軟弱地質中樁基礎可行性方案

【摘要】多層或高層建筑在軟弱地質條件下，通常采用開挖換填、復合地基或樁基礎等形式。當上覆軟弱土層較厚且土層起伏較大時，為了確保基礎沉降變形均勻性，一般采用樁基礎。本文以遂寧市河東新區朝陽路小學項目為例，針對對噪音要求較高、樁成孔后存在塌孔以及流沙風險的樁基礎，提出了兩種工藝改進后的樁基礎可行性方案，分別為后植筋灌注樁和預應力管樁植樁。詳細介紹了這兩種方案涉及的機械設備、施工工藝流程，并分析了方案的優缺點。旨在為類似地質情況下樁基礎的選擇提供參考思路。

【關鍵詞】后植筋灌注樁； 預應力管樁植樁； 長螺旋鉆機； 靜壓沉樁； 塌孔； 工期； 成本

【中圖分類號】TU473.1+2A

1 工程概況

本項目為遂寧市河東新區朝陽路小學，位于四川省遂寧市河東新區圣泉路以東，由綜合教學樓、地下室及配套用房組成。其中綜合樓為地上5層、局部地下1層的混凝土框架結構，房屋結構高度21.850 m，建筑面積為21 076.73 m2。建筑抗震設防類別為重點設防類，建筑結構安全等級為一級，地基基礎設計等級為乙級，建筑樁基設計等級為乙級［1］。

根據巖土地勘報告，擬建場地地處涪江東岸，屬侵蝕堆積地形，地貌單元屬涪江水系Ⅰ級階地后緣。在勘探深度范圍內的地層主要由第四系全新統人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統沖積洪積層（Q4al+pl）、侏羅系上統遂寧組基巖層（J3s）組成。場地上覆厚度變化大、層頂起伏較大、結構不均，為不均勻地基土。

從上至下，土層構成依次為；①雜填土（Q4ml）以粉土為主，含混凝土塊，磚塊，卵石等雜質，新近堆積，屬未固結土，層厚0.5～9.9 m；②粉土（Q4al+pl） 韌性及干強度較低，底部含砂量增多，層厚2.70～3.70 m；③卵石（Q4al+pl） 成分以火成巖為主，亞圓形—圓形，強風化—微風化，部分分布不連續，按N120超重型動力觸探錘擊數和顆粒粒徑含量分為③1松散卵石、③2稍密卵石、③3中密卵石、③4密實卵石四個亞層，層厚0.0～5.20 m；④泥巖（J3s）成份為粘土巖，以鈣質泥巖，粉砂質泥巖為主夾硬度較大、強度較高的多層鈣泥質粉砂巖透鏡體，局部夾有強風化泥巖透鏡體，根據風化程度劃分為④1 強風化泥巖，④2中風化泥巖兩個亞層。

基于上述地質情況，上覆軟弱土層較厚，不宜選用天然基礎；振沖碎石樁復合地基，樁端以較穩定的③3中密卵石作樁端持力層，由于樁長短不一，差異較大，易產生差異變形［2］，也不宜選用復合地基。因此最終采用樁基礎，以③3中密卵石層為持力層。

2 樁基礎施工中難點

2.1 噪音擾民

采用以中密卵石作樁端持力層的預應力管樁，成樁快、工期短，但管樁要穿越③1松散卵石和③2稍密卵石層，只能采用錘擊沉樁，但該項目位置遂寧市中心，錘擊沉樁的噪音將會嚴重擾民。因此地勘建議不能采用錘擊預應力管樁，改為采用噪音較小的③3鉆（沖）孔灌注樁［1］。

2.2 塌孔以及流沙風險

該項目的場地地下水主要為位于砂卵石層中的孔隙潛水，鉆（沖）孔成孔灌注樁施工時，由于機械擾動，粉土層易垮孔及形成流沙，因此，施工中需采取相應措施防止中砂層垮塌及形成流沙的情況。傳統做法一般采用鋼護筒措施或者泥漿護壁［1］。但為了降低成本，鋼護筒需循環使用，拔出鋼護筒無疑增加了施工難度；而泥漿護壁會導致施工現場泥漿四溢，影響工地施工環境。

3 兩種方案比選

為防止錘擊沉樁的噪音擾民，預防樁成孔過程中塌孔以及流沙風險，經過對周邊及現場環境的踏勘，擬采用兩種備選方案，后植筋灌注樁和預應力管樁植樁［5］。

3.1 方案一：后植筋灌注樁

此方案的重點在于采用改良的大功率長螺旋鉆機。大致施工工藝流程如下：長螺旋鉆機成孔，鉆孔至持力層且滿足終鉆條件—通過附著在鉆桿上的導管從鉆桿下端部向孔底部注入細石混凝土，邊提鉆邊注漿—注漿結束后，將長螺旋鉆機的鉆桿換成“植筋桿”，“植筋桿”的下端穿過鋼筋籠的下端，通過適當振動，將鋼筋籠植入混凝土樁身內。

此方案中，改良的大功率長螺旋鉆機實現了一機三用，即成孔、注漿、植入鋼筋。成孔之后立刻注漿，利用細石混凝土形成樁身護壁，有效防止塌孔以及流沙。

但施工過程中要嚴控成孔質量，盡量減少樁端沉渣。適當加大鋼筋籠的縱筋和箍筋間距，增加鋼筋籠剛度，植入過程中做好鋼筋籠垂直度校對和定位工作［1］，確保鋼筋籠垂直度和鋼筋籠混凝土保護層厚度。且由于要進入持力層較深，受限于長螺旋鉆機的功率，一般成孔深度上限約16 m。

