工業項目樁基礎設計與施工技術實踐

摘? 要：工業項目樁基礎必須具備較高的承載力，同時還要保證抗震性能，才能保證項目投產后的長期平穩運行。本文結合項目特點進行樁基礎設計，選擇合適的樁型和樁基施工技術方法，以此保證廠房、設施和設備基礎等建構筑物的穩固以及建成后的使用安全。同時以高標準、嚴要求對待項目樁基礎設計和施工的每一環，使其擁有穩定的工程產品特性，保證項目順利建成并投產使用。

關鍵詞：樁基礎;樁基;工業廠房;工程施工;設計

中圖分類號：TU753? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）03-0000-00

1 樁基礎在工業項目的應用

樁基礎作為工業項目廠房、構筑物和設備基礎設計的常用方案，應根據工程地質條件、上部結構特征、荷載大小、現場施工條件和環境等因素，合理確定樁型、成樁工藝和承臺型式所需方案。取得樁基施工圖后，設計、施工和監理、業主各方應在認真解讀項目巖土工程勘察報告基礎上，結合施工場地條件、周圍環境、類似地質條件的試樁資料完成樁基礎施工圖會審，并從費用預估等多角度優化樁基礎施工技術方案。既要保證設計和施工方案的科學性，又要保證樁基礎施工的可行性和經濟性，從而將工程造價控制在合理范圍[1]。

1.1巖土工程地質勘察報告分析

根據勘察文件資料，項目地屬崗地～長江漫灘地貌單元，擬建主裝置場地為預留空地，擬建公用工程裝置區鄰近在用廠房和設備，地形相對平坦，地面高程11.03～12.87m，最大高差為1.84m。

依據巖土體的成因、時代、埋藏分布等特征，并結合物理力學性質指標，分為4個工程地質大層（素填土、粉土、粉質黏土、含礫中粗砂）及多個粉質黏土亞層。

場區無活動性斷裂通過，因此該地區為地震活動少、震級低地區，基底巖層分布較穩定，適宜工程項目建設。

場區填土普遍較厚，按不利因素考慮，場地屬抗震不利地段。擬建場地類別均為Ⅲ類，特征周期為0.45s。設計地震分組為第一組，峰值加速度為0.15g，屬抗震設防烈度為7度區。

工程勘察測得孔隙潛水穩定水位埋深2.74～3.42m。孔隙潛水水位動態受天氣、季節性變化影響明顯，根據區域水文地質資料，年變幅在3.0m左右，歷史及近3～5年最高地下水位可按場地整平后地面以下埋深1m考慮。場地地下水、土對鋼筋混凝土具微腐蝕作用。

1.2樁基礎設計方案優選

根據勘察報告揭示的場地地基土層分布情況和特征值，結合擬建裝置的場地周邊條件，對項目聚合樓、THF回收、循環水站等各裝置區域樁基礎方案進行優化設計。

1.2.1 混凝土預制樁設計

該處聚合樓區域樁基設計等級為丙級，采用預應力高強混凝土管樁，型號為PHC-AB600（110）-C80，樁尖為D型（四棱錐閉口），以粉質黏土層作為持力層，單樁承載力特征值初算值為1300KN，初定有效樁長25米，其中樁頂設計標高–2.25m、共120根，樁頂設計標高–3.55m、共33根。因樁位布置較密集，設計方案采取了“中間布樁較密、四周布樁略疏”的布置，以達到減少差異變形、優化反力分布、降低承臺內力的設計目標。因新建聚合樓打樁區域為預留空地，距離現有生產裝置距離達到20m以上，設計圖采用靜壓樁施工，要求樁基施工以控制壓樁力為主、樁長為輔，最大壓樁力不大于5500KN，最小壓樁力不小于2600KN，并進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗和樁身完整性低應變檢測。

