大直徑沉管灌注樁在工程中的應(yīng)用

莊俊華

福建漳州（363000）

大直徑沉管灌注樁在工程中的應(yīng)用

莊俊華

福建漳州（363000）

以工程實(shí)踐為例，介紹了大直徑沉管灌注樁施工工藝及施工過程中應(yīng)注意的技術(shù)措施。

大直徑沉管灌注樁；施工工藝；技術(shù)措施

1 工程概況

本工程為商業(yè)用途占地面積4 979.2 m2，總建筑面積36 205 m2，地下室為一層，面積5 496 m2。

其中主樓12層，裙房5層。結(jié)構(gòu)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。該工程2010年進(jìn)行基礎(chǔ)施工。

下圖為主樓樁基承臺(tái)布置圖（見圖1）。

2 基礎(chǔ)選用與設(shè)計(jì)

該工程主樓為12層，柱網(wǎng)較大為8.1 m。該工程場(chǎng)地地質(zhì)狀況復(fù)雜，含有殘積砂質(zhì)黏性土，該土層具有侵水后易崩解、軟化、降低承載力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮該土層盡量不受水的侵蝕，從而保證樁身摩擦力得到最大發(fā)揮?？紤]到該土層局部夾有孤石，錘擊沉管灌注樁較鉆孔灌注樁和人工挖孔樁更方便，且有處理孤石的優(yōu)勢(shì)。錘擊沉管灌注樁的最大優(yōu)點(diǎn)是，施工時(shí)不取土，樁管下沉?xí)r對(duì)樁周、樁端土有擠密作用，能提高樁側(cè)摩阻力及單樁承載力。最終確定主樓基礎(chǔ)采用Φ700 mm樁徑的大直徑沉管灌注樁，樁靴D=800 mm，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為3 500 kN。群樓基礎(chǔ)采用Φ600 mm樁徑的大直徑沉管灌注樁，樁靴D=700 mm，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為2 300 kN。樁身混凝土強(qiáng)度C30，鋼筋配置為10Φ16，通長布置，箍筋Φ8@100/200。

樁端持力層選在標(biāo)貫擊數(shù)N＞50擊的強(qiáng)風(fēng)化巖層，有效樁長26～32 m，樁間距≥3.5 d，收錘標(biāo)準(zhǔn)為最后三陣，每陣10擊，貫入度＜30 mm。

根據(jù)廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-17-96《大直徑錘擊沉管混凝土灌注樁技術(shù)規(guī)程》,基樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值R為:

式中，βp——樁端阻力修正系數(shù)，按《大直徑錘擊沉管混凝土灌注樁技術(shù)規(guī)程》表4.2.3-3取值；qp——樁端阻力設(shè)計(jì)值,由樁端平面處的標(biāo)準(zhǔn)貫入度擊數(shù)值按4.2.3-1取值；Αb——樁靴平面面積；βb——樁側(cè)阻力修正系數(shù)，一般取1.0，在摩擦力不能充分發(fā)揮的情況,應(yīng)酌情降低；u——樁身周長；qai——第i層土樁阻力設(shè)計(jì)值,表4.2.3-2取值；li——第i層土中的樁長。

圖1 主樓樁基承臺(tái)布置圖

當(dāng)樁端持力層落在強(qiáng)風(fēng)化巖層時(shí)，按最短有效樁長25 m計(jì)，單樁豎向承載力R=1.1×5 300×（0.785×0.82）+1.0×(3.14×0.7)×32×26=2 929+1 758= 4 687 kN＞3 500 kN(設(shè)計(jì)要求)。

從上述計(jì)算和分析可見，采用這種樁型能夠滿足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)的要求。

