超長靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁引孔沉樁技術(shù)的應(yīng)用

劉詠慶

【摘要】通過大豐中交美廬城項(xiàng)目11#、12#樓的樁基礎(chǔ)的施工實(shí)踐，首次驗(yàn)證了超長靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁引孔沉樁技術(shù)在江蘇大豐或類似地質(zhì)條件地區(qū)的適用性，為類似工程提供了借鑒。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力混凝土管樁；引孔沉樁技術(shù)；

1 前言

由于樁身質(zhì)量穩(wěn)定、施工速度快、成本低，近年來預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土（PHC）管樁在工業(yè)與民業(yè)建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合大豐中交美廬城項(xiàng)目超長靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁引孔沉樁技術(shù)的施工實(shí)踐，首次驗(yàn)證了該技術(shù)在江蘇大豐或類似地質(zhì)條件地區(qū)的適用性，并對(duì)施工過程中積累的一些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。

2 工程概況

2.1工程概述

中交美廬城項(xiàng)目位于江蘇省大豐市老市政府地塊，占地101畝，總建筑面積約22.4萬平方米。其中11#、12#住宅樓為地下2層、地上29層，建筑面積為35601㎡，總高度為88.50m。本工程建筑抗震設(shè)防烈度為7.5度，設(shè)計(jì)使用年限為五十年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。

2.2場地水文地質(zhì)條件和周邊環(huán)境條件

2.2.1地質(zhì)條件

根據(jù)本工程的巖土工程勘察資料的勘察成果，該工程與11#、12#樓樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工相關(guān)的土層分布從上至下描述如下：

1.素填土（Q4ml）： 灰色，濕，以黏質(zhì)粉土為主，夾大量碎磚、砼塊等建筑垃圾及植物根莖，土質(zhì)松散，不均勻。層底標(biāo)高：-0.19～1.67m，揭穿層厚：0.40～2.70m。

2.黏質(zhì)粉土（Q4m）： 黃色，濕，稍密，夾較多軟塑狀黏性土條帶，土質(zhì)欠均勻。層底標(biāo)高：0.32～0.55m，揭穿層厚：0.80～1.20m。

3.淤泥質(zhì)粉土（Q4m）： 灰黃～灰色，很濕，稍密，夾較多淤質(zhì)黏性土薄層（單層厚3～10mm），層理清晰，土質(zhì)欠均勻。層底標(biāo)高：-5.01～-0.44m，揭穿層厚：0.90～5.40m。

4.黏質(zhì)粉土（Q4m）： 灰色，很濕，稍密，夾少量中密狀粉砂團(tuán)塊及淤質(zhì)黏性土條帶，土質(zhì)欠均勻。層底標(biāo)高：-5.62～-2.65m，揭穿層厚：0.90～4.60m。

5.砂質(zhì)粉土（Q4m）： 灰色，很濕，中密，夾較多粉砂團(tuán)塊及少量淤質(zhì)黏性土條帶，土質(zhì)不均勻。層底標(biāo)高：-13.85～-12.15m，揭穿層厚：7.50～12.20m。

6.粉砂（Q4m）： 灰色，飽和，中密～密實(shí)，夾少量淤質(zhì)黏性土條帶，顆粒級(jí)配良好，平均黏粒含量為6.2%，土質(zhì)不均勻。層底標(biāo)高：-23.98～-22.15m，揭穿層厚：9.00～11.20m。

7.砂質(zhì)粉土（Q4m）： 灰色，濕，中密，局部密實(shí)，夾少量淤質(zhì)黏性土條帶，土質(zhì)不均勻。層底標(biāo)高：-34.81～-23.91m，揭穿層厚：1.00～12.00m。

8.黏質(zhì)粉土（Q4m）： 灰色，很濕，稍密，夾較多淤質(zhì)黏性土薄層（單層厚3～10mm）及少量中密狀粉砂團(tuán)塊，層理清晰，土質(zhì)欠均勻。層底標(biāo)高：-30.80～-27.09m，揭穿層厚：0.70～5.50m。

9A.砂質(zhì)粉土（Q4m）：灰色，濕，中密，夾較多淤質(zhì)黏性土薄層（單層厚3～10mm），層理清晰，土質(zhì)不均勻。層底標(biāo)高：-30.99～-28.55m，揭穿層厚：1.10～3.40m。

9B.砂質(zhì)粉土（Q4m）： 灰色，濕，中密～密實(shí)，夾較多粉砂團(tuán)塊及少量淤質(zhì)黏性土薄層（單層厚3～12mm），層理清晰，土質(zhì)不均勻。層底標(biāo)高：-32.62～-29.99m，揭穿層厚：1.20～3.80m。

