樁基礎施工新技術專題講座（三十）

在20世紀60年代，沉管灌注樁廣泛應用于我國軟土地區。沉管灌注樁具有設備簡單、施工方便、操作簡單；造價低；無泥漿污染；施工速度快、，工期短；隨地質條件變化適應性強等優點。沉管灌注樁的缺點是：由于樁管直徑的限制，影響單樁承載力；振動較大、噪聲較高；承載力偏差較大；施工方法和施工工藝不當，將會造成縮頸、隔層、斷樁、夾泥和吊腳等質量問題；遇淤泥層時處理較難；在標準貫入擊數N>30的砂層中沉樁困難。

20世紀70年代末期，杭州在沉管灌注樁基礎上開發出沉管夯擴樁。夯擴灌注樁的優點是：在樁端處夯出擴大頭，單樁承載力較高；借助內夯管和柴油錘的重量夯擊灌入的混凝土，樁身質量高；可按地層土質條件，調節施工參數、樁長和夯擴頭直徑以提高單樁承載力；施工機械輕便，機動靈活、適應性強；施工速度快、工期短、造價低；無泥漿排放。夯擴灌注樁的缺點是：遇中間硬夾層，樁管很難沉入；遇承壓水層，成樁困難；振動較大，噪聲較高；屬擠土樁，設樁時對周邊建筑物和地下管線產生擠土效應；擴大頭形狀很難保證與確定。

20世紀90年代初，建基建設集團有限公司在融合了振動沉管樁和端夯擴樁的各自優點后優化組合成一種復合工藝的新樁型——錘擊振動沉管擴底灌注樁。該樁型的基本原理是利用振動錘或振動錘與內擊錘的共同作用沉管，在達到設計持力層后再用內擊錘進行夯擊處理，然后吊放鋼筋籠，灌注混凝土，振拔樁管使之成樁。

該樁型具有以下優點：遇較硬土層時，可利用自由落錘（重力15～30kN）和振動錘共同作用，穿透能力大為增強；在樁端地基土得到夯實擠密的同時，樁端截面可增大60%-240%，使單樁承載力大為提高；樁身混凝土可借助于自由落錘和振動錘的重力加壓成型，樁身質量高，可避免一般沉管樁在淤泥質土中易產生樁身縮頸、斷樁、密實度差和混凝土強度偏低等通病。“無樁靴端夯擴振動灌注樁的試驗與應用”科技成果于1993年11月9日通過連云港市市級鑒定。

近幾年來，建基建設集團有限公司在上述科技成果的基礎上又研發出錘擊振動雙管復合擴底灌注樁新的科技成果。

工藝原理

樁端選用地基承載力不低于80kPa的粉土、粉砂，且厚度不少于3m的土層作為持力層。用柴油錘夯山內、外管在底端夯擊成擴大頭時，為了防止沉管底端出現的液化現象，該工藝在夯擊沉管底端時一般選用粒徑150～300mm的碎石、磚塊、混凝土塊等作為輔料，每次加料量為管內高度的2.0～2.5m，根據土質情況外管上拔0.8～1.0m后，用柴油錘夯擊內管擴底至設計樁底標高，根據錘重、落錘高度及十擊貫入度，確保樁端土層的地基承載力不得低于200kPa，這樣才能確保之后的混凝土在樁底夯擴呈蘑菇形擴散；如果十擊貫入度達不到設計要求，則必須加料復夯（80kPa的土層一般復夯1～2次即可達到200kPa以上，同時根據錘重、落錘高度及十擊貫入度，調節復夯的加料量）；經上述輔料錘擊后，樁端阻力達到設計要求后隨之拔出內管，加入0.20～0.25m³混凝土用柴油錘夯擊內管進行擴底并根據設計承載力要求，選擇復夯次數及加料量，樁底在達到設計擴大頭直徑后，拔山內管，安放鋼筋籠焊接吊筋固定在內管頂部，隨后灌注樁身混凝土，接著啟動振動錘振動拔管，同時確保樁長所需混凝土用料及充盈系數，最后拔管結束移至下一根樁施工。

