勁性復合樁在砂土地基中的應用

【摘 要】某項目位于岷江邊上，場地土質主要為砂層，為了保證工程的安全，經(jīng)過比較選型，確定以勁性復合樁作為樁基礎的主要受力構件。詳細介紹了勁性復合樁的選型思路以及施工工藝，同時對勁性復合樁在施工中遇到的問題以及解決辦法進行了講解。事實證明，勁性復合樁能很好地應用于砂土地基，相應技術措施和研究成果可為類似工程提供借鑒意義。

【關鍵詞】地基處理； 勁性復合樁； 砂層地基

【中圖分類號】TU473【文獻標志碼】A

0 引言

1992年，龔曉南院士對復合地基的理論框架、定義進行了論述，創(chuàng)立了廣義復合地基理論。復合地基指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體）和增強體兩部分組成的人工地基［1］。隨著對復合地基研究的不斷深入，勁性復合樁逐漸出現(xiàn)在大眾視野，并越來越多的應用于工程建設中。勁性復合樁是由散體樁、柔性樁、剛性樁經(jīng)復合施工形成的具有互補增強作用的樁，廣泛應用于淤泥質土、黏性土、粉土、砂土等地層［2］。勁性樁所承擔的豎向荷載主要由樁側摩阻力分擔，而水泥土攪拌樁具有側摩阻力大的特點，勁性復合樁將兩者結合起來，使樁的整體強度和剛度得到顯著提高［3-5］。

起步廣場F-2-1地塊在建項目是宜賓市首個使用勁性復合樁的工程建設項目，本文介紹了此項目所使用的勁性復合樁的選型過程以及施工工藝，同時對施工所遇到的問題及解決措施進行了分析總結，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況

起步廣場F-2-1地塊項目位于四川省宜賓市岷江橋北橋頭東側，南臨岷江，如圖1所示。該項目是集住宅、商業(yè)、酒店、辦公為一體的城市綜合體項目，其中東區(qū)為住宅區(qū)，層高為6～25層，場地地層主要為雜填土、粉質黏土、粉細砂、中粗砂以及砂巖。

雜填土主要由建渣、砂巖碎石、塊石及黏性土組成，厚度為0.50～24.50 m。粉細砂主要由石英、長石、巖屑等砂粒組成，單層厚度為1.10～20.10 m。中粗砂主要由石英、長石、巖屑等砂粒組成，單層厚度為1.10～6.30 m。

場地基巖為砂巖，主要由石英、長石等組成，根據(jù)風化程度，分為中風化和強風化兩個亞層，其中強風化砂巖風化裂隙發(fā)育，巖芯較破碎，多呈碎塊狀，厚度為0.40～5.00 m；中風化砂巖巖芯完整，多呈柱狀，硬度較高。基巖埋藏深度起伏較大，最淺處埋深只有幾米，而最深處埋深70 m以上。

起步廣場F-2-1地塊項目高層建筑荷載大，而基巖埋藏較深，場地上部土層主要為砂土，承載力不滿足要求，需要對地基進行處理。

2 樁基選型

起步廣場項目擬建建筑物荷載大，對沉降及差異沉降較敏感，而施工現(xiàn)場主要為砂土地層，確定開挖后非基巖出露區(qū)域可采用樁基礎方案。根據(jù)宜賓地區(qū)類似工程的施工經(jīng)驗以及咨詢專家后給出的建議，目前適用于本工程的主要樁基類型有：挖孔灌注樁和勁性復合樁。

挖孔灌注樁為端承樁，樁端持力層需要有較高的承載能力，適合以中風化砂巖為樁端持力層；勁性復合樁為端承摩擦樁，可以充分利用樁側的摩阻力來承受基礎傳來的上部荷載，適合以砂土地層為樁端持力層。

