大直徑靜壓管樁在厚層密實(shí)砂中的施工技術(shù)

張廣彬

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì),江蘇連云港222300)

大直徑靜壓管樁在厚層密實(shí)砂中的施工技術(shù)

張廣彬*

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì),江蘇連云港222300)

通過對預(yù)應(yīng)力管樁施工進(jìn)行預(yù)鉆孔引孔工藝，采用800t靜壓樁機(jī)，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，進(jìn)行樁徑600mm、樁長32～36m，設(shè)計(jì)單樁極限承載力6200kN的預(yù)應(yīng)力管樁施工。樁身順利貫穿標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)平均為45擊、厚度8.6～11.5m的粉細(xì)砂層。

厚層密實(shí)砂層；預(yù)鉆孔；靜壓

預(yù)應(yīng)力管樁具有無污染、施工文明、場地整潔；施工過程勞動強(qiáng)度低，施工速度快、功效高；質(zhì)量可靠、成本低等特點(diǎn)，近幾年來在各地得到廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力管樁的施工方法主要有靜壓法及錘擊法，但當(dāng)?shù)貙又杏龅胶穸却竺軐?shí)度高的砂層時，往往沉樁比較困難，即使強(qiáng)行施工把樁身損壞也無濟(jì)于事，造成樁頂標(biāo)高達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，既浪費(fèi)材料又給下道工序施工帶來影響。遇到此類情況，常用錘擊和大噸位靜壓進(jìn)行處理，錘擊法受噪聲影響，靜壓法受大噸位設(shè)備、場地限制等均具有局限性，兩種方法都不能穿過砂層，必須采取有效的輔助措施，預(yù)鉆孔引孔穿越砂層就是一種效果明顯的方法之一。我隊(duì)在蘇州工業(yè)園區(qū)某樁基工程施工中樁身需貫穿8.6～11.5m厚的粉細(xì)砂層，沉樁比較困難。為保證工程順利施工，通過綜合分析該砂層的厚度、密實(shí)度、樁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等，對比靜壓和錘擊兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，使用大噸位靜力壓樁機(jī)進(jìn)場施工，對需要貫穿的粉細(xì)砂層采取預(yù)鉆孔取土的技術(shù)措施，很好地解決了預(yù)應(yīng)力管樁穿透砂層的難題。

1 工程概況

某樁基工程位于蘇州工業(yè)園區(qū)，占地面積18.8× 104m2，總建筑面積約為32×104m2，為我國第二大博覽中心，總投資22億元，樁基造價(jià)2700萬元。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為PHC—AB600（110）—C80型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，計(jì)3800根，樁長32～36m，工程量約11×104m。單樁豎向承載力特征值3100kN，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為6200kN，建筑樁基安全等級一級。本工程由蘇州建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，項(xiàng)目管理為新加坡蘇州新工項(xiàng)目管理公司，上海市建科院監(jiān)理公司監(jiān)理。施工期間共投入ZYJ—800B型抱壓式液壓靜力壓樁機(jī)6臺套。

2 地層情況

本工程地層情況詳見表1。

3 工程的主要難點(diǎn)分析和設(shè)備選用

本工程以⑨層粉土—粉砂為樁端持力層，樁身需穿過5層粉細(xì)砂，該層厚8.6～11.5m，靜探錐尖阻力最大可達(dá)11.69MPa，平均達(dá)到9.56MPa。實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)N63.5最大為65擊，平均45擊。根據(jù)以上參數(shù)分析，⑤層砂厚度大且密實(shí)度高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)粘性土層中夾有砂層時，會顯著增大樁尖阻力，因此⑤層砂對壓樁影響較大，易造成樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)要求。如何確保樁身順利穿過該層粉細(xì)砂，成為影響施工進(jìn)度和質(zhì)量的主要難點(diǎn)和關(guān)鍵所在。在確定了工程的難點(diǎn)后，設(shè)備選用很關(guān)鍵。錘擊打入法雖然具有穿透力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但貫穿砂層時錘擊數(shù)劇增，會增加樁的破損率，特別是噪聲污染和錘擊振動對周邊影響不適應(yīng)環(huán)保要求。而靜壓施工可以避免以上問題，經(jīng)過研究，采用大噸位液壓靜力壓樁機(jī)進(jìn)場施工。

