雙層鋼套管試樁施工關鍵技術

朱敏峰

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 技術背景

鉆孔灌注樁是建筑領域最常見的樁基礎形式之一，能在復雜環境下為上部結構提供較大的承載力。其單樁承載力主要由樁端阻力及樁側阻力兩部分構成，當樁端所在持力層為軟土時，承載力主要由樁側阻力提供。為確保樁基礎的實際承載能力滿足設計工況，一般要求進行試樁加載試驗；但加載試驗只能在地面進行，試樁樁頂標高位于地面，而實際樁頂標高應位于地下結構底板處，造成試樁環境同實際工況的差異，即試樁過程中多出了結構底板至地面部分的土體阻力。為修正這一影響，一般會在試樁試驗中增大加載值，但在此過程中會產生一定誤差。為克服上述問題，國內已研發鉆孔樁靜載荷試驗雙層鋼套管技術，通過隔離樁頂設計標高以上的樁身與土體的接觸，達到直接測試有效樁長范圍的樁基承載力的目的[1-2]。本文將簡單介紹雙套管試樁的施工及加載技術，并分析其技術特點。

2 技術路線

2.1 雙層鋼套管構造

為實現隔離樁身與土體間摩擦的目的，在兩者之間埋入雙層鋼套管，其構造特點主要包括：

1）內套管和外套管均為具備一定厚度的鋼管，內套管內徑略大于試樁直徑，外套管內徑略大于內套管外徑。

2）內套管長度超過基坑開挖深度3～5 m，外套管長度等于基坑開挖深度。

3）內套管和外套管之間設有環形支撐肋板。

4）外套管底部與內套管之間設置環形橡膠止水帶，且外套管底部收口與環形橡膠止水帶密貼。

5）外套管頂端對應部位設置4個厚鋼板的吊裝孔及擱置點（圖1）。

圖1 雙層鋼套管剖面示意

雙層鋼套管應具備下列功能：

1）雙層鋼套管之間可自由滑動，以達到消除樁側摩阻力的目的。

2）雙層鋼套管之間有可靠支撐，避免出現樁體失穩現象。

3）能防止混凝土在澆筑過程中進入雙層鋼套管之間，影響雙層鋼套管間自由滑動。

2.2 雙層鋼套管試樁工藝流程

雙層鋼套管試樁的施工流程同一般鉆孔灌注試樁相似，具體過程如下：測量定位→鉆進成孔至鋼套管底部的安裝深度，鉆頭半徑應大于試樁半徑與鋼管壁厚之和→安裝雙層鋼套管→重新開始成孔，鉆頭半徑等于試樁半徑→成孔完畢后吊放鋼筋籠→混凝土灌注。同傳統灌注樁施工流程相比，主要區別在于增加了鋼套管的安裝流程，以及需進行2次成孔且第1次鉆頭半徑應大于試樁半徑。

雙層鋼套管試樁的安裝流程如下：

1）測量定位：成孔到位后，將周邊泥漿清理干凈，根據雙層鋼套管四邊中點延長線的4個坐標點重新進行放線；樁孔四周鋪設鋼板，待后續雙層鋼套管吊至孔口位置時，用型鋼與其固定。

2）雙層鋼套管吊裝：在雙層鋼套管外套管頂端對應部位設置4個厚25 mm鋼板的吊裝孔及擱置點（圖2）。在套管頂以下管長2/3位置設置1個輔助吊點，輔助吊點中心軸線必須和4個吊點及擱置點的其中1個處于同一直線。雙層鋼套管起吊采用履帶吊一次性起吊安裝到位，采用主副勾起吊形式，主勾安裝于套管頂吊點，副勾安裝于管長2/3位置的輔助吊點，以套管底與地面作為擱置點起吊并回直。

圖2 雙層鋼套管吊點構造

3）雙層鋼套管固定：雙層鋼套管安裝至孔口后按照設計標高要求，采用2根槽鋼將雙層鋼套管與地面預埋鋼板進行焊接固定。固定前必須檢查套管垂直度及樁位中心，雙層鋼套管中心與樁位中心偏差控制在10 mm以內。固定完成后，套管周圍采用黏土回填密實。雙套管吊放及固定應連貫進行，套管固定垂直度要求為1/200，待垂直度合格后方可最終固定和采用小鉆頭繼續成孔。

