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一種多盤體灌注樁自動成型裝置
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多盤體灌注樁一次成型裝置研發項目簡介

一、項目意義

本研發項目屬于公司在住建部立項的“地下空間開發靜力擠入技術研究”(立項號:2013-K3-26)技術體系中一子項目。在原有研究技術上新搭載了噴射納米水泥漿、多元振動、循環水散熱、智能控制等新功能,擴大了適用范圍,對沿海軟土地區建設工程更具現實意義:

1940年大功率鉆機研制成功,鉆孔灌注樁在美國問世。1890年美國和瑞士分別打下第一根鋼管樁和鋼筋混凝土預制樁后的一百二十多年時間,打入樁因其對環境的不良影響及對樁身上部的拉應力造成樁身上部微裂紋影響質量已在許多國家及城市禁止使用,打入樁的時代也將逐漸離我們而去。20世紀末期興起了預鉆孔插入樁和靜力壓樁,但是預制樁的承載力不可能有質的飛躍,它們仍然不能滿足超高層建筑的要求。為適應建筑越來越向高層發展的需要,人們不得不依靠大直徑深長直桿灌注樁,20世紀80年代,大直徑直桿灌注樁在我國高層建筑中廣泛使用,用量逐步成為世界之最。30年后的2008年,在軟層土中的上海中心(632米高層)采用的是直徑一米的直桿灌注樁,這表示大直徑直桿灌注樁在高層中僅用了30年就逐漸“失寵”。

直桿灌注樁不僅存在難以避免的“臺階型沉降” ,以及樁的臨界深度和樁的尺寸效應等“先天不足”缺陷,就其泥漿處理不容人們樂觀(舉例,上海中心大廈632米中國第一高樓,用了955根86米深1米直徑的直桿灌注樁,僅排出的泥漿量就是6157萬m3約等于7388.4萬t)!

從20世紀90年代始,國內外都投入大量資源另辟蹊徑研發變截面灌注樁、原土改性樁等樁基新技術,樁向中短變截面型及更強調資源節約和環保方向發展是不可逆轉的趨勢。本項目轉化研發迎合了這一趨勢。

二、項目可行性

2.1、本項目是在經山西2006年工程案例試用成功并獲得山西省級(晉建【2007】15號)和國家級工法(建質【2008】22號)的產品基礎上實施的升級換代產品。在原有技術上新搭載了噴射納米水泥漿、多元振動、循環水散熱、智能控制等新功能,擴大了適用范圍,技術層面無不可逆轉障礙。

2.2、前景誘人。多盤體灌注樁集:成孔—擴盤—擠土—高壓噴漿將軟土改性為水泥土性狀—振動拔樁和混凝土振搗密實---安放鋼筋籠---灌注混凝土---循環水散熱---樁成型八大工序于成型裝置一身、擠入拔出一道工序既成樁;單樁工期比其它擴盤樁約節省1/3以上。遇深軟土層其中夾層又不宜做端承持力層,其它盤體樁型設置效果很不理想,直桿樁承載力又難以達到使用要求或雖達到要求經濟性差等復雜情況時,一次成型裝置噴射適當比例的二氧化硅納米水泥漿,可在短時間改善軟土性質,人為建造出端承持力層。且納米水泥漿在樁身周圍形成有效拱衛圈,可有效防止超孔隙水壓力作用下的現澆混凝土樁身易產生縮頸、托頂、夾泥的通病。況且,摻入納米水泥漿與普通水泥漿的性價比前者比后者更經濟。

三、主要創新點:

3.1、同等條件下,多盤體灌注樁其單方混凝土折算承載力是直桿灌注樁的2倍以上,資源消耗是0.6倍。在飽和軟土中,由于搭載了高壓噴射納米水泥漿的功能,可將樁周側一定范圍內飽和軟土改善成納米水泥土性狀。不但有效防止超孔隙水壓力造成的樁縮頸、托頂、夾泥等通病,而且比其它變截面樁型更具高承載性能和廣泛適應性的意義。

3.2、目前國內外所有擠擴、夯擴、壓擴、挖擴、爆擴、機械切削擴大頭、高壓水(含漿液)沖擴等變截面樁工藝基本屬于需要多臺設備多種工藝前后竹節式交叉作業的技術,在飽和軟土以及某些自承力薄弱土中,先鉆孔后擠擴或切屑,成樁總體效果欠佳;另外,對于相當深度沒有沒有較硬夾層可利用時只能淪陷為純摩察樁型而失去盤承力優勢。本項目8大工藝集于一身,從擠入到拔出一道工序成樁完畢,還可在適當軟土部位輔助創建具有比軟土強度高得多的納米水泥土持力層。

四、市場前景及其它

4.1、至今,建筑樁基市場占主導地位的仍是傳統的直桿灌注樁、PHC管樁;這就足以說明樁基市場中并沒有出現與上述兩種樁型抗衡的多盤體或擴大盤體樁,換句話說多盤體灌注樁的最大競爭對手仍然是PHC管樁和灌注樁,而不是現有同類擴大盤體樁。因此,一旦本項目轉化推出市場,其前景不容小覷:

⑴、有重大經濟價值:按2015年國家統計局公布數據:國內建筑業總產值14萬億元。其中樁基工程產值約占3465億元/年,按該產品占據市場30%測算,全國年產值為1040億元/年,可新增就業20.8萬人次,新增稅52億元/年。

⑵、社會環保效應明顯:按現有建設規模概估,假設在全國范圍推廣使用多盤體灌注樁占到樁基市場份額30%以上,每年可節約水泥1000萬t以上和水875萬m3、石子3000萬m3、砂2000萬m3外;減少汽車污染物排放11178t, Co2排放3960t,節省燃油14793.6t。直接減少因水泥生產造成的二氧化碳排放約400萬噸。因減少用鋼量帶來的二氧化碳減排287萬t,僅此一項全國預測減碳排放687萬噸以上!

⑶、高承載力屬性。多盤體灌注樁屬灌注樁系列,所不同的是在樁身有多個擴大盤體(見圖1),以盤體端承受力為主,樁身摩擦受力為輔,與同等條件下的直桿灌注樁相比,折算單方混凝土承載力至少提高2.0倍,經某大學在天津軟土分布區實驗結果表明:樁徑600---800mm,,樁長30---45m,單方承載力是直桿樁的2.1倍;而在持力層較好、較淺分布區,樁徑420---500mm,樁長12---18m,是直桿樁的3倍;當主樁徑為400---700mm的多節盤體樁的單樁承載力,一般可按樁身強度作等強設計,非常適合高層抗壓抗拔抗震需求。節約資源。

4.2、 其他

搭載新技術處于復雜惡劣環境工作,對耐用性和時效性有較高要求,仍需要實地反復驗證方可大批量生產。


圖一
圖一

圖二
                             二個盤體灌注樁圖樣品1

二個盤體灌注樁圖樣品2


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