曹妃甸某大型工程鉆孔灌注樁試樁施工及檢測(cè)結(jié)果分析

王文鵬，張小東

(北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)

曹妃甸某大型工程鉆孔灌注樁試樁施工及檢測(cè)結(jié)果分析

王文鵬，張小東

(北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)

曹妃甸某大型工程在工程樁施工前進(jìn)行試樁，通過(guò)對(duì)后壓漿鉆孔灌注樁、三岔雙向擠擴(kuò)樁、支盤(pán)灌注樁3種試樁的豎向承載力試驗(yàn)、樁身內(nèi)力試驗(yàn)、低應(yīng)變檢測(cè)、超聲波檢測(cè)及水平承載力試驗(yàn)等項(xiàng)目進(jìn)行分析，檢驗(yàn)成樁的可能性與可靠性，為工程樁樁型的選擇及施工提供有效依據(jù)。

鉆孔灌注樁;后壓漿;三岔雙向擠擴(kuò);支盤(pán);豎向承載力;水平承載力

1 工程概述

曹妃甸某大型新建工程為國(guó)內(nèi)重點(diǎn)工程，場(chǎng)區(qū)近期采用吹砂填海方式形成，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)承載力要求，采用高承臺(tái)鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)形式，承臺(tái)樁露出地面1.70 m。分為3種樁型:一是樁底后注漿鋼筋混凝土灌注樁(Pa)，第⑧1層細(xì)砂為樁端持力層;二是三岔雙向擠擴(kuò)灌注樁(Pb)，第⑤層細(xì)砂為樁端持力層;三是擠擴(kuò)支盤(pán)灌注樁(Pc)，第⑤層細(xì)砂為樁端持力層。

在工程樁施工前進(jìn)行試樁，每種樁型的01、02號(hào)樁為水平靜載試驗(yàn)樁，灌注到標(biāo)高6.30 m。03～05號(hào)樁為豎向抗壓靜載試驗(yàn)樁，灌注到地面標(biāo)高，約3.60 m。試樁的主要設(shè)計(jì)施工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 試樁主要設(shè)計(jì)施工參數(shù)表

Pa類型樁先進(jìn)行樁底后壓漿處理，然后進(jìn)行壓漿后的豎向承載力試驗(yàn)。水泥漿配合比1∶0.6，樁端壓漿壓力1.8～2.0 MPa，單樁壓漿量為2000 kg。

單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值估計(jì)為17000 kN，單樁水平極限荷載標(biāo)準(zhǔn)值估計(jì)為1200 kN。

2 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地地貌上原屬于濱海淺灘。曹妃甸一帶為灤河三角洲平原海岸，具有雙重岸線特征，其中內(nèi)側(cè)大陸岸線為沿灤河古三角洲前沿發(fā)育的沖積、海積平原，沿岸多鹽田，潮灘發(fā)育。外側(cè)島嶼岸線與大陸岸線走向基本一致，由蛤坨、腰坨和曹妃甸沙島群構(gòu)成砂質(zhì)海灘。

根據(jù)有關(guān)資料及本次勘察揭露，場(chǎng)地內(nèi)覆蓋層主要由第三系和第四系地層構(gòu)成，在勘察深度范圍內(nèi)主要為第四系海相地層(上覆填土層)，根據(jù)其時(shí)代成因、巖性及物理力學(xué)性質(zhì)，自上而下分為12層，設(shè)計(jì)深度內(nèi)各層土的鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。

表2 各層土的鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)

3 樁基試驗(yàn)

3.1 樁基試驗(yàn)?zāi)康?/p>

本工程樁基試驗(yàn)的主要目的如下:

(1)檢驗(yàn)成樁的可能性與可靠性，為工程樁樁型的選擇提供依據(jù);

(2)測(cè)試樁的抗壓、水平抗剪承載力，為樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供依據(jù);