4 砂層中沉樁阻力、擠土效應(yīng)分析

靜壓樁以樁機(jī)自身的自重（包含配重）作為反作用力，克服樁側(cè)摩阻力和樁端阻力，從而使樁沉入地基土中。樁體的貫入擠壓產(chǎn)生的輻射向壓力使臨近樁周的土體受到較大的擾動影響，此時樁身必然會受到土體的強(qiáng)大的反抗壓力所引起的樁周側(cè)摩阻力和樁尖阻力的抵抗。當(dāng)樁頂?shù)撵o壓力大于沉樁時的這些抵抗壓力時，樁將順利壓入，反之則停止下沉。在粘性土中，由于地基土的滲透系數(shù)較小，在沉樁過程中，擠壓土體產(chǎn)生的超孔隙水壓力不能及時消散，土體施加在樁體上的側(cè)摩阻力較小，沉樁阻力主要由樁尖阻力構(gòu)成。在砂性土中，由于砂土的滲透系數(shù)大，擠壓土體產(chǎn)生的超孔隙水壓力消散很快，沉樁阻力由樁身側(cè)摩阻力和樁端阻力構(gòu)成。樁周土體受到擠壓外排而密實(shí)，對于密度較大的中密—密實(shí)砂層，壓樁深度略有增加，沉樁阻力就會迅速增加，且超孔隙水壓力的很快消散，使樁周土體出現(xiàn)排水固結(jié)從而瞬間提高土體抗剪強(qiáng)度，也會使沉樁阻力增加。預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土樁，由于本工程樁樁直徑大，數(shù)量多，3800根計(jì)11×104m的樁壓入場地，隨著樁基施工密集度的增加，擠土效應(yīng)尤為明顯。

表1 地層一覽表

5 壓樁施工主要技術(shù)措施

5.1 壓樁設(shè)備選型

施工經(jīng)驗(yàn)證明，樁端持力層為中密砂層的端承樁，壓樁力估算值為樁承載力特征值的2.5倍，即F=3100× 2.5=7750kN，本項(xiàng)目應(yīng)選用大于7750kN壓樁力的壓樁機(jī)。綜合考慮樁型、樁長、地層等條件，為確保沉樁順利，我們選用了ZYJ—800B型抱壓式液壓靜力壓樁機(jī)，其最大壓樁力可達(dá)8000kN，具體性能參數(shù)見表2。

表2 壓樁機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

5.2 最大壓樁力控制

根據(jù)江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》（DGJ/TJ109-2010）的規(guī)定，PHC600AB型管樁樁身最大允許抱壓壓力為Pmax≤0.45(fcuk－бpc)A= 5788kN，如最大壓樁力大于樁身最大允許抱壓壓力，將導(dǎo)致樁身破碎或裂縫，給工程質(zhì)量帶來隱患。

5.3 預(yù)鉆孔法沉樁

本工程開工伊始，壓樁施工正常。施工15d后擠土效應(yīng)出現(xiàn)，3#壓樁機(jī)出現(xiàn)了2根樁最終壓樁力達(dá)到5500kN，但樁身仍未穿透⑤層砂的現(xiàn)象。經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理及我方研究分析認(rèn)為，造成此現(xiàn)象的原因是由于5層砂厚度大于10m、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)大于50擊，加上擠土效應(yīng)，造成沉樁阻力太大所致。經(jīng)大家研究論證決定采取預(yù)鉆孔干作業(yè)引孔法沉樁，來減少擠土效應(yīng)與沉樁阻力，以提高樁身穿透能力和沉樁效率。具體施工措施如下：

（1）認(rèn)真分析地質(zhì)報(bào)告，對⑤層砂厚度大于10m、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)大于50擊的部位采取預(yù)鉆孔法沉樁。

（2）機(jī)械設(shè)備采用經(jīng)SJB-Ⅰ型深層攪拌機(jī)改裝的預(yù)鉆孔設(shè)備，改裝方法：將攪拌鉆頭改換成長螺旋鉆頭，長度1.5～2.0m。