優缺點

優點

該樁型具有以卜優點：單樁承載力高，施工造價低，施工速度快，適應性強，工期短。

缺點

該樁型分擠土樁和非擠土樁2種類型，前者在設樁時對周邊建筑物和地下管線會產生擠土效應。

技術特點

從成樁工藝來看，錘擊振動雙管復合擴底灌注樁是集錘擊沉管、樁端夯擴、樁身灌注混凝土和振動拔管4個施工工藝優點于一體的新思路新工藝。

從成樁設備來看，錘擊振動雙箭復合樁機其核心創新足在原振動沉管樁機的基礎上增加樁機接地而積，增大其穩定性；增大立柱直徑和筒體卷板厚度以增強立柱的剛度從而能經受住拔管時較大的抗拔力；住沉管的外管上增設電動或液壓振動錘，在灌注樁身混凝土后啟動振動錘，利用振動錘的上下振動，減輕拔管時外管與土間的摩阻力，從而減少樁架和立柱的抗拔力；在上拔振動過程中，采取邊拔管邊振動或適時停拔振動的方式，以增加樁身混凝土的密實度，有效防止樁身混凝土的蜂窩、縮頸及混凝土強度達不到設計要求等缺陷。

從樁的承載能力來看，錘擊振動雙管復合擴底灌注樁屬于端承型樁（摩擦端承樁或端承樁），具有較高的豎向極限承載力，主要由經夯實擠密的填充輔料和樁端混凝土組成的復合擴大頭所提供。

從施工方法來看，錘擊振動雙管復合擴底灌注樁可分為擠土樁方式和非擠土樁方式。前者在設樁時對周邊建筑物和地下管線會產生擠土效應，因此在成樁過程中需要安排合理的打樁順序。非擠土樁方法是適合于對擠土效應較敏感的地區（樁身軟黏土層較厚，布樁密度大及樁基周邊管道較多的地區）。具體做法是，內管外徑必須小于外管內徑50mm，同時在內管設置卸土裝置，并在其端部設置活瓣開口取土裝置。錘擊沉樁時遵循內、外管同步入土原則，并在入土5m左右拔出內套管卸土一次，根據樁長和土層地質情況隨時調正內管卸土次數，直至達到擴底端部取土完成。隨后分別先后進行夯擊輔料和混凝土。由此將傳統的沉管擠土成孔改變為非擠土成孔，從而可消除常見的因擠土造成的斷樁、縮頸及土體上涌等諸多弊端。

從控制和保證單樁豎向承載力來看，沉樁的最后十擊貫入度達到設計要求是關鍵指標。在選擇合適的樁端土層地質條件后，通過選用粒徑150～300mm的碎石、磚塊、混凝土塊等作為輔料進行樁端夯擴，根據設計豎向承載力的要求，選擇合適的柴油錘型號（錘重和落距），確定填充夯擊輔料的數量和次數，確保最后十擊貫入度達到設計要求。

擴大頭混凝土投料量根據設計擴大頭要求確定，并由此決定復夯的擴端次數。

從保證鋼筋籠與復合擴大頭抗壓和抗拔共同承力的要求來看，鋼筋籠必須固定在擴大頭一定深度，在同步夯擊作用下，內外管同時在混凝土擴大頭內部1m左右的范圍內，拔出內管形成空間后沉入鋼筋籠并設置吊筋，把鋼筋籠固定在擴大頭0.5～1.0m深度范圍以內，灌注混凝土后形成全長鋼筋籠混凝土灌注樁。