9C.黏質(zhì)粉土（Q4m）：灰色，很濕，稍密～中密，夾較多淤質(zhì)黏性土團(tuán)塊及中密狀粉砂薄層（單層厚4～12mm），層理清晰，土質(zhì)欠均勻。層底標(biāo)高：-35.17～-30.77m，揭穿層厚：1.30～5.30m。

10.黏質(zhì)粉土（Q3mc）：灰色，很濕，稍密，夾較多淤質(zhì)黏性土薄層（單層厚3～10mm），層理清晰，土質(zhì)欠均勻。層底標(biāo)高：-40.58～-37.78m，揭穿層厚：3.70～5.90m。

11.砂質(zhì)粉土（Q3mc）：灰色，濕，密實(shí)，局部中密，夾較多粉砂團(tuán)塊或薄層（單層厚3～15mm），土質(zhì)不均勻。層底標(biāo)高：-41.07～-40.25m，揭穿層厚：0.90～2.80m。

12.黏土（Q3mc）： 灰～灰黃色，飽和，可塑，夾較多中密狀粉土團(tuán)塊或薄層（單層厚4～10mm），夾較多鈣質(zhì)結(jié)核（核徑0.5～5.0cm），土質(zhì)較均勻。層底標(biāo)高：-46.87～-46.60m，揭穿層厚：5.80～6.30m。

2.2.2水文條件

1.場地地下水

對(duì)本工程基坑有影響的地下水類型主要為孔隙潛水?？辈炱陂g測得鉆孔內(nèi)孔隙潛水初見水位標(biāo)高在0.72～0.77m之間，穩(wěn)定水位標(biāo)高在0.80～0.87m之間，根據(jù)水文地質(zhì)觀測資料，近期內(nèi)年最高地下水位為1.68m，歷史最高地下水位為1.70m、歷史最低地下水位為0.35m，地下水位年變化幅度為1.30m左右。

2.場地地表水

對(duì)本工程基坑有影響的地表水主要為其東側(cè)西子午河，距本工程基坑邊界最近處約25.0m。西子午河河水與本場地地下孔隙潛水之間存在一定的水力聯(lián)系。

2.3設(shè)計(jì)方案

該工程結(jié)構(gòu)為剪力墻結(jié)構(gòu)，由于11#、12#樓為29層的高層住宅（高度88.5m），勘察、設(shè)計(jì)單位認(rèn)為樁基礎(chǔ)如采用靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁沉樁難度非常大，因此均建議優(yōu)先采用鉆孔灌注樁。通過經(jīng)濟(jì)測算和工期預(yù)估，項(xiàng)目公司認(rèn)為鉆孔灌注樁成本高、施工進(jìn)度慢、質(zhì)量不易保證，堅(jiān)持采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，但必須優(yōu)化施工工藝確保施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全。設(shè)計(jì)方案確定為采用PHC-600（130）AB-C80型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，單樁承載力特征值2500KN，樁中心距2400mm，沉樁深度45m，設(shè)計(jì)有效樁長39m，設(shè)計(jì)樁端持力層為12層黏土層。樁數(shù)為11#樓193根、12#樓123根，合計(jì)316根。由于項(xiàng)目位于市中心，采用靜力壓樁法施工。設(shè)計(jì)要求既要滿足單樁承載力要求，又要滿足單樁有效樁長要求，屬于雙控指標(biāo)的端承樁和摩擦樁復(fù)合受力樁體。

3 施工前準(zhǔn)備

3.1施工方案確定

根據(jù)項(xiàng)目公司對(duì)大豐市類似工程的前期調(diào)研結(jié)果，其他項(xiàng)目靜壓PHC-600（130）AB-C80型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁有效樁長最長30米，且施工過程中異常樁比例高，超過了30%，均采取了補(bǔ)樁措施，施工周期長，質(zhì)量不易保證，補(bǔ)樁費(fèi)用高。有些項(xiàng)目直接放棄了靜壓預(yù)應(yīng)力管樁而采用鉆孔灌注樁進(jìn)行施工，但施工成本成倍增加，施工進(jìn)度慢并且需要泥漿外運(yùn)。本工程設(shè)計(jì)的靜壓法施工PHC-600（130）AB-C80型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在大豐當(dāng)?shù)爻翗渡疃茸钌?、難度最大。