（3）預(yù)鉆孔孔徑?300mm，為設(shè)計(jì)樁徑的50%，鉆孔深度以穿透⑤層砂為準(zhǔn)，一般15～16m。

（4）預(yù)鉆孔完成后將排出的土及時處理掉，壓樁機(jī)隨后及時就位壓樁。

6 預(yù)鉆孔法效果分析

為加快進(jìn)度，我們立即投入3臺預(yù)鉆孔設(shè)備進(jìn)行預(yù)鉆孔施工，經(jīng)采取預(yù)鉆孔措施后，效果十分明顯，穿插過⑤層砂的最大壓樁力降為4000～4500kN，壓樁施工未再出現(xiàn)過樁頂標(biāo)高不到位的現(xiàn)象，既提高了壓樁速度又保證了樁身質(zhì)量。為驗(yàn)證預(yù)鉆孔法沉樁的承載力，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取了147號樁進(jìn)行單樁豎向靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果單樁豎向極限承載力≥6200kN，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

7 施工注意要點(diǎn)

（1）樁身垂直度應(yīng)滿足規(guī)范要求，特別是第一節(jié)樁的垂直度控制尤為重要，控制好樁身垂直度，確保沉樁過程中樁身處于軸向受壓狀態(tài)，對沉樁速度、沉樁質(zhì)量十分重要。

（2）預(yù)鉆孔孔位與樁位偏差不超過20mm，垂直度控制≤0.5%，以確保壓樁樁位的準(zhǔn)確性和壓樁垂直度符合要求。

（3）由于壓樁機(jī)自身重量達(dá)800t，施工場地應(yīng)有足夠的承載能力并保持平整，否則壓樁機(jī)將無法正常施工。

（4）壓樁前壓樁機(jī)應(yīng)一次加足足夠的配重連續(xù)施壓，特別在穿過砂層時不能停頓。

（5）引孔作業(yè)和沉樁施工應(yīng)密切配合、連續(xù)作業(yè)，做到隨引孔隨沉樁。引孔后嚴(yán)格控制終止壓力指標(biāo)并對引孔后的單樁承載力進(jìn)行檢驗(yàn)。

（6）施工過程中嚴(yán)格控制最大壓樁力，發(fā)現(xiàn)最大壓樁力達(dá)到樁身最大允許抱壓壓力而樁頂標(biāo)高仍未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況，及時與監(jiān)理、設(shè)計(jì)人員聯(lián)系，嚴(yán)禁持續(xù)長時間超壓，以確保樁身完整性。

8 樁基質(zhì)量評價(jià)

本工程完工后，進(jìn)行了承載力測試，極限承載力≥6200kN，土方開挖后，按15%比例進(jìn)行低應(yīng)變測試402根，結(jié)果A類樁380根占94.5%，B類樁22根占5.5%，樁位偏差在20～60mm之間，樁基質(zhì)量符合設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

9 結(jié)論

預(yù)鉆孔輔助沉樁工藝在以本樁基工程為代表的蘇州地區(qū)類似工程中得到很好應(yīng)用，效果明顯。采用本工藝能夠大幅減少沉樁區(qū)及周邊土體變形和超孔隙水壓力，大大提高樁的穿透能力和沉樁效率，使預(yù)制樁順利穿越厚度大密實(shí)度高的砂層而達(dá)到樁端持力層，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）使得預(yù)制樁能夠順利地穿過淺層密實(shí)砂層，增加了可選擇的樁基類型；

（2）避免了常規(guī)預(yù)制樁的擠土效應(yīng)，減少了樁基施工對周邊環(huán)境的影響；

（3）和鉆孔灌注樁相比，能夠節(jié)省一定的工程造價(jià)，且避免了鉆孔灌注樁泥漿排放的問題，有利于保護(hù)環(huán)境。

[1]江蘇省結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)圖集.蘇G03-2012先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[S].

[2]樁基工程手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社，1995.

[3]DGJ/TJ109-2010預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]GB50202-2002建筑地基基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

TU473

B

1004-5716(2015)04-0196-03

2014-04-16

2014-04-17

張廣彬（1963-），男（漢族），江蘇連云港人，高級工程師、一級建造師，現(xiàn)從事探礦、巖土工程施工工作。