靜壓PHC管樁穿越卵石層施工技術(shù)探討

陳游鋒

摘要：靜壓PHC管樁具有單樁承載力高、樁身抗裂性好、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是目前基礎(chǔ)工程中應(yīng)用最廣泛的一種基礎(chǔ)形式。本文結(jié)合具體工程實(shí)例，以靜壓PHC管樁施工技術(shù)為背景，主要探討了先引孔后壓樁的施工技術(shù)和施工工藝的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PHC管樁；靜壓沉樁；引孔；長(zhǎng)螺旋鉆孔

中圖分類號(hào)：TU753.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）11—80—03

前言

在福建區(qū)域，PHC管樁廣泛運(yùn)用在各大工業(yè)建筑和民用建筑的樁基工程中。但是在福建區(qū)域，持力層以上常常存在厚薄不均的卵石層，有的厚度達(dá)十幾米且卵石層內(nèi)存在一定厚度的軟弱夾層。由于傳統(tǒng)的錘擊法沉樁在市區(qū)已被限制使用，且如果采用錘擊法沉樁強(qiáng)行穿透卵石層，易出現(xiàn)爆頭、爆樁等問(wèn)題，影響樁身質(zhì)量和施工進(jìn)度；而普通靜壓法沉樁往往難以完全穿透較厚的卵石層，導(dǎo)致樁長(zhǎng)過(guò)短，影響樁基穩(wěn)定性。這種地質(zhì)情況在一定程度上限制了PHC管樁的應(yīng)用。與錘擊法沉樁和單純的靜壓法沉樁相比，采用先引孔后壓樁的方法可保證管樁穿透卵石層后到達(dá)持力層，同時(shí)也能保證樁身質(zhì)量和單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求，且壓樁過(guò)程順暢，節(jié)約工期。以下本文結(jié)合具體工程探討一下當(dāng)遇到卵石層時(shí)，先引孔后壓樁的PHC管樁施工技術(shù)和施工工藝。

1工程概況

福州當(dāng)?shù)啬骋蛔≌?xiàng)目，總用地面積21萬(wàn)m²，總建筑面積約89萬(wàn)m²，設(shè)單層地下室，地下室建筑面積約17萬(wàn)m²，地上33～38層。該工程地質(zhì)情況自上而下見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有樁基施工設(shè)備的調(diào)查，在分析研究地質(zhì)條件、荷載及變形的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)形式確定為靜壓PHC管樁，持力層選擇9-1、9-2或10層。樁停止沉樁的控制原則：要求以壓樁力和標(biāo)高雙控，樁端全截面進(jìn)入持力層應(yīng)不小于1m，樁長(zhǎng)約25～30m，施工過(guò)程中應(yīng)合理安排打樁順序，減小擠土效應(yīng)的影響。

其中⑥碎卵石層：灰色、灰褐色，飽和，稍密一中密，上部局部呈松散狀態(tài)，少量漸變?yōu)榈[砂。該層以碎石、卵石為主，含中砂及粘性土，上部碎石內(nèi)卵石粒徑一般為2～4cm左右，呈稍密狀態(tài)，向下逐漸增大，一般在3～8cm之間，最大可達(dá)10cm，整體呈中密狀態(tài)。

在試樁過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)靜壓沉樁難以穿透較厚的碎卵石層，需要考慮調(diào)整施工方案。

2基礎(chǔ)選型及引孔方案

結(jié)合本工程的特點(diǎn)以及地質(zhì)勘探報(bào)告，本工程高層建筑部分地勘報(bào)告建議采用沖（鉆）孔灌注樁或PHC預(yù)應(yīng)力管樁。沖（鉆）孔灌注樁優(yōu)勢(shì)在于穿透力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，單樁承載力高，但施工工期偏長(zhǎng)，造價(jià)偏高；PHC預(yù)應(yīng)力管樁相比沖（鉆）孔灌注樁，具有施工速度快，造價(jià)低，福州地區(qū)施工設(shè)備多，技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)，最終建設(shè)單位確定本工程采用靜壓PHC管樁。采用管樁遇到的問(wèn)題主要是場(chǎng)地土層中第⑥層碎卵石層，該層分布、厚度不均，較厚處?kù)o壓管樁較難穿透，另外本層中存在相對(duì)較軟的粉質(zhì)粘土、中砂、淤泥質(zhì)土夾層，故不宜作為樁端持力層。施工中擬先用長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)引孔，然后再靜壓沉樁的方法保證管樁穿透該碎卵石層。

2.1靜壓PHC管樁作業(yè)特點(diǎn)

靜壓PHC管樁的具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如施工時(shí)無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、無(wú)污染，工期短，適合市區(qū)作業(yè)；單位面積承載力高；施工時(shí)樁身不產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力，樁身應(yīng)力均勻，減小了對(duì)樁的破壞力；施工工序簡(jiǎn)單，工效高等等。但是靜壓PHC管樁也有一定的缺點(diǎn)，例如設(shè)備笨重；單樁長(zhǎng)度受限，導(dǎo)致接樁處薄弱；較難貫穿較厚的堅(jiān)硬土層，例如卵石層；存在擠土效應(yīng)，當(dāng)布樁密集時(shí)，容易引起周圍地面隆起，對(duì)鄰近建筑環(huán)境和地下管線會(huì)產(chǎn)生不良影響；對(duì)場(chǎng)地的地耐力要求高等等。

