靜壓管樁沉樁存在的困難原因及措施探討

摘要：本文主要針對靜壓管樁存在的困難原因及措施展開了探討，通過結(jié)合具體的工程實例，對樁基的設計進行了計算，并在分析了沉樁困難原因的基礎上，給出了一系列相應有效的處理措施，以期能為有關方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：沉樁；困難原因；措施；探討

引言

靜壓管樁施工技術在建筑工程施工中的應用十分普遍，這是由于它具有很多施工優(yōu)點決定的，包括噪聲污染低、震動幅度小、環(huán)境污染少等等。但是在實際的施工中，靜壓管樁存在著沉樁困難的現(xiàn)象，因此，為了保障靜壓管樁的施工質(zhì)量，就需要相應的工作人員及時分析困難存在的原因，并采取有效措施處理。基于此，本文就靜壓管樁存在的困難原因及措施進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定幫助。

1 工程概況

1.1 場地的巖土工程條件

某住宅樓18層，根據(jù)勘察報告，場地地層自上而下分12層，如表1所示。

表1 場地地層結(jié)構及性質(zhì)

1.2 基本參數(shù)

按照《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）、《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）有關規(guī)定，根據(jù)場地工程地質(zhì)條件和土工試驗、標貫及靜力觸探結(jié)果，結(jié)合地區(qū)工程經(jīng)驗，建議各層土的預應力管樁及鉆孔灌注樁樁極限側(cè)阻力標準值qsik和樁極限端阻力標準值qpk如表2所示。

表2 建議極限側(cè)阻力、端阻力標準值

2 設計計算

2.1 樁基設計參數(shù)的確定

根據(jù)勘察報告，設計單位確定采用預應力混凝土管樁承臺基礎，樁型采用PHC-500AB100-27b型，樁頂標高一般為-2.90m（標高37.10m），設計有效樁長≥27.0m，單樁豎向承載力特征值≥1400kN。

2.2單樁豎向極限承載力估算

根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）第5.3.8條公式Quk=Qsk+Qpk=uΣqsikli+qpk（Aj+λpApl）（公式中字母具體含義，規(guī)范中已寫明，本文不再敖述）及勘察報告，對不同孔號有效樁長大于27m的管樁（樁徑均為500mm，壁厚均為100mm）進行單樁豎向極限承載力Quk估算，估算結(jié)果如表3所示。

表3 不同孔號的管樁Quk估算結(jié)果

3 沉樁困難的原因分析

3.1 管樁施工過程

該工程設計總樁數(shù)為121根，采用靜壓沉樁法施工，施工過程并不順利，在已施工的19根樁中，只有9根樁壓到設計樁長，有10根樁在壓入自然地面下約14m后無法繼續(xù)壓入，施工單位暫停施工，查找原因。

3.2 專門勘察

本次勘察勘探點根據(jù)樁基施工情況，在壓樁困難未達設計樁長部位布設勘探點6個，在未打樁部位布設勘探點3個，鉆孔孔深50.00m，孔口地面標高為38.87～39.47m。

勘察結(jié)果顯示，場地地層分層與第一次勘察結(jié)果大致相同，但個別地層結(jié)構及性質(zhì)有較大差異，差異較大的地層如表4所示，建議各層土的極限側(cè)阻力、端阻力標準值如表5所示。

表4 兩次勘察差異較大的地層

表5 建議極限側(cè)阻力、端阻力標準值

3.3 沉樁困難的原因分析

根據(jù)此次專門勘察鉆孔資料分析，擬建場地內(nèi)普遍存在第④-1層粉砂（原勘察報告并未提及），厚度1.90～3.90m，層底標高23.28～24.77m，層底埋深14.10～15.80m，呈中密～密實狀態(tài)。該層土密實度不均勻，局部呈密實狀態(tài)，造成管樁壓樁困難，前期施工未達到設計深度的基樁樁端即為第④-1層粉砂。

由于樁基施工對樁間土有擠密效應，特別是對第④-1層粉砂，擠密后第④-1層粉砂密實度不均勻，局部可達到密實狀態(tài)，形成硬夾層，造成管樁壓樁困難，未達到設計深度的基樁樁端即為第④-1層粉砂。

4 處理措施

4.1 處理方案

4.1.1 預應力管樁基礎。

繼續(xù)按照原來的施工圖紙進行施工，但由于第④層粉土、第④-1層粉砂密實度較高，建議采用引孔法施工工藝，引孔深度應超過第④-1層粉砂。對已經(jīng)施工完未達到設計深度的10根樁旁邊進行補樁。

4.1.2 預應力管樁復合地基。

預應力管樁復合地基可將土體置換形成增強體（樁體），由增強體和周圍地基土共同承擔荷載，通過設置褥墊層，調(diào)整樁頂和樁間土的應力比，充分發(fā)揮樁間土的承載潛力，并協(xié)調(diào)變形。這樣既解決了地基強度不足的問題，又能滿足變形的要求。預應力管樁樁頂不嵌入上部基礎內(nèi)。

