沈陽市靜壓管樁與長螺旋鉆孔灌注樁的對比研究

安文強(qiáng)

沈陽建筑大學(xué) 遼寧 沈陽 110000

正文：

一、選題背景及應(yīng)用價(jià)值

目前在我市市場上長螺旋鉆孔灌注樁與靜壓管樁已成為兩大主要趨勢。本次研究的目的是對比分析沈陽市區(qū)已施工完成的使用靜壓樁基和長螺旋鉆孔灌注樁的兩種樁基礎(chǔ)形式的工程實(shí)例，能夠明確在選擇樁基礎(chǔ)類型時(shí)需要考慮的相關(guān)因素。同時(shí)了解兩種樁型的使用條件，優(yōu)點(diǎn)及不足，并就造價(jià)進(jìn)行比對，這樣有利于為建設(shè)者提供參考數(shù)據(jù)，最后在不影響工程質(zhì)量的前提下，能夠節(jié)約成本。

二、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

預(yù)應(yīng)力混凝土樁已經(jīng)應(yīng)用并發(fā)展一百多年了的時(shí)間了，管樁及預(yù)應(yīng)力管樁的發(fā)展也已經(jīng)經(jīng)歷了有40-60年的時(shí)間了。管樁經(jīng)過最近30年代的迅猛發(fā)展，無論在生產(chǎn)工藝還是在產(chǎn)品質(zhì)量上已經(jīng)發(fā)展到了一定的規(guī)模。

上個(gè)世紀(jì)40年代率先在美國出現(xiàn)鉆孔灌注樁。經(jīng)過30年的發(fā)展，鉆孔樁的使用區(qū)域擴(kuò)展到全球各地，使用量每年都在持續(xù)增加，成為常用樁型。長螺旋鉆孔灌注樁成樁工藝是一種新發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用的施工方法，是在我國國內(nèi)近期使用頻繁的施工工藝，建筑樁基及用于基坑支護(hù)的支護(hù)樁都可以使用。

近年來一些新的樁型和施工工藝的有了推廣，其中有代表性的有以下幾種：后注漿灌注樁、擠擴(kuò)支盤樁、攪拌勁芯樁、大直徑筒樁、預(yù)應(yīng)力竹節(jié)管樁、預(yù)制空心方樁、咬合樁、槽壁樁、超長樁等。今后灌注樁的發(fā)展方向是大直徑、高承載力的樁。

三、主要研究內(nèi)容、理論依據(jù)

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的主要步驟

1、根據(jù)建筑物對基礎(chǔ)承載力及沉降的要求,討論出符合基本條件的設(shè)計(jì)方案。

2、從初步確實(shí)2-3個(gè)備選方案，這些初選方案要能滿足方案的最基本的要求。

3、確定建設(shè)單位進(jìn)行方案評價(jià)的側(cè)重點(diǎn)。

4、策劃方案評估流程，對接流程過程中需要介入的各方人員。

5、具體實(shí)施方案評估流程。

6、對方案進(jìn)行更深入的探討分析。

7、綜合各方面影響因素考量備選方案，確定最優(yōu)方案。

3.2 靜壓預(yù)應(yīng)力管樁的施工要求

1、場地平整；將地表的雜物進(jìn)行清理，整平，有必要時(shí)使用壓路機(jī)將地面土壓實(shí)。

2、試壓樁：在正式施工前，要進(jìn)行試壓樁。目的是為了確定樁基施工的各項(xiàng)施工參數(shù)。

3、測量定位：根據(jù)建設(shè)單位提供的控制點(diǎn)位置，確定樁點(diǎn)的定位。

4、成品檢查：在管樁進(jìn)場后，對進(jìn)場的管樁進(jìn)行實(shí)地檢查。

5、吊樁插樁：在準(zhǔn)備吊樁進(jìn)行施工時(shí)，為了保證施工的有序進(jìn)行，要對各段樁進(jìn)行編號，根據(jù)編號順序進(jìn)行吊樁。樁的垂直度要采用經(jīng)緯儀來控制。

