復雜地層中如何控制錘擊管樁的施工質量

張建強 ZHANG Jian-qiang；袁天晉 YUAN Tian-jin

（中核勘察設計研究有限公司，鄭州 450002）

1 錘擊預制管樁的優缺點

①預應力管樁樁身強度高，強度高達80MPa，錘擊管樁采用的是沖擊荷載，管樁能穿透較厚的粗砂、圓礫和強風化巖層，對入土深度或持力層有要求的施工有更大的保證。

②質量的控制點較為明確，對質量的主控和監控較為有利。

③施工速度快、功效高，對工期有保證。

④噪聲大，容易產生噪聲污染，夜間禁止施工。

⑤有孤石、堅硬隔層、障礙物多的地層中，不適宜用預應力混凝土管樁施工。

2 錘擊法施工工藝流程

錘擊樁沉樁工藝流程圖如圖1。

圖1 錘擊樁沉樁工藝流程圖

3 工程概況

3.1 廠房概況

湖南省長沙市某廠房項目采用液壓錘擊施工工藝，采用預應力高強混凝土管樁，十字形鋼樁尖，以入持力層深度和貫入度雙控為主。貫入度控制標準：錘擊3 陣，并按每陣10 擊的貫入度不應大于20mm。圖2 為廠房平面布置圖，表1 為管樁布樁數量參數。

表1 廠房樁型參數一覽表

圖2 某項目廠房平面布置圖

3.2 地質概況

場區大部分范圍屬于填方區域，填方區域厚度7.8～14.0m，平均厚度10.8m，已經過強夯處理。局部為挖方區，最大挖方厚度約15.0m。表2 為基樁試樁設計參數，場地地層情況如下：

表2 基樁試樁設計參數

①層回填土：項目開工后進行的回填，并進行了強夯，該回填土層未進行勘察。回填土主要成分為黏性土、全風化板巖，含強風化板巖碎塊，土質不均勻。

②層粉質黏土：黃褐色～棕褐色，局部灰褐色，可塑～硬塑狀態。該層為風化殘積土，原巖組織結構全部破壞，土質不均勻，含礫石、粗砂等顆粒。切面稍有光澤，干強度及韌性中等，屬中壓縮性土。勘察范圍大部分揭露，分布不均勻，厚度0.60～13.10m，平均厚度3.97m。

③層全風化板巖：褐黃色～棕褐色，局部棕紅色，巖芯呈土狀，原巖結構基本破壞，礦物成分大部分已風化成黏土礦物，斑狀結構，巖體極破碎，部分呈碎塊狀，手能掰斷、捏碎。屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。勘察范圍內大部分揭露，層厚0.70～19.50m，平均厚度6.81m。

④層強風化板巖：原巖結構大部分破壞，風化較顯著，節理裂隙很發育，巖體破碎，巖芯大部分呈碎塊狀，變余結構，板狀構造。屬極軟巖，巖體基本質量等級為V 級。

4 施工情況

4.1 采用直接液壓錘擊施工工藝

該工地A、B 廠房采用液壓錘擊方式共施工1326 根管樁（A 廠房737 根管樁，B 廠房589 根管樁），其中有132根管樁未達到設計要求，管樁入持力層深度不夠，該132根管樁采用了補樁方式進行處理如圖3。

圖3 廠房A、B、C、D 區域典型工程地質剖面圖（單位：m）

原因分析：

①回填層平均厚度達10m 以上，且經過了強夯處理，回填層產生的測阻力較大，致使管樁入持力層深度不夠。

②現場后期補勘及土建開挖揭露，部分區域回填土土質達不到設計要求，局部存在大塊孤石、磚渣、廢舊基礎等情況，前期勘察未有效揭露，管樁難以穿越障礙物，造成管樁樁長較短。

處理方法：采用長螺旋鉆機引孔，保證管樁入持力層深度滿足設計要求。長螺旋鉆孔直徑采用350mm，根據地勘報告情況，引孔至相應深度，然后采用液壓錘擊方式施工。

4.2 長螺旋鉆機引孔施工

鑒于直接采用液壓錘擊工藝無法有效滿足預制管樁入持力層深度要求，采用長螺旋鉆機進行引孔，提前在需要進行預制樁施工的位置成孔，有效解決原有的地質土層難以穿透的難題，削減地層對預制樁的施工摩擦力，可以使預制樁在較小的壓力下，順利進入持力層。

4.2.1 施工工藝流程

鉆機組裝調試→施工放線定位樁位及高程→相關人員復核、驗收樁定位→長螺旋鉆機就位→鉆桿對正樁位→調整鉆桿垂直度→開動電機鉆孔→鉆至設計要求深度→提鉆→移位→錘擊管樁施工。

