某冶煉廠樁基方案比選研究

2024-05-25 15:05:32劉皓

有色冶金設計與研究 2024年2期

〔摘要〕以國內某新建冶煉廠為例，根據該廠擬建場地巖土工程勘察報告，提出機械旋挖成孔灌注樁、長螺旋鉆孔灌注樁、預應力管樁和內夯沉管夯擴樁4種樁基方案，并分別對4種樁型的優缺點、承載力及經濟指標進行對比和分析。對比分析結果認為，選擇600的長螺旋鉆孔灌注樁為主要樁型，局部荷載比較大的廠房、樁長超高30 m的廠房采用600的旋挖灌注樁。

〔關鍵詞〕樁基方案；機械旋挖成孔灌注樁；長螺旋鉆孔灌注樁；預應力管樁；內夯沉管夯擴樁

中圖分類號：TU473.1 ? 文獻標志碼：Ｂ? 文章編號：1004-4345（2024）02-005１-04

Comparison and Selection of Pile Foundation Schemes for a Certain Smelter

LIU Hao

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang ， Jiangxi 330038， China）

Abstract? Taking a domestic smelter as an example， based on the geotechnical investigation report of the proposed site， four pile foundation schemes are proposed： mechanical rotary hole filling pile，long auger cast-in-place pile，pre-stress concrete pipe pile，sinking tubular and expanded placing pile.The advantages and disadvantages， bearing capacity， and economic indicators of the four pile foundation schemes are compared and analyzed. The comparative analysis results suggest that the main pile type for this project should use 600 mm long auger cast-in-place pile . For the factories with relatively high local loads or factories with pile lengths exceeding 30 meters， 600 mm diameter rotary hole filling pile shall be used.

Keywords? pile foundation schemes；mechanical rotary hole filling pile；long auger cast-in-place pile；pre-stress concrete pipe pile；sinking tubular and expanded placing pile

近年來，我國有色金屬行業的快速發展，國內冶煉廠為滿足日益增長的工業生產需求，不斷地在優化工藝、擴產擴建，這對工業廠房的基礎結構性能質量提出了更高的要求。樁基礎被廣泛應用于工業廠房的建設中，其設計質量和施工質量是工業建筑穩定、安全的保證。樁基形式有很多種，進行工業建筑樁基礎設計時，需要根據現場地質情況最終確定采用哪種樁型。一般而言，灌注樁和預制樁是冶煉廠建設中較為常見的基礎樁型。本文擬以國內某新建冶煉廠為例，根據巖土工程勘察報告對擬建場地的樁基形式進行分析、對比，以期為類似工程的樁基設計提供經驗參考。

1 項目概況

國內某新建冶煉廠，主要設計內容包括火法冶煉系統、硫酸系統以及公輔設施等。該項目擬建場地地基土分層情況詳見表1，巖土的主要物理力學指標建議值詳見表2，地質剖面圖詳見圖1。

2? ?設計依據

樁基設計主要依據的規范包括《建筑樁基規范》（JGJ 94—2008）、《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）、《建筑與市政地基基礎通用規范》（GB 55003—2021）、《沉管夯擴樁技術規程》（DBJ 61T 102—2015）、《旋挖成孔灌注樁工程技術規程》（DBJ 50-156—2012）、《長螺旋鉆孔壓灌混凝土后插鋼筋籠灌注樁施工技術規程》（DB11 T 582—2008）[1-5]。

3? ?樁型的選取

根據巖土工程勘察報告，本工程提出4種樁基方案，分別為機械旋挖成孔灌注樁、長螺旋鉆孔灌注樁、預應力管樁和內夯沉管灌注樁。下面對這4種樁型的優缺點、適用范圍、單樁承載力特征值、經濟指標進行全面對比。

3.1?600旋挖灌注樁

旋挖灌注樁是通過旋挖鉆機成孔，再在其內放置鋼筋籠，然后澆筑混凝土而成樁。該工藝主要施工設備為旋挖鉆機，其采用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動檢測調整、孔深數碼顯示等。整機操作一般采用液壓先導控制、負荷傳感，具有操作輕便、舒適等特點。主、副兩個卷揚適用于工地多種情況的需要。該類鉆機可配合短螺旋、回轉斗、巖心鉆等不同鉆具，用于干式、濕式及巖層（巖心鉆）的成孔作業，還可配掛長螺旋鉆、地下連續墻抓斗、振動樁錘等，實現多種功能[6]。

