應(yīng)力分散型預應(yīng)力抗拔樁系列技術(shù)研究與應(yīng)用

何世鳴

(北京建材地質(zhì)工程公司，北京100102)

1 問題的提出

目前國內(nèi)外在施工預應(yīng)力抗拔抗浮樁時，多采用泥漿護壁正反循環(huán)、沖擊鉆或靜態(tài)護壁的旋挖鉆機成孔，下入事先加工好的鋼絞線籠，之后利用導管進行水下混凝土灌注成樁。該方法根本缺陷是承載體采用反力盤，反力盤下端采用擠壓錨進行固定，下籠過程中易產(chǎn)生“水桶”效應(yīng)，更為困難的是導管不能下到底，導致關(guān)鍵部位混凝土不密實，提供反力不理想，即使采用了孔底后壓漿補救措施也不理想。

部分粘結(jié)預應(yīng)力抗拔抗浮樁的優(yōu)點:改變了混凝土受力性狀，使混凝土受力更合理，可按一級抗裂縫進行抗拔抗浮樁設(shè)計;節(jié)省大量鋼筋;長螺旋成孔壓灌混凝土后插鋼筋－鋼絞線籠實現(xiàn)了快速施工，效率高，比傳統(tǒng)反循環(huán)鉆機施工快5～10倍;不用泥漿護壁，沒有泥漿污染，實現(xiàn)了干作業(yè)，利于安全文明施工，尤其在市內(nèi)施工，更顯其優(yōu)勢。

由筆者申請并已授權(quán)的專利技術(shù)“部分粘接預應(yīng)力抗拔抗浮樁及其施工方法”(專利號:ZL 200710065368．6)及“部分粘接預應(yīng)力抗拔抗浮樁的鋼絞線籠”(專利號:ZL 200720104256．2)以其明顯的優(yōu)越性正在迅速推廣。該施工工藝是采用長螺旋鉆機成孔，管內(nèi)泵壓大塌落度細礫混凝土，后插鋼筋－鋼絞線籠成樁。但當樁達到一定長度時，其受力就將變得不合理，其上部側(cè)摩阻力不能很好發(fā)揮，不能充分發(fā)揮其承載力。從受力曲線上來看，沿樁軸線方向軸力峰值只有一個，如果能改變其結(jié)構(gòu)，使其有2個或多個峰值，其受力將更加合理，單樁承載力將大大提高，其經(jīng)濟效益也將顯著提高。同樣承載力設(shè)計值，樁就可縮短，或根數(shù)減少，便于施工，可保證質(zhì)量和進度。也將更加節(jié)約環(huán)保。

但是在樁徑＞800 mm或樁長＞30 m時長螺旋鉆機就變得力不從心了，而目前抗拔抗浮樁采用旋挖成孔的不在少數(shù)，樁長＞30 m、直徑＞800 mm的抗拔抗浮樁設(shè)計也越來越多，利用旋挖等成孔方法的鋼筋混凝土灌注樁設(shè)計為拉力分散型或壓力分散型或拉力分散與壓力綜合型的預應(yīng)力抗拔抗浮樁就會有巨大的前景。

2 應(yīng)力分散型抗拔樁的研究

為了解決上述問題:較長抗拔抗浮樁(例如樁長＞30 m)沿樁軸線方向軸力峰值只有一個，改變其結(jié)構(gòu)，使其有2個或多個峰值，并能將改變后的鋼筋－鋼絞線籠順利下入到設(shè)計標高，從而能較好發(fā)揮其承載力，使其承載力較傳統(tǒng)成樁方法形成的樁大大提高。

該成樁方法為旋挖鉆機成孔，之后吊入鋼筋－鋼絞線籠，鋼筋籠過長時需分為幾段，在孔口焊接或直螺紋連接。灌注混凝土成樁。由于該籠子改變了以往的擠壓錨定位反力盤的做法，避免了泥漿護壁水下灌注成樁工藝的“水桶”效應(yīng)，更避免了底部關(guān)鍵部位的混凝土與籠子的不能可靠握裹的弊病。保證了樁質(zhì)量的可靠。通過改變籠子結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了拉力分散型、壓力分散型或拉力分散與壓力綜合型的抗拔抗浮樁。

為此，筆者又研發(fā)并申請了系列的應(yīng)力分散型抗拔抗浮樁及其鋼筋鋼絞線籠專利，目前已獲國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的有:部分粘結(jié)拉力分散型預應(yīng)力抗拔抗浮樁(專利號:ZL 201320624441．X);壓力分散型預應(yīng)力抗拔抗浮樁(專利號:ZL 201320624180．1);應(yīng)力分散型抗拔抗浮樁鋼筋鋼絞線籠(專利號:ZL 201320694190．2);長螺旋旋定噴攪拌部分粘結(jié)預應(yīng)力抗拔抗浮樁(專利號:ZL 20102 0529773．6)。

