高層建筑靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工初探

馬愛國，陳 捷，霍麗芳

（1.浙江馳成建設(shè)有限公司，浙江 東陽322100；2.浙江省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳干部學(xué)校，杭州310012；3.長興縣廣信建設(shè)投資咨詢有限公司，浙江 長興313100）

在當(dāng)下建筑領(lǐng)域中，高層建筑采用預(yù)應(yīng)力管樁靜力壓樁法施工者比較多，但是在30層以上的高層建筑中并不是很常見。在同一地質(zhì)條件，相同承載力下，與鉆孔灌樁對比，預(yù)應(yīng)力管樁具有環(huán)保、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。30層以上高層建筑采用大噸位靜力壓樁法施工，需要考慮地質(zhì)狀況、場地條件、最大壓樁力、單樁極限承載力、入土深度、樁身強(qiáng)度、打樁順序、用電量平衡、引孔壓樁法及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)。本研究根據(jù)具體工程實(shí)例，探討大噸位靜力壓樁法施工，并結(jié)合靜載情況說明終壓力與單樁極限承載力的關(guān)系。

1 工程概況

本工程總建筑面積24萬m2，由8幢高層建筑及45幢排屋組成。筆者主要論述其中一個施工標(biāo)段，該標(biāo)段由地下2層、地上30層2幢建筑及地下室組成。擬建建筑物西側(cè)為已建的具有預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的新建多層建筑，其余三側(cè)均為空曠場地。本工程高層樁基礎(chǔ)采用PHC600A（130）預(yù)應(yīng)力管樁，施工方法采用高噸位靜壓機(jī)施工。

2 地質(zhì)條件

本工程劃分為13個層組，共17個工程地質(zhì)層，其中④層分3個亞層，⑥層、⑨層各分2個亞層。土層描述詳見表1［1］。

表1 土層描述Table 1 Soil description

本工程以⑨號或⑨a號土層為樁端持力層。在本標(biāo)段中⑥－2土層平均厚度為18m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N值為18，屬具有較大厚度的砂質(zhì)粉土，是施工中最難穿越的土層，因此穿越該土層是施工成敗的關(guān)鍵。

3 施工情況

3.1 樁機(jī)的選用

樁機(jī)的選用根據(jù)地質(zhì)條件、估算最大壓樁力、單樁極限承載力、入土深度及樁身強(qiáng)度，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)綜合確定。本工程承載力要求設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值為3 000kN，最大極限承載力要求2.15倍的設(shè)計(jì)值，最大壓樁力不得小于設(shè)計(jì)的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，樁入土深度54～59m，有效樁長45～48m，選用樁型為PHC600A（130），估算群樁擠密最大壓樁力［2］：

樁機(jī)重量與配重之和的90%為最大壓樁力［3］，理論上樁機(jī)選擇應(yīng)在10 000kN及其以上。雖然現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到最大噸位達(dá)12 000kN的樁機(jī)，但考慮當(dāng)?shù)厥┕C(jī)械、施工經(jīng)驗(yàn)及場地條件等限制，本工程采用部分預(yù)鉆孔8 000kN的樁機(jī)施工。

3.2 施工場地

選擇大噸位樁機(jī)應(yīng)首先考慮的是地耐力。當(dāng)施工場地表土層承載力特征值小于等于100kPa，或勘察報(bào)告中提出靜壓樁施工出現(xiàn)陷機(jī)可能性的評估結(jié)論而其他條件適用靜壓樁時，應(yīng)對場地進(jìn)行加固處理。本工程地表土層承載力特征值為85kPa，在施工前及施工過程中優(yōu)先處理場地，即填筑建筑垃圾，使得地面平整、壓樁機(jī)基本處于不陷機(jī)狀態(tài)為最佳，另外排水必須通暢；對于不適合壓樁機(jī)正常運(yùn)行的松軟場地，本工程也做了換土處理，使場地的承壓能力能滿足壓樁機(jī)正常運(yùn)行的要求。本工程在場地處理方面的費(fèi)用占到樁基工程總造價(jià)的3%。

