靜壓管樁沉樁存在的困難原因及措施探討

摘要：本文主要針對靜壓管樁存在的困難原因及措施展開了探討，通過結(jié)合具體的工程實(shí)例，對樁基的設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算，并在分析了沉樁困難原因的基礎(chǔ)上，給出了一系列相應(yīng)有效的處理措施，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：沉樁；困難原因；措施；探討

引言

靜壓管樁施工技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用十分普遍，這是由于它具有很多施工優(yōu)點(diǎn)決定的，包括噪聲污染低、震動幅度小、環(huán)境污染少等等。但是在實(shí)際的施工中，靜壓管樁存在著沉樁困難的現(xiàn)象，因此，為了保障靜壓管樁的施工質(zhì)量，就需要相應(yīng)的工作人員及時分析困難存在的原因，并采取有效措施處理?；诖?，本文就靜壓管樁存在的困難原因及措施進(jìn)行了探討，相信對有關(guān)方面的需要能有一定幫助。

1 工程概況

1.1 場地的巖土工程條件

某住宅樓18層，根據(jù)勘察報(bào)告，場地地層自上而下分12層，如表1所示。

表1 場地地層結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

1.2 基本參數(shù)

按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）有關(guān)規(guī)定，根據(jù)場地工程地質(zhì)條件和土工試驗(yàn)、標(biāo)貫及靜力觸探結(jié)果，結(jié)合地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，建議各層土的預(yù)應(yīng)力管樁及鉆孔灌注樁樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik和樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk如表2所示。

表2 建議極限側(cè)阻力、端阻力標(biāo)準(zhǔn)值

2 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

根據(jù)勘察報(bào)告，設(shè)計(jì)單位確定采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁承臺基礎(chǔ)，樁型采用PHC-500AB100-27b型，樁頂標(biāo)高一般為-2.90m（標(biāo)高37.10m），設(shè)計(jì)有效樁長≥27.0m，單樁豎向承載力特征值≥1400kN。

2.2單樁豎向極限承載力估算

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）第5.3.8條公式Quk=Qsk+Qpk=uΣqsikli+qpk（Aj+λpApl）（公式中字母具體含義，規(guī)范中已寫明，本文不再敖述）及勘察報(bào)告，對不同孔號有效樁長大于27m的管樁（樁徑均為500mm，壁厚均為100mm）進(jìn)行單樁豎向極限承載力Quk估算，估算結(jié)果如表3所示。

表3 不同孔號的管樁Quk估算結(jié)果

3 沉樁困難的原因分析

3.1 管樁施工過程

該工程設(shè)計(jì)總樁數(shù)為121根，采用靜壓沉樁法施工，施工過程并不順利，在已施工的19根樁中，只有9根樁壓到設(shè)計(jì)樁長，有10根樁在壓入自然地面下約14m后無法繼續(xù)壓入，施工單位暫停施工，查找原因。

3.2 專門勘察

本次勘察勘探點(diǎn)根據(jù)樁基施工情況，在壓樁困難未達(dá)設(shè)計(jì)樁長部位布設(shè)勘探點(diǎn)6個，在未打樁部位布設(shè)勘探點(diǎn)3個，鉆孔孔深50.00m，孔口地面標(biāo)高為38.87～39.47m。

勘察結(jié)果顯示，場地地層分層與第一次勘察結(jié)果大致相同，但個別地層結(jié)構(gòu)及性質(zhì)有較大差異，差異較大的地層如表4所示，建議各層土的極限側(cè)阻力、端阻力標(biāo)準(zhǔn)值如表5所示。

表4 兩次勘察差異較大的地層

表5 建議極限側(cè)阻力、端阻力標(biāo)準(zhǔn)值

3.3 沉樁困難的原因分析

根據(jù)此次專門勘察鉆孔資料分析，擬建場地內(nèi)普遍存在第④-1層粉砂（原勘察報(bào)告并未提及），厚度1.90～3.90m，層底標(biāo)高23.28～24.77m，層底埋深14.10～15.80m，呈中密～密實(shí)狀態(tài)。該層土密實(shí)度不均勻，局部呈密實(shí)狀態(tài)，造成管樁壓樁困難，前期施工未達(dá)到設(shè)計(jì)深度的基樁樁端即為第④-1層粉砂。

由于樁基施工對樁間土有擠密效應(yīng)，特別是對第④-1層粉砂，擠密后第④-1層粉砂密實(shí)度不均勻，局部可達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，形成硬夾層，造成管樁壓樁困難，未達(dá)到設(shè)計(jì)深度的基樁樁端即為第④-1層粉砂。

4 處理措施

4.1 處理方案

4.1.1 預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。

繼續(xù)按照原來的施工圖紙進(jìn)行施工，但由于第④層粉土、第④-1層粉砂密實(shí)度較高，建議采用引孔法施工工藝，引孔深度應(yīng)超過第④-1層粉砂。對已經(jīng)施工完未達(dá)到設(shè)計(jì)深度的10根樁旁邊進(jìn)行補(bǔ)樁。

4.1.2 預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基。

預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基可將土體置換形成增強(qiáng)體（樁體），由增強(qiáng)體和周圍地基土共同承擔(dān)荷載，通過設(shè)置褥墊層，調(diào)整樁頂和樁間土的應(yīng)力比，充分發(fā)揮樁間土的承載潛力，并協(xié)調(diào)變形。這樣既解決了地基強(qiáng)度不足的問題，又能滿足變形的要求。預(yù)應(yīng)力管樁樁頂不嵌入上部基礎(chǔ)內(nèi)。