通過對(duì)地勘報(bào)告、類似工程、以往工程經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)真總結(jié)、研究，經(jīng)勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位會(huì)商，一致認(rèn)為11#、12#樓樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有效樁長超長，地質(zhì)條件方面第5、6、7、9B、11層均為砂性土，比較密實(shí)，強(qiáng)度較高，厚度較大，并且項(xiàng)目離西子午河太近，地下水位較高，即便采取了合理的壓樁施工順序和孔隙水壓力消散的措施，群樁施工時(shí)的擠土效應(yīng)和孔隙水壓力的瞬時(shí)集中都不可避免，靜壓沉樁施工時(shí)穿透這幾層的難度很大，很難保證有效樁長，如果異常樁比例過高，項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)安全就得不到保證，后期再采取措施補(bǔ)樁又將造成工期延誤、費(fèi)用增加。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)地質(zhì)情況比較復(fù)雜、強(qiáng)度較高的夾層較多、壓樁很難達(dá)到設(shè)計(jì)有效樁長的情況，采取先引孔后沉樁的技術(shù)可以解決沉樁困難的問題。引孔后再沉樁，可以減小一般沉樁工藝在施工過程中對(duì)土壤的擠壓效應(yīng)。在沉樁施工前，引孔機(jī)已經(jīng)按照樁位把樁孔的土壤取出來，形成一個(gè)直徑比樁徑略小的孔洞，在沉樁施工時(shí)樁對(duì)土壤的摩擦擠壓力大大減小。從而避免管樁的上浮和復(fù)壓現(xiàn)象的發(fā)生。但引孔后靜壓沉樁在大豐當(dāng)?shù)貨]有先例，施工是否可行，承載力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求需要通過試樁確定。

為了驗(yàn)證施工的可行性和確定施工技術(shù)參數(shù)，項(xiàng)目公司決定試采取普通靜力壓樁和先引孔后靜壓沉樁兩種施工工藝各施工一組三根試樁進(jìn)行對(duì)比分析。

3.2試樁

試樁使用1臺(tái)1000噸靜力壓樁機(jī)采用靜壓法施工。引孔采用長螺旋鉆機(jī)干鉆成孔。試樁樁長為45m（4節(jié)12m+11m+11m+11m），頂標(biāo)高2.000m（黃海高程）。為保證樁基行走和壓樁時(shí)樁基的穩(wěn)定性和垂直度。根據(jù)現(xiàn)場情況和計(jì)算結(jié)果，對(duì)樁基施工場地用2m厚2：8灰土進(jìn)行了換填。周邊設(shè)置明溝進(jìn)行排水和5口降水井進(jìn)行降水。試樁數(shù)量為普通靜力壓樁法3根，先引孔后沉樁的方法3根，共計(jì)6根。試樁按照設(shè)計(jì)院出具的試樁平面圖進(jìn)行布置。

試樁結(jié)果為：

1. 普通靜力壓樁：沉樁深度45m、45m、36m，最大沉樁壓力分別為4785KN、5365KN、7055KN，平均每根樁施工需要時(shí)間3小時(shí)左右，第3根試樁壓樁力接近樁身承載力極限也沒有達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高（有效樁長30m），為異常樁。休止時(shí)間過后，小應(yīng)變試驗(yàn)全部符合要求，靜載試驗(yàn)前兩根檢測合格；第3根由于有效樁長不足，加載到第10級(jí)（500噸）時(shí)發(fā)生沉降破壞，承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。

2. 先引孔后沉樁：沉樁深度45m、45m、45m，最大沉樁壓力分別為4350KN、4640KN、5075KN，平均每根樁施工需要時(shí)間40分鐘左右。3根樁全部達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。休止時(shí)間過后，小應(yīng)變和靜載試驗(yàn)檢測結(jié)果均合格。

3.2試樁結(jié)果評(píng)價(jià)

試樁結(jié)果表明，先引孔后沉樁的工藝施工速度快，有效樁長和承載力等指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求，施工工藝可行。

4 引孔沉樁施工工藝

4.1機(jī)械選擇

配備長螺旋鉆機(jī)1臺(tái)，根據(jù)規(guī)范預(yù)鉆孔直徑可比樁徑小50～100mm， 一般取樁徑的70%左右，深度視樁距和土的密實(shí)度、滲透性而定。本工程樁徑為600mm，引孔機(jī)配Φ500mm的鉆桿，鉆孔深度需穿透第9B層密實(shí)砂質(zhì)粉土層，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，確定鉆孔深度為32m～34m。

4.2施工方法

引孔沉樁就是采用螺旋鉆機(jī)預(yù)先干鉆成孔后，再在預(yù)先鉆好的孔位上靜壓管樁，使管樁達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度。采用預(yù)鉆孔沉樁法可明顯改善擠土效應(yīng)，地基明顯改善，地基土變位可減少30%～50%，超孔隙水壓力值可減少40%～50%，可減少對(duì)已沉入樁的擠推和上浮，有利于減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，本工程預(yù)鉆孔深度取32m～34m，鉆孔結(jié)束之后，挖機(jī)平整，進(jìn)行二次放線，再在原先鉆好的孔位置進(jìn)行靜力壓樁。

