微型鋼管樁在深厚雜填土層中的工程應用

王巖秋

（山東國信環能集團股份有限公司，山東德州 253000）

1 工程概況

1.1 建筑物概況

某電廠新建中水處理工程實驗樓（共4 層），層高3.6m，東西向長度36.0m（等分為6 個開間），南北向進深18.0m（柱距為6.0m+6.0m+6.0m）。

1.2 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告的建議，雜填土及素填土均不宜作為基礎的持力層。本單體層數為4 層，最大的單柱荷載標準值為1937kN，結合工程實際及經濟因素，對深厚雜填土未采用挖除或注漿措施，擬采用微型鋼管樁穿透雜填土，樁端進入中風化石灰巖，樁側進行后注漿改善雜填土性能。

1.3 微型鋼管樁施工工序

定位→埋設護筒→鉆機就位→成孔→清孔→下鋼管（后注漿管對稱焊在鋼管兩側，除頂部2m 不加工外，沿注漿管徑向4 個φ6 孔均勻布置，長向間距500mm 加工成花管）→一次砂漿（灰砂比為0.3，待孔口冒漿后提升注漿管至孔口下3～4m 深度補漿）→二次注漿（一次注漿初凝后，采用1～1.5MPa 壓力向后注漿管壓入純水泥漿）。

2 微型鋼管樁優點及其加固機理

2.1 微型鋼管樁優點

微型鋼管樁除具有普通微型樁的優點之外，有以下自身的特點：①樁身抗彎剛度大：樁身加筋為鋼管，用于以水平力為主的的支擋結構及邊坡支護時，表現出很好的適用性。②無斷樁現象：軟土地區施工時，由于土體較軟易出現塌孔，所以樁的截面積減小更有甚者樁身截面無水泥砂漿即斷樁，對其承載力影響較大。微型鋼管樁由于鋼管的連續性不會出現斷樁，即便出現塌孔的現象，鋼管及內部的水泥砂漿依然能夠能夠將荷載傳遞至更深土層，且微型樁一般采用后注漿的工藝，樁周土層經過后壓漿可以得到改善，所以縮徑或塌孔對其承載力亦不會出現很大的影響。③樁身材料確定的承載力高：微型鋼管樁樁端為巖石的情況下，可將樁置于巖石，基樁作為嵌巖樁，充分發揮其樁身材料確定的承載力高這一優點。

2.2 微型鋼管樁加固機理

（1）樁間土的改良作用：樁體一般需進行后注漿，后注漿液在壓力作用下向樁身四周擴散，樁身直徑類似于形狀復雜的“多節擴孔樁”。

（2）復合樁基的作用：當基樁與周圍土體共同承擔上部結構荷載時，樁體和樁間土的變形模量的差異性，基底應力會向樁體集中，因此，基樁的存在使得基底下一定深度范圍內土層中的附加應力減小，從而也就減少了變形計算深度范圍內的土層在附加壓力下產生的壓縮變形。

（3）樁側摩阻力的提高作用：微型鋼管樁在最后成樁前要進行高壓后注漿，且壓力需保持一段時間，以確保高壓后注漿液能夠強制充填進入樁身側壁與樁周土層接觸不良之處。

（4）微型鋼管樁本身構造和鋼管混凝土類似，樁身鋼管內部水泥砂漿會受到鋼管約束的作用，另外，高壓后注漿改良了樁間雜填土的性能，使得雜填土對樁身也能提供一定的側向約束作用。

3 樁基設計

本工程柱下采用五樁承臺，結合巖土工程勘察鉆孔的布置，選取三處鉆孔土層參數作為計算依據，樁身計算數據如下：P1 樁長 11.0m，P2 樁長 14.3m，P3 樁長 11.4m；樁徑均為 220mm，孔內下放 φ127 鋼管（Q235B，壁厚 δ=5mm），樁身砂漿 M20，樁端入巖0.6m。基樁承載力計算參數如下：嵌巖深徑比hr/d=0.6/0.22；Ap=0.037994m2；ψc=0.7；fc=9.6MPa；fy=215MPa；As=0.0019m2。

根據JGJ94-2008《建筑樁基技術規范》（以下簡稱《樁基規范》），取下列二者計算的較小值作為單樁承載力特征值：

（1）側阻和端阻確定的承載力特征值：規范第5.3.9 條公式Quk=Qsk+Qrk=uΣqsikli+ζrfrkAp（偏于安全，設計暫不考慮雜填土經后注漿改善所提供的側阻力）。

表1 樁基規范公式算法-單樁承載力特征值（單位：kN）

（2）樁身材料確定的承載力特征值：規范5.8.2 條公式N≤ψcfcAps+0.9f′vA′s。

根據表1，單樁承載力特征值Ra=min{Quk/2，N/1.35}=462kN，設計偏于安全取Ra=400kN 作為單樁承載力特征值，因此五樁承臺能夠滿足上部結構的承載力要求。

4 現場靜載荷試驗及樁身壓縮量計算

根據JGJ106-2014《建筑基樁檢測技術規范》（以下簡稱《基樁檢測規范》）第3.3.1 條，基樁施工完畢，選取三根工程樁做樁基靜載試驗，根據《基樁檢測規范》4.1.3 條加載須達到2Ra即800kN，因此三根受壓試樁材料調整如下：水泥砂漿M30，鋼管采用φ127 鋼管（Q235B，壁厚δ=10mm）。根據上述計算公式Ra=（0.7×14300×0.037994＋0.9×215000×0.0036738）÷1.35=808.3kN。

基樁平面布置簡圖見圖1。

圖1 樁位平面布置

根據設計圖紙，試驗單樁承載力特征Ra=400kN，試驗反力由錨樁提供。試樁為工程樁，所以加載至800kN 時終止。試樁的p-s曲線見圖2。

圖2 試樁 p-s 曲線

試驗結果分析：P1、P2、P3 的p-s 曲線均為緩變型；樁頂荷載增大，樁頂沉降同時增加；試樁所施加荷載終止值均為800kN，樁頂沉降量最大值為1.93mm。

本工程微型樁樁端嵌巖，雜填土未經注漿的情況下，可根據《樁基規范》第5.5.14 條按照單樁計算樁身的壓縮Se=ξeQjlj/EcAps，其中ξe=1.0、Qj=800kN，試樁其他參數見表2。

表2 樁身彈性壓縮量Se 計算

綜合沉降實測值及樁身彈性壓縮理論值比較分析，可以推測：樁周雜填土經過樁側高壓后注漿后，性能得到明顯的改善，豎向受壓荷載作用下能提供樁側阻力。

5 結論

（1）樁端嵌巖情況下，單樁荷載-沉降曲線是緩變型，樁土相對位移小，樁側阻力發揮的程度尚需研究，工程設計偏安全可按嵌巖樁；

（2）荷載施加至2Ra時，最大樁頂沉降量1.93mm，因此，今后微型鋼管樁的設計時，可考慮以結構允許的樁頂沉降量最大值對應的荷載作為Ra；

（3）微型鋼管樁一般需后注漿，高壓漿液通過后注漿管向四周土層滲透或產生劈裂注漿現象，可改善樁周雜填土特性，建議計算Ra時即可考慮雜填土的側阻力。