2.3 雙層鋼套管試樁靜載荷試驗

雙層鋼套管試樁加載試驗同傳統試樁的靜載荷試驗類似，可采用堆載法或反力架法。試樁開始前應切斷雙層鋼套管頂部內、外套筒的環形封口頂板，使內、外套筒分離；試樁樁帽制作時注意樁帽不應同雙層鋼套筒發生接觸。

3 工程案例分析

3.1 工程背景

某超高層建筑總用地面積24 770 m2，建筑面積306 490 m2，主要包括1幢59層辦公樓、1幢3層文化中心、1幢4層商業、1幢25層酒店以及4層地下車庫。采用雙層鋼套管技術對該建筑工程進行了試樁靜載荷試驗，以下將對試樁情況進行分析。

3.2 試樁概況

工程試樁包括抗壓試樁及抗拔試樁這2種，共30組；其中PSYZ1型及PSYZ2型為破壞性試樁，各3根，具體參數如表1所示。

表1 試樁參數

試樁施工采用GPS-20設備成孔，雙套管在場外加工制作，套管總長23.5 m，最大質量19.02 t。φ700 mm試樁外套管內徑910 mm，內套管內徑800 mm；φ1 000 mm試樁外套管內徑1 210 mm，內套管內徑1 100 mm；現場采用120 t履帶吊進行雙套管的安裝作業，整個施工過程順利，在樁身強度達到設計值后開始進行靜載荷試驗。

3.3 加載數據分析

現場采用反力法對試樁進行靜載荷試驗，具體試驗數據如表2所示。

表2 試樁靜載荷試驗數據

從表2可以看出，上述試樁的抗壓極限承載力均大于設計加載值。

靜載荷試驗期間還對外套管的沉降進行了觀察，數據顯示靜載荷試驗過程中外套管也發生了一定沉降，推測是由于樁身沉降造成周邊土體一同產生了位移，其中PSYZ1試樁的套管沉降為15～25 mm，樁身沉降為43～61 mm；PSYZ2試樁的套管沉降為2～8 mm，樁身沉降為29～33 mm；觀察上述數據可以發現套筒沉降明顯小于樁身沉降數據，證明套管同樁身之間是分離的。

但是由于支撐肋及樁身垂直度的影響，樁身同外套管間仍會產生一定摩阻力，根據預埋樁側摩阻力檢測裝置的數據，PSYZ1樁鋼套管段的摩阻力在400～700 kN，PSYZ2樁鋼套管段的摩阻力在300～500 kN。

4 雙層鋼套管試樁優勢分析

4.1 試樁承載力的精確性

雙層鋼套管試樁技術的開發初衷是為了更準確地測定試樁的極限承載力。采用傳統方法測算額外摩阻力的過程中，不可避免地會產生一定誤差，因此設計為了在選取樁基承載力特征值時趨向保守。而雙層鋼套管試樁技術能夠為設計提供更精確的樁基承載力特征值，有利于工程成本的控制。

4.2 加工及安裝的便利性

雙層鋼套管試樁技術的整個施工流程同傳統試樁相似，僅增加了鋼套管的加工及吊裝的工序，而鋼套管的加工可以在工廠完成，因此整個操作非常簡便，不會對施工進度造成影響，增加的成本僅有鋼套管的材料及加工成本。

4.3 靜載荷試驗的簡化

由于雙層鋼套管隔斷了樁身同開挖面以上土體的摩阻力，因此降低了靜載荷試驗的最大加載值，減少的加載值一般同基坑開挖深度成正比，以本文背景工程為例，PSYZ1樁如果不采用雙層鋼套管技術則最大加載值需達到29 000 kN，增加7 000 kN。因此采用雙層鋼套管技術可以簡化靜載荷試驗的過程，同時也降低了試驗成本。

5 結語

雙層鋼套管試樁技術作為一種新型試樁技術，近年來已經得到行業的廣泛認可，由于其能夠提供更為精確的樁基承載力，因此容易得到設計方的歡迎。同時，其施工簡便、成本低廉的特點，也得到建設方和施工方的認可。希望通過本文的介紹能為該技術的進一步推廣使用提供經驗。