(3)利用動(dòng)力測(cè)試技術(shù)(低應(yīng)變和聲波透射試驗(yàn))檢測(cè)試樁施工的成樁質(zhì)量，為工程樁施工質(zhì)量評(píng)價(jià)提供依據(jù)，通過(guò)動(dòng)、靜對(duì)比，為工程樁施工質(zhì)量檢測(cè)提供參數(shù);

(4)通過(guò)試驗(yàn)樁的施工，了解各樁型對(duì)實(shí)際場(chǎng)地條件的適應(yīng)性，為工程樁的施工提供可靠的施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);

(5)樁身內(nèi)力測(cè)試:通過(guò)對(duì)該工程樁身應(yīng)變測(cè)試及分析工作，確定垂直靜載條件下樁體的荷載傳遞規(guī)律，由此得到樁側(cè)各土層的分層抗壓摩阻力和樁端支承力;

(6)根據(jù)試樁的實(shí)施確定適用的主導(dǎo)設(shè)備、施工工藝的具體工效、施工技術(shù)參數(shù)等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為工程樁的大面積施工提供有效依據(jù)。

3.2 樁基試驗(yàn)方法

單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的加載采用慢速維持荷載法，試驗(yàn)樁加載至破壞。水平靜載試驗(yàn)的加載方法采用單向多循環(huán)加卸載法，試驗(yàn)樁加載至破壞。試驗(yàn)按規(guī)范《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106－2003)的要求進(jìn)行。利用旋挖鉆機(jī)取土成孔，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，擠擴(kuò)樁需下不同的擠擴(kuò)設(shè)備施工，然后再用旋挖鉆機(jī)清孔后，下放鋼筋籠，進(jìn)行混凝土澆筑到設(shè)計(jì)標(biāo)高。3種工藝均采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿，其配比為(質(zhì)量比):水∶優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土∶純堿=1∶0.8∶0.05。實(shí)測(cè)性能指標(biāo)為:密度1.05 g/cm3，漏斗粘度16～22 s，失水量＜15 mL/30 min，泥皮厚度＜1.5 mm，塑性粘度＜15 mPa·s，動(dòng)切力4 ～8 Pa，pH 值8.5 ～10。

4.1 后壓漿灌注樁施工要點(diǎn)

后壓漿灌注樁施工是將底部裝有壓漿器的鋼管沿鋼筋籠長(zhǎng)對(duì)稱地綁扎在外側(cè)隨籠一起入孔，采用絲扣連接，一直延伸到地面，再通過(guò)軟管與注漿泵連接，成樁48 h后，將配置好的水泥漿用泥漿泵通過(guò)預(yù)埋管注入樁底，使高壓水泥漿迅速滲透到樁底沉渣及四周土體的孔隙中，沖填壓實(shí)樁端土層。

4.2 三岔雙向擠擴(kuò)及支盤(pán)樁施工要點(diǎn)

施工流程(見(jiàn)圖1):測(cè)量定位→樁位復(fù)核→埋護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔(含第一次清孔)→擠擴(kuò)→下鋼筋籠→下導(dǎo)管→清孔→灌注混凝土→達(dá)設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高→樁成型。

圖1 三岔擠擴(kuò)樁及支盤(pán)樁施工工藝流程圖

4 施工工藝

3種灌注樁施工方案均采用旋挖鉆機(jī)成孔。先

擠擴(kuò)施工特點(diǎn)是承力盤(pán)主要采用切削土體成盤(pán)(見(jiàn)圖2)，擠擴(kuò)后經(jīng)檢測(cè)未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須返工重新擠擴(kuò)。而支盤(pán)樁主要以設(shè)備擠壓土體成盤(pán)。

5 施工中出現(xiàn)的問(wèn)題

5.1 塌孔

Pb02號(hào)樁(三岔雙向擠擴(kuò)樁)在成孔下籠過(guò)程中發(fā)生塌孔。

原因分析:擠擴(kuò)樁機(jī)在擠擴(kuò)過(guò)程中，利用鉆機(jī)掃孔成盤(pán)而非連續(xù)擠壓成盤(pán)，擠擴(kuò)處上盤(pán)土體形成一個(gè)不穩(wěn)定的破裂面，在下鋼筋籠時(shí)局部刮蹭，發(fā)生坍塌。