適用范圍

錘擊振動雙管復合擴底樁的實施，第一要選擇合適的地質條件，粉土、粉砂等持力層厚度不得少于3m，樁端持力層地基承載力要大于80kPa；第二，由于傳統夯擴投料碎石粒徑較小，而且經水泥、粉細砂拌和后經多次錘擊易形成端部液化，呈“橡皮狀”，造成擴底效果不佳，且形狀差異較大，所以錘擊振動雙管復合擴底樁工藝必須改用150～300mm粒徑的碎石、混凝土塊或塊磚進行端部夯擊擴底；第三，根據設計單樁承載力的要求，確定填充夯擊輔料的種類、數量及次數，選擇錘擊柴油錘的型號（錘重和落距），選擇最后十擊貫入度，并調正內、外管上拔高度來確定擴底直徑，確保輔料經夯擊后樁端承載力不低于2200kPa，達到設計承載力的要求。表1為樁端承載力與輔料數量、導桿式柴油錘型號及沖擊部分質量的關系。

施工設備

樁架（即錘擊振動復合擴底樁機）

針對原有振動沉管樁機進行了4方面的改造，以使其具有成樁深度大、底盤穩定、消除擠土效應、提高夯擴功能、確保樁身混凝土密實以及降低拔管阻力等諸多優點和特點。

考慮到江蘇鹽城大豐地區上覆淤泥質軟土層較厚，原振動沉管樁機成樁深度小，無法進入較好的持力層，單樁承載力低。為此，首先擴大底盤尺寸，適應加大樁長所需的底盤穩定性；其次，加大支架和簡體的構件尺寸，增加其豎向和水平剛度，以增強承載更大的卷揚和振動設備的能力。在此基礎上，可將沉管深度加深到25m。

提高底盤運行靈活性和適應軟土場地運行條件。將底盤改造為步履式和走管式2種形式，可根據場地條件進行優選。

考慮到沉管擠土效應的負面影響，增設了內套管取土裝置，供非擠土成樁時使用。具體辦法是將雙套管錘擊沉入，內套管下端設置活瓣、開口取土裝置，一般每沉入50mm將內管拔出取土一次，并可根據地質情況適當調整。由此將傳統的沉管擠土成孔改造為非擠土成孔，從而消除了常見的因擠土造成的斷樁、縮徑、土體上涌等諸多弊端。

在外套管上增設振動錘，灌注樁身混凝土后，拔管時啟動振動錘，邊拔管邊振動，或適時停拔振動，這樣既可顯著降低管土間摩阻力，提高拔管效率，又可使管內混凝土因振動而密實，提高成樁質量。

導桿式柴油錘

視單樁豎向承載力和樁外管直徑，采用DD25、DD32、DD40、DD63導桿式柴油錘。該類型柴油錘為氣缸沖擊式，在軟土中啟動性能好，適用于打中小型錘擊振動雙管復合擴底灌注樁。

表2為錘擊振動雙管復合擴底灌注樁常用的導桿式柴油錘的規格與技術性能。

電動振動樁錘

用于錘擊振動雙管復合擴底樁的常用電動振動樁錘有DZ40、DZ45和DZ55三種類型，其規格與技術性能見表3。

樁管

樁外管一般采用直徑377mm、426mm、450mm、480mm、500mm、530mm和600mm的鋼管，相應的內夯管一般采用直徑247mm、273mm、297mm、325mm、377mm、426mm和450mm的鋼管配套使用。

內夯管端部需加焊一塊直徑比外管內徑小20～30mm、厚度為50～70mm的圓形鋼板，以代替預制樁尖。內夯管在樁施工中起主導作用：①作為夯錘的一部分，在錘擊力作用下將內外管同步沉入地基中。②在夯擴時作為傳力桿，將輔料和樁端混凝土夯出管外，夯實端部而形成樁端復合擴大頭。③在樁身施工時，利用樁端和內夯管本身的自重將樁身混凝土加壓成型。