1.2.2 鉆孔灌注樁設計

對于THF回收裝置區，因新建THF裝置框架與現有生產裝置距離僅為4米，且新建THF裝置區地下有兩根直徑?800、埋深–4.50的混凝土制污水主管，與基樁邊間距約3.5m，為保護現有生產裝置和地下管線，該區域樁基礎設計方案采用鉆孔灌注樁，樁基設計等級為丙級。灌注樁直徑?600，總樁數72根，采用C30混凝土，主筋保護層厚度50mm，鋼筋為HRB400級。預估單樁承載力特征值為900KN，樁端以粉質黏土層為持力層，進入持力層不少于3m，設計樁長23m。要求滿足規定的休止時間后對成樁質量及承載力進行檢測，低應變檢測數量不小于總樁數的20%，靜載試驗采用慢速維持荷載法，最大壓力值為2倍單樁承載力特征值[2]。

1.3樁基施工技術應用

1.3.1靜力壓樁施工技術

靜力壓樁施工技術是通過壓樁機自身的重量及在樁架上的配重對預制樁施加反力從而將其壓入土中的一種沉樁工藝。隨著國產靜力壓樁機械和預應力混凝土管（方）樁的發展，靜力壓樁施工技術也因工藝簡明、操作直觀、質量可靠、噪音小等優點得到了更多使用。由于靜壓樁是擠土樁或半擠土樁，需控制樁距3.5倍樁徑以上，壓樁時易對土層造成破壞，無鄰近建筑設施保護要求的樁基施工經常選用該技術。

靜力壓樁機的選型主要根據最大壓樁力，一般要大于單樁豎向極限承載力設計值，兼顧考慮最小邊樁距、樁機外型尺寸、樁機船型履靴接地壓強等因素。采用靜力壓樁要求，場地應平整且具有較好地基承載力，一般要達到壓樁機接地壓強的1.2倍。在項目聚合樓靜壓樁施工過程中，因場地表層回填土較厚，地下水位較高，部分區域地基承載力不足，導致壓樁機移動困難、無法調平。后經灰土進行地基處理后滿足了靜壓打樁施工要求。另外，選擇靜力壓樁需考慮設備供電問題，1臺國產沉樁設備ZYJ-800型全液壓靜壓樁機的壓樁功率110～135KW，現場配備1臺630KVA的施工變壓器以滿足項目施工用電。

確定靜力壓樁施工的關鍵指標——終壓標準，必須根據現場試壓樁結果，并結合地質勘察報告進行分析確定。根據設計要求和本地靜力壓樁施工經驗，項目聚合樓靜壓樁終壓標準采用既控制樁長又控制壓樁力的“雙控”方案。即通過控制樁長可保證樁尖進入有效的持力層（硬粉質黏土層，深約18～25米），同時通過監控壓樁力保證有效荷載能力。經現場試壓1根樁長29m樁后，確定平均樁長控制為27m，采用兩節配樁，使用焊接方法接樁。壓樁施工過程中，未發現壓樁力讀數與試樁數據明顯不符的情況，壓樁過程未遇到難以穿越的硬夾層，未出現樁身和樁頭損壞等異常情況，完工統計最短壓樁長度為25m，最大壓樁長度31m。設計最小壓樁力為2600KN，實際終壓值范圍為2690KN～3170KN。按該方案施工，實際接樁和截樁數量占壓樁總數的比例約為6%。單樁豎向抗壓靜載荷試驗、樁身完整性低應變檢測等地基基礎工程檢測結果均合格，施工效果良好。