解決辦法:鋼筋籠提出孔口，重新用旋挖鉆機(jī)清孔。

5.2 縮徑

圖2 擠擴(kuò)施工設(shè)備

試樁施工中，Pc區(qū)5根樁在不同程度上發(fā)生輕微的局部縮徑。

原因分析:在距孔口30～40 m位置有一層淤泥質(zhì)粘性土，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際取樣在軟塑～可塑狀態(tài);支盤(pán)處土體在受擠壓過(guò)程中發(fā)生不規(guī)則變形。

解決辦法:利用鉆機(jī)進(jìn)行二次掃孔、清孔，并且采用優(yōu)質(zhì)泥漿，增加泥漿粘度、加大泥漿密度。

5.3 護(hù)筒埋設(shè)

在施工初期，考慮到本場(chǎng)區(qū)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)預(yù)處理，上部吹填層較差，且因臨海作業(yè)，地下水位較高;為保證施工設(shè)備安全及施工質(zhì)量，防止上部土層出現(xiàn)塌孔情況，選用了15 m長(zhǎng)護(hù)筒加泥漿的護(hù)壁方式，并且考慮到工程樁施工時(shí)的便捷、工效等因素，在試樁過(guò)程中試驗(yàn)了5～15 m不同長(zhǎng)度的護(hù)筒進(jìn)行施工，實(shí)踐證明是成功的，所有試樁施工沒(méi)有出現(xiàn)上部吹填砂層塌孔的現(xiàn)象。

6 樁基檢測(cè)及結(jié)果分析

6.1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

試驗(yàn)的加載過(guò)程采用慢速維持荷載法，試驗(yàn)樁加載至破壞。單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的確定見(jiàn)表3。

分別以Pa03號(hào)、Pb04號(hào)、Pc03號(hào)樁對(duì)后壓漿灌注樁、三岔雙向擠擴(kuò)樁、支盤(pán)灌注樁進(jìn)行抗壓承載力分析，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3～7。

(1)經(jīng)統(tǒng)計(jì)，Pa區(qū)3根樁極限承載力平均值為18711 kN，極差為18.9%，滿足其極差不超過(guò)平均值的30%，取其平均值18711 kN為單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;

表3 試樁的單樁豎向抗壓極限承載力

圖3 試樁Q－s曲線

圖4 試樁s－lgQ曲線

圖5 Pa03號(hào)樁s－lgt曲線

圖6 Pb04號(hào)樁s－lgt曲線

圖7 Pc03號(hào)樁s－lgt曲線

(2)經(jīng)統(tǒng)計(jì)，Pb區(qū)3根樁極限承載力平均值為16396 kN，極差為7.5%，滿足其極差不超過(guò)平均值的30%，取其平均值16396 kN為單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;

(3)經(jīng)統(tǒng)計(jì)，Pc區(qū)3根樁平均值為13333 kN，極差為33.9%，其極差超過(guò)平均值的30%，因Pc05樁樁身存在缺陷，故僅取Pc03樁和Pc04樁的平均值14678 kN作為單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

通過(guò)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，3組試驗(yàn)樁中只有Pa(后壓漿灌注樁)能夠滿足設(shè)計(jì)豎向承載力要求。

6.2 樁身內(nèi)力試驗(yàn)

通過(guò)量測(cè)預(yù)先埋置在樁體內(nèi)的鋼筋應(yīng)力計(jì)，可以實(shí)測(cè)到各鋼筋應(yīng)力計(jì)在每級(jí)荷載作用下的頻率值，并由此計(jì)算出所產(chǎn)生的應(yīng)力值。通過(guò)分析各截面鋼筋應(yīng)力計(jì)的應(yīng)力可以推出相應(yīng)樁截面的應(yīng)力。由此便可以求得各級(jí)荷載作用下各樁截面的樁身軸力Pz值及軸力隨荷載和深度變化的傳遞規(guī)律。3組樁中典型樁內(nèi)力分布圖如圖8～10。

