引孔靜壓樁在高層建筑中的施工應用

肖能立 游普元

(重慶工程職業技術學院，重慶400021)

1 引言

靜壓樁法施工是通過靜力壓樁機以壓樁機自重及樁架上的配重作反力將預制樁壓入土中的一種沉樁工藝［1，2］，它以輕、便、靜、快、省、準、穩的優點，在我國的湖北、浙江、福建等省市都有廣泛的應用。當壓樁力、壓入深度達到設計要求后，將樁與基礎連接在一起，達到提高地基承載力和控制建筑物沉降的目的。但是由于建筑物所在地理條件的限制，在一些風化巖面較淺、有夾層不能作為持力層且周邊有建筑物的情況下，由于斷樁、擠土效應和沉降等問題，需要采用引孔植樁的方式進行施工［3］。此外，錘擊管樁具有嚴重的噪音效應影響正常工作環境;沖、鉆孔灌注混凝土樁的經濟和技術方面都不合理，而引孔植樁法可以克服以上的缺陷。首先，引孔后可以大大加長植樁的深度，避免了斷樁的不利影響，并可以保證樁端穩定進入持力層;其次，引孔植樁還可以避免臨時改變樁型所增加的費用，同時還可以大大降低“擠土效應”帶來不利沉樁的影響，在局部地質環境較差的區域可以發揮較好的壓樁施工作業。

本文在借鑒靜壓樁加固建筑物與施工的基礎上，將引孔植樁工藝成功應用于重慶市渝北區某學校綜合大樓工程中。該方法輔助壓樁進入設計樁端持力層，既提高了施工效率，又有效減弱了附加沉降，取得了良好的經濟效益和工程效果，為類似工程提供了參考經驗。

2 施工方法分析

2．1 施工原理

引孔配合靜壓樁植樁法針對地質情況比較復雜，有黏土、砂層、巖層相互交替，夾層較多，樁端持力層較淺，壓樁機無法穿透的情況，很難達到設計有效樁長的要求。

引孔壓樁法在壓樁施工前，引孔機能夠穿透一般壓樁機無法正常施工的粉砂層，引孔深度達到設計要求的最小有效樁長，給后續壓樁施工做好準備，能夠順利保證壓樁施工達到有效樁長后，只控制樁端持力層進入1m以上和樁的終壓力值大于設計要求即可。

引孔后再壓樁，可以減小一般壓樁工藝在施工過程中對土壤的擠壓效應。因為在靜壓樁施工前，引孔機已經按照樁位把整個樁孔的土壤取出來，形成一個相對孔洞，在靜壓樁施工時樁對土壤的摩擦擠壓力大大減小，從而避免管樁的上浮和復壓現象的發生。

引孔配合靜壓樁植樁法既要滿足單樁承載力要求，又要滿足單樁有效樁長要求，解決因壓力過大造成樁體損壞或壓力滿足要求但樁身無法達到設計標高要求的問題。

2．2 施工工藝流程

引孔配合靜壓樁施工主要工藝流程為:確定樁位孔及定位→樁埋設及樁段加工制作→樁引孔及錨桿養護→安裝壓樁反力架→第一節樁就位、校正→壓樁→深度及壓力值記錄→下節樁就位、校正→接樁→壓樁→壓樁到設計要求→最終深度及壓樁力驗收→拆除壓樁反力架→切割樁頭→清孔(配制微膨脹早強混凝土)→封樁［4］。值得注意的是:在鉆孔過程中，鉆孔樁位編號與壓樁編號一致，鉆孔速度與壓樁速度保持一致，考慮到地質層及地下水位高度，采用隔一跳打的方式進行施工。

2．3 施工技術要求

(1)施工前，嚴格按圖紙放設基準點、控制軸線、軸線、樁位，并用300 mm長φ6鋼筋系上紅線打進土里作為樁位標識，經監理單位對軸線和樁位進行復核，確認樁位準確無誤后才能施工。

(2)引孔前，在樁位標識外7～10 m處引兩個作固定點監測其是否偏位，同時設兩垂線監測其垂直度?；劂@退出的同時清理泥漿至場外，并用500 mm×500 mm木板蓋住孔口防塌孔。

