人工挖孔灌注桩\长螺旋钻孔灌注桩适用分析
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【摘要】：通过对位于山东威海某住宅楼进行的桩基设计分析,提出了几种可能的桩基设计方案,针对不同的方案,从成桩机理、适用范围及特点和技术可行性、经济合理性等方面进行了分析、比较,得出了更为合理的桩基设计方案。
【关键词】： 人工挖孔灌注桩，长螺旋钻孔灌注桩，进入持力层深度 ，优缺点
中图分类号：U443.15+4文献标识码： A 文章编号：
前言
近几年来,随着施工技术的不断发展,人们对城市环境质量日益重视,沉管桩、夯扩桩、静压桩、深层搅拌桩及部分钻孔灌注桩施工因其噪声、振动、粉尘、泥浆排污及高成本等原因正逐步被人工挖孔灌注桩及预应力管桩、长螺旋钻孔灌注桩、泥浆护壁钻孔灌注桩等所替代，预应力管桩在桩端持力层为强风化、中风化岩石层时不实用（桩端宜受损），实际常用的一般是人工挖孔灌注桩和长螺旋钻孔灌注桩，哪种桩基础更经济安全可靠，下面就先比较一下各自的优缺点再从实例比较看看具体工程中如何选择。
一，
人工挖空灌注桩成桩机理、适用范围及特点
人工挖孔灌注是指桩孔采用人工挖掘方法成孔．然后安放钢筋笼．灌注混凝土后而形成的桩基属于大直径扩底灌注桩，按照承载状态分属于端承摩擦型桩，桩顶竖向荷载主要以桩端阻力承受。按照直径来分属于大直径桩≥800mm,（一般来说直径为800mm~2000mm）
1，桩端持力层：
持力层宜选择中密以上的精土、砂土、卵睬石和全风化或强风化岩体，且层位稳定; （2） 当无软弱下卧层时，桩端下持力层厚度不宜小于2.5 倍桩的扩大端直径;当存在相对软弱下卧层时，持力层的厚度不宜小于2.0 倍桂的扩大端直径，且不宜小于5m;（3） 桩端下(2.0----2.5) 倍桩的扩大端直径范国内应无软弱夹层、断裂带和洞隙，且在桂端应力扩散范围内应无岩体陆空面。
2，配筋率：
（1 ）桩身正截面的最小配筋率不应小于0.3% ，主筋应沿桩身横截面周边均匀布置;对于抗拔桩和受荷载特别大的桩，应根据计算确定配筋率;
（2 ）箍筋直径不应小于8mm ，间距宜为200mm ~ 300mm,宜用螺旋箍筋或焊接环状箍筋;对于承受较大水平荷载或处于抗震设防烈度大于等于8 度地区的桩，箍筋直径不应小于lOmm ，桩顶部3 倍至5 倍桩径范围内(桩径小取大值，桩径大取小值)箍筋间距应加密至100mm;
（3 ）扩大端变截面以上，纵向受力钢筋应沿等直径通长配置;
（4） 当钢筋笼长度超过4m 时，每隔2m 宜设一道直径为18mm 至25mm 的加劲箍筋;每隔4m 在加劲箍内设一道井字加强支撑，其钢筋直径不宜小于16mm; 加劲箍筋、井宇加强支撑、箍筋与主筋之间宜采用焊接;
（5 ）除抗拔桩外，桩端扩大部分可不配筋;
3，护壁要求
主筋保护层厚度有地下水、无护壁时不应小于50mm;无地下水、有护壁时不应小于35mm 护壁厚度一般为D/10+5(cm)(其中D为桩径)，护壁内等距放置8根直径8mm～lOmm的直钢筋．插入下层护壁内，使上下层护壁有钢筋拉结，以避免护壁出现流砂、淤泥，造成护壁因自重而沉裂的现象。
承台尺寸及配筋
（1 ）对于柱基础，宜采用一柱一桩;当柱荷载较大或持力层较弱时亦可采用群桩基础，此时桩顶应设置承台，桩的承载力中心应与竖向永久荷载的合力作用点重合;
（2） 极的中心距不宜小于1. 5 倍桩的扩大端直径;
(3) 扩大端的净距不应小于O.5m;
（4）单桩承台（柱帽）一般均为构造配筋，
承台构造
人工挖孔灌注桩的优缺点
优点：成孔机具简单，作业时无振动、无噪声，对施工现场周围的原有建筑物影响小．当施工场地狭窄．邻近建筑物密集时尤为适用；施工速度快，可按施工进度要求确定同时开挖桩孔的数量，必要时各桩孔可同时施工；当土质复杂时．可直接观察或检验分析土质情况；桩底沉渣能清除干净．施工质量可靠。而且桩径和桩深可随承载力的情况而变化，桩底也可人工扩大成为扩底桩且单桩承载力较大。
缺点：1。持力层地下水位以下则难以成孔 2.需要大量劳动力。如果劳动力不足则严重耽误工期。但又不是劳动力越多越好，因为涉及到护壁上强度需要一定的时间。3.挖孔过程中有一定的危险，一旦塌孔往往造成严重后果。4，作业周期相对较长。
二，
长螺旋钻孔灌注桩的成桩机理、适应范围和特点