圖8 Pa04號(hào)樁(后壓漿灌注樁)各級(jí)荷載下樁身軸力分布曲線

圖9 Pb05號(hào)樁(三岔雙向擠擴(kuò)樁)各級(jí)荷載下軸力分布曲線

圖10 Pc04號(hào)樁(支盤(pán)灌注樁)各級(jí)荷載下軸力分布曲線

通過(guò)以上3組樁的豎向內(nèi)力分布圖可以看出:

(1)由于后壓漿鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)為69.3 m，在設(shè)計(jì)承載力范圍內(nèi)主要是樁側(cè)摩阻力在發(fā)揮作用，樁端持力層作用發(fā)揮不大，并且本組試樁采用后壓漿進(jìn)行樁端處理，因此在下一步的工程樁設(shè)計(jì)中可以對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化。

(2)對(duì)兩種支盤(pán)樁的內(nèi)力圖結(jié)合豎向承載力結(jié)果進(jìn)行分析，在最大承載能力下，這兩種樁的樁端承載力已經(jīng)發(fā)揮到了最大(超過(guò)2000 kN)，并且豎向承載力試驗(yàn)結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求。

6.3 水平承載力試驗(yàn)

由實(shí)驗(yàn)曲線綜合分析，Pa區(qū)試樁的水平臨界荷載為240 kN，水平極限荷載為480 kN;Pb區(qū)試樁的水平臨界荷載為360 kN，水平極限荷載為480 kN;Pc區(qū)試樁的水平臨界荷載為240 kN，水平極限荷載為480 kN(可明顯從H－Y0曲線和 H－△Y0/△H曲線上判斷，見(jiàn)圖11～13)。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106－2003)6.4.6 條，Pa區(qū)取水平臨界荷載統(tǒng)計(jì)值240 kN為單樁水平承載力特征值，Pb區(qū)取水平臨界荷載統(tǒng)計(jì)值300 kN為單樁水平承載力特征值，Pc區(qū)取水平臨界荷載統(tǒng)計(jì)值240 kN為單樁水平承載力特征值。

圖11 Pa區(qū)試樁水平承載力試驗(yàn)曲線

圖12 Pb區(qū)試樁水平承載力試驗(yàn)曲線

圖13 Pc區(qū)試樁水平承載力試驗(yàn)曲線

7 結(jié)論與建議

(1)通過(guò)3組試驗(yàn)樁的豎向承載力試驗(yàn)成果分析，只有后壓漿鉆孔灌注樁能夠滿足試樁設(shè)計(jì)承載力要求。

(2)如采用后壓漿鉆孔灌注樁進(jìn)行大規(guī)模施工，根據(jù)場(chǎng)區(qū)地質(zhì)資料，建議采用樁側(cè)后壓漿法，可以更大的發(fā)揮砂層的樁側(cè)摩阻力，合理的減小樁長(zhǎng)，在一定程度上降低成本。

(3)對(duì)兩種支盤(pán)樁的豎向承載力結(jié)果結(jié)合內(nèi)力圖進(jìn)行分析，在最大承載能力下，這兩種樁的樁端承載力已經(jīng)發(fā)揮到了最大(超過(guò)2000 kN)，并且豎向承載力試驗(yàn)結(jié)果均不能滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)如果采用兩種支盤(pán)樁型時(shí)應(yīng)考慮增加樁長(zhǎng)或者增加樁數(shù)。但根據(jù)地質(zhì)資料分析并結(jié)合支盤(pán)樁設(shè)計(jì)要求，在增加樁長(zhǎng)的情況下沒(méi)有符合要求的樁端持力層。因此只有考慮增加樁數(shù)以提高群樁的承載力，但應(yīng)充分考慮樁間距引起的群樁效應(yīng)。