(3)樁機就位后先對準樁孔位置將樁機調平，樁段大致垂直，樁尖入地面后調直，當樁入土50 cm時再直樁及調節器平樁機操作平臺。第一節樁下壓前，必須用兩向吊線嚴格對中調直，傾斜率不得大于0．5%，保證樁的垂直度。靜壓樁過程中應設立固定標志監測樁是否有偏移，若偏移超過規范允許值，必須拔起重新對中。

(4)下壓沉樁，在垂直的兩個方向上放設吊線錘，對樁身垂直度進行監測。靜壓沉樁當第一根管樁樁頂距地面0．5～1．0m時，按照設計要求灌筑混凝土1 000 mm厚封樁底。

(5)接樁，當樁頭高出地面0．5～1．0 m時接樁，接樁前必須先調直上節樁，上下樁保持順直，上、下樁中軸線偏差不得大于2 mm，用鋼刷對接面刷清，然后對好兩節樁的接口進行燒焊，施焊應對稱、分層進行并不少于兩層，自然冷卻后再繼續下壓。

(6)截樁頭，終樁后高出地面的管樁樁頭要用割樁機割斷，并且把樁頭部分敲打到地面以下，保證壓樁機長短樁壓不到的位置。

2．4 注意事項

在采用引孔壓樁的施工過程中，根據壓樁土層的實際情況及相應的成孔條件，需要額外注意以下注意事項:

(1)精確控制樁位，在施工員放線確定樁位后要重新定出樁位控制點。

(2)由于引孔的垂直度直接決定了工程樁的垂直度，所以每增加一節鉆桿需要重新復核垂直度。

(3)成孔質量控制:密切注意土質和水位等的變化，如遇特殊情況需要參照護孔措施進行施工。

(4)口徑:確保引孔孔徑小于管樁樁徑20～50 mm。

(5)引孔深度:引孔深度需要小于樁總入土深度0．5～1 m的范圍內。

(6)時效性:在進行完施工引孔后需要在12 h內進行壓樁施工處理。

在注意以上引孔關鍵環節后，就可以盡可能地避免施工工程中出現的打樁樁斜、打樁樁斷等現象。

3 工程實例

2011年重慶市渝北區某學校綜合樓，地上10層，地下1層，剪力墻框架結構，建筑面積約為7 300 m2。基礎采用PC-400-C60靜壓預應力高強混凝土管樁，持力層選擇強風化花崗巖層。樁入土深度以設計樁長為主，設計樁長在30 m左右，工程樁單樁設計的極限承載力為3 200 kN，共計328根。

該工程場地周邊均有建筑，該區域對振動、噪聲、污染有嚴格要求，而且根據巖土工程勘察報告，場區內地層自上而下可分為素土層(1．3～4 m)、淤泥質土(0．3 ～0．9 m)、粉質黏土(1．0 ～3．2 m)、黏土(1．3 ～6．4 m)、粗砂夾圓礫(1．1 ～9．6 m)、花崗巖層(2．6 ～18．5 m)。地質狀況較為復雜，對施工要求高。

由于施工工期緊迫，由設計、監理及施工方共同確定了靜壓樁施工方案。由于粗砂夾圓礫層下部為相對軟弱的黏土層，無法滿足設計及規范要求，不能直接作為端樁持力層?？紤]到粗砂夾圓礫層的穿透能力較差，先在1#、25#和37#樁點進行了試沉樁。

1#樁壓入土深度13 m時，樁機壓力達到2 800 kN時，樁身無法穿越;25#樁壓入土深度為12 m時，樁機壓力達到2 900 kN，樁身無法穿越;37#樁壓入土深度為12．5 m時，樁機壓力達到2 850 kN，樁身無法穿越。三組樁均無法穿越，且未達到設計樁長要求，因此都停止了壓樁。此時，樁端都已經進入了花崗巖層，壓力已經超過樁身允許壓力，如果繼續加大壓力，可能造成樁身破壞。

經過綜合考慮，會審一致決定采用引孔配合靜壓樁植樁法作業，在考慮到引孔對擠土效應和壓樁力效果的影響上，結合工程實例的相關研究成果，設計引孔直徑為420 mm。控制標準:①結合地質剖面;②按終孔鉆進速率控制(一般可按鉆進速率≤0．5 cm/min);③機長及地質人員現場判斷:鉆進撥拔聲響、鉆具鉆桿抖動厲害，對排出的渣樣進行鑒定等。