本工程挖孔灌注樁的成孔方式初步確定為全回轉全套管成孔和旋挖成孔兩種，全回轉全套管成孔施工質量好，但施工成本較高，所需施工設備占地面積大，不利于工作面的展開；旋挖成孔施工成本低，但遇到地質較差時，成樁質量不能保證，且遇到深基坑邊坡下面為雜填土的情況時，容易掏空地基，造成邊坡地基塌陷。相對來說，勁性復合樁能適用于成孔困難的地層，且施工質量好、施工成本偏低。通過比較挖孔灌注樁與勁性復合樁的特點以及經(jīng)濟性，如表1所示，確定當基巖埋藏深度較淺時，選擇以中風化砂巖為樁端持力層的挖孔灌注樁基礎；當基巖埋藏較深，大于25 m時，若采用挖孔灌注樁，樁長過長，施工成本較大，施工周期較長，此時采用以粉細砂和中粗砂為樁端持力層的勁性復合樁基礎是最佳選擇。

3 勁性復合樁施工工藝

起步廣場F-2-1地塊項目采用勁性復合樁為MC復合樁，外芯為1 000 mm的高壓旋噴樁，內芯為600 mm的先張法預應力高強混凝土管樁，采用“等芯樁”模型，即內、外芯樁頂和樁底標高一致，如圖2所示。為保證樁基礎的承載能力，勁性復合樁進入粉細砂或中粗砂的深度不得小于15 m。

外芯高壓旋噴樁采用“三重管法”工藝，水泥漿采用0.8～1.2的水灰比漿液進行，水壓力不小于25 MPa，空氣壓縮機輸出壓力不小于0.7 MPa，噴漿壓力不小于2～3 MPa，噴漿流量為80～150 /min，提升速率為5～20 cm/min，轉速為5～16 r/min，噴嘴直徑為2～3 mm。其中管樁混凝土填芯為構造措施，目的是將預應力管樁和上部承臺形成一個整體且防止地下水倒灌對筏板鋼筋造成腐蝕。

3.1 工程定位

根據(jù)樁基施工平面控制點資料及圖紙，測放出各個樁點，樁位采用12 mm鋼筋作標識，入土深度不少于30 cm。引孔鉆機就位后復測樁位，確定鉆機位置，在鉆機位置四周灑白灰線標記。開孔前，保證樁位定位準確，樁位軸線采取在地面設十字控制網(wǎng)和基準點的方法，鉆機就位時，確保垂直度偏差不大于1%。為充分利用預應力混凝土管樁對土的擠密作用，沉樁順序按先深后淺、先大后小、先長后短、先密后疏次序進行，從中間向四周對稱施打。

3.2 鉆進成孔

引孔設備采用HM-90A引孔鉆機，成孔直徑為150 mm，孔位復核確認后，將鉆機就位，進行鉆孔施工，如圖3所示。鉆孔前，按設計要求定出孔位，作出標記，終孔后清除孔內余渣，采用空氣壓縮機將鉆孔吹洗干凈，且不得長時間清孔。清孔完畢后，置入一根110 mmPVC管，目的是進行護壁，防止塌孔。

3.3 旋噴注漿

注漿設備采用XL-50C高壓旋噴機，其最大鉆孔深度為50 m。首先進行下管，下管前，先在地面進行試噴，以檢查管道的暢通性及各項指標是否達到設計要求。下管時，噴嘴用膠布包住，以免泥砂堵塞，接下來緩緩下管直至達到孔底。

采用PO42.5普通硅酸鹽水泥進行制漿，控制水泥漿水灰比為0.8～1.2，水泥漿的攪拌時間不少于30 s，漿液制成后，存放的有效時間不超過3 h。

制漿完畢后進行旋噴注漿，如圖4所示，依次低壓送水、送漿、送氣，而后提高至設計值，在孔底靜噴1～3 min（不提升），待孔口返漿相對密度達到不小于1.0以后，再按照設計要求進行由下而上的旋噴注漿作業(yè)。當噴射至設計高度后，噴射完畢，及時將各管路沖洗干凈，不留有殘渣，以防堵塞。

3.4 錘擊打樁

旋噴樁施工完畢后立即開始植樁施工，使用錘擊貫入法將管樁打至設計標高，錘擊設備為HHP16管樁機，最大打擊能量240 kN/m，錘心最大行程1 500 mm，打擊頻率90/30 bpm。植樁前對樁位進行二次復核，樁的植入必須和鉆孔、水泥漿噴射保持連續(xù)，在水泥漿凝固前植樁。植樁過程中，隨時檢測，若偏差超過設計要求時，進行校正。同時用2臺經(jīng)緯儀互成90°對樁進行檢測，確保樁的垂直度偏差不大于0.5%。