3 施工過程遇到的問題及解決措施

樁基施工初期較順利，兩臺(tái)打樁機(jī)分別在塔樓和群樓位置同時(shí)施工，一天可打樁8～12根。但施工初期缺乏遇到孤石的判斷經(jīng)驗(yàn)，打壞了若干個(gè)樁靴，導(dǎo)致施工被迫中斷。施工單位會(huì)同設(shè)計(jì)、勘探、監(jiān)理各部門總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整施工方法。技術(shù)人員認(rèn)為，當(dāng)施工樁長未達(dá)到設(shè)計(jì)樁長要求而貫入度已經(jīng)達(dá)到收錘條件,或樁身開始發(fā)生傾斜，或樁管發(fā)生反彈，均表明樁靴已觸到孤石。遇孤石時(shí)，當(dāng)有效樁長大于7 m且樁管未變形時(shí)，可先成樁。當(dāng)有效樁長小于7 m或樁管已變形時(shí)，可不成樁，拔空孔回填砂。將現(xiàn)有樁位施工完畢后,根據(jù)各樁的深度及遇孤石樁管的變形方位、埋深等綜合分析，確定擬補(bǔ)樁的位置，必要時(shí)并在此位置補(bǔ)勘，獲取孤石的大小及孤石底殘積砂質(zhì)黏性土的標(biāo)貫值擊數(shù)。按廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-17-96《大直徑錘擊沉管混凝土灌注樁技術(shù)規(guī)程》計(jì)算其單樁豎向承載力及變形值，調(diào)整補(bǔ)樁的數(shù)量并加以驗(yàn)算。

4 樁遇孤石補(bǔ)樁后承載力驗(yàn)算

11軸與E軸處原承臺(tái)下設(shè)計(jì)三根樁，如圖2所示，其中兩根樁都是正常成樁，右下角樁遇孤石，有效樁長18 m，設(shè)計(jì)要求補(bǔ)樁2根，成樁后有效樁長分別為18.64 m和18.12 m。現(xiàn)對(duì)該基樁進(jìn)行豎向承載力設(shè)計(jì)驗(yàn)算。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告及補(bǔ)勘報(bào)告，孤石底部處的殘積砂質(zhì)黏性土的標(biāo)準(zhǔn)貫入修正擊數(shù)為17，樁側(cè)阻力設(shè)計(jì)值為32 kPa。

當(dāng)樁端下臥層（距樁端以下6倍樁靴直徑范圍內(nèi)）有低于樁端持力層標(biāo)準(zhǔn)貫入度擊數(shù)的土層時(shí)，也即樁端下遇到孤石時(shí),基樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為:

式中，c——軟弱下臥層效應(yīng)系數(shù)，取1.4；βp——樁端阻力修正系數(shù)，取0.7；qp——樁端阻力設(shè)計(jì)值，取1 800 kPa；βb——樁側(cè)修正系數(shù)，取0.9；qa——平均樁側(cè)阻力設(shè)計(jì)值，根據(jù)地勘報(bào)告取32 kPa。

補(bǔ)2根樁后，孤石上三根樁的總豎向承載力R=3×2 022=6 067 kN＞3 500 kN（設(shè)計(jì)要求），考慮到樁端在孤石上穩(wěn)定性的不確定及考慮群樁效應(yīng)，作折減計(jì)算后仍然能滿足要求。

圖2 軸處的補(bǔ)樁示意圖

單樁承載力除按上述公式計(jì)算外，還應(yīng)驗(yàn)算樁身強(qiáng)度。

式中，fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C30取15×103 kPa。

R≤0.8fcAp=0.8×15×103×(0.785×0.72)=4 620 kN＞3 500 kN，樁身承載力也能滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

5 靜載及動(dòng)測(cè)檢測(cè)結(jié)果

該工程大直徑沉管灌注樁施工結(jié)束后，塔樓Φ700 mm樁含補(bǔ)樁共計(jì)262根。群樓Φ600樁含補(bǔ)樁共303根。

Φ700錘擊沉管灌注樁能否達(dá)到設(shè)計(jì)的承載力，檢測(cè)方法是通過現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。本工程取3根Φ700 mm樁做現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)，3根樁加載至單樁承載力設(shè)計(jì)值的1.7倍時(shí),樁的最終沉降量分別為:19.75 mm、6.42 mm、5.23 mm，從Q-s及s-Lgt曲線看出，3根樁在5 950 kN荷載下尚未達(dá)到極限狀態(tài)。取Φ600 mm樁3根加載至單樁承載力設(shè)計(jì)值1.7倍時(shí)，樁的最終沉降量分別為:20.13 mm、10.50 mm、17.02 mm，從Q-s及s-Lgt曲線看出，3根樁在3 910 kN荷載下尚未達(dá)到極限狀態(tài),均能滿足設(shè)計(jì)要求。抽查Φ700樁總數(shù)的20%,共計(jì)52根樁作小應(yīng)變檢測(cè)，其中，Ⅰ類樁45根，Ⅱ類樁7根，分別占委托檢測(cè)的87%和13%。抽查Φ600樁總數(shù)的24%,共計(jì)73根樁作小應(yīng)變檢測(cè)，其中，Ⅰ類樁60根，Ⅱ類樁13根，分別占委托檢測(cè)的82%和18%。

