桩基础施工新技术专题讲座(十四)

筒桩技术特点

从桩的形态来看，属于大直径薄壁筒形桩，突破了普通沉管桩和普通预制桩直径600mm以内的限制，使桩径大大增加，可充分发挥大直径桩稳定和高强度的作用。

从桩的排土性能来看，它是属于少量挤土桩。在成桩的过程中大量土石不是挤向周围土体而是被内管套入其中，对于土质较软的黏土，当内管土挤到一定程度时，便从上部泄口中溢出。桩周土受挤程度较轻，可克服沉管桩和预制桩的桩身受施工桩的挤土作用，从而可避免地基土的隆起和桩身向上位移。

从成桩机理来看，筒桩有如下三大作用：模板作用。在振动力的作用下环形腔体成孔器沉入土中后，灌注混凝土，当振动模板提拔时，混凝土从成孔器下端进入环形槽孔内，空腹模板起到了护壁作用，因此不易出现缩壁和塌壁现象。从而成为成孔、护壁、灌注一次性直接形成筒桩的工艺；振捣作用。成孔器振动提拔时，对混凝土有连续振捣作用，使桩体充分振动密实，由于混凝土向两侧挤压，而使筒桩壁厚度得以保证，混凝土密实；挤密作用。在施工过程中由于振动、挤压和排土等原因，可对桩间土起到少量的密实作用。

从桩的承载能力来看，它具有较高的竖向极限承载力。在相同混凝土用量的情况下，圆筒形结构比圆柱形结构具有大得多的外表面积和惯性矩。作摩擦型桩使用时，承载力提高很多。软土地区现场试验显示，直径为1000mm、壁厚为120mm、桩长为18m的素混凝土筒桩，其极限承载力为1400~1500kN。以壁厚200mm、直径1500mm的筒桩与直径1000mm的钻孔灌注桩相比，两者混凝土用量大体相等，在相同桩长的情况下，前者的极限承载力是后者的1.55倍左右。筒桩作为支护桩使用时，抗弯强度提高很多。

从桩型结构特点来看，它是属于现场灌注薄壁圆形结构，且有较强的抗压抗弯性能。一般灌注桩竖向受力并不需要全断面，混凝土强度得不到充分发挥。从抗弯能力计算，断面中心部位混凝土所起的作用更可忽略不计，然而筒桩正是可避免灌注存在的混凝土和钢筋材料浪费问题，以最合理的材料获得最有效的结构效应。

从施工角度来看，由于筒桩是连续灌注而成，而且是在中高频振动下起拔，因而整体性和混凝土质量较好，施工方便迅速。尤其在海上施工，插入土层的桩体，进入海水层以及上部的桩柱，数十米长度可一次性灌注完成，对混凝土质量能进行有效的控制。由于采用中高频振动，对地表振动影响小，对地基土体起振密作用，提高地基土的承载力。施工中没有泥浆排放，故对环境无污染。

筒桩优缺点

优点

筒桩优点包括：承载力高；无泥浆污染；节省混凝土，工程造价低；施工速度快捷；挤土效应相对较少；工后沉降小以及随地质条件变化适应性强。

缺点

筒桩缺点主要有以下几点：桩架设备比较笨重，浅表处2～3m深的土层受压后可能会使半成品筒桩开裂，因此须对浅表层土加以保护；初期投入的成本较高；需用功率较大的变电器，以满足用电负荷的要求；土芯需用挖掘机等作业设备进行清运。

筒桩适用范围

筒桩适用于软弱土层及第四纪覆盖的松散地层，具体地说适用于软黏土、黏土、粉质黏土、砂土、砂砾土及严重风化成土状的岩层。软土层厚度一般为6～35m。桩端持力层为较厚的强风化或全风化岩层、硬塑～坚硬黏性土层、中密～密实碎石土、砂土和粉土层。筒桩对于嵌岩桩暂时还无能为力，因为筒桩的桩端是一个混凝土预制的管靴，当基岩超过混凝土硬度时无法进入基岩，满足不了桩基嵌岩深度。对于一定要达到嵌岩深度的筒桩，只能将钢管内土体挖除，用人工方法掘岩扩底，然后灌注成桩。筒桩不仅适用于陆地，更适用于海洋。

筒桩可应用于道路工程中的软基处理及桥涵的桩基工程；海洋工程中的支护结构及软基处理；工业和民用建筑中深基坑支护工程及多层建筑桩基础；其他重要建筑物的地基加固，如机场跑道、停机坪、发射场软基加固等。水文地质中利用筒桩的有利成孔条件，可为大量开发地下水资源开辟新的途径。筒桩也可广泛应用于城市地下工程、沿海防咸工程和护岸工程中的地下连续墙工程。

筒桩施工机械设备

筒桩施工设备主要包括桩架和成孔器，成孔器的关键设备是中高频振动锤。

桩架

不论采用何种形式的桩架，必须满足桩长、桩径、振动锤的形态和装载重量及其稳定性的需要，接地压力应满足地基承载力的要求，并且要求移位机动性强，调整位置和角度方便，此外选择桩架时还要考虑地面坡度等因素。在水上施工时可把桩架设置在船体上或搭设的排架上。

成孔器

成孔器可分为单桩成孔器和联体筒桩成孔器，分别用于单体筒桩和联体筒桩的施工。单桩成孔器包括中高频振动锤、夹持器、出泥孔、环形桩尖、内管、外管、混凝土受料槽以及环形空隙等部件(见图3)。

联体筒桩成孔器，由单桩成孔器相互连结而成(见图4)。