（1）復合地基承載力計算。為充分利用已施工樁基，建議采用正方形布樁，樁間距可按1.70m考慮，施工樁長14.0m（有效樁長≥12.0m），樁徑500mm。則m=d2/de2=0.52/（1.13×1.70）2=0.068。

參照本文2.2節(jié)內(nèi)容，對施工樁長約為14m的管樁（樁徑均為500mm，壁厚均為100mm）進行單樁豎向極限承載力Quk估算，估算結(jié)果如表6所示。

表6 施工樁長約為14m的管樁Quk估算結(jié)果表

根據(jù)表6的計算結(jié)果，當單樁豎向承載力特征值Ra取650kN時，根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012）公式7.1.5-2估算復合地基承載力特征值。

其中，λ=0.9，β=0.95，Ap=0.196，fak=110（根據(jù)詳勘報告確定），fsk=1.3×fak=1.3×110。

fspk=λmRa/Ap+β（1-m）fsk=0.9×0.068×650/0.196+0.95×（1-0.068）×110×1.3=329.6kPa

根據(jù)設計單位提供的資料，基底均布荷重為304kPa，以上計算結(jié)果可以滿足設計要求。故利用已完成基樁，按照置換率m不小于0.068、有效樁長≥12.0m、樁徑500mm的原則補打剩余的預應力管樁，采用復合地基筏板基礎能夠滿足設計基底要求。

（2）復合地基變形計算。當采用預應力管樁復合地基時，根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）及《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012）有關規(guī)定采用分層總和法計算復合地基最終沉降量。具體計算如下：取fspk=320.0kPa，ζ=fspk/fak=320.0/110.0=2.9。各復合土層的壓縮模量取值如表7所示。

表7 各復合土層的壓縮模量

基底標高為37.10m，基底荷載為pk=304kPa，等效作用面積為擬建建筑物底面積13.6×31.7m，以1號鉆孔為例計算鉆孔基底以上土的自重壓力pc=45.03kPa，基底附加壓力pz=258.97kPa。對復合地基變形計算結(jié)果如表8所示。

表8 復合地基變形計算結(jié)果

通過驗算，采用以上設計參數(shù)和復合地基方案時，建筑物傾斜值及沉降量均滿足要求。

（3）褥墊層的設置。若采用復合地基方案，在樁頂和基礎之間應設置一定厚度的褥墊層，可采用級配砂石墊層分層振密。褥墊層厚度建議取200～300mm。基坑開挖后，若局部基底為第①層填土，應將其全部挖除，以級配砂石分層振密至設計基底標高。

4.1.3 鉆孔灌注樁基礎。

由設計圖紙可知，樁頂標高為37.10m，建議樁徑600mm，有效樁長26.00m，以第⑦層粉質(zhì)黏土或第⑦-1層粉土作為樁端持力層。根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）公式5.3.5Quk=uΣqsikli+qpkAp估算單樁豎向極限承載力標準值如表9所示。

表9 鉆孔灌注樁Quk估算結(jié)果表

從以上計算結(jié)果可以看出，采用以上計算參數(shù)的鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力標準值與原預應力管樁相近。因此，在壓樁深度未達設計要求的10根預應力管樁旁增加部分鉆孔灌注樁，與原預應力管樁共同形成樁基礎。

綜合以上3種方案，無疑第二種方案為最優(yōu)方案，既保證了施工的連續(xù)性，又大大降低了投資成本。

4.2 方案的實施及注意事項

原設計單位根據(jù)預應力管樁復合地基方案重新進行樁基施工圖設計，樁型仍采用PHC-500AB100-27b型，正方形布樁，樁間距1.70m，總樁數(shù)177根，樁頂標高一般為-2.90m（標高37.10m），設計有效樁長≥12.0m，單樁豎向承載力特征值≥650kN，復合地基承載力特征值≥320kPa。

因選用較難穿透的第④-1層粉砂作為樁端持力層，所以施工時應格外注意夾具和沉樁應力的控制；同時由于管樁有較強的擠土效應，樁基施工時應嚴格按照建筑樁基規(guī)范要求的打樁順序并限定樁機行走路線，有條件時可在樁機下加墊鋼板，以減小成樁效應和樁機行走對管樁的影響。

4.3 處理效果

樁基施工完成后，經(jīng)有資質(zhì)的檢測單位分別進行了單樁豎向抗壓靜載試驗和單樁復合地基載荷試驗，試驗結(jié)果均滿足設計承載力要求。

5 結(jié)語

綜上所述，靜壓管樁沉樁困難的原因具有著綜合復雜性，因此，為了保障靜壓管樁的質(zhì)量，我們應及時發(fā)現(xiàn)問題的根源，做到冷靜處理，安全施工。與此同時，還可以借鑒國外先進經(jīng)驗，結(jié)合工程特點，有效的運用到實際施工中。只有這樣，才能處理好靜壓管樁的沉樁困難問題。

參考文獻：

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[2]彭根堂、王飛飛.靜壓預應力混凝土管樁在某工程中的應用[J].山西建筑.2010（29）.