4.2.2 引孔施工優點

①長螺旋鉆機成孔不用泥漿或套管護壁，施工無噪聲、無振動，對環境無泥漿污染。

②采用長螺旋鉆機預先引孔，可以探明地下是否有障礙物。當有障礙物時，可以調整位置，保證成樁。

③可以改善擠土效應，減少對已沉入樁的擠推和上浮。

④根據地勘報告情況，引孔深度達到設計要求的最小有效樁長，給后續打樁施工做好準備，保證管樁入持力層深度滿足設計要求。

4.2.3 引孔施工情況

采用長螺旋鉆機引孔施工后，B（剩余915 根管樁）、C、D 廠房管樁均能正常施工，管樁入持力層深度均能滿足設計要求，后經靜載試驗，承載力能夠滿足設計要求。

但在E、F 廠房區域施工時，出現了“吊腳樁”現象，管樁的入土深度小于引孔深度如圖4 所示。

圖4 廠房E、F 區域典型工程地質剖面圖（單位：m）

圖5 復合管樁立面示意圖

圖6 復合管樁橫斷面示意圖

原因分析：E、F 區域全風化板巖層厚不一，大部分在2-3m，長螺旋鉆機按照入持力層深度引孔，持力層已進入強分化板巖層內2-3m，采用液壓錘擊方式施工時，管樁在強分化板巖層內就會錘擊困難，出現“吊腳樁”現象。

處理方法：根據設計要求，當④層全風化板巖層厚度小于5.0m 時，樁端以④層強風化板巖為持力層，進入的長度不低于0.5m。施工時，對比勘察報告，長螺旋引孔至④層強風化板巖層后，或者是鉆機鉆進出現鉆進困難時，不再繼續引孔，之后采用液壓錘擊方式施工，保證進入④層強風化板巖的長度不低于0.5m。

改進施工方法后，進行了靜載試驗驗證，承載力可以滿足設計要求。

4.3 “植入法”錘擊管樁施工

“植入法”就是預制樁施工時，按照設計要求的樁長，預先采用旋挖鉆孔設備鉆孔至設計標高，再植入預制樁的施工方法。若在鉆孔內注入水泥土、混泥土或其他固樁液，再植入預制樁，可以形成復合管樁。

4.3.1 施工工藝流程

施工準備工作→定樁位→鉆機就位→埋設護桶→成孔→測孔深、清孔→下導管→灌注填充料→導管起卸→鉆機移位→錘擊管樁施工。

4.3.2 “植入法”錘擊管樁施工優點

①管樁樁身強度高，一般為C80，也可采用C105、C125。

②與灌注樁相比，孔底沉渣少，成樁質量有保障，不存在常見的塌孔、縮頸等質量通病，由于管樁是工廠化預制，施工質量可靠、可控。

③施工工期短、不需要28 天齡期。

④施工現場文明整潔。

⑤配合超高強管樁使用，能充分發揮樁身高承載力特點。

4.3.3 “植入法”錘擊管樁施工情況

G 廠房區域以及地下車庫區域為挖方區，出露地面的為強風化板巖層，直接采用液壓錘擊方式施工困難，采用長螺旋引孔方式施工易出現“吊腳樁”現象。經與設計院溝通，采用“植入法”錘擊管樁施工工藝，先用旋挖鉆機成孔至設計樁長，然后灌入C25 細石混凝土，再用液壓錘擊方式施工。旋挖鉆孔直徑為600mm，管樁采用PHC-500AB-125 預應力高強混凝土管樁。樁端持力層為強風化板巖，樁進入持力層不小于6m。針對局部土層特殊情況，限值最小樁長位12m，進入持力層深度不變。

5 結語

南方的地層情況比較復雜，地層薄厚不一，持力層深度差別較大，采用錘擊管樁施工時常會遇到錘擊困難，樁長入持力層深度達不到設計要求等問題。針對施工時遇到的問題，本項目采用了長螺旋鉆機引孔、“植入法”錘擊管樁施工等工藝很好的解決了施工時遇到的難題。并針對長螺旋鉆機引孔施工時產生的“吊腳樁”現象，根據勘察報告提供的持力層情況，改變長螺旋鉆機引孔深度解決了“吊腳樁”現象。

施工前，針對不同區域、不同場地的地質情況的差異性應提高警惕，注重現場踏勘、組織技術人員熟悉勘察報告及搜集區域樁基施工經驗，提前找出施工中可能遇到的問題及應對措施。

施工過程中，及時復核實際施工情況是否滿足設計要求，若不滿足，分析原因提出解決辦法。針對復雜地質情況，必須第一時間反饋至監理單位、設計單位、業主單位等參建方，共同分析原因并制定解決方案，在問題未能妥善解決之前，不可盲目施工，做到及時止損。