3.5 接樁

單根管樁的樁長為10～12 m，當樁頂距地面1～1.5 m時，需接樁后繼續(xù)打入。起步廣場F-2-1地塊項目使用的勁性復合樁有抗壓樁與抗拔樁兩種樁型，抗壓樁主要承受基礎傳來的一個豎直向下的荷載，抗拔樁除承壓外，還要承受因受地下水壓力，基礎承臺給它的一個豎直向上的荷載。為了使樁與樁之間連接可靠，抗壓樁采用電焊連接，抗拔樁采用抱箍式連接加電焊焊接。

3.6 送樁

打樁機利用送樁桿將預制樁壓至設計標高，植樁樁頂標高允許偏差為±50 mm，采用水準儀進行控制垂直度允許偏差0.5%。

3.7 樁基檢測

勁性復合樁施工完成21天后，對樁基進行靜載試驗、抗拔試驗以及低應變法檢測。檢測結果表明，勁性復合樁平均最大抗壓力為4 350 kN，滿足設計要求3 800 kN；平均最大抗拔力為1 548 kN，滿足設計要求1 500 kN。

4 勁性復合樁施工問題處理

起步廣場F-2-1地塊項目施工遇到了技術難題，按設計要求，管樁進入持力層不小于15 m，根據(jù)地質條件，管樁打入深度在30 m以上，但當管樁打入深度為20～25 m時，卻出現(xiàn)打不下去甚至跳樁的問題。

為探明原因，起步廣場項目部聯(lián)系地勘單位對該處巖層進行鉆探，發(fā)現(xiàn)地下20～25 m處的砂非常密實，這是導致管樁打入困難的直接原因。針對此問題，起步廣場項目部進行商討，初步確定措施：

（1）調整高壓旋噴樁旋噴參數(shù)，加大壓力，放慢速度，重復旋噴。

（2）改進預應力管樁樁尖，將樁尖由十字樁尖換成項目部自己設計的錐形樁尖。

（3）待管樁進入到打入困難的地層時，調整錘擊參數(shù)，采用低錘重擊，增大錘擊間隔時間。

現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)，采用措施1時，將水壓力由25 MPa加大到30 MPa，出現(xiàn)導管抖動的問題，原因是水壓力超出了設備的承受范圍，出于安全考慮，水壓力仍設為25 MPa。

采用措施2和措施3，取得了不錯的效果。分析原因發(fā)現(xiàn)，將預應力管樁樁尖由十字樁尖換成錐形樁尖，增大了樁尖進入砂層時的局部壓強。而采用低錘重擊，增大錘擊間隔時間，可以消散地層應力，通過這兩個措施，成功解決了管樁打入困難的問題，保證了施工質量以及施工進度（圖5）。

5 結論

勁性復合樁是由多種樁復合形成具有互補增強作用的樁，具有造價低、適用性強、強度高的特點。本文以起步廣場F-2-1地塊項目為例，對勁性復合樁進行了研究和探討，主要結論有：

（1）勁性復合樁作為端承摩擦樁，能很好的應用于基巖埋藏深度較深的砂土地基。

（2）將預應力管樁樁尖由十字形換成錐形，以及調整管樁錘擊的參數(shù)，低錘重擊并增大錘擊間隔時間，能有效解決管樁打入砂層困難的問題。

參考文獻

［1］ 龔曉南. 廣義復合地基理論及工程應用［J］. 巖土工程學報， 2007，29（1）： 1-13.

［2］ 萬通建設集團有限公司.勁性復合樁技術規(guī)程： GJT 327-2014［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［3］ 鮑鵬，姜祈良，盛桂琳. 勁性攪拌樁復合地基承載性能靜動力分析［J］. 巖土力學，，2007，28（1）： 63-68，82.

［4］ 劉松玉，周建，章定文，等. 地基處理技術進展［J］. 土木工程學報， 2020，53（4）： 93-110.

［5］ 俞建霖，徐嘉誠，周佳錦，等. 混凝土芯水泥土復合樁混凝土-水泥土界面摩擦特性試驗研究［J］. 土木工程學報， 2022，55（8）： 93-104+117.

［作者簡介］鄭云（1973—），男， 本科，工程師，從事房屋建筑施工技術工作。