旋挖鉆機施工速度快、精度高、噪音小、移動方便、樁長不受限制，在工業建筑領域里被廣泛使用。由于旋挖鉆機施工靠底部帶有活門的筒式鉆頭回轉破碎巖土，并直接將其裝入鉆斗內提升運至地面，無需將巖石攪碎靠泥漿返出孔外，平均每分鐘進尺可達50 cm左右，在適合的地層具施工效率比鉆、沖孔樁基可提高5～6倍。采用旋挖鉆機，施工過程對樁深度、垂直度、鉆壓、鉆筒內裝土容量等均可以通過機身電腦控制，而且旋挖鉆機施工的噪聲主要來自于發動機，適合在市區或者居民區中使用。此外，在施工過程中不需要人工進行鉆桿的拆除和組裝，無需進行泥漿清渣處理，可以降低人工的勞動強度。它適用地層廣泛，同一個樁施工過程可以全部由旋挖機完成，不需要選用其他機械來配合成孔，旋挖鉆機能入中風化巖，可用于荷載較大的廠房。但存在資金投入大，對場地要求嚴格、孔壁護壁差、需要機械配合作業等缺點[7-9]。

根據該項目地勘報告及《建筑樁基技術規范》，以49號鉆孔來進行單樁承載力計算。取{8}2強風化白云巖為持力層，樁端進入持力層2 m，樁長約20 m，單樁豎向極限承載力標準值Quk=Qsk+Qpk=4 002 kN，單樁豎向極限承載力特征Ra=Quk/2=2 001 kN。

3.2? 600長螺旋鉆孔灌注樁

長螺旋鉆孔灌注樁是一種結合了螺旋鉆孔和灌注樁優點的地基處理方法。該工藝通過旋轉螺旋鉆頭，將土壤逐漸挖掘出來，形成一個孔洞；然后，在孔洞中灌注混凝土或其他灌注料，使其充滿整個孔洞。灌注料凝固后形成一個堅固的樁體，用于增加地基的承載力。

長螺旋鉆孔灌注樁有以下特點：1）一般采用超流態混凝土，即坍落度達20～25 cm的混凝土。由于超流態混凝土流動性好，石子能在混凝土中懸浮而不下沉，因此不會出現離析現象，容易放進鋼筋籠。2）長螺旋為一次性鉆孔到位，在下鉆至設計樁底標高后，直接由鉆桿中心向樁底壓灌混凝土，所以孔底不會有沉渣，既防止了斷樁、縮徑、塌孔等施工通病的出現，施工質量也容易得到保證。3）穿硬土層能力強，單樁承載力高，施工效率高，操作簡便。4）噪音低，不需要泥漿護壁，不會消耗水資源，也不會產生廢棄泥漿，鉆進過程中產生的土方，僅需清理出施工區域，并在合適位置堆放即可，施工文明，轉運便捷。5）綜合效益高，工程成本與其他樁型相比較低[10-13]。

長螺旋鉆孔工藝不僅適用于填土層、淤泥土層、黏土層、砂土層、卵石層及強風化層。也適用于有地下水的各類土層情況，可在軟土層、流沙層等不良地質條件下成樁；但該工藝樁端只能進入較軟的強風化，且對樁長有所限制，一般最長不超過30 m。

根據《建筑樁基技術規范》，以49號鉆孔來進行單樁承載力計算。取{8}2強風化白云巖為持力層，樁端進入持力層2 m，樁長約20 m，單樁豎向極限承載力標準值Quk=Qsk+Qpk=4 404 kN，單樁豎向極限承載力特征Ra=Quk/2=2 202 kN。

3.3? 600預應力管樁

預應力管樁是先采用先張法預應力和離心成型工藝，然后經過蒸壓養護而成的一種空心圓筒狀的等截面剛性樁體。樁體施工時，樁體逐節打入待處理的軟基中，再利用二氧化碳氣體保護焊在現場直接焊接接樁。

預應力管樁具有以下優點：１）單樁承載力高、單位造價低的優勢，質量穩定可靠。由于在工廠預制生產，產品質量容量把控，沉樁質量檢測方便。２）施工速度快，施工周期短。３）施工現場無需水泥和砂石，無泥漿污染。

