预制桩和灌注桩的选择
桩基础是建筑工程和桥梁、高耸结构等常用的一种深基础形式。
从设计角度来讲,通常情况下是天然地基承载力或者沉降变形不满足规范要求,而地基处理的成本又过高,所以才选择桩基础的形式。实际项目中,在土质软弱且埋藏较厚的地基中,桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降小、耗材少等特点,可以有效满足建筑物对变形和稳定性的要求。
从施工角度而言,桩基础可分为预制桩(预应力管桩最为典型)和灌注桩(钻孔灌注桩最为典型)两大类。每一类又可细分为不同的小类。两者都是两种桩型各具特点,不同的施工方法,采用的机械设备和施工工艺不同,桩与土的作用机理也不同,适用范围有所不。
那么,预制桩和灌注桩有何优劣,如何选择?请看下文。
预制桩,顾名思义,是在工厂预先制造完成桩体,运到现场再行施工的工法。
常见的预制桩为预应力管桩,是采用先张法预应力工艺、掺加高效减水剂、高速离心蒸汽养护成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件,主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。
灌注桩,从名称也容易知道这是在现场完成桩体混凝土浇筑的工法。
常见的灌注桩为钻孔灌注桩,是在工程现场通过利用钻孔机具在土中钻进,边破碎土体边出土渣而成孔,然后在桩孔内放置钢筋骨架,再灌注混凝土而做成的桩。
以下将从桩的作用机理、建设条件、施工工艺、建设成本等角度对预应力管桩与钻孔灌注桩的异同进行比较分析。
预应力管桩是通过打入或压入地基内达到所需的深度,在沉桩过程中,周围土体受到桩体的挤压作用。如果桩布置过多,或者沉桩速度过快,或者沉桩顺序不当,将导致短期内孔隙水压力上升,使土体隆起并向侧向挤压,使应力影响范围内的已有建(构)筑物及道路等产生变形,甚至破坏。同时还会对已施工完毕的工程桩产生挤压,使之产生偏移、上浮甚至断桩的风险。
另外,预应力管桩便于控制桩身裂缝,适用于抗拔桩。
钻孔灌注桩采用干作业法或泥浆护壁法成孔,在成孔与成桩的过程中对桩周围的土没有挤压作用,不会引起土体中超孔隙水压力的增长,所以灌注桩的施工不会危及周围相邻建(构)筑物及道路的安全。
总之,相对预制桩而言,钻孔灌注桩相比预应力管桩具有无振动、无挤土影响、对周围建筑物影响小等特点;但灌注桩身混凝土强度浇筑质量较难控制,不如工厂化生产的预制桩。灌注桩无预应力的存在,难以适用于抗拔桩。
预应力管桩沉桩适用于地基土质为软土、砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土,不易穿透较厚的砂土等硬夹层,只能进入砂、砾、硬黏土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。如果沉桩困难时,可采用引孔措施。
采用打入或静压预应力管桩,以强风化岩层为桩基持力层时,桩身穿越的大部分为软弱土、粘性土及全风化岩层,整体来说沉桩阻力不大。如局部残积层及全风化层中有孤石存在,在成桩过程中可能造成一定的困难。由于施工需要有振动沉桩锤、起重设备等大型机具,因此所需施工场地较大。
钻孔灌注桩适用于各种砂性土、黏性土,也适用于碎石、卵石类土层和岩层。但对淤泥及可能发生流砂或承压水的地基,钻孔时容易塌孔埋钻,施工较困难。
总之,钻孔灌注桩相比预应力管桩具有施工设备简单、操作方便、不受场地狭小限制等特点,但施工工期较长,施工质量不如预应力管桩稳定。
预应力管桩的施工工艺为:测量定位→桩机就位、对中→压桩→接桩→送桩或截桩→静压桩到设计高程。
钻孔灌注桩的施工工艺为:钻孔桩施工流程:桩位放样→钢护筒埋设→泥浆系统布置→桩机就位→钻孔→清孔→装吊钢筋骨架→灌注水下混凝土→桩基施工完毕,拆卸钻机。
一般情况下,相同建筑场地,预应力管桩的工程造价低于钻孔灌注桩。
如果在地质条件不是很好的区域,场地局部残积层及全风化层中分布规律的孤石,预应力管桩将需要采用引孔措施,会增加很大的工程投资,造价相对较高。
预应力管桩具有造价经济,工期短,质量有保证等优点,但对场地的土质、场地周围条件有一定要求。
钻孔灌注桩不受土质、场地条件限制,但工期长(比如桩基混凝土的养护时间较长),造价较高。
尺有所短,寸有所长。无论哪种桩基础,在实际应用中均有一定的优缺点,我之优点即彼之缺点,反之亦然。工程中两者始终并存,一方并未压倒另一方,也说明了两者在整体上是旗鼓相当的。
如何具体选择,则需要根据工程实际需要,从拟建场地类型、软硬土分布、水文条件、周围环境等条件,结合工程具体建设内容、工序的连续性、工期整体控制等各个方面对预应力管桩和钻孔灌注桩进行综合的技术经济比较。通过两个方案的综合对比,就可以得出最合适的桩基的方案。