6、校正垂直度：在入土50-80cm停止壓樁，然后進(jìn)行垂直度調(diào)校。

7、壓樁：通過操作臺上的壓力表來控制壓樁力的大小，通過壓力表可以判斷是否壓樁過程中遇到障礙物或造成斷樁。

8、接樁：目前最常用的接樁方法有焊接、法蘭連接及硫磺膠泥錨接三種。分段接樁時(shí)，應(yīng)該盡量采用2段接樁，不應(yīng)多余3段。

9、送樁：使用送樁器時(shí)，送樁器與管樁斷面之間設(shè)置有彈性的紙墊，保證均勻受力。

10、終壓：控制指標(biāo)為標(biāo)高，在首先保證標(biāo)高的前提下，控制樁壓力。

11、裝卸、堆放：管樁的堆放長度要進(jìn)行平整，夯實(shí)。

3.3 長螺旋鉆孔灌注樁施工工藝

1、樁位放樣：施工進(jìn)場后，根據(jù)建設(shè)單位提供的控制點(diǎn)，施放樁位點(diǎn)。

2、鉆機(jī)就位：鉆機(jī)就位前要做好測量放線工作，確定正確的樁位，請甲方及監(jiān)理驗(yàn)線。

3、鉆孔：根據(jù)施工土層的不同，采用不同的鉆進(jìn)速度。

4、泵送混凝土：鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，通過鉆頭開始泵入混凝土，邊提鉆邊灌注。

5、吊放鋼筋籠：當(dāng)樁孔較長時(shí)，要采取措施防止鋼筋籠在起吊過程中發(fā)生彎曲。

6、成樁保護(hù)：在施工完樁體24小時(shí)后，才可以進(jìn)行清土施工。

四、靜壓管樁工程實(shí)例

4.1 工程概況

中海城項(xiàng)目三期01A地塊一區(qū)靜壓樁基礎(chǔ)分包工程施工，工程位于沈陽市荷蘭村赤山路南側(cè)和西江街西側(cè)，建設(shè)單位為沈陽中海新海匯置業(yè)有限公司。擬建建筑物為商住樓，總建筑面積約230700m2。本工程采用靜壓樁基礎(chǔ)工程，PHC500（AB125）工程，PHC-AB型靜壓樁樁徑500mm、壁厚125mm，單樁豎向承載特征值2000kN。

靜壓管樁施工圖

4.2 設(shè)計(jì)方案參數(shù)計(jì)算

本論文以1#樓為例，1#樓采用樁基礎(chǔ)，樁采用靜壓樁基礎(chǔ)工程，場地±0.000為42.700mm，工程樁樁頂標(biāo)高為-4.4m，樁端持力層為第5層礫砂層，樁端進(jìn)入持力層至少2米，單樁承載力特征值為2000KN。

4.2.1 靜壓管樁計(jì)算

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008中5.3.5式，當(dāng)根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，按下式進(jìn)行估算：

靜壓管樁（鉆孔壓灌樁）側(cè)阻力及端阻力特征值

以1#樓50#樁為例，樁頂標(biāo)高為-4.4m，樁長20m，樁身范圍內(nèi)土層，從上到下依次為：粉質(zhì)黏土②（2.3m）、粉質(zhì)黏土③（1.8m）、粉質(zhì)黏土③（1.6m）、中粗砂（6.8m）、礫砂（7.5m）

d1=500-2*125=250mm

Aj=π/4（d2+d12）=3.14*（500*500-250*250）/4=147187.5mm2

Ap1=πd1

2/4=3.14*250*250/4=49062.5mm2

Hb/d1=7.5/0.25=30＞5 λp=0.8

Qu=Qs+Qp=u∑qsili+qp（Aj+λpAp1）

=3.14*0.5*（2.3*24.3+1.8*27.3+1.6*25.5+6.8*32.5+70*7.5）+39 00*（0.147+0.049*0.8）=2126.35kN滿足單樁承載力特征值＞2000kN的要求。

4.2.2 長螺旋鉆孔灌注樁計(jì)算

假設(shè)采用直徑600mm長螺旋鉆孔灌注樁，樁長17米：

Qu=Qs+Qp=u∑qsili+qpAp

=3.14*0.6*（2.3*24.3+1.8*27.3+1.6*25.5+6.8*32.5+70*4.5）+3100*3.14*0.6*0.6/4=2160.63kN滿足單樁承載力特征值＞2000kN的要求。

1、由以上計(jì)算結(jié)果可知，采用靜壓管樁和長螺旋鉆孔灌注樁都可以滿足承載力要求，選定為靜壓管樁和長螺旋鉆孔灌注樁作為備選方案。

2、由于該項(xiàng)目的工期要求為25天，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁由工廠預(yù)制完成，不需要進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，能夠節(jié)約工期，所以采用靜壓管樁能夠滿足工期要求。

3、采用靜壓管樁的造價(jià)約為220元/m*20m=4400元，采用長螺旋鉆孔灌注樁的造價(jià)約為3.14*0.3*0.3*17*1100=5284.62元，采用長螺旋鉆孔灌注樁的造價(jià)比靜壓管樁的造價(jià)。

4、由于該項(xiàng)目規(guī)劃在冬季施工，若采用長螺旋鉆孔灌注樁，混凝土施工要增加外加劑等冬季施工費(fèi)用。所以冬季施工決定了該項(xiàng)目采用靜壓管樁施工能滿足要求。