1.3.2鉆孔灌注樁施工技術

鉆孔灌注樁屬于非擠土樁型，其既不存在擠土負面效應，又具有穿越各種硬夾層、嵌巖和進入各種硬持力層的能力，樁的幾何尺寸和單樁的承載力調整空間大，因而使用廣泛。

地下水位以上鉆孔灌注樁施工一般采用干作業法鉆孔，地下水位以下多采用反循環泥漿護壁法鉆孔。THF區域鉆孔灌注樁施工因涉及原有地下管線保護，施工前采用人工開挖探溝方法以探明地下管線實際走向和邊界，探溝開挖方向與管線方向垂直，開挖數量為3條。探溝開挖后對地下管線方位進行標識，并對照樁位圖進行現場放線，復核樁位與管線相對位置后進行探溝回填。為保證場地平整度便于鉆機穩固，采用灰土對場地表層填土進行地基處理，處理層深約800～1000mm。灌注樁施工時現場使用水平儀持續檢查鉆桿垂直度，嚴格控制成孔垂直精度。終孔驗收合格放入鋼筋籠和導管后立即灌注水下混凝土，保證灌注過程的連續性和灌注長度大于設計樁長。樁頂實際超灌長度控制在1m左右，確保后期鑿除泛漿后樁頂混凝土強度滿足設計值[3]。

實際施工過程中，有1根基樁鉆孔深度約13m時鉆頭受阻無法下穿。現場確認可能為較大體積的鋼筋混凝土塊體，中止原樁位鉆孔改用C15素混凝土對鉆孔進行回填后，經設計同意在原樁位兩側各補打1根同徑深的鉆孔灌注樁，以滿足設計荷載要求。

1.3.3錘擊（振動）沉樁施工技術

錘擊沉樁是利用樁錘下落產生的沖擊力克服土體對樁的阻力，使樁體下沉到設計深度。錘擊沉樁是預制樁常用沉樁方法之一，施工速度快，適用范圍廣，但存在擠土、噪音和振動等危害，多受城鎮施工條件所限制。工業項目用地邊界一般遠離居民區，在無噪音擾民因素限制條件下經常會選用該法打樁。

與靜壓打樁相比，錘擊沉樁過程對樁身損傷缺陷明顯，后期樁身完整性低應變檢測經常會出現部分Ⅲ類樁，需采取灌芯等處理措施進行補就。所以為提高打樁效果和沉樁精度，保護樁錘安全使用和樁頂免遭破損，應在樁頂加設樁帽，并在樁錘與樁帽、樁帽與樁之間設置墊材，如硬木、麻袋、橡膠等。

振動沉樁施工技術（又稱振動沉樁機、振動式沉拔樁錘）是利用機械部件的高頻振動，以高加速度振動樁身，將機械產生的垂直振動傳遞給樁體，使樁身周圍的土體結構因振動發生變化，強度降低，導致樁身與周圍土體的摩擦阻力減小，然后以機械下壓力、錘頭與樁身自重將樁沉入土中。振動沉樁施工多用于鋼板樁施工，如深基坑作業防護用的拉森鋼板樁。

1.3.4人工挖孔樁施工技術

人工挖孔樁技術在低水位非飽和土中成孔，清孔徹底，可直觀檢查持力層，因便于控制成樁質量而得到廣泛使用。人工挖孔樁的成樁孔徑一般不小于0.8米、不大于2.5米，孔深不超過30米。護壁模板拆除不宜過早，一般應在24小時之后，冬季和寒冷地區施工可適當延長拆模時間。人工挖孔樁成孔至設計標高后應立即進行清渣、封底和灌注，這是保證樁基承載力的關鍵步驟。

2 樁基礎設計和施工技術特點

2.1不同樁型的選擇

應特別注意對非擠土樁與擠土樁、部分擠土樁這幾種不同樁型的區分和選擇。擠土效應在飽和黏性土中會引發灌注樁斷樁、縮頸等質量事故，并會導致樁體上浮、承載力下降，沉降加大。甚至會造成四周鄰近的建筑和設施受損。相反，在松散土和非飽和填土中則會起到加密、提高承載力的作用。對沉管擠土灌注樁的擠土效應認識不足可能會造成施工事故，該類樁型應慎用，避免造成不必要的損失。

2.2采取預制樁擠土控制措施

樁基設計時應考慮擠土效應對附近建筑、重要設備、地下管線、周圍道路及已有樁基的危害和影響，施工時必須采取合理措施。本著群樁范圍內先內后外、先地基處理后打樁的原則，編制詳細施工組織措施和打樁流程圖，做好樁位編號設計、監理和業主方確認工作。沉樁時嚴格控制樁位偏差，合理安排沉樁順序，控制沉樁速率，必要時采取樁位預引孔、設置防擠溝、防震溝、應力釋放孔等措施來減少沉樁影響。