2.2長(zhǎng)螺旋鉆孔干作業(yè)法特點(diǎn)

長(zhǎng)螺旋鉆千作業(yè)法是采用長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，利用混凝土泵將混凝土從鉆頭底壓出，邊壓灌混凝土邊提升鉆頭直至成樁，然后利用專門振動(dòng)裝置將鋼筋籠一次插入混凝土樁體，形成鋼筋混凝土灌注樁。與普通水下灌注樁施工工藝相比，長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌樁施工，由于不需要泥漿護(hù)壁，無(wú)泥皮、無(wú)沉渣、無(wú)泥漿污染，施工速度快，造價(jià)較低。該技術(shù)對(duì)地層適應(yīng)性強(qiáng)，能夠順利穿透卵石層、強(qiáng)中風(fēng)化巖石等較硬土層，并能避免樁易偏斜、樁頭破損。

2.3引孔壓樁法作業(yè)特點(diǎn)

在卵石層較厚，并存在軟弱夾層的地質(zhì)情況下，基礎(chǔ)形式想要采用靜壓PHC管樁，可以采用先引孔再壓樁的施工方案。先引孔能夠把上部地層中的大部分巖土取出，減小了碎卵石對(duì)樁端的阻力和周圍土體對(duì)樁身的摩擦力，然后再靜壓沉樁，待樁端進(jìn)入持力層深度滿足設(shè)計(jì)要求后，只需控制終壓力值并復(fù)壓2～3次即可。引孔壓樁法能有效解決靜壓PHC管樁難以穿透堅(jiān)硬土層的缺點(diǎn)，并減小擠土效應(yīng)。

2.4鉆孔設(shè)備選型

本工程選用MCZ26B型步履式長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)，該設(shè)備適用于CFG工程樁、灌注樁、地下連續(xù)墻、預(yù)制樁引孔、軟基加固等各種基礎(chǔ)工程。其主要技術(shù)參數(shù)為：回轉(zhuǎn)角度±180°；最大拔樁力為300KN；動(dòng)力頭型號(hào)為ZZSH480-60，動(dòng)力頭功率為2×55W，最大輸出扭矩為55KN·m；最大鉆孔直徑為Φ600mm；最大鉆孔深為26m；整機(jī)重量為52t。

3施工工藝

3.1引孔壓樁法的施工工藝

其具體的工藝流程：測(cè)量定位→長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)就位→鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→提升鉆桿→轉(zhuǎn)移鉆機(jī)至下個(gè)樁位→靜壓樁機(jī)就位調(diào)平→爭(zhēng)吊樁、喂樁、對(duì)準(zhǔn)樁位→校準(zhǔn)垂直度→靜壓送樁→接樁→再送樁→結(jié)束。

當(dāng)長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)就位時(shí)，應(yīng)對(duì)司機(jī)室內(nèi)懸掛的鉛垂進(jìn)行檢查，合格后方可進(jìn)行施鉆，檢查內(nèi)容包括：樁位對(duì)中、垂直度、進(jìn)尺位置對(duì)照線等，鉆桿應(yīng)對(duì)準(zhǔn)樁位中心，不能發(fā)生位移或傾斜。

當(dāng)長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)成孔時(shí)，需要注意三個(gè)方面的內(nèi)容：一是要控制鉆孔的速度，應(yīng)由慢到快，若發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí)，應(yīng)放緩鉆孔的速度以避免鉆具損壞、樁孔偏移，并且鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆孔不能發(fā)生偏差；二是鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)達(dá)到控制深度時(shí)應(yīng)立即停鉆；三是為了方便復(fù)核地質(zhì)情況，鉆進(jìn)時(shí)要記錄好每米電流變化及突變位置；四是合理控制提鉆速度，避免發(fā)生塌孔影響引孔質(zhì)量。

由于本工程地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜、工期緊，工作量大，引孔工作應(yīng)配合靜壓樁同步施工，盡量做到隨引隨壓?？偟氖┕げ渴穑喊才耪{(diào)入MCZ26B型步履式長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)1臺(tái)，日計(jì)劃完成引孔25根，臺(tái)，做到與總體施工進(jìn)度計(jì)劃相適應(yīng)。

3.2引孔壓樁法質(zhì)量控制要點(diǎn)

首先引孔的垂直度偏差不宜大于0.5%，引孔作業(yè)和壓樁作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間隔時(shí)間不宜大于12h，在軟土地基中不宜大于3h。