五、長螺旋鉆孔灌注樁工程實(shí)例

5.1 工程概況

華潤置地長白置地廣場二期樁基礎(chǔ)工程，工程位于沈陽市和平區(qū)長白島，長白北路南側(cè)，東臨南京南街，南側(cè)為長白置地廣場項(xiàng)目一期，西鄰和康街，建設(shè)單位為華潤萬家置業(yè)（沈陽）有限公司。華潤·長白置地廣場二期占地面積約2.6萬平米，建筑面積約16.9萬平米，分商業(yè)裙房及兩棟LOFT塔樓。

長螺旋鉆孔灌注樁施工圖

5.2 設(shè)計(jì)方案參數(shù)計(jì)算

以長白置地廣場二期地塊8#公寓為例，本工程采用螺旋鉆孔壓灌混凝土樁，樁徑600mm，樁長25.0m，樁數(shù)346根，單樁承載力特征值為3000kN，樁身采用C30混凝土，鋼筋HPB300級及HRB400級，鋼筋保護(hù)層厚度樁身主筋為70mm，樁端持力層為10層礫砂，端阻力特征值為qpa=3000kpa，樁側(cè)土層主要為8層圓礫，樁側(cè)阻力特征值為qsa=67kpa；8-1層礫砂，樁側(cè)阻力特征值為qsa=67kpa；9層粗砂，樁側(cè)阻力特征值為qsa=37kpa，樁端進(jìn)入持力層不小于1000mm，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級。

樁基礎(chǔ)承載力參數(shù)特征值一覽表

5.2.1 長螺旋鉆孔灌注樁計(jì)算

以8#勘察孔為例，樁頂標(biāo)高為29.90m，樁長25m,樁身范圍，從上到下依次為：

素填土（3.6m）、圓礫⑥（3.9m）、圓礫⑧（3.4m）、礫砂⑧1（5.5m）、粗砂（4.5m）、礫砂⑩（4.1m）

直徑600mm長螺旋鉆孔灌注樁，樁長25米：

Qu=Qs+Qp=u∑qsili+qpAp

=3.14*0.6*（2.6*（-10）+3.9*67+3.4*67+5.5*67+4.5*37+4.1*68）+3000

*3.14*0.6*0.6/4=3253.48kN

5.2.2 靜壓管樁計(jì)算

若采用靜壓管樁，樁型采用PHC-AB500（125）-28，則

d1=500-2*125=250mm

Aj=π/4（d2+d12）=3.14*（500*500-250*250）/4=147187.5mm2

Ap1=πd1

2/4=3.14*250*250/4=49062.5mm2

Hb/d1=4.1/0.25=16.4＞5 λp=0.8

Qu=Qs+Qp=u∑qsili+qp（Aj+λpAp1）

=3.14*0.5*（2.6*（-10）+3.9*67+3.4*67+5.5*67+4.5*37+7.1*68）+3900

*（0.147+0.049*0.8）=3051.19kN

采用靜壓樁也能夠滿足承載力要求，但是由于該項(xiàng)目地質(zhì)土層主要為粗砂層及圓礫，并且部分穿越巖層有部分有礫石夾層，不適用于靜壓管樁。

六、影響基礎(chǔ)方案選擇的各種因素

1、工程地質(zhì)條件的限制

對于靜壓管樁，當(dāng)穿越土層中有礫石夾層或者樁端持力層為軟質(zhì)巖石和風(fēng)化巖石時(shí)，靜壓管樁是不適用的，在這種情況下可以使用長螺旋鉆孔灌注樁。

2、基礎(chǔ)工程的承載力問題

通過以上兩個(gè)工程實(shí)例，靜壓管樁及長螺旋鉆孔管樁由于適用的土層區(qū)別不大。設(shè)計(jì)院出于對承載力及與上部結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的目標(biāo)考慮，兩種樁型都會考慮使用。

3、基礎(chǔ)工程的造價(jià)問題

建設(shè)單位出于建設(shè)成本考慮，傾向于選擇造價(jià)低的施工方案。但是造價(jià)考慮有時(shí)候不僅僅是單體結(jié)構(gòu)的造價(jià)考慮，而是從整個(gè)項(xiàng)目的具體運(yùn)作周期，市場等因素綜合考慮。

4、施工因素與工期

管樁進(jìn)場后，不需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，這樣將很大程度上節(jié)約工期。在冬季施工時(shí)，凍土層不太厚的情況下，可以繼續(xù)進(jìn)行施工。

5、對環(huán)境的影響問題

靜壓管樁符合安全文明施工的要求，而長螺旋鉆孔灌注樁作為取土樁，在成樁過程中。