內夯管的上端固定在柴油打樁錘的底座下端，并連成一體，可沿樁架導軌自由上下移動。內夯管設計的好壞是樁施工成敗的關鍵之一。要求內夯管下端夯錘頭與外管之間的間隙小，但又要使內夯管在外管內活動自如；同時還要求內夯管不彎曲，與外管內徑一致，內夯管有足夠的強度和剛度，在夯擴施工時，不產生彎曲和變形。

施工工藝

施工設備

擠士樁施工設備見圖1，非擠土樁施工設備見圖2。

施工工藝

擠土樁施工流程見圖3。

擠土樁施工流程說明如下：①樁機現場組裝檢查。在內管下端焊接直徑小于外管內徑20～30mm、厚度為50～70mm的鋼板封口，作為內夯管，將內、外管疊套在一起。②將外管中心對準樁位。③柴油錘將內外管同步錘擊至設計標高。④拔出內夯管。⑤向外管投入高度為H1的夯擊輔料（粒徑150～300mm的碎石、磚塊、混凝土塊），H1為2.0～2.5m，輔料體積約0.25-0.30m³。⑥放下內管，將外管上拔一定高度h1=（0.3～0.5）H1，h1約1.0～1.5m。⑦通過柴油錘與內夯管夯打外管內的輔料，夯擊擴底。⑧至樁底設計深度處，觀察最后十擊貫入度和柴油錘落距是否達到設計要求，否則重復④～⑧。⑨拔出內管。⑩向外管投入高度H2為0.20～0.25m（相當于體積為0.20～0.25m³）、坍落度為30～60mm、強度等級為C30的混凝土拌合物。11.放下內管，上拔外管h2高度，h2=（0.4～0.6）H2。12.通過柴油錘與內夯管夯打外管內的混凝土，再次夯擊擴底。13.再次夯擊擴底后，最終單擊貫入度不大于20mm。如果最終擴底貫入度達不到上述要求，必，須再次加入適量混凝土夯擊擴底直至達到上述值為止。14.拔出內管。15.安放鋼筋籠。在鋼筋籠上端焊接吊筋，用鋼絲繩與內管及鋼筋籠連接，確保鋼筋籠在外管內豎直懸掛在外管中間，同時確保鋼筋籠底部處于擴大頭內0.5～1.0m之間。16.在外管內灌入樁身所需的混凝土。17.開啟振動錘振動拔管，邊振動邊拔管，直至外管拔出離地面150～250mm為止。18.剪斷鋼筋籠吊筋，由此結束1根復合擴底樁施工，樁機移位。

非擠土樁施工流程見圖4。

非擠土樁施工流程說明如下：①樁機現場組裝檢查。在內管下端焊接直徑小于外管內徑20～30mm、厚度為50～70mm的封頭鋼板，并在其下部設置活瓣開口取土裝置，將內外管疊加在一起。將外管中心對準樁位。②柴油錘將內外管同步錘擊至設計標高。③打開內管取土活瓣。由于活瓣開口取土裝置的取土活瓣只能向上并攏而不能向下打開。在入土過程中，外部的土將取土活瓣向上擠開，土不斷地進入內管內H高度（4-6m）。④內管和外管每入土4～6m拔出內管取土一次，在拔出內管的過程中，取土活瓣將內管內的土封住；內管完全拔離外管后，向下打擊內管取土封頭鋼板，帶動取土活瓣向下，使得取土活瓣脫離內管底部，內管內的土自由散落。圖4中4為內管第一次卸土過程，4’為內管第二次卸土過程。⑤清土完畢，雙管至設計樁底標高。⑥拔出內夯管。⑦向外管投入高度為H1的夯擊輔料（粒徑150～300mm的碎石、磚塊、混凝土塊），H1為2.0～2.5m，輔料體積約0.25～0.30m³。⑧放下內管，將外管上拔一定高度h1，h1=（0.3～0.5）H1，h1約1.0～1.5m。⑨通過柴油錘與內夯管夯打外管內的輔料，夯擊擴底。⑩至樁底設計深度處，觀察最后十擊貫入度和柴油錘落距是甭達到設計要求，否則重復⑥～⑩。11.撥出內管。12.向外管投入高度H2為0.20～0.25m（相當于體積為0.20～0.25m³）、坍落度為30～60mm、強度等級為C30的混凝土拌合物。13.放下內管，上拔外管h2高度，h2=（0.4～0.6）H2。14.通過柴油錘與內夯管夯打外管內的混凝土，再次夯擊擴底。15.再次夯擊擴底后，最終單擊貫入度不大于20mm。如果最終擴底貫入度達不到上述要求，必須再次加入適量混凝土夯擊擴底直至達到上述值為止。16.拔出內管。17.安放鋼筋籠。在鋼筋籠上端焊接吊筋，用鋼絲繩與內管及鋼筋籠連接確保鋼筋籠在外管內豎直懸掛在外管中間，同時確保鋼筋籠底部處于擴大頭內0.5～1.0m之間。18.在外管內灌入樁身所需的混凝土。19.開啟振動錘振動拔管，邊振動邊拔管，直至外管撥出離地面150～250mm為止。20.剪斷鋼筋籠吊筋，由此結束1根復合擴底樁施工，樁機移位。

