植入法沉樁技術在基樁工程中的應用

柯 靈, 徐繼忠, 鄭 體

(中冶成都勘察研究總院有限公司，四川成都 610000)

植入沉樁法是近年來迅速發展起來一種新型工法，相比常規的錘擊法或靜壓法沉樁優點明顯，在一些建筑密集區域或地質復雜區域，管樁采取直接錘擊法或靜壓法一方面沉樁較困難，阻力大，強行穿越易造成樁身損傷；另一方面擠壓土體后易對周邊建筑或管網線造成一定的影響[1]。而采用植入法沉樁可通過預成孔至所定持力層再植樁，能較好保障管樁施打質量。該樁型特點在于，通過預成孔方式減少其管樁樁尖沉樁阻力，此外通過后注漿填充管樁與成孔孔壁的縫隙以及側壁土層的縫隙，可有效提高高強度預應力管樁樁側阻力，從而達到提高單樁承載力要求，其植入沉樁法基樁結構圖如圖1所示。

圖1 植入沉樁法基樁結構

本文結合四川宜賓某高回填土中特殊地質復雜地層工程，介紹了植入法沉樁的設計與施工情況，并通過應用效果分析驗證了該樁型的安全性、經濟性及先進性。

1 工程概況

四川宜賓某工程主要為工業廠房(約1F)，主體結構類型擬采用鋼結構，柱下軸力約為5 000kN，基礎型式擬采用柱下獨立基礎。擬建場地位于四川盆地南部山丘陵區，場地通過回填后相對較平整，自上而下分布土層為雜填土、粉質黏土、強風化泥巖、強風化砂巖、中風化泥巖、中風化砂巖、中風化泥質灰巖。各土層物理指標如表1所示，該地質條件中主要特殊地層為雜填土，其厚度為5～33m，主要由強—中風化泥巖、砂巖碎塊石組成，塊石、孤石含量約為80 %。樁基施工在這類高填方土層中施工難度較大，其地層各類土物理力學指標如表1所示。

表1 各層土物理力學指標

2 設計方案選擇

本工程主要為工業廠房，原設計樁基采用鉆孔灌注樁，混凝土強度為C30，樁徑為0.6m，樁長為20～35m不等，以中風化泥巖為持力層，單樁豎向抗壓極限承載力標準值為2 000kN(特征值為1 000kN)。因場地均為高回填區，為防止地基不均勻沉降，總裝車間獨立基礎承臺共布置813根基礎樁，平均樁長為28m。

考慮到本場地回填土較深，采用鉆孔灌注樁需采用全護筒護壁方式，這樣一方面成孔較慢，工期無法滿足要求；另一方面成孔過程中遇到塊石孤石施工難度較大，沉渣厚度難以滿足設計要求，存在較大的質量隱患。通過理論分析計算，基礎型式若采用大直徑管樁，直徑0.6m，以強風化泥巖為持力層，單樁承載力特征值可達到1 800kN。相比鉆孔灌注樁，具有工期短、無泥漿污染等優點，平均樁長為25m，材料選用PHC-AB(600)-130。

為研究場地管樁施工工藝，場地進行了6根試樁作業，其中3根采用錘擊法沉樁工藝，另3根采用植入法沉樁工藝，均選取地質條件較差的區域進行試樁作業。其錘擊法沉樁中有1根施工至11m處貫入度即滿足設計要求。但根據地勘報告顯示處于回填土層，未進入持力層，其余2根正常進入持力層；另三根通過旋挖預成孔后均進入了持力層，達到了預定的設計深度，待植入管樁后灌入水泥漿達到凝期要求后，對其6根樁進行了單樁豎向抗壓靜載試驗，試驗結果如圖2所示。

圖2 荷載-沉降曲線

從圖2靜載試驗可知，1～3號樁采取植入法沉樁工藝通過注漿后，其樁側填土的性質得到了較大的改善，有效地提高了樁側摩阻力，單樁豎向抗壓極限承載力達到了3 600～3 700kN，沉降量較??；4～6號樁采用錘擊法沉樁，單樁豎向抗壓極限承載力為2 300～2 800kN，離散性相對較大，沉降量相對較大，主要因填土內孤石、塊石較多，填土不均勻，部分樁基遇孤石后無法進入持力層，對其承載力造成較大地影響；部分管樁在施工過程中也易發生管樁擠偏跑位，垂直度偏差較大；相對比而言，采用植入法沉樁工藝整體承載力約提高了25 %，能較好了克服錘擊法施打管樁中存在相關難題，一方面可有效的提高了樁基承載力，另一方面樁身沉降量也相對減少。

3 施工技術

3.1 施工工藝

植入法沉樁施工工藝相比傳統的錘擊法成樁，主要增加了鉆機引孔工藝及孔壁注漿工藝，其具體施工工藝如下：施工準備→樁孔放線定位→鉆機開孔→繼續鉆進、排渣、成孔 →鉆至持力層→沉樁→送樁→孔壁注漿→成樁檢測→成樁驗收。