3.3 樁身承受力

本工程使用的是抱壓式液壓壓樁機(jī)，PHC600A（130）樁身混凝土強(qiáng)度等級為C80，對應(yīng)的混凝土軸心抗壓fc為35.9，則樁身允許抱壓壓樁力［4］：

另外，依據(jù)樁身結(jié)構(gòu)豎向抗壓承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算［4］：

由于抱壓式液壓壓樁機(jī)送樁最大壓樁力不宜超過樁身允許抱壓壓樁力，送樁最大壓樁力不宜超過7 609kN，不應(yīng)大于9 638kN。實(shí)際本工程最大壓樁力達(dá)到7 200kN，管樁壓爆率為0。

3.4 引孔壓樁法

減小擠壓力的措施主要是采用引孔壓樁法，將擠土樁變?yōu)榈蛿D土樁。具體做法是預(yù)先用鉆機(jī)在樁位處鉆孔，然后將預(yù)制樁放入孔內(nèi)，再用壓樁機(jī)施壓。引孔處理主要考慮的是成孔方式、孔徑與孔深。成孔有以下6種方式：套管鉆機(jī)、轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)、潛水鉆機(jī)、沖擊式鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)斗鉆機(jī)和螺旋鉆機(jī)［5］。引孔機(jī)采用獨(dú)立的施工機(jī)械，現(xiàn)正研制在靜壓機(jī)上配備引孔機(jī)［6］。本地區(qū)傳統(tǒng)的引孔方式采用液壓履帶式長螺旋鉆孔機(jī)，該機(jī)械現(xiàn)最長可以引孔達(dá)到32m，該方法成孔速度快，場地干凈。本工程最難以穿越的是⑥－2土層，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告結(jié)果顯示，該場地土層分布均勻，⑥－2土層厚度達(dá)到18m，穿透該土層需要從地面以下引孔40m。如采用螺旋鉆機(jī)，⑥－2土層仍舊還有8m左右的厚度難以穿越。因此，本工程采用了潛水鉆機(jī)的方式。該設(shè)備簡單且體積小，成孔速度快，移動方便，非常適合場地狹窄、預(yù)鉆孔深度深的項(xiàng)目。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)鉆孔的孔徑控制在樁徑的2/3，深度為原樁長的2/3幅度范圍內(nèi)比較適宜。根據(jù)小孔擴(kuò)張理論分析預(yù)鉆孔孔徑比與折減系數(shù)比為關(guān)系［7］，如表2所示。

本工程最初采用260mm孔徑預(yù)鉆孔，根據(jù)表2利用內(nèi)插法計(jì)算折減系數(shù)為0.929，按照擠密樁最大壓樁力8 697kN折減計(jì)算，需要最大壓樁力為8 080kN，本工程8 000kN樁機(jī)最大壓樁力為7 200kN，實(shí)際該樁未能穿透⑥－2土層，屬欠送超長樁，需要補(bǔ)樁處理。后期更改為500mm孔徑預(yù)鉆孔，折減后壓樁力為5 244kN，施工過程中最大壓樁力與折減后壓力值相差不超過20%。

表2 預(yù)鉆孔孔徑比與折減系數(shù)比Table 2 Drilled aperture ratio and reduction ratio

3.5 用電量平衡

本施工區(qū)域總共24萬m2建筑面積，打樁區(qū)域建筑面積為5.5萬m2。整個區(qū)域共配備一臺500kW的變壓器，施工現(xiàn)場其余6個地塊共配備10臺塔吊，正在主體施工階段。本工程由于工期要求比較緊，采用2臺800t靜壓機(jī)及3臺引孔機(jī)施工。由于本工程距離變壓器房約為300m，布線至施工現(xiàn)場，電損較大，導(dǎo)致壓樁力較大時電壓不夠。為解決該問題，本工程采用升壓機(jī)為樁機(jī)提供高電壓電源。為避開白天的用電高峰期，白天施工以引孔為主，晚上以樁機(jī)施工為主。