施工特點

合理選擇導桿式柴油樁錘。樁錘應根據工程地質條件、樁徑、樁長、單樁豎向承載力、布樁密度以及現場施工條件等因素，通過試成樁合理選擇使用。

應選擇25m以內的承載力高的優質土層作為復合擴大頭的持力層。

柴油錘夯擊輔料，輔料應選粒徑150～300mm的碎石、磚塊、混凝土塊，雙管沉至設計標高，通過連續夯擊輔料，對樁端土體進行充填、夯實、擠密、固結于一體，大幅度增強樁端土體強度和承載的參與度，是一種深層地基處理新技術。

柴油錘夯實樁端混凝土，該混凝土拌合物的坍落度為30～60mm，強度等級為C30-C40，該參數值由單樁豎向承載力確定，承載力大時取高值，承載力小時取低值。

擴底施工參數h（h1、h2）是擴底成功的關鍵，根據極限樁端阻力的大小，調節h（h1、h2）值，輔料擴底時h1=（0.3～0.5）H1，H1為投入外管中輔料高度，H1為2.0～2.5m；混凝土擴底時，h2=（0.4～0.6）H2，H2為投入外管中混凝土高度。

在粉土、粉砂土層中擴底時，作為抗壓樁，輔料體積為混凝土體積的（1.0～1.6）倍；作為抗拔樁，輔料體積為混凝土體積的（0.6～1.0）倍。

樁身混凝土灌注后，開啟振動錘，邊振動拔外管（樁身如有鋼筋籠，杜絕用內管壓在樁頂上，否則形成鋼筋籠變形，鋼筋保護層被破壞）。

復合擴大頭直徑和影響土體的估算

錘擊振動雙管復合灌注樁是一種以樁端復合擴大頭承載的樁端阻力為主的樁型，復合擴大頭依靠輔料和混凝土錘擊夯擴擠壓成型，卻又隱藏在地層深處，樁端沒有像預制樁那樣固定的尺寸和面積，因此設法估算出復合擴大頭的最大直徑，對估算樁的端阻力和承載力具有實用價值。

目前，主要靠開控結果來評價復合擴大頭直徑。根據樁端土層為粉土和粉砂土，多處開挖出的樁的擴大頭直徑如表4所示。該工藝在粉土及粉砂土中被加固的樁端土體直徑為復合擴大頭直徑的1.8-2.2倍。

