內(nèi)夯沉管灌注樁工藝特點(diǎn)及工程應(yīng)用實(shí)例

昝海洋

【摘要】本文介紹了沉管夯擴(kuò)混凝土灌注樁的的工藝特點(diǎn)及施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，并通過工程實(shí)例，闡述了該樁型的優(yōu)越性，對這一樁型在特定地質(zhì)條件下的推廣應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】內(nèi)夯沉管灌注樁；工藝特點(diǎn)；施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

0 前言

內(nèi)夯沉管灌注樁是一種采用樁錘夯擊樁管（包括內(nèi)、外管）成孔，向管底灌注一定量干硬性混凝土，并通過夯擊內(nèi)管形成擴(kuò)大頭，再向管內(nèi)放入鋼筋籠、灌注混凝土，形成一種底部帶擴(kuò)大頭的鋼筋混凝土樁。該樁型是在沉管灌注樁及擴(kuò)底樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種集沉管灌注樁及擴(kuò)底樁二者優(yōu)點(diǎn)于一體的樁型。

該樁型適用于單樁承載力極限值不大于4000kN的工業(yè)與民用建筑，近年來隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，單樁承載力極限值已經(jīng)應(yīng)達(dá)到5000KN～6000kN。其成樁直徑300～600mm，樁長可達(dá)25m。

該樁型具有較強(qiáng)的地層適用性，既適用于樁端有堅(jiān)硬、密實(shí)持力層的地層，也適用于一般黏性土、粉土及砂土。近年來，該樁型在濕陷性黃土地區(qū)也有大量地使用。

1 施工工藝及其特點(diǎn)

內(nèi)夯沉管灌注樁主要施工工藝流程如下（見圖1）：

（1）樁機(jī)就位，并在外套管內(nèi)放入內(nèi)夯管，對準(zhǔn)樁位。

（2）錘擊外套管、內(nèi)夯管，使其共同沉至設(shè)計(jì)深度。

（3）將內(nèi)夯管從外管中抽出。

（4）灌入用夯擴(kuò)部份的H高的干硬性混凝土（H與樁端地層有關(guān)，一般可取1.0～1.5m）。

（5）外套管按設(shè)計(jì)要求上拔h高度，h

（6）放入內(nèi)夯管，并錘擊內(nèi)夯管，把外套管內(nèi)h高的干混凝土夯出管外。

（7）錘擊外套管、內(nèi)夯管，使其沉入規(guī)定設(shè)計(jì)深度（h-c），c為底部保留的厚度（c約為0.2m）。

（8）內(nèi)夯管從外套管中抽出，即完成一次夯擴(kuò)的全部工序。

（9）重復(fù)工序4到8，完成二次夯擴(kuò)、多次夯擴(kuò)的全部工序。

（10）拔出內(nèi)夯管，安放鋼筋籠底至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（11）灌注混凝土，并開始拔出外套管。拔出外套管時(shí)，將柴油錘和內(nèi)夯管的重量壓在外套管內(nèi)的混凝土面上，并開啟振動(dòng)錘，緩慢拔出。

圖1 工藝流程

可以看出，該樁型施工工藝流程和一般沉管灌注樁很相似，其主要區(qū)別是該工藝所采用的施工機(jī)械為內(nèi)、外雙層管打樁機(jī)，即打樁機(jī)的樁管包括內(nèi)夯管及外套管，且工藝流程增加了填入干硬性混凝土，并通過內(nèi)夯管夯擴(kuò)形成擴(kuò)大頭的過程（如圖1、2、3）。

擴(kuò)大頭形成過程：（圖1）外管內(nèi)灌注第一批混凝土；（圖2）外管拔起h高度并插入內(nèi)夯管；

（圖3）內(nèi)外管夯擴(kuò)在樁底形成擴(kuò)大頭。

內(nèi)夯管底端分為閉口平底和閉口錐底兩種形式（如圖5、6）。顯而易見，錐底的內(nèi)夯管更能提高施工效率和樁端夯擴(kuò)效果。

近年來，我院在大量工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對打樁設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，在外管頂部增加了振動(dòng)錘，在拔出外管的過程中開啟振動(dòng)錘。這一改進(jìn)使得拔管更容易，振動(dòng)作用使得樁身混凝土更密實(shí)，大大得提高了施工效率和成樁質(zhì)量。

2 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）為防止沉管過程中，內(nèi)、外管間發(fā)生間隙涌水、涌泥現(xiàn)象，應(yīng)采取封水措施?？稍趦?nèi)夯管底部加焊一塊直徑比外管內(nèi)徑小10～20mm，厚20mm左右的封底圓形鋼板。同時(shí)，在樁位點(diǎn)預(yù)先放置干硬性混凝土或無水混凝土配料，成孔過程中經(jīng)夯擊形成阻水、阻泥管塞。

（2）在擴(kuò)大頭夯填過程中，由填料人員從填料口填入一定數(shù)量的填充料（干硬性混凝土），每次填入量根據(jù)地質(zhì)情況、錘擊數(shù)多少而定，擴(kuò)大頭施工分二至三次夯擴(kuò)，每次投料為0.2～0.3m3左右，然后外管提升高度控制在0.5～0.7m之間。擴(kuò)大頭施工質(zhì)量應(yīng)以最后十擊貫入度不大于3cm為主控制，總投料量為副進(jìn)行控制。

（3）混凝土灌注完畢，拔出外套管時(shí)，應(yīng)開啟振動(dòng)錘，并應(yīng)控制拔管速度，做到緩慢、均勻，一般地層拔管速度控制在1～2m/min為宜。

