大直徑靜壓沉管灌注樁應(yīng)用技術(shù)

【摘要】金山湖景大廈樁基工程，采用大直徑靜壓沉管灌注樁施工，有效保證了樁端入土深度、樁身整體性和承載力要求，達(dá)到工效高、無(wú)污染排放、造價(jià)節(jié)約的預(yù)期目的。

 
【關(guān)鍵詞】大直徑靜壓沉管灌注樁
 
靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC管樁）和大直徑錘擊沉管灌注樁近年來(lái)在廈門(mén)地區(qū)工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，已取得十分成熟的施工經(jīng)驗(yàn)。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC管樁）具有單樁承載力較高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，但因管樁樁身強(qiáng)度高的因素也存在著夾樁處易夾碎、遇孤石或地基巖土中相對(duì)硬層易發(fā)生折斷、爆樁，存在穿透力差、樁接頭端頭板焊接可靠度低以及當(dāng)?shù)鼗�土存在腐蝕性地下水（如近海地區(qū)海水影響區(qū)域）時(shí)樁接頭和樁身裂縫缺陷處易腐蝕等缺點(diǎn)。大直徑錘擊沉管灌注樁具有單樁承載力高、成樁質(zhì)量可靠、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。但在施工過(guò)程存在劇烈震動(dòng)影響鄰近建筑物，且噪音污染大、樁架高易倒伏、高空作業(yè)影響安全等缺點(diǎn)，已不適合在城市市區(qū)施工中使用。而大直徑沉管灌注樁吸收了靜壓預(yù)應(yīng)力管樁和錘擊沉管灌注樁的優(yōu)點(diǎn)，采用改進(jìn)后的液壓靜力壓樁機(jī)進(jìn)行抱壓式施工，改進(jìn)后的壓樁機(jī)具有沉管和拔管的功能，設(shè)置了能對(duì)具有螺旋接頭的鋼管進(jìn)行快速對(duì)接和拆卸的裝置，適用于直徑600mm～800mm的樁管進(jìn)行沉入和拔出，利用拔管復(fù)插法和抱箍上附帶的小型偏心振動(dòng)器使?jié)补嗪蟮幕炷�土振搗密實(shí)，比錘擊施工具有低噪音無(wú)污染、工效快、承載力直觀可預(yù)見(jiàn)、對(duì)孤石和硬土層穿透力強(qiáng)（最大壓樁力可達(dá)8000KN），比起人工挖孔樁和沖鉆孔灌注樁，具有無(wú)污染排放、相同樁長(zhǎng)承載力更高（擠土施工提高樁側(cè)摩阻力）、工效高等優(yōu)勢(shì)。
 
1   工程概況
金山湖景大廈位于廈門(mén)仙岳路以南、云頂中路以東，東側(cè)和南側(cè)緊鄰湖邊水庫(kù)。地下室二層，地上建筑由三層商業(yè)裙房和一棟28層高層建筑組成。本工程為高層建筑，對(duì)基樁承載力要求高。由于擬建場(chǎng)地北側(cè)和南側(cè)均為既有住宅小區(qū)，對(duì)震動(dòng)和噪音污染敏感。南側(cè)距廈門(mén)市淡水儲(chǔ)備區(qū)的湖邊水庫(kù)堤岸僅30米，對(duì)施工環(huán)保要求極高，嚴(yán)禁出現(xiàn)施工排放污染水庫(kù)水質(zhì)的情況。
 
2            地基巖土構(gòu)成分布情況及樁型選擇
根據(jù)地質(zhì)勘察情況表明，地基巖土構(gòu)成自上而下分布情況詳見(jiàn)下表：

