁徑、混凝土強(qiáng)度的改變來(lái)調(diào)整樁身強(qiáng)度、剛度，通過(guò)鋼筋配置上的變化來(lái)調(diào)整其抗彎抗剪能力。成樁施工工藝種類較多，相應(yīng)的施工設(shè)備選擇面也寬，可根據(jù)不同場(chǎng)地不同地質(zhì)條件選擇適合的工藝和設(shè)備，保證施工質(zhì)量和效率。
缺點(diǎn)
鉆孔灌注樁施工工期一般較長(zhǎng)，當(dāng)施工操作與質(zhì)量控制不到位時(shí)，會(huì)發(fā)生樁的縮徑、斷樁、樁頂混凝土疏松、樁身局部夾泥等問(wèn)題，對(duì)施工人員的素質(zhì)要求較高。環(huán)境保護(hù)方面，泥漿清運(yùn)排放是一個(gè)難題。鉆孔灌注樁的造價(jià)要高。
應(yīng)用領(lǐng)域
在建筑中的應(yīng)用
鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的應(yīng)用下可使得建筑基礎(chǔ)土層與灌漿柱緊密結(jié)合，建筑基礎(chǔ)的安全性和穩(wěn)定性很高，相比于普通施工技術(shù)，不容易發(fā)生意外的建筑事故或者自然災(zāi)害事故。另外，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工技術(shù)適用性高，建筑工人可根據(jù)建筑周圍環(huán)境和建造要求適當(dāng)改動(dòng)施工方案，這大大降低了建筑工程的建設(shè)成本。
在公路橋梁中的應(yīng)用
公路橋梁鉆孔灌注樁施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，不僅成孔質(zhì)量好、施工速度快，而且不會(huì)對(duì)施工環(huán)境造成較大不良影響。在成孔施工中，泥漿護(hù)壁能夠取得良好、穩(wěn)定的效果。
在水利工程中的應(yīng)用
鉆孔灌注樁的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在多個(gè)方面，包括強(qiáng)大的單樁承載性能、高程度的工業(yè)化流程，以及成熟的施工工藝等，已經(jīng)頻繁應(yīng)用于水利工程中。
發(fā)展趨勢(shì)
環(huán)境影響
鉆孔灌注樁施工過(guò)程會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生一定影響，如噪音、振動(dòng)和土壤擾動(dòng)等。需要采取有效的環(huán)境保護(hù)措施，減少施工對(duì)環(huán)境的影響。
資源利用
在鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，需要大量的混凝土、鋼筋和水等資源。應(yīng)優(yōu)化資源利用，減少浪費(fèi)，并探索替代材料的使用，以降低對(duì)資源的依賴。
橋梁壽命周期成本
考慮鉆孔灌注樁施工技術(shù)對(duì)橋梁壽命周期成本的影響。通過(guò)選擇合適的施工方案、材料和監(jiān)測(cè)方法，減少后期維護(hù)和修復(fù)成本，提高橋梁的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
參考資料 >
術(shù)語(yǔ)在線.術(shù)語(yǔ)在線.2023-12-11
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