3 工程應(yīng)用情況

該系列技術(shù)在邯鄲一個直徑1 m、樁長60 m的抗拔樁進行了應(yīng)用。

3．1 工程概述

該項目位于邯鄲市人民路與光明大街東南角。項目總占地面積1．71萬 m2，凈用地面積1．56萬m2。總建筑面積17萬m2，其中:地上建筑面積13萬m2，地下建筑面積4萬m2。該項目由2棟商務(wù)樓和1棟住宅樓組成。其中，A座地上45層，高度190 m;B座地上25層，高度99 m;C座地上29層，高度90 m。地下為4層。

該項目總投資超過5億元，以5A級寫字樓、高檔住宅、大型綜合商場、高檔公寓等物業(yè)形式，集商務(wù)、文化、娛樂、休閑等功能形式于一體的城市綜合體項目。主樓建設(shè)高度達到190 m，落成后以邯鄲第一高度矗立在城市中央，即將成為邯鄲市商務(wù)版圖的新地標建筑。

3．2 工程水文地質(zhì)條件

3．2．1 地層情況

勘察深度范圍內(nèi)巖性由以下12層組成:

①雜填土，松散—稍密，含碎石子，碎磚塊等建筑垃圾，層厚0．8 ～3．6 m，平均厚度1．48 m;

②粉質(zhì)粘土，軟塑—可塑，層厚1．6～5．8 m，平均厚度 4．10 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．32 MPa－1，屬中等壓縮性土;

③粉質(zhì)粘土，可塑，層厚1．5～7．1 m，平均厚度4．12 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．30 MPa－1，屬中等壓縮性土;

④粉質(zhì)粘土，可塑，局部硬塑，層厚3．5～8．4 m，平均厚度 6．13 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．25 MPa－1，屬中等壓縮性土;

⑤粉質(zhì)粘土，可塑—硬塑，層厚2．8～8．0 m，平均厚度 5．37 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．23 MPa－1，屬中等壓縮性土;

⑥粉質(zhì)粘土，可塑—硬塑，層厚4．4～12．5 m，平均厚度 7．33 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．18 MPa－1，屬中等壓縮性土;

⑦礫石土，飽和，密實，上部礫石間充填物多為粗細砂，下部為混砂粒粉質(zhì)粘土，層厚4．5～10．0 m，平均厚度 7．33 m;

⑧卵石土，飽和，密實，粒徑多為3～8 cm，級配較好，磨圓度中等，含量50% ～60%，充填物為混砂粒粉質(zhì)粘土，含有大量小礫石，層厚2．5～9．4 m，平均厚度6．20 m;

⑨粉質(zhì)粘土，硬塑，層厚 10．5 ～16．4 m，平均厚度13．38 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．13 MPa－1，屬低—中等壓縮性土;

3．2．2 場地地下水埋藏條件

根據(jù)鉆探揭露情況，場地共2層地下水，第一層賦存于第④層粉質(zhì)粘土中，類型為孔隙潛水，主要受大氣降水及地表徑流補給。初見水位埋深8．5～11．2 m，穩(wěn)定水位埋深 8．0 ～10．8 m;第二層賦存于第⑦層礫石土及第⑧層卵石土中，類型為微承壓水，主要通過側(cè)向徑流補給。場地混合地下水穩(wěn)定埋深6．2～9．85 m。據(jù)對場地周邊邯鄲新時代廣場、千禧大廈、鑫盛大廈等場地勘察資料調(diào)查，自2003年至今最高水位埋深為8．3 m，水位變化幅度為1．5 m左右。

3．3 樁基設(shè)計參數(shù)

本工程采用鉆孔后注漿灌注樁，主樓部分:樁徑1000 mm，總根數(shù)151根，砼強度C45。選層粉質(zhì)粘土作為樁端持力層，樁端進入層不小于4．5 m，樁長約45 m。單樁極限承載力標準值為19000 kN，單樁承載力特征值為9500 kN。副樓部分:樁徑800 mm，總根數(shù)86根，砼強度C35。選⑧層卵石層作為樁端持力層，樁端進入⑧層不小于4 m，樁長約20 m。單樁極限承載力標準值為8000 kN，單樁承載力特征值為4000 kN。

由于試樁在－7．3 m標高進行，考慮上部側(cè)阻后試樁單樁承載力極限值為23000 kN，根據(jù)試樁、錨樁的布置，每根錨樁布4根，每根錨樁的單樁抗拔承載力極限值按6000 kN設(shè)計。兩種錨樁M－1、M－2長度分別為55．5 m和59．5 m。錨樁設(shè)計依據(jù)為部分粘結(jié)預應(yīng)力抗拔抗浮樁專利技術(shù)。試樁、錨桿的設(shè)計如圖1所示，圖1中GJX－1、GJX－2、GJX－3的下部4 m為粘結(jié)做法，上部為無粘結(jié)做法。