施工要點

施工工序要求

錘擊振動雙管復合擴底樁工序應按設計參數嚴格執行；精選擴底輔料、嚴格控制H1（投入外管中輔料高度）、h1（輔料夯實后外管上拔高度）、輔料用量、嚴格確保最后十擊貫入度；合理樁端混凝土配合比、嚴格控制H2（投入外管中混凝土高度）、h2（混凝土夯擊后外管上拔高度）、混凝土用量、嚴格確保最終單擊貫入度；確保樁身混凝土配合比、質量及振動拔管的要求。現場施工質量專人負責，檢查各工序步驟的完成情況是否達到設計的質量控制參數要求，并做好詳細的施工記錄。

打樁順序

打樁順序的安排應有利于保護已打入的樁身不被損壞和不產生樁位偏差。根據工程地質和水文地質狀況選擇擠土型或非擠土型錘擊振動雙管復合擴底樁；打樁順序應符合下列規則：可采用橫移退打的方式自中間向兩端對稱進行，或一側向另一側單一方向進行。根據基礎設計標高，按先深后淺的順序進行。根據樁的規格，按先大后小、先長后短的順序進行。當持力層埋深起伏較大時，宜按深度分區進行施工。

合理確定量入度

錘擊振動雙管復合擴底灌注樁屬于端承型樁，施工工藝中有兩大夯擊工藝，即輔料夯擊和混凝土夯擊，組成復合擴大頭，故需要確定該兩個工藝的貫入度。根據具體的樁端持力層的物理力學特性、錘擊能量及設計承載力的要求，對輔料夯擊工藝按施工的最后十擊貫入度的平均值作為控制標準，對混凝土夯擊工藝按施工的最終單擊貫入度作為控制標準，這樣由試成樁確定的兩項貫入度作為該類樁施工質量控制的關鍵技術指標，設計持力層標高作為參考標準。

施工注意事項

工程樁在施工前必須試成孔，位置宜選擇在靠近地質鉆孔部位，以便核對地質資料，檢驗錘擊后的各項參數、施工工藝及技術是否合適，若出現縮頸、塌孔、十擊貫入度累計下沉時過大等不能滿足設計要求的現象時，應擬訂補救措施或重新考慮施工工藝。根據試樁結果來決定是否對樁長、樁位布置及單樁承載力等進行調整。

樁基施工過程中應采用措施控制鄰樁的上浮量。對于樁身混凝土已經終凝的鄰樁，上浮量不宜大干20mm；對于樁身混凝土處于流動狀態的鄰樁，上浮量不宜大于50mm。施工時可采用跳打，及時封堵已施工的樁頭等措施控制鄰樁上浮量。

當樁端進入承壓水位以下時，應摻加適量的干燥的3：7灰土或干拌水泥砂填充料封堵樁端，具體用料量由試樁確定。

拔外管注意事項：在灌注混凝土之前不得將外管上拔。以含有承壓水的砂層作為樁端持力層時，第一次拔外管高度不宣過大。拔外管時嚴禁將內管壓在超灌混凝土上。拔外管速度要均勻，對一般土層以2-3m/min為宜，在軟弱土層中與軟硬土層交界處以及擴大頭與樁身連接處宜適當放慢，以1～2m/min為宜。

防止樁身縮頸的措施：嚴格控制拔管速度，采用慢拔密振的方法，將在淤泥質土層中的拔管速度控制在0.6～0.8m/min為宜。外管內混凝土高度保證在2m以上，且比地下水位高1～2m，以保證混凝土的側向壓力。嚴格控制混凝土的配合比，粗骨料粒徑不宜過大，適當增加水泥用量，減小混凝土坍落度，保證其和易性和灌注質量。

鋼筋籠制作尺寸和就位必須準確，應確保主筋錨入承臺的設計錨固長度。鋼筋籠在制作、運輸和安裝過程中應采取措施，防止出現不可恢復的扭轉及彎曲等變形。

樁頂超灌長度不得小于500mm，樁身混凝土充盈系數大于1.10為宜。為保證樁身混凝土的灌注質量，混凝土的坍落度應控制在80-100mm。