大面積的靜壓、錘擊（振動）沉樁施工時，應加強對鄰近建筑、地下管線的沉降觀測，復測10%以上數量的樁頂上涌和水平位移情況，必要時采取跟進措施。

2.3保證鉆孔灌注樁成樁質量

鉆孔灌注樁的承載力由樁側摩阻力及樁端阻力構成，成孔質量直接影響承載力的大小。安放鉆機時先使鉆盤和底座水平，再確保起重滑輪緣、鉆桿卡孔和護筒中心三者在一條豎直線上，并經常檢查校正。鉆孔深度應經質量員和監理實測驗收，并及時用換漿法進行清孔。鋼筋籠的制作作為關鍵工序，其主筋焊接和井口對接時必須保持順直。鋼筋籠的直徑尺寸偏差不超過10mm，鋼筋籠安裝應對準鉆孔中心緩慢下放，避免碰撞孔壁。

隨著環保提升和材料價格上漲鉆孔灌注樁施工還應選擇本地優良的商砼供應商，以保證商品水下混凝土的質量，確保灌注成品質量。

2.4 倡導樁基綠色文明施工

根據綠色企業行動計劃，樁基施工現場要落實綠色施工措施，做好施工工地100%圍擋、出入車輛100%沖洗、渣土車輛100%密閉運輸。加強施工現場泥漿池和泥漿循環系統專人管理，合理設置排漿溝和循環池，防止泥漿溢入場地周邊雨水系統，造成超標排放。安排人員隨時配合清除場地淤泥，對于多余的排漿委托有資質的單位進行外運處理，跟蹤并記錄處理方式、存放位置，避免影響環境發生環保違規違法處罰事件。

3 常見質量問題及原因

3.1 單樁承載力不足

施工控制不到位，導致沉樁深度不足;由于地形起伏變化較大，樁端沒有達到預設持力層，但滿足了樁長設計值;較大的貫入度，導致樁端穿透預設持力層;較大的樁傾斜角、樁的斷裂等問題使得單樁承載力下降;引用的勘察文件資料如地基承載力等特征數據與實際不符。

3.2 樁傾斜度過大

預制樁的產品質量差，樁頂面不平或樁尖不正導致沉樁傾斜;樁機安放不正確，機架未垂直，施工垂直精度偏差過大導致樁傾斜;不明地下埋藏物情況，導致樁端遇障礙時發生方位偏離;樁間距不夠大，打樁順序混亂出現擠土效應導致樁傾斜。

3.3 斷樁問題

預制樁樁身強度不足或存在明顯缺陷，受力后出現斷樁;在安放、吊起、運送中支點或吊點位置偏離，導致樁身損傷;樁身長徑比過大，細長樁在沉樁受阻時產生彎曲變形受損;錘擊力或夾持力過大，超過樁身強度;接樁質量不過關，對接偏差大或焊縫缺陷導致斷樁;設計貫入度不合理，導致錘擊或靜壓過度而樁斷裂。

4 總結

結構安全是工業項目設計與施工管理的重中之重。因地制宜，運用科學方法優化樁基礎設計方案，提高樁基礎的施工性和經濟性，才能為工程建設質量和結構安全奠定堅實基礎。為保證工業項目運行時的穩定，在勘察、設計、施工時都要高標準嚴要求，否則就可能釀成大禍。所以樁基的設計和施工過程需要更加細致，技術更加成熟、可靠，質量更加過硬。

參考文獻

[1]劉大勇.地基基礎工程施工細節詳解[M].機械工業出版社，2008.

[2]李糧鋼，陳惟明，李小青.基礎工程施工技術[M].中國地質大學出版社，2001.

[3]許富華.地基與基礎工程施工[M].北京理工大學出版社，2011.

收稿日期：2020-02-05

作者簡介：孫繼良（1974—），男，江蘇揚州人，研究生，工程師，研究方向：機電一體化、工程設計與施工管理。