此方案主要有幾個優點：

（1）成本低。首先，機械成本較低，一種機械完成樁身成孔、注漿、植入鋼筋籠三種工作；其次，樁身材料成本較低，只采用了細石混凝土和鋼筋籠兩種材質，比預應力管樁植樁材料成本低；最后，樁身護壁成本降低，對于引孔容易塌孔以及流沙的情況，采用樁身的細石混凝土護壁，護壁成本遠低于額外的鋼套管護壁或泥漿護壁的成本。

（2）無擠土效應和豎向剪切破壞作用［4］。長螺旋成孔以及振搗沉入鋼筋籠的過程均對樁周土體無擠壓和豎向剪切作用，減少了對周邊環境的影響，也解決了噪音擾民的問題。

3.2 方案二：預應力管樁植樁

此方案的重點在采用改良的旋挖機引大孔，采用靜壓機械沉樁。大致施工工藝流程如下：旋挖機旋挖成孔，旋挖至持力層且滿足終鉆條件—通過附著在鉆桿上的導管從鉆桿下端部向孔底部注入細石混凝土，邊提鉆邊注漿—注漿結束后，采用靜壓機械將預應力管樁壓入混凝土樁身內。

此方案中，旋挖機引大孔，引孔直徑比預應力管樁直徑200 mm左右。引大孔解決了錘擊過程中遇漂石無法錘入樁和錘擊樁穿越的土層類別、深度有限的情況［4］。樁進入持力層的深度大大增加，在不考慮靜壓的擠土效應情況下，參考灌注樁單樁承載力特征值計算形式，單樁承載力較錘擊樁仍能大幅提升。成孔之后立刻注漿，利用細石混凝土形成樁身護壁，有效防止塌孔以及流沙。

植樁時采用靜壓沉樁，靜壓沉樁適用于壓縮性高、承載力較低的土層［1］，細石混凝土的流動性使靜壓沉樁具備可行性。為了增加壓樁的效率、降低壓入難度，引孔直徑大于預應力管樁直徑300 mm。靜壓沉樁具有樁身施工質量有保證、施工操作方便、樁身抗腐蝕性強、噪音小、對周圍建筑道路管線影響小的優點［4］。

預應力管樁植樁相較于灌注樁，可節約施工工期。預應力管樁植樁，在靜置7天后可進行樁承載力靜載試驗及其它樁基檢測工作［1］，而灌注樁需要待混凝土達到承載力（一般28天）后方可進行靜載試驗及其它樁基檢測工作。不過特別注意，由于預應力管樁植樁在靜載試驗時混凝土遠未達到設計強度，此時不應考慮灌注的混凝土強度，靜載試驗的加載荷載不得大于預應力管樁的樁身承載力［5］。

此方案主要有幾個優點：

（1）工期短。相較于灌注樁，預應力管樁可提前21天進行樁基檢測。

（2）成樁質量較好。相較于灌注樁，預應力管樁靜壓沉樁在樁身直徑、安裝垂直度和定位、影響相鄰樁等方面更加可控。

（3）樁身耐久性和抗腐蝕性能更好。預應力管樁利用預應力鋼筋的強大拉力來提高樁體的承載能力和抗震能力。預應力及其外層混凝土對樁身預應力鋼筋構成了雙重防護［3］。

（4）護壁成本低。對于引孔容易塌孔以及流沙的情況，該方法采用樁身的細石混凝土護壁，護壁成本遠低于傳統的鋼套管護壁或泥漿護壁的成本。

4 綜合比對

如前所述，兩種方案各有優缺點，現將其分點列出進行對比見表1。

經過綜合對比，由于項目工期緊張，本工程最終采用方案二，即預應力管樁植樁。預應力管樁采用PHC-600-AB-130，旋挖孔直徑為D=900 mm，樁端持力層為③3中密卵石，樁身進入持力層深度不小于4 m。成孔方式為機械旋挖鉆孔。外芯采用C20細石混凝土。單樁豎向抗壓承載力特征值為2400 kN。

5 結束語

隨著現代工程技術的飛速發展，施工技術的種類也愈加多樣化。建設方對工期和成本的要求以及行政監管方對項目施工對周邊環境影響的關注度日益提高。

在進行工程設計時，必須確保結構安全性的前提下，綜合考慮項目經濟性、工期、施工工藝以及施工質量等多方面因素。通過對多個方案進行綜合對比分析，以達到在保障安全的前提下，使項目取得最佳成效的目標。

參考文獻

［1］ 建筑樁基礎技術規范： JGJ 94-2008 ［S］.北京：中國建筑工業出版社， 2008.

［2］ 建筑地基基礎設計規范： GB 5007-2011 ［S］.北京：中國建筑工業出版社， 2011.

［3］ 四川省預成孔植樁技術標準： DBJ51/T184-2021［S］.成都：西南交通大學出版社，2021.

［4］ 邵晶晶.錘擊法和靜壓法對預制樁承載特性的影響分析［J］.山西建筑， 2013.39（16）：69-73.

［5］ 王鵬，沈凌云，岳小帥，復雜地質情況下預應力管樁植樁法施工技術［J］.施工技術， 2022，49（17）： 60-62.