（1）復(fù)合地基承載力計(jì)算。為充分利用已施工樁基，建議采用正方形布樁，樁間距可按1.70m考慮，施工樁長14.0m（有效樁長≥12.0m），樁徑500mm。則m=d2/de2=0.52/（1.13×1.70）2=0.068。

參照本文2.2節(jié)內(nèi)容，對施工樁長約為14m的管樁（樁徑均為500mm，壁厚均為100mm）進(jìn)行單樁豎向極限承載力Quk估算，估算結(jié)果如表6所示。

表6 施工樁長約為14m的管樁Quk估算結(jié)果表

根據(jù)表6的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)單樁豎向承載力特征值Ra取650kN時，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）公式7.1.5-2估算復(fù)合地基承載力特征值。

其中，λ=0.9，β=0.95，Ap=0.196，fak=110（根據(jù)詳勘報(bào)告確定），fsk=1.3×fak=1.3×110。

fspk=λmRa/Ap+β（1-m）fsk=0.9×0.068×650/0.196+0.95×（1-0.068）×110×1.3=329.6kPa

根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的資料，基底均布荷重為304kPa，以上計(jì)算結(jié)果可以滿足設(shè)計(jì)要求。故利用已完成基樁，按照置換率m不小于0.068、有效樁長≥12.0m、樁徑500mm的原則補(bǔ)打剩余的預(yù)應(yīng)力管樁，采用復(fù)合地基筏板基礎(chǔ)能夠滿足設(shè)計(jì)基底要求。

（2）復(fù)合地基變形計(jì)算。當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基時，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）有關(guān)規(guī)定采用分層總和法計(jì)算復(fù)合地基最終沉降量。具體計(jì)算如下：取fspk=320.0kPa，ζ=fspk/fak=320.0/110.0=2.9。各復(fù)合土層的壓縮模量取值如表7所示。

表7 各復(fù)合土層的壓縮模量

基底標(biāo)高為37.10m，基底荷載為pk=304kPa，等效作用面積為擬建建筑物底面積13.6×31.7m，以1號鉆孔為例計(jì)算鉆孔基底以上土的自重壓力pc=45.03kPa，基底附加壓力pz=258.97kPa。對復(fù)合地基變形計(jì)算結(jié)果如表8所示。

表8 復(fù)合地基變形計(jì)算結(jié)果

通過驗(yàn)算，采用以上設(shè)計(jì)參數(shù)和復(fù)合地基方案時，建筑物傾斜值及沉降量均滿足要求。

（3）褥墊層的設(shè)置。若采用復(fù)合地基方案，在樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置一定厚度的褥墊層，可采用級配砂石墊層分層振密。褥墊層厚度建議取200～300mm?；娱_挖后，若局部基底為第①層填土，應(yīng)將其全部挖除，以級配砂石分層振密至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高。

4.1.3 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

由設(shè)計(jì)圖紙可知，樁頂標(biāo)高為37.10m，建議樁徑600mm，有效樁長26.00m，以第⑦層粉質(zhì)黏土或第⑦-1層粉土作為樁端持力層。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）公式5.3.5Quk=uΣqsikli+qpkAp估算單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值如表9所示。

表9 鉆孔灌注樁Quk估算結(jié)果表

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，采用以上計(jì)算參數(shù)的鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值與原預(yù)應(yīng)力管樁相近。因此，在壓樁深度未達(dá)設(shè)計(jì)要求的10根預(yù)應(yīng)力管樁旁增加部分鉆孔灌注樁，與原預(yù)應(yīng)力管樁共同形成樁基礎(chǔ)。

綜合以上3種方案，無疑第二種方案為最優(yōu)方案，既保證了施工的連續(xù)性，又大大降低了投資成本。

4.2 方案的實(shí)施及注意事項(xiàng)

原設(shè)計(jì)單位根據(jù)預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基方案重新進(jìn)行樁基施工圖設(shè)計(jì)，樁型仍采用PHC-500AB100-27b型，正方形布樁，樁間距1.70m，總樁數(shù)177根，樁頂標(biāo)高一般為-2.90m（標(biāo)高37.10m），設(shè)計(jì)有效樁長≥12.0m，單樁豎向承載力特征值≥650kN，復(fù)合地基承載力特征值≥320kPa。

因選用較難穿透的第④-1層粉砂作為樁端持力層，所以施工時應(yīng)格外注意夾具和沉樁應(yīng)力的控制；同時由于管樁有較強(qiáng)的擠土效應(yīng)，樁基施工時應(yīng)嚴(yán)格按照建筑樁基規(guī)范要求的打樁順序并限定樁機(jī)行走路線，有條件時可在樁機(jī)下加墊鋼板，以減小成樁效應(yīng)和樁機(jī)行走對管樁的影響。

4.3 處理效果

樁基施工完成后，經(jīng)有資質(zhì)的檢測單位分別進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)和單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

5 結(jié)語

綜上所述，靜壓管樁沉樁困難的原因具有著綜合復(fù)雜性，因此，為了保障靜壓管樁的質(zhì)量，我們應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)問題的根源，做到冷靜處理，安全施工。與此同時，還可以借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程特點(diǎn)，有效的運(yùn)用到實(shí)際施工中。只有這樣，才能處理好靜壓管樁的沉樁困難問題。

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