強(qiáng)風(fēng)化層埋深約36~48m，中風(fēng)化層埋深約48m以上。場(chǎng)地地下水位埋深約7.4~8.7m，但除雜填土外，其它土層透水系數(shù)小，屬于弱透水層或微透水層。進(jìn)行抽水試驗(yàn)，表明地下出水量較小。
本工程所處區(qū)域?qū)κ┕きh(huán)保極高的要求和巖層埋深決定了不適宜采用沖（鉆）孔灌注樁或人工挖孔樁。因此，勘察報(bào)告推薦采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁或靜壓沉管灌注樁。
在該地質(zhì)條件下，若采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁，由于持力層埋置深度較深，對(duì)保持預(yù)制樁沉樁施工過(guò)程的樁身完整性和接樁質(zhì)量提出了更高的要求。當(dāng)樁長(zhǎng)較長(zhǎng)、或遇孤石、硬土層需采用較大壓樁力穿透時(shí)，樁頭和夾樁部位容易出現(xiàn)爆樁、夾碎現(xiàn)象。另外，由于土層起伏變化較大，預(yù)制樁配樁長(zhǎng)度較難掌握，而如果采用截樁接長(zhǎng)或截短，則存在預(yù)制管樁預(yù)應(yīng)力消退，影響樁身最終承載力，且后期接樁、截樁處理過(guò)程增加工期，限制了預(yù)應(yīng)力管樁的使用。而靜壓沉管灌注樁由于采用的是由無(wú)縫鋼管和鋼樁靴組成的封閉成孔系統(tǒng)，施工過(guò)程可以采用更高的壓樁力壓樁施工，對(duì)小型孤石和砂質(zhì)粘土等硬土層穿透力強(qiáng)。壓管成孔過(guò)程，壓力直觀可控。沉管后鋼筋籠通長(zhǎng)安裝，加上是現(xiàn)澆混凝土，樁身整體性和質(zhì)量容易得到保證，很好的克服和避免了預(yù)應(yīng)力管樁的不足。
 
3   樁基工程設(shè)計(jì)
3.1 本樁基工程設(shè)計(jì)采用直徑700的靜壓沉管灌注樁，共計(jì)193根。其中抗壓樁161根，抗壓樁兼抗拔樁32根，樁基豎向抗壓承載力特征值3000kN，樁基豎向抗拔承載力特征值800kN。樁尖設(shè)計(jì)持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖①層，設(shè)計(jì)要求樁端全斷面進(jìn)入持力層不小于1m，抗壓樁有效樁長(zhǎng)不小于28m，抗壓樁兼抗拔樁有效樁長(zhǎng)不小于24m。設(shè)計(jì)要求通過(guò)試樁確定壓樁施工控制標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)試樁數(shù)量不少于2根。
3.2  設(shè)計(jì)試樁
    正式沉樁施工前，進(jìn)行了設(shè)計(jì)試樁，通過(guò)設(shè)計(jì)試樁確定了如下壓樁施工控制標(biāo)準(zhǔn)：
應(yīng)以壓樁力控制為主，樁長(zhǎng)控制為輔的雙控原則;
壓樁管施工終壓力不小于6000kN；
樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖①層，樁端全斷面應(yīng)進(jìn)入持力層不小于1m；
設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)不小于28m，當(dāng)施工中樁的有效長(zhǎng)度小于26m時(shí)，應(yīng)采用6500kN壓樁力進(jìn)行超壓；當(dāng)施工中樁的有效長(zhǎng)度大于31m（或樁管入土深度大于44m時(shí)），且樁端已進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層，允許此時(shí)施工終壓力為5400kN。
 