6 大直徑沉管灌注樁的工藝流程及施工方法

6.1 工藝流程

樁機(jī)就位→錘擊沉管→探照燈檢查孔底→終孔→安裝鋼筋籠→澆搗樁身混凝土→振動(dòng)拔管→成樁及完成全部記錄→移機(jī)到下一樁位。

6.2 樁基施工時(shí)應(yīng)注意的問題

1）精確軸線坐標(biāo)放樣，埋置牢固控制點(diǎn)，每樁校核，是確保樁基工程質(zhì)量的必要前提。

2）樁基施工采用高承載力打樁機(jī)，沉管柴油錘重應(yīng)大于6.2 t，施工工序應(yīng)按照廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-17-96《大直徑錘擊沉管混凝土灌注樁技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行。

3）本工程設(shè)計(jì)選擇強(qiáng)風(fēng)化巖作為樁持力層。施工時(shí)應(yīng)以貫入度控制為主，有效樁長為輔，確保收錘標(biāo)準(zhǔn)。本工程最后三陣錘（十擊）貫入度標(biāo)準(zhǔn)定為不大于30 mm。

4）合理安排密布群的打樁順序，原則上由中間往外退打，當(dāng)相鄰樁中心距小于4.5 d的樁，采取跳打方式，且間隔超過24 h，以保證鄰樁樁身混凝土質(zhì)量。

5）當(dāng)施工樁長未達(dá)到設(shè)計(jì)樁長要求而貫入度已經(jīng)達(dá)到收錘條件，或樁身開始發(fā)生傾斜，或樁管發(fā)生反彈，均表明樁靴已觸到孤石。當(dāng)孤石較小、較薄時(shí)，樁管樁靴有一定的剛度，加上沖力能將其擠開，對(duì)樁靴不造成太大影響。當(dāng)孤石較大較厚，沉管無法將其擠開，強(qiáng)行沉管，將造成樁靴甚至樁管破損。

6）拔管時(shí)采用鉗式60 kW振動(dòng)錘，頻率900～1 200 Hz，震擾力300～400 kN，以利于樁的成型，并保證混凝土密實(shí)度。

7）鋼筋籠制作時(shí),鋼筋搭接必須滿足規(guī)范要求，同一截面接頭不得超過50%。鋼筋籠在運(yùn)輸和吊裝時(shí)不得發(fā)生碰撞變形。確保鋼筋籠居于樁中，保證鋼筋籠的設(shè)計(jì)保護(hù)層。

8）鋼筋籠放入樁管內(nèi)后，即進(jìn)行混凝土灌注，根據(jù)樁長計(jì)算混凝土量，控制好每段樁身有足夠的充盈系數(shù)，確保樁身質(zhì)量，并有效保證樁頂標(biāo)高處的混凝土強(qiáng)度。超灌量一般控制在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上1/15有效樁長。

9）本樁型采用鉗式振動(dòng)錘拔管，邊振動(dòng)邊拔管來保證樁身混凝土的密實(shí)度。樁管拔至承臺(tái)底標(biāo)高0.5 m以上方可停止振動(dòng)。

7 結(jié)語

從該建筑物施工到主體工程完工后的沉降來看，最大沉降量為14 mm。該工程建成6年多，使用情況正常良好，未發(fā)現(xiàn)下沉過大及沉降不均勻引起開裂現(xiàn)象。如果說大直徑錘擊沉管灌注樁的缺點(diǎn)，就是在施工期間錘擊所產(chǎn)生的噪聲，對(duì)周邊的居民造成了不便和影響。

[1]DBJ/T 15-17-96,大直徑錘擊沉管混凝土灌注樁技術(shù)規(guī)程[S].廣東省標(biāo)準(zhǔn).

[2]JGJ 94-94,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].