4 施工效果

重慶市渝北區某學校綜合樓工程的施工效果主要從施工質量、施工工期與造價以及建筑物控制點監測三方面進行分析。

4．1 施工質量

本工程選取靜力壓樁質量檢驗標準中的主控項目作為重點研究對象，包括樁體質量、樁位偏差和承載力。

本項工程共設計錨桿靜壓樁328根樁，根據施工方案，所有樁位都采用了引孔靜壓樁法進行施工(即先在每個樁位處鉆至預定設計有效樁長處，再進行靜壓樁施工)。通過對樁身完整性檢測結果顯示，樁身完整的Ⅰ類樁共有250根，占總樁數的76%;樁身有輕微缺陷的Ⅱ類樁共有78根，約為總樁數的24%，不影響樁身結構承載力的正常發揮;在檢測過程中沒有明顯缺陷的Ⅲ類樁出現。抽取的6根樁的靜載荷試驗檢測結果表明，6根樁的靜載荷承載力均大于承載力的設計值，表明靜壓樁能滿足設計和規范的要求。

從工程施工質量來看，由于施工過程中采用了引孔作業的方式，可極大地增加植樁的深度，增強了樁的穿透能力，避免樁頭擊破、樁身破損、斷樁等不利的影響。

在對樁進行靜壓樁施工的過程中，在接近設計樁長的深度時，328根樁的最大壓樁力均沒有超過3 000 kN，也沒有出現明顯的擠土效應，整個靜壓樁施工過程進行得十分順利，有效地保護了樁身質量及周邊環境。

4．2 施工工期與造價

從工期看，有效施工期約5個月，可以比采用鉆孔灌注樁施工縮短約1個半月的時間，加快了整個建設工程的施工進度，滿足了業主的施工要求。

從工程造價來看，如果采用沖、鉆孔灌注樁進行施工作業，造價約為126萬元;而實際的施工過程中采用引孔錨桿靜壓樁施工，造價僅為72萬元，節約費用54萬元，約節省43%。

4．3 建筑物控制點監測

為了檢驗施工技術方案的施工效果，根據施工設計方案，在工程開工前，在建筑物上布置了傾斜觀測點16個，沉降觀測點52個。通過持續監測來判斷施工對建筑物的影響。在施工開始直至施工驗收過程中，工程質量監督檢測測試中心共進行了32次傾斜觀測與沉降觀測，觀測周期為每5天進行一次。

1)傾斜值

圖1所示為工程質量監督檢測測試中心對整個工程的傾斜觀測點的觀測結果，根據傾斜值和測量次數繪制了觀測的統計曲線。其中，抽取了8個觀測點間隔3次的檢測數據結果進行了分析，觀測點分別以A1—A8表示。建筑物傾斜率的測量采用掉線錘的方式，實時對建筑物的傾斜率進行測量。

圖1 觀測點傾斜值變化曲線Fig．1 Inclination ratio curve at the observation points

傾斜觀測點的數據結果表明，在32次的傾斜觀測過程中，各個觀測點的傾斜率都在施工合同要求的3‰的范圍內，并且主要控制點的傾斜率均在1．5‰左右，滿足《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)［5］的要求。

2)沉降量

根據施工方案，工程質量監督檢測測試中心在施工過程中，選取了建筑物東西兩側作為沉降量的觀測方向，并選取了部分代表性樁進行了沉降觀測點的實時沉降曲線的繪制。其中，東側的觀測點分別為 Z1、Z11、Z21、Z31，西側的沉降觀測點分別為Z15、Z25、Z35、Z45。從第8次測量的數據開始，對間隔3次的檢測數據結果進行了匯總，首次觀測的沉降觀測點高程值是以后各次觀測用以比較的基礎，施測時采用N3級精密水準儀，并且要求每個觀測點首次高程應在同期觀測兩次后確定。