4.3施工工藝流程

鉆機(jī)組裝調(diào)試→施工放線定位樁位及高程→相關(guān)人員復(fù)核、驗(yàn)收建筑物軸線、樁定位→螺旋鉆機(jī)就位→鉆桿對(duì)正樁位→調(diào)整鉆桿垂直度→開動(dòng)電機(jī)鉆孔→測量孔深→記錄備案→引孔回填平整→現(xiàn)場二次放線→靜壓樁基施工。

4.4施工要點(diǎn)

1.由于壓樁力較大，為了確保樁身強(qiáng)度，應(yīng)選用質(zhì)量較好的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，并保證樁的齡期，要求樁身強(qiáng)度達(dá)到100%方可進(jìn)場施工。本項(xiàng)目選用了國內(nèi)口碑好的建華管樁。樁的制作與施工滿足《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）的規(guī)定；

2.應(yīng)先對(duì)場地進(jìn)行平整，保證樁機(jī)行走的受力要求，靜力壓樁區(qū)作業(yè)區(qū)應(yīng)驗(yàn)算場地的承載能力，必要時(shí)應(yīng)對(duì)場地進(jìn)行換填或加固，防止壓樁時(shí)出現(xiàn)沉陷過大或不均勻下陷；

3.鉆機(jī)鉆桿和樁身垂直度控制非常重要。鉆機(jī)鉆桿垂直度偏差應(yīng)小于0.5%，第1 節(jié)樁入土垂直度偏差應(yīng)控制在0.5%內(nèi)， 樁身垂直度偏差小于1%；

4.做好測量和鉆機(jī)、樁機(jī)定位控制。引孔壓樁需要二次放線，測量、定位的控制直接影響到施工質(zhì)量；

5.引孔作業(yè)和壓樁作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間隔時(shí)間不能大于12小時(shí)，在軟土地基間隔時(shí)間不能大于3小時(shí)；

6.引孔壓樁后土體重新固結(jié)、水壓力重新平衡的時(shí)間較普通靜力壓樁的施工方法要長，因此休止時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長，本工程休止時(shí)間確定為30天，比《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）要求的25天延長了5天，休止期后通過樁基靜載檢測，被檢測樁的承載力全部滿足要求；

5 施工任務(wù)完成情況和經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)

5.1施工任務(wù)完成情況

在試樁檢測完成后，大豐中交美廬城項(xiàng)目11#、12#樓樁基礎(chǔ)應(yīng)用引孔沉樁技術(shù)開始施工，1臺(tái)鉆機(jī)配合1臺(tái)壓樁機(jī)，20天完成了全部316根樁共計(jì)14220米（其中樁長12324米，送樁1896米）的樁基施工，平均每天施工約16根樁（624米）。所有引孔樁的有效樁長、小應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果均滿足要求，抽檢的4根樁的靜載試驗(yàn)承載力也全部符合要求。圓滿完成了11#、12#樓樁基礎(chǔ)的施工任務(wù)，并已順利通過了各方驗(yàn)收。

5.2經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)

1. 引孔沉樁技術(shù)效率高，通過試驗(yàn)和施工比較，引孔沉樁技術(shù)平均每根樁施工只需45分鐘，普通靜壓樁即使在沉樁順利的前提下平均每根樁施工需要約3小時(shí)，本工程運(yùn)用引孔沉樁技術(shù)（1臺(tái)長螺旋鉆機(jī)、1臺(tái)靜壓樁機(jī)）比普通靜壓管樁的施工方法（2臺(tái)靜壓樁機(jī)同時(shí)施工）最少節(jié)約工期30天，比鉆孔灌注樁（2臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工）最少節(jié)約工期45天；

2.本工程引孔增加費(fèi)用約45元/米，加上換填等措施費(fèi)用，引孔靜壓樁綜合單價(jià)約470元/米，按承載力1：1換算鉆孔灌注樁直徑為800mm，其綜合單價(jià)約1050元/米，本工程優(yōu)化后采用了引孔靜壓樁比最早設(shè)計(jì)的鉆孔灌注樁節(jié)約成本55%，共700多萬元。

6 結(jié)論

通過大豐中交美廬城項(xiàng)目超長靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁引孔沉樁技術(shù)的應(yīng)用，保證了項(xiàng)目11#、12#樓樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，大大節(jié)省了工期和節(jié)約了成本，取得了良好的效益。同時(shí)驗(yàn)證了該技術(shù)在江蘇大豐及地質(zhì)條件類似地區(qū)的適用性，對(duì)其他項(xiàng)目提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 江蘇省預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程（江蘇省標(biāo)準(zhǔn)DGJ32/TJ109-2010）