本工程樁基礎(chǔ)采用PHC-500-125-A靜壓預(yù)應(yīng)力管樁，要求引孔直徑不大于400mm，引孔深度根據(jù)地勘報(bào)告的剖面圖，引孔至碎卵石層底以上約4～6m的深度。為了避免引孔后的塌孔，對(duì)于土層中存在淤泥的勘探孔附近的樁位，引孔應(yīng)隨引隨壓，其余區(qū)域中間間隔時(shí)間不宜超過(guò)6h。

4 PHC管樁穿越卵石層的其他施工方法介紹及結(jié)合本工程實(shí)際情況的分析

4.1降低豎向承載力特征值取值

對(duì)于卵石、中砂、花崗巖等地段，由于基巖面凹凸不平，往往使樁端阻力作用點(diǎn)偏心，采用預(yù)制樁要對(duì)承載力折減，通過(guò)降低承載取值，來(lái)減少樁端在巖面凸凹面接觸應(yīng)力及樁端阻力作用點(diǎn)偏心引起的附加彎矩。為了增加樁的抗彎抗裂能力，采用AB型PHC管樁。

由于本工程的樓棟基本是33～38層的高層和超高層建筑，38層的超高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用樁筏基礎(chǔ)，單樁設(shè)計(jì)承載力特征值取值為2400KN。例如一棟38F的樓棟，建筑面積16200 m²，樁數(shù)172根，樁中心距2.0～2.2m，如圖1所示。若降低單樁豎向承載力特征值，會(huì)導(dǎo)致樁距太密，擠土效應(yīng)嚴(yán)重，不易保證樁身質(zhì)量。根據(jù)《建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ94-2008）3.3.1～3.3.3條，原設(shè)計(jì)的樁心距比較合理，對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁施工過(guò)程中難以避免的爆樁、斷樁等突發(fā)情況也留有補(bǔ)樁的空間。另外根據(jù)地勘報(bào)告，土層中碎卵石層粒徑較小，在2～8cm之間，并不會(huì)產(chǎn)生較大的偏心，碎卵石層內(nèi)存在軟弱夾層，為保證基礎(chǔ)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要求樁基必須穿透該層，減小壓樁力更不利于穿越該層。綜合以上原因，決定不降低單樁豎向承載力特征值取值。

4.2灌芯處理和改進(jìn)樁尖

第一節(jié)管樁壓入土中后應(yīng)立即在管樁內(nèi)腔底灌1.5～2.0米高加微膨脹劑的石砼封底，當(dāng)樁尖在壓樁至巖面有損壞時(shí)，保證樁身（樁端）能有足夠的強(qiáng)度。

采用井字型樁尖，以便增加抓巖能力，減小樁尖遇斜巖時(shí)偏斜。改進(jìn)終樁標(biāo)準(zhǔn)：終樁壓力值約為承載力特征值的2倍或壓力值突然增加（跳表），以此壓力值鎖定油壓表穩(wěn)壓幾秒，以樁端能與巖面“零距離”接觸為原則。

本工程樁端持力層為9-2碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，巖體堅(jiān)硬程度為軟巖，完整程度為破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，并不屬于非常堅(jiān)硬的巖石，且碎卵石層卵石粒徑不大，十字形樁尖也能滿足穿透部分卵石層的要求，股決定不采用以上兩種方案即可滿足施工要求。

4.3施工效果

本工程采用先引孔后壓樁的施工方法，一是有效的解決了靜壓PHC管樁施工難以穿透碎卵石層，有效樁長(zhǎng)和樁基穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，不僅保證了樁基施工質(zhì)量，也節(jié)約了造價(jià)；二是在合理安排施工順序的情況下，引孔后再壓樁并不會(huì)延長(zhǎng)工期，而且經(jīng)過(guò)引孔后，壓樁過(guò)程會(huì)更加順利，反而能縮短壓樁時(shí)間；三是在一定程度上減少了擠土效應(yīng)，減少了復(fù)壓、爆樁等現(xiàn)象的發(fā)生。

在樁基質(zhì)量檢查和驗(yàn)收過(guò)程中，選取主樓的一部分樁基進(jìn)行了單樁豎向抗壓承載力試驗(yàn)，其中兩根先引孔再壓樁的管樁的Q-s和s-Lgt曲線圖如圖2所示?？梢钥闯龀两盗吭诟骷?jí)荷載下沒(méi)有明顯的增大跡象，樁基承載力能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)施工過(guò)程中靜壓PHC管樁難以穿透厚卵石層的難題，通過(guò)對(duì)引孔的施工方法、工藝技術(shù)等分析，研究了“先引孔后壓樁”的施工工藝在實(shí)際工程中的應(yīng)用。即選用長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)引孔，并選擇合理的引孔直徑和引孔深度，減小需要穿透的卵石層的厚度，再用靜壓法壓樁，使管樁穿透卵石層后到達(dá)設(shè)計(jì)持力層，以保證管樁的承載力和穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，發(fā)揮了靜壓PHC管樁的有點(diǎn)，彌補(bǔ)了靜壓PHC管樁的一些缺點(diǎn)，擴(kuò)大了PHC管樁的應(yīng)用范圍，在一定程度上節(jié)省了工期和造價(jià)，因此具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。