3.6 打樁線路及沉樁速度

距離高層樁基西側(cè)15m有一新建多層建筑物，考慮打樁會對建筑物影響，樁機(jī)施工優(yōu)先從距離該建筑物最近處打一排封閉樁施工。施工順序由近及遠(yuǎn)，根據(jù)試樁結(jié)果及考慮造價(jià)問題，最初沒有采取引孔方法處理。在施工接近18%左右，開始出現(xiàn)沉樁困難，現(xiàn)場采用引孔處理。開始引孔30個，按照沉樁速度每天6根及場地需要回填等因素，造成部分樁需要3d左右時間沉樁，已造成塌孔現(xiàn)象出現(xiàn)，實(shí)際出現(xiàn)了欠送樁。根據(jù)此情況，調(diào)整施工計(jì)劃，按照每天引孔5～6根，12h內(nèi)必須打完，對已完成引孔而未及時沉樁的要求2次復(fù)引，工程完工后未造成欠送樁。

4 靜壓效果分析

從表3中可以看出，單樁極限承載力比施工階段的終壓荷載提高了44%～79%［8］。國外試驗(yàn)也表明，擠土樁的承載力會由于“強(qiáng)化效應(yīng)”而提高40%～80%，靜壓樁終壓力與單樁極限承載力是密不可分的，承載力是在終壓力的基礎(chǔ)上，經(jīng)過觸變恢復(fù)和固結(jié)再發(fā)展，在樁周土未達(dá)到充分固結(jié)恢復(fù)之前的承載力，是“擬極限承載力”。從這個意義上可以說，終壓力是零時刻的極限承載力，而不同時刻的擬極限承載力都將歸于真實(shí)的極限承載力［9］。

表3 工程樁靜載分析Table 3 Analysis of pile static loading test

5 經(jīng)濟(jì)效益比較

從表4中可以看出，采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁比鉆孔灌樁降低造價(jià)14%。同時可以看出同一地質(zhì)條件下，為獲得每噸承載力，鉆孔灌樁需要76.5元，而預(yù)應(yīng)力管樁僅需要53.1元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

表4 靜壓預(yù)應(yīng)力管樁與鉆孔灌注樁經(jīng)濟(jì)效益對比Table 4 Economic comparison between prestressed pipe pile and bored pile

6 結(jié) 語

與鉆孔灌注樁施工相比較，高層建筑采用靜力壓樁法施工具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。對于難以穿越的厚度較大的硬質(zhì)土層，靜力壓樁法應(yīng)輔以引孔壓樁法施工，引孔壓樁應(yīng)優(yōu)先考慮使用長螺旋液壓機(jī)施工，對難以穿越的硬質(zhì)土層可以采用潛水鉆施工。從實(shí)例中可以看出，采用潛水鉆的單樁極限承載力比施工階段的終壓荷載提高了44%～79%。在靜力壓樁法施工中，樁機(jī)的選擇、管樁強(qiáng)度與質(zhì)量、場地處理、引孔壓樁法的選擇與利用及打樁順序是關(guān)鍵，處理好這些問題，可以縮短工期并提高經(jīng)濟(jì)效益。

［1］信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院.巖土工程勘察報(bào)告書［R］.2011.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.靜壓樁施工技術(shù)規(guī)程（征求意見稿）［S］.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.靜壓預(yù)制混凝土樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程（征求意見稿）［S］.

［5］劉古岷.樁工機(jī)械［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［6］王離.靜壓管樁具有廣闊的發(fā)展空間［J］.混凝土世界，2011（1）：24－26.

［7］史佩棟.深基礎(chǔ)工程特殊技術(shù)問題［M］.北京：人民交通出版社，2004：510－511.

［8］浙江煤炭測繪院.單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)報(bào)告［R］.2012.

［9］張明義.靜力壓入樁的研究與應(yīng)用［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2004：22－92.