长螺旋钻孔灌注桩采用中心泵压混凝土后植入钢筋笼灌注桩成桩工艺，施工工艺过程是长 螺旋钻孔一边提钻时通过钻杆中心泵压混凝土后桩体混凝土中植入钢筋笼从而成 桩。桩端选择较硬的土层为桩端持力层，桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，碎石类土，不宜小于1d。当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d。
本工法适用于建（构）筑物基础桩和基坑、深井支护的支护桩，适用于填土层、淤泥土层、沙土层及卵石层，亦适用于有地下水的各类土层情况，可在软土层、流沙层等不良地质条件下成桩。桩径一般采用400mm～1200mm桩长一般不超过24～28m，
配筋率：当桩身直径为300～2000mm 时，正截面配筋率可取0.65％～0.2％ （小直径桩取高值）；对受荷载特别大的桩、抗拔桩和嵌岩端承桩应根据计算确定配筋率，并不应小于上述规定值；
2 配筋长度：
1) 端承型桩和位于坡地岸边的基桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋；
2）桩径大于600mm 的摩擦型桩配筋长度不应小于2/3 桩长；当受水平荷载时，配筋长度尚不宜小于4.0/a （a 为桩的水平变形系数）；
3）对于受地震作用的基桩，桩身配筋长度应穿过可液化土层和软土层，进入稳定土层的深度不应小于本规范第3.4.6 条规定的深度；
4) 受负摩阻力的桩、因先成桩后开挖基坑而随地基土回弹的桩，其配筋长度应穿过软弱土层并进入稳定土层，进入的深度不应小于2～3 倍桩身直径；
5) 专用抗拔桩及因地震作用、冻胀或膨胀力作用而受拔力的桩，应等截面或变截面
长螺旋钻孔灌注桩优点：
1、机械化作业，施工简单；
2、钢筋笼、砼可集中加工、配送，也可以现场加工，作业方便；
3、施工速度快，噪音低，工艺成熟，相当来讲过程中安全可靠。
长螺旋钻孔灌注桩缺点：
1、隐蔽工程，质量控制难度大；
2、可能会产生大量的泥浆垃圾，处理难度大，对环保要求高；
3、对现场道路的通行标准有要求
工程实例
威海市蒿泊61号住宅楼位于威海市蒿泊村，地上6层，半地下一层，为旧楼拆除，原址新建的工程，框架结构，檐口高度17.300米。根据地质报告场地土层分布从上而下依次为：（1）层素填土（2）层粉质粘土（3）层中粗砂（4）层全风化花岗岩（5）层强风化花岗岩。地下水位1.0~4.6米，主要含水层为（3）（4）（5）层，场地东部持力层埋藏很深，地形高低起伏较大，场地局部基岩面坡度较大（大于10%）。
人工挖孔桩设计：
直径800mm，扩大头直径为1000，桩端持力层为（5）强风化花岗岩，要求桩端进入持力层不小于1.5米，根据各土层的侧摩阻及极限端阻力算的最小的人工挖孔灌注桩的单桩承载力特征值为：[3.1415*0.5 *0.5*5000+2*3.14*0.4*（1.2*66+2.6*55+1.2*100）]/2=2657kN,有效桩长为6.5米，单柱的竖向最大轴向力为1675KN，一柱一桩，桩帽为构造配筋。
长螺旋钻孔灌注桩设计：
直径400mm,桩端持力层（5）层强分化花岗岩，要求桩端进入持力层不小于1.5米，根据各土层的侧摩阻及极限端阻力算的最小的长螺旋钻孔灌注桩的单桩承载力特征为:[3.1415*0.2*0.2*2200+2*3.14*0.2（1.2*68+2.6*53+1.2*90+1.5*120）]/2=456kN,
有效桩长为6.5米，单柱的竖向最大轴向力为1675KN，一柱4桩，承台为四桩承台2.0*2.0*0.9，计算配筋。
结论：
按桩的根数来说，人工挖孔灌注桩数量少，从总桩的混凝土用量来看，桩长相同，四根长螺旋桩的混凝土用量跟一根人工挖孔灌注桩用量相当，桩身均为构造通长配筋；人工挖孔灌注桩承台混凝土及配筋小于长螺旋钻孔灌注桩。由于人工费用增加较大，按照工日核算下来人工挖孔灌注桩费用应该较长螺旋钻孔灌注桩多。从本工程的实际地质情况，若采用长螺旋钻孔灌注桩桩端进入持力层深度很难保证，局部基岩面坡度较大，很难保证桩身的稳定性。根据整个场地的有效桩长平均在7.5米左右，人工挖孔灌注桩进入持力层可靠不受场地石块影响等特点，最终本工程采用人工挖孔灌注桩。
参考文献
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
朱炳寅 娄宇 杨琪《建筑地基基础设计方法及实例分析》
《建筑桩基设计规范》（JGJ94-2008）
中国有色工程有限公司（原中国有色工程设计研究总院）主编《混凝土结构构造手册》（第四版）中国建筑工业出版社 2012