4   樁基工程施工
4.1 抱壓式大直徑靜壓沉管灌注樁施工工藝步驟
場(chǎng)地平整及地上障礙物清理→樁機(jī)設(shè)備進(jìn)場(chǎng)安裝調(diào)試→測(cè)量放樣定位→樁機(jī)設(shè)備就位→鋼套管樁管和樁靴就位→鋼套管樁管對(duì)中調(diào)整→靜壓沉管→達(dá)到終壓條件→終止壓管→放置鋼筋籠→澆灌混凝土→振動(dòng)拔升樁管并間隔反插→移機(jī)→樁頂以上空孔灌填碎石反壓→單樁施工完畢。
4.2 沉樁順序
    施工過(guò)程應(yīng)考慮沉管過(guò)程超靜孔隙水壓力在施工期可能會(huì)產(chǎn)生較高的水頭也可使樁身混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象導(dǎo)致影響樁身承載力降低，并且先期沉樁擠密土體后增加后續(xù)沉樁施工難度。因此，施工過(guò)程應(yīng)合理安排沉樁順序，合理調(diào)整沉樁施工間距由中間擴(kuò)向四周順序沉樁。樁群密集處可實(shí)施跳打，使得相鄰施工的樁中心距>3.5d，并控制拔管速度控制好樁身質(zhì)量。當(dāng)相鄰樁中心距≤3.5d時(shí)，樁基施工間隔應(yīng)滿足先期施工的樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%以上的要求，避免因擠土效應(yīng)影響相鄰樁樁身質(zhì)量。
4.3 沉管控制
    樁機(jī)設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，進(jìn)行安裝調(diào)試并驗(yàn)收合格，油缸壓力表應(yīng)在標(biāo)定使用期內(nèi)使用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備備用壓力表，移機(jī)至樁位處就位并調(diào)平。成品鋼樁尖就位在樁位上，鋼套管樁管放入樁靴就位，并點(diǎn)焊固定，樁管與樁靴縫隙處可用稻草堵塞，防止沉管過(guò)程泥水進(jìn)入樁管。接著樁管對(duì)中和垂直度調(diào)整，樁身垂直度應(yīng)控制在1%以內(nèi)，需采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行雙向垂直觀測(cè)控制樁的垂直度。符合要求后開(kāi)始沉管。沉管完成后，應(yīng)用探燈檢查樁管底部有無(wú)進(jìn)泥進(jìn)水或樁尖被土吞沒(méi)現(xiàn)象，如有則應(yīng)采取措施予以消除。
    沉管時(shí)，以試打樁確定的壓樁施工控制標(biāo)準(zhǔn)作為終壓控制的主要依據(jù)，滿足壓樁控制標(biāo)準(zhǔn)后，即可停止壓管。
4.4 灌注混凝土和拔管
    沉管達(dá)到終壓控制標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)及時(shí)吊裝鋼筋籠并進(jìn)行混凝土灌注和拔管。避免停頓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)因樁管四周土體回縮固結(jié)導(dǎo)致拔管困難。
鋼筋籠應(yīng)批量制作，預(yù)先驗(yàn)收。可制作幾種標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的鋼筋籠待配用。根據(jù)樁套管實(shí)際入土深度計(jì)算鋼筋籠長(zhǎng)度，及時(shí)吊裝鋼筋籠。當(dāng)鋼筋籠長(zhǎng)度小于24m時(shí)，宜通長(zhǎng)制作，大于24m時(shí)，也可以分節(jié)吊裝并在樁套管頂口焊接接長(zhǎng)。吊裝時(shí)焊接接頭宜設(shè)在樁身下半段。
混凝土采用分次灌注方法。混凝土應(yīng)具有良好的和易性，塌落度控制在120㎜±20㎜。一般第一次應(yīng)灌至樁底部標(biāo)高以上2~3m（約1m3混凝土），然后振動(dòng)樁管約2min，使底部混凝土密實(shí)。接著再灌注混凝土至樁頂標(biāo)高。應(yīng)先振動(dòng)5~10秒才能開(kāi)始拔管，邊振邊拔，每拔0.5~1m停拔振動(dòng)5~10秒，并向下反插深度為300㎜～500㎜,如此反復(fù)直至樁管全部拔出。拔管速度要均勻，一般限以1.2~1.5m/ min為宜。
   灌注混凝土面應(yīng)高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5m以上。本工程設(shè)計(jì)混凝土充盈系數(shù)為1.15。
 
5 樁基工程檢測(cè)
本工程設(shè)計(jì)193根樁，因設(shè)計(jì)增補(bǔ)等原因?qū)嶋H累計(jì)施工196根樁，樁管入土深度約在36~47m之間，有效樁長(zhǎng)在26~38m之間。
灌注樁施工完畢后，應(yīng)按規(guī)范對(duì)基樁進(jìn)行必要的質(zhì)量檢測(cè)。單樁豎向極限抗壓、抗拔承載力按《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）的要求分別進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)樁數(shù)量均為總樁數(shù)的1%且不少于3根。樁身質(zhì)量采用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量不小于總樁數(shù)30%且不少于20根。
    本工程基樁質(zhì)量檢測(cè)情況如下：根據(jù)建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范關(guān)于檢測(cè)數(shù)量的要求在抗壓和抗拔樁中各選取3根樁分別按單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值6000kN和單樁豎向抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值1600kN進(jìn)行靜載抗壓、抗拔檢測(cè)試驗(yàn)。同時(shí)因本工程基樁總數(shù)量不多，應(yīng)建設(shè)單位的要求，對(duì)所有基樁均進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果顯示，抗壓、抗拔承載力均滿足設(shè)計(jì)和檢測(cè)規(guī)范要求，樁身完整性檢測(cè)結(jié)果為I類(lèi)樁189根占96.4%、II類(lèi)樁7根占3.6%，未出現(xiàn)III類(lèi)樁。檢測(cè)結(jié)論本工程基樁質(zhì)量?jī)?yōu)。
 