觀測點的沉降曲線圖如圖2、圖3所示。根據沉降—觀測次數(施工天數)曲線觀測結果，可以看出，從觀測第11次開始(即第55天)至觀測第31次(第155天)的100 d時間里，建筑物東西兩側的測量結果顯示，建筑物的沉降速率均在0．04 mm/d以下，特別是在東側的第17次觀測和西側的第14次觀測后，東西兩側的沉降曲線已呈逐漸收斂趨勢，且沉降速率保持在 0．09～0．22 mm/d之間。根據《建筑變形測量規程》(JGJ 8—2007)［6］中的有關規定，當最后100 d的沉降速率小于0．01～0．04 mm/d，可認為建筑物已經進入沉降穩定階段［7］。因此，可以判定重慶市渝北區的教學樓工程的沉降速率符合施工合同中規定的要求，也符合《建筑變形測量規程》(JGJ 8—2007)［6］中關于穩定的規定，該建筑物沉降情況良好。在沉降觀測初期，建筑物的沉降量相對較大，主要原因在于在錨桿靜壓樁施工過程中產生了很大的彈性變形，在壓樁力撤去之后，由于回彈變形的作用，會導致建筑物沉降量的波動，經過一段時間后，逐漸恢復至穩定階段的水平。

圖2 建筑物東側的觀測點的沉降曲線Fig．2 Settlement curve of building on observation point at east side

圖3 建筑物西側的觀測點的沉降曲線Fig．3 Settlement curve of building on observation point at west side

在全部328根錨桿靜壓樁中，通過對建筑物的傾斜率、沉降量以及樁身完整性與承載力的檢測，表明通過引孔配合靜壓樁植樁法作業，樁位的準確率和樁長都滿足了施工設計要求，施工效果良好。

5 結論

引孔靜壓樁植樁法在渝北某學校綜合樓中的應用，解決了在復雜特殊的地質條件下，靜壓預應力管樁施工有效樁長和單樁承載力不夠的難題，從而滿足設計有效樁長和單樁承載力要求，保證了樁基礎施工質量。

通過實際檢驗，能夠滿足靜力壓樁質量檢驗標準，各個觀測點的傾斜率滿足了《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)［5］中的要求，沉降速率保持在0．09～0．22 mm/d之間，該建筑物的沉降情況良好。

從施工綜合效益來看，采用引孔靜壓樁工藝后，工程施工質量良好，工期縮短了1個半月，工程造價約節省43%。

綜上所述，引孔靜壓樁植樁法在類似條件下具有明顯的技術優勢和經濟價值，為類似工程提供了參考借鑒。

［1］ 李鏡培，何建鋒，梁發云．靜壓樁樁尖作用機理的數值模擬及參數分析［J］．結構工程師，2007，23(3):53-57．Li Jingpei，He Jianfeng，Liang Fayun．Numerical simulation and parameter analysis on the effect of jacked pile’s tine［J］．Structural Engineers，2007，23(3):53-57．(in Chinese)

［2］ Huang J P，Liang N，Chen C H．Ground response during pile driving［J］．Journal of Geo-technical and Geo-environmental Engineering，2001，127(11):939-949．

［3］ 宋輝，劉擁兵．錨桿靜壓樁在基礎設計中的應用［J］．建筑結構，2011，41:1320-1322．Song Hui，Liu Yongbing．Application of static press anchored pile in foundation design［J］ ．Building Structure，2011，41:1320-1322．(in Chinese)

［4］ 周德源，李俊蘭，呂西林．多層住宅房屋糾偏設計與施工實例［J］．結構工程師，2000(2):26-31．Zhou Deyuan，Li Junlan，Lu Xilin．An example of de-inclination design and construction of a multistory housing buliding［J］．Structural Engineers，2000(2):26-31．(in Chinese)

［5］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部．GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，2012．Ministry of Housing and Urban-Rural Construction of the People’s Republic of China．GB 50007—2011 Code for design of building foundation［S］．Beijing:China Architecture and Building Press，2012．(in Chinese)

［6］ 中華人民共和國建設部．JGJ 8—2007建筑變形測量規程［S］．北京:中國建筑工業出版社，2007．Ministry of Construction of the People’s Republic of China．JGJ 8—2007 Code for deformation measurment of building and structure［S］．Beijing:China Architecture and Building Press，2007．(in Chinese)

［7］ 趙國選．錨桿靜壓樁在新建工程中的應用［J］．建筑結構，2003(5):52-53．Zhao Guoxuan．The application of static press anchored pile in new construction［J］．Building Structure，2003(5):52-53．(in Chinese)