同時，該工藝也存在著一些缺點：１）具有擠土效應，對周圍建筑環境及地下管線有一定的影響，要求邊樁中心到相鄰建筑物的間距較大。２）施工場地的地耐力要求較高，在新填土、淤泥土及積水浸泡過的場地施工易陷機。3）過大的壓樁力易將管樁樁身夾破，或使管樁出現縱向裂縫和斷樁的現象。４）在地下障礙物或孤石較多的場地難以施工。

根據《建筑樁基技術規范》，以49號鉆孔來進行單樁承載力計算。取{3}3紅黏土為持力層，樁端進入持力層4 m，樁長約18 m，單樁豎向極限承載力標準值Quk=Qsk+Qpk=4 686 kN，單樁豎向極限承載力特征Ra=Quk/2=2 343 kN。

3.4? 500內夯沉管夯擴樁（擴大頭800）

內夯沉管夯擴樁是利用打樁錘將內外樁管同步沉入土層中，通過錘擊內樁管夯擴端部混凝土，使樁端形成擴大頭，再灌注樁身混凝土，拔外樁管時，用內樁管和樁錘壓頂在管內混凝土面上，使樁身密實成行。

內夯沉管夯擴樁的應用范圍比較局限，它將錘擊沉管灌注的方法和樁端擴底技術結合在一起，從而提高了樁的豎向承載力。內夯沉管夯擴樁的施工工藝稍微復雜，主要有以下步驟：1）在樁位處按要求放置干硬性混凝土，然后將內外管套在一起對準樁位。２）通過柴油錘將雙管打入地基中至設計標高。３）拔出內夯管，向外管內灌入高度為H的混凝土。４）內管放入外管內，壓在混凝土上面，并將外管拔起一定高度h。５）通過柴油錘與內夯管夯打外管內的混凝土，直至外管底端深度略小于設計樁底標高。此過程為一次夯擴，如果需要第二次夯擴，則繼續重復第3條到第5條的步驟。６）拔出內夯管，在外管內放入鋼筋籠，并灌入樁身所需要的混凝土。７）將內管壓在外管內的混凝土面上，邊壓邊緩緩拔起外管，最終將雙管同時拔出地面，成樁過程完畢。

可以看出，內夯沉管夯擴樁的施工步驟比常規的工序多一些。由于可以在樁端形成一個蘑菇狀的擴大頭，因此樁端承載力特征值得到提高，這也是它的一個優勢。但夯擴樁只適用于軟土地基，樁端持力層一般為砂性土、粉土、可塑與硬塑狀黏性土等，進入不了風化巖，樁長一般不超過20 m。

根據建筑樁基技術規范，以49號鉆孔來進行單樁承載力計算。取{3}3紅黏土為持力層，樁端進入持力層4 m，樁長約18 m，單樁豎向極限承載力標準值Quk=Qsk+Qpk=4 060 kN，單樁豎向極限承載力特征Ra=Quk/2=2 030 kN。

3.5? 4種樁型方案的比選

4種方案里有3種樁型為灌注樁，主要區別在于成孔工藝不同，下面主要對這4種方案的經濟指標進行對比。

從表3中可以看出，4種樁型的單樁豎向承載力特征值都差不太多，600的長螺旋鉆孔灌注樁和預應力管樁比較經濟，同比可節省資金2 000多萬元。

4? ?結論

綜上所述，通過以上4種方案的對比，預應力管樁有著造價上的優勢，應用比較廣泛，也比較適合本場地，但場地的持力層起伏比較大，存在配樁難的問題。經濟效益不是很高；旋挖樁造價最高，但是可以進入巖層，且樁長不受限制；600的長螺旋鉆孔灌注樁比500夯擴樁總造價要低，但長螺旋工藝樁端只能進入較軟的強風化，且對樁長有所限制，一般最長不超過30 m，由于本廠區比較大，局部區域的強風化白云巖已經到了40～50 m，因此本工程推薦兩種樁型，600的長螺旋鉆孔灌注樁為主要樁型，局部荷載比較大的廠房、樁長超高30 m的廠房采用600的旋挖灌注樁。

參考文獻

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