6 經(jīng)驗(yàn)與建議
6.1 沉管結(jié)束后，例行的管底探燈檢查均未發(fā)現(xiàn)底部有進(jìn)水現(xiàn)象，表明在此類(lèi)地質(zhì)條件下一般不會(huì)發(fā)生管底進(jìn)水現(xiàn)象。
6.2 從本工程靜載試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，靜載試驗(yàn)單樁豎向抗壓極限承載力值比施工時(shí)的終壓力能提高800～1000kN左右，因而從施工終壓力預(yù)估單樁豎向抗壓承載力是比較直觀可靠的。
6.3 基坑開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)實(shí)際樁頂標(biāo)高比預(yù)期超高1.8~2.5m，而樁直徑并未出現(xiàn)縮小現(xiàn)象，表明在此地質(zhì)條件下設(shè)計(jì)采用的混凝土充盈系數(shù)1.15偏大，按規(guī)范正常取1.10即可，有同類(lèi)地質(zhì)施工經(jīng)驗(yàn)時(shí)，建議混凝土充盈系數(shù)可取1.05~1.10。
6.4 沉管灌注樁對(duì)土體有明顯的擠密和隆起效果，因此，樁位放樣定位后在沉管施工前應(yīng)再次校核，防止樁位出現(xiàn)偏差。
6.5 采用的樁機(jī)設(shè)備具有施工過(guò)程對(duì)樁套管進(jìn)行拆卸或接長(zhǎng)功能，但使用存在一定的局限性。因接、卸轉(zhuǎn)盤(pán)工作行程與油缸行程相符，遇地質(zhì)原因當(dāng)沉管深度超過(guò)預(yù)期深度時(shí)，可以在接、卸轉(zhuǎn)盤(pán)行程范圍內(nèi)比較方便的接長(zhǎng)；當(dāng)遇到樁管無(wú)法沉到預(yù)期深度時(shí)，需要卸管才能吊裝鋼筋籠和澆灌混凝土?xí)r，若樁管接頭位置不在接、卸轉(zhuǎn)盤(pán)工作行程內(nèi)則無(wú)法卸管，遇此類(lèi)情況只好拔空管，并對(duì)空孔填土處理，待樁管卸短后再回車(chē)重新沉管。
6.6 沉管、吊放鋼筋籠、澆灌混凝土和拔管各工序應(yīng)連貫施工，避免停滯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)土體回縮固結(jié)導(dǎo)致拔管困難。
6.7 樁長(zhǎng)較短時(shí)，鋼筋籠應(yīng)盡可能通長(zhǎng)吊放，若樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，鋼筋籠需要拼接時(shí)，焊接接頭應(yīng)盡可能放在樁的下半段。
 
7  結(jié)語(yǔ)
大直徑靜壓沉管灌注樁在金山湖景大廈樁基工程上的到了成功的應(yīng)用，取得了預(yù)期的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效果。該工藝在消除或減少噪音、污染排放、縮短工期有良好的適用性，并且從本工程靜載試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，從施工終壓力能夠能夠直觀可靠地預(yù)估單樁豎向承載力。當(dāng)然也有它的局限性，需要針對(duì)具體工程地質(zhì)情況進(jìn)行有條件選用，現(xiàn)有樁機(jī)設(shè)備在吊放鋼筋籠焊接接長(zhǎng)和樁套管接長(zhǎng)、卸短工藝措施適用性上還需加以改進(jìn)和完善，而且在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制各個(gè)工序的施工質(zhì)量，嚴(yán)格控制相鄰沉樁間距，防止出現(xiàn)斷樁、縮頸等不良現(xiàn)象，才能做到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理，質(zhì)量保證。
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