圖1 試樁及錨樁詳圖

3．4 現(xiàn)場實施情況

2012年7月21日開始施工第一根錨樁，鋼絞線采用1860 MPa級無粘結(jié)鋼絞線，分別計算好各組長度，按該長度進行下料，用柴油進行清洗鋼絞線上的油脂，然后穿入鋼筋籠，進行鎖定，如圖2、3。由于下雨影響，到晚22∶00才完成第一根混凝土灌注工作，之后每天可完成2根樁的施工。到9月下旬開始進行壓樁試驗，至10月5日試驗完畢。達到預期結(jié)果。12根錨樁在試驗后進行了小應(yīng)變和聲波透射法檢測顯示均為Ⅰ類樁。實現(xiàn)了在工程樁上進行大噸位樁試驗的突破。經(jīng)初步計算，跟單獨找試驗場地試驗相比，節(jié)約直接費用150多萬元。期間為驗證鋼絞線抗拔的可靠性，在已測試過的樁上隨機抽查了4根鋼絞線進行極限張拉試驗，試驗表明4根鋼絞線均張拉到450 kN，沒有將鋼絞線拔出，證明了該鋼絞線與混凝土結(jié)合的可靠。圖2～9為施工現(xiàn)場圖片。

3．5 試樁靜載試驗曲線

3根試樁分別是45、120和129號，其 Q－s曲線如圖10所示。

圖2 按量好的長度切割鋼絞線

圖3 將下部鋼絞線去皮清洗油脂

圖4 底部段鋼筋鋼絞線籠

圖5 上部一段鋼筋鋼絞線籠

圖6 孔口連接鋼筋鋼絞線籠

圖7 靜載試驗進行中

圖8 其中一根錨樁工作中

圖9 千斤頂工作中

圖10 單樁豎向抗壓靜載試驗Q－s曲線

4 結(jié)語

目前國內(nèi)外都不贊成在大噸位工程樁上做試樁，包括最近在施工的北京第一高樓“中國尊”地上108層，高528 m，地下6層，開挖深度36．96 m，試樁也是在場地外單獨開辟試驗區(qū)，經(jīng)試驗合格后在工程樁位置上施工大噸位工程樁，該試樁由我公司完成，其直接費近300萬元。這類的超高層建筑比比皆是，每年試樁費用將是極為可觀的，如能迅速推廣本文介紹的專利技術(shù)，其經(jīng)濟效益以及環(huán)保效益社會效益都將是極其巨大的。

雖然采用壓力分散型鋼筋鋼絞線籠受力會更好，但施工過程中難度會增大，不便工人掌握，尤其后期鎖定時易出現(xiàn)混亂，甚至可能會將其中某一根抽出。為此本試驗采用了部分粘結(jié)拉力分散型預應(yīng)力抗拔樁。同樣是部分粘結(jié)拉力分散型預應(yīng)力抗拔樁，也可改變籠子構(gòu)造，使得其構(gòu)造可靠度更高，受力也更合理。

［1］ 何世鳴，李江，田震遠，等．部分粘接預應(yīng)力抗拔抗浮樁及其施工方法:中國，ZL 200710065368．6［P］．2007 －09 －05．

［2］ 何世鳴，李江，田震遠，等．部分粘接預應(yīng)力抗拔抗浮樁的鋼絞線籠:中國，ZL 200720104256．2［P］．2008 －02 －20．

［3］ 何世鳴，李江，田震遠，等．部分粘結(jié)拉力分散型預應(yīng)力抗拔抗浮樁:中國，ZL 201320624441．X［P］．2014 －04 －02．

［4］ 何世鳴，李江，田震遠，等．壓力分散型預應(yīng)力抗拔抗浮樁:中國，ZL 201320624180．1［P］．2014 －04 －02．

［5］ 何世鳴，李江，田震遠，等．應(yīng)力分散型抗拔抗浮樁鋼筋鋼絞線籠:中國，ZL 201320694190．2［P］．2014 －04 －09．

［6］ 何世鳴，李江，田震遠，等．長螺旋旋定噴攪拌部分粘結(jié)預應(yīng)力抗拔抗浮樁:中國，ZL 2010 20529773．6［P］．2014 －04 －20．

［7］ 朱世平，杜高恒，何世鳴，等．抗拔(浮)樁的發(fā)展歷程和研究方向［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(5):5 －7，11．

［8］ 何世鳴，李江，杜高恒，等．部分粘結(jié)預應(yīng)力抗拔(浮)樁試驗研究及應(yīng)用［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(S1):191－196．

［9］ 何世鳴，郭躍龍，趙曉東，等．部分粘結(jié)預應(yīng)力抗拔(浮)樁的優(yōu)化設(shè)計［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(7):39 －43．