(5)三岔雙向擠擴(kuò)樁因采用切削成孔易造成塌孔、孔內(nèi)泥漿含砂量高、沉渣不易控制的缺點(diǎn);支盤(pán)擠擴(kuò)樁工藝施工采用擠壓成盤(pán)，因此對(duì)孔壁較穩(wěn)定，但也會(huì)產(chǎn)生一定的沉渣，對(duì)孔內(nèi)泥漿有一定的惡化。因此建議大規(guī)模工程樁施工時(shí)若采用兩種擠擴(kuò)工藝進(jìn)行施工時(shí)泥漿若需循環(huán)利用應(yīng)采取凈化措施，進(jìn)行除砂處理。

(6)通過(guò)對(duì)鉆孔過(guò)程中的地層分布情況分析，場(chǎng)區(qū)部分范圍內(nèi)存在著較厚的軟塑～可塑狀態(tài)的粘性土層，當(dāng)采用擠擴(kuò)支盤(pán)工藝時(shí)，成孔時(shí)容易造成局部縮孔，并且擠擴(kuò)、支盤(pán)效果不明顯，在此范圍內(nèi)不宜采用支盤(pán)樁。建議在粘性土層較薄、較易布置支盤(pán)的場(chǎng)地區(qū)域采用支盤(pán)樁，但是在存在較厚粘性土層的區(qū)域建議采用鉆孔灌注樁加后注漿施工工藝。

(7)場(chǎng)區(qū)未進(jìn)行地基處理，因此3種樁型水平承載力試驗(yàn)成果(240 kN)均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求;后期施工前應(yīng)對(duì)場(chǎng)區(qū)20 m范圍內(nèi)吹填砂進(jìn)行處理，增加其密實(shí)度;主要方法有振沖碎石樁法和強(qiáng)夯法。處理后如仍達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，可以采用樁頭增設(shè)橡膠墊來(lái)削弱水平力對(duì)樁的影響。

(8)綜合上述結(jié)果，并且考慮到對(duì)場(chǎng)地(圓形建筑場(chǎng)地)的要求，后壓漿鉆孔灌注樁工藝承載力滿足設(shè)計(jì)要求并且能夠有效減少工藝交叉施工的相互影響，最利于大規(guī)模施工。

(9)通過(guò)本次試樁，證明了旋挖鉆機(jī)成孔工藝普遍適合本工程地層地質(zhì)條件，另外隨著國(guó)內(nèi)旋挖成孔技術(shù)的不斷發(fā)展，旋挖鉆機(jī)成孔深度可以達(dá)70 m以上，可以有效解決施工樁長(zhǎng)的問(wèn)題;并且旋挖鉆機(jī)成孔有著工效較高、泥漿量少、成孔泥皮薄、樁承載力較傳統(tǒng)工藝高、文明施工易保證、流水化作業(yè)水平高的特點(diǎn)。

［1］GB 5007－2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 94－2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB 50011－2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］JGJ 106－2003，建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］林宗元.巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

［6］王雪峰，吳世明.基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2001.

［7］史佩棟，顧曉魯，高大釗.樁基工程手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，2008.

Pile Test Construction for Bored-grouting Pile of a Large Engineering in Caofeidian and the Analysis on Testing Result

WANG Wen-peng，ZHANG Xiao-dong(Beijing Vibroflotation Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100102，China)

The paper introduced the pile test in advance of a large engineering in Caofeidian.By the analysis on vertical bearing capacity test，internal force of pile test，low strain dynamic testing，ultrasonic testing and horizontal bearing capacity test of post grouting bored-grouting pile，3-branch bidirectional squeezed pile and squeezed branch grouting pile，the possibility and reliability of pile completion was tested，which could provide the effective proof for the pile type selection and the construction of engineering pile.

bored-grouting pile;post grouting;3-branch bidirectional squeezing;squeezed branch;vertical bearing capacity;horizontal bearing capacity

TU473.1+3

A

1672－7428(2011)07－0057－06

2010－12－24

王文鵬(1978－)，男(漢族)，河北吳橋人，北京振沖工程股份有限公司高級(jí)工程師，巖土工程專業(yè)，從事巖土工程施工的技術(shù)及生產(chǎn)管理工作，北京市朝陽(yáng)區(qū)望京西園221號(hào)博泰大廈12層，wangwpwcx@163.com。