3 工程實(shí)例

3.1工程概況

本工程為某研發(fā)中心綜合樓項(xiàng)目，建筑層數(shù)5層，建筑面積4200m2。框架結(jié)構(gòu)。擬采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深1.8m，基礎(chǔ)尺寸3.0m×3.6m，基底壓力標(biāo)準(zhǔn)組合值為260kPa，單住荷載2800kN。

3.2場地工程地質(zhì)條件

場地地貌單元屬渭河右岸河漫灘，地形較平坦。地下水位埋深1.8～2.7m，屬潛水。場地地層條件見表1。

地層特征及埋藏條件 表1

地層及編號(hào) 層厚（m） 巖性特征描述 承載力特征值fak（kPa） 極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik（kPa） 極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk（kPa）

①耕土 0.50～0.50 主要由粘性土組成，含植物根系 / / /

②黃土狀土 0.70～1.80 黃褐色，土質(zhì)較均勻，大孔結(jié)構(gòu)，含氧化鐵條紋，可塑狀態(tài) 120 35

③粉土 0.50～1.70 灰褐色，土質(zhì)均勻，含氧化鐵條紋，飽和，中密狀態(tài)。局部砂質(zhì)含量高 150 42

④粗砂 2.60～4.40 黃褐色，礦物成分以石英、長石為主，級(jí)配不良，見零星圓礫，飽和，中密狀態(tài) 170 85

⑤卵石 最大揭露厚度9.70m 主要由石英巖、花崗巖等巖石碎塊組成，亞圓形，一般粒徑25-50mm，最大140mm，充填約25%粗礫砂，密實(shí)狀態(tài) 350 150 2500

3.3地基基礎(chǔ)方案比選

根據(jù)勘察報(bào)告提供地層情況及地基承載力，淺部地層承載力不滿足要求。如按原設(shè)計(jì)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，勢必要進(jìn)行地基處理。按照一般的工程經(jīng)驗(yàn)，砂石墊層是一種施工簡單、造價(jià)低廉的處理方法，但本工程若采用該方法處理，估算墊層厚度約1.5m，此時(shí)必須采用降水措施，且基坑開挖深度增大，增加基坑支護(hù)費(fèi)用，造成整個(gè)工程成本和施工難度增加。

勘察報(bào)告建議采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，并以⑤層卵石層，初步估算樁徑d=700mm、樁長l=7m時(shí)單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=2000kN。

設(shè)計(jì)經(jīng)過咨詢后決定采用內(nèi)夯沉管灌注樁。樁端持力層為⑤層卵石層，樁頂標(biāo)高-0.6m，有效樁長5.0m，樁徑0.43m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，設(shè)計(jì)單樁極限承載力值為2000kN，總樁數(shù)88根。

3.4樁基檢測結(jié)果

（1）靜載荷試驗(yàn)

隨機(jī)抽取3根工程樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)（見圖7、8、9）。試驗(yàn)樁均加載至2000kN，各級(jí)荷載作用下沉降量增量基本均勻，所繪Q-s曲線為緩變型曲線，未出現(xiàn)明顯的陡降段，且各級(jí)荷載下的S-lgt曲線基本平行，尾部未出現(xiàn)明顯向下彎曲，表明試驗(yàn)樁未達(dá)到其極限狀態(tài)，單樁豎向抗壓極限承載力可取2000kN。

單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果表 表6.2

試樁編號(hào) T1（59#） T2（44#） T3（2#）

最大加載（kN） 2000

最大加載

2000kN 對應(yīng)的沉降量（mm） 15.52 20.18 17.25

對應(yīng)的回彈量（mm） 5.05 5.73 5.30

單樁豎向抗壓極限承載力（kN） 2000

圖7 2#載荷試驗(yàn)曲線

圖8 44#載荷試驗(yàn)曲線

圖9 59#載荷試驗(yàn)曲線

（2）低應(yīng)變動(dòng)力檢測

隨機(jī)抽檢30根工程樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力檢測。動(dòng)測曲線顯示，波形清晰，樁底反射明顯。檢測樁身波速范圍3840m/s～4390m/s，平均值為4220m/s。實(shí)測樁長4.5～5.0m。所測工程樁樁身完整性良好，均屬Ⅰ類樁。

4 樁型優(yōu)越性總結(jié)

從前述工藝特點(diǎn)及工程實(shí)例可以看出，該樁型在相同地質(zhì)條件下比其它樁型具有明顯的優(yōu)越性，可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)

（1）成孔時(shí)產(chǎn)生擠土效應(yīng)，且成孔過程不使用泥漿，可大幅增加樁側(cè)摩阻力；

（2）樁端夯擴(kuò)工程中，使樁端地層得到加固和加強(qiáng)，且樁端形成擴(kuò)大頭，加大了樁端底面積，有利于提高樁的端承力；

（3）單樁承載力大幅提高，樁數(shù)減少，投資成本大大降低；

（4）拔管時(shí)用振動(dòng)錘拔管，使樁身混凝土更密實(shí)，減少斷樁、離析等質(zhì)量缺損，樁身質(zhì)量得到有效保證；

（5）施工過程無泥漿排出，施工場地干凈整潔，有利于環(huán)境保護(hù)。

（6）地層適應(yīng)性強(qiáng)，既適用于地表下5～25m有較硬的持力層（如密實(shí)的砂卵石、風(fēng)化巖等）地質(zhì)條件，也適用于樁端為砂土、粉土或可塑、硬塑狀態(tài)的黏性土地層。

5 結(jié)語

該樁型所具有的施工簡便、樁身質(zhì)量好、單樁承載力高、造價(jià)低廉、有利于環(huán)境保護(hù)及地層適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，使該樁型相比其它樁型在一定地質(zhì)條件下具有明顯的優(yōu)越性，尤其在多層、小高層民用建筑及一般工業(yè)建筑中具有廣泛的應(yīng)用前景。