3.2 關鍵工序施工要點

(1)放線定位引孔。根據設計圖紙定位圖，可采用旋挖鉆機或長臂螺旋鉆機進行開孔引孔。為保證植入法植入效果，開孔孔徑一般宜大于管樁直徑50～100mm，通過鉆機鉆進引孔，可將其部分塊石或孤石進行破碎并取出孔外。施工中要確保成孔垂直度，取土深度應大于成孔深度2/3以上，終孔可根據鉆機取土性狀是否達到設計持力層深度。

(2)沉樁。沉樁過程中因引孔孔徑約大于管樁直徑，為保證管樁不直接落入孔內，孔內可先采用細粒土進行部分回填，再對管樁進行施打。因回填土較深，一般預制管樁樁長不大于12m，需采取接樁措施。發生接樁時，樁身入土后露出的樁頭應高出地面0.5～1.0m。焊接前，上下節樁接頭端板表面應用鋼絲刷清刷干凈并保持干燥，坡口處應刷至露出金屬光澤。上節樁身應與下節樁身保持順直，焊縫要連續飽滿，不得有夾渣或蜂窩，并達到二級焊縫要求。沉樁深度應滿足設計進入持力層深度要求以及貫入度要求。

(3)注漿?？妆谧{可先采取70型鉆機進行引孔穿透填土深度，然后通過預埋注漿管進行高壓后注漿，注漿水灰比約為0.5。管樁與預成孔孔壁間間隙漿液應飽和密實，注漿高度應待地面返漿為止，并根據需要隨時進行補漿。待水泥漿凝固后，一方面對樁側周邊的土體進行了加固處理，減少其后期土體固結沉降；另一方面在樁體與巖體間形成了一層水泥泥皮，可增強管樁的抗傾覆穩定性，還可增加其樁側摩阻力。

4 效果分析

4.1 承載力及沉降分析

通過靜載試驗，植入法沉樁施工工藝相比傳統錘擊法成樁工藝承載力得到了較大的改善。傳統錘擊法沉樁主要為擠土樁，擠土效應會使樁側四周土體產生超孔隙水壓力。管樁施工完成后超孔隙水壓力開始消散，樁四周土體固結沉降，造成樁承載力降低。而植入法沉樁非擠土樁，樁側四周通過后注漿工藝后可有效的固結四周土體，減少其填土的負摩阻力，虛土相應地減少，從而使承載力得到了一定地提高，沉降量也相對降低了許多。

4.2 經濟性對比分析

通過上述基礎樁方案對比分析，植入法沉樁施工工藝相比旋挖成孔灌注樁，在提高單樁承載力情況下， 預應力管樁數量有所減少，從而節約了工期，節省了施工成本。采取旋挖成孔灌注樁，需采用全護筒跟進護壁措施，因填土較厚，混凝土充盈系數達到1.4以上，樁徑0.6m，綜合單價約為1 100 元/m，采用植入法沉樁，管樁直徑為0.6m，因管樁材料費以及注漿工藝的增加，綜合單價約為750 元/m，其測算表格見表2。

表2 植入法管樁與旋挖灌注樁成本測算

從上述工程造價對比分析，植入法沉樁工藝可節約造價約40 %，經濟性相對較好。

4.3 成樁優越性分析

旋挖成孔灌注樁在這種高填方區域基礎樁中應用時，需采取全護筒跟進護壁措施，樁身易遇到夾泥、縮頸、沉渣厚度不滿足要求等方面質量缺陷，同時易給場地帶來污染，工效相對較低；錘擊法或靜壓法管樁基礎在此工程中應用時，遇到填土中孤石或塊石，樁頭易損壞和折斷，甚至無法進入持力層，難以滿足樁承載力和穩定性要求；而采用植入法沉樁新型工藝通過預引孔以及后注漿的作用，能較好地解決上述相關問題，應用于這種高填方地層中具有一定的優越性。

5 結束語

(1)針對傳統的錘擊法或靜壓法沉樁在基樁工程中應用存在的缺點，提出了一種新型的沉樁工藝即植入法沉樁。通過試樁和靜載試驗分析，這種工藝能提高單樁承載力，減少樁基的沉降，有效地解決了高填方區域成樁困難的難題，并取得較好地效果，對類似的項目設計具有一定的借鑒意義。

(2)通過應用于具體的工程中，歸納和總結了植入法沉樁施工的關鍵工序和要點，對同類工程施工具有一定的指導意義。

(3)以實例從經濟、技術及成樁質量上，將植入法成樁與旋挖灌注樁進行工藝以及造價的對比分析，表明植入法沉樁質量好，經濟合理，應用于這種類似高填方基樁工程中具有一定的優越性。