PST管樁在地基處理中的運(yùn)用

李 波, 嚴(yán) 軍, 彭耀平

(中國水利水電第十工程局有限公司， 四川成都 610072)

1 工程概述

本工程是由西昌經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)辦公室擬建的“西昌市小廟鄉(xiāng)袁家山村棚戶區(qū)改造建設(shè)項(xiàng)目”。項(xiàng)目由10棟高層建筑及裙樓、商業(yè)裙房組成，均設(shè)二層地下室埋深約11.1 m。其中高層建筑部分采用剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)型式采用筏板基礎(chǔ)；商業(yè)裙房采用框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)型式采用獨(dú)立基礎(chǔ)。工程重要性等級(jí)為二級(jí)，場(chǎng)地等級(jí)為二級(jí)，場(chǎng)地地基等級(jí)為一級(jí)。

場(chǎng)地內(nèi)上覆土層主要由填土及第四系全新統(tǒng)沖擊、沖洪積層粉土、砂土、粉質(zhì)黏土和卵石層，下部主要為第三系昔格達(dá)組粉砂質(zhì)泥巖。其地基土從上至下分層如下：①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③粉土、④細(xì)砂、⑤中砂、⑥卵石、⑦粉質(zhì)黏土、⑧1粉質(zhì)黏土(可塑狀)、⑨2粉質(zhì)黏土(硬塑狀)、⑩1粉砂。為此，設(shè)計(jì)要求層數(shù)為18層的建筑地基處理后其復(fù)合地基承載力特征值不小于410 kPa，層數(shù)為20層的建筑地基處理后其復(fù)合地基承載力特征值不小于440 kPa。

2 地基處理方案對(duì)比分析及確定

2.1 方案對(duì)比分析

地基處理正式施工前，項(xiàng)目部根據(jù)設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)13#及14#樓泥漿護(hù)壁旋挖成孔CFG樁進(jìn)行正式施工前的試樁施工，但在后期試樁檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，該兩棟樓內(nèi)部分試樁承載力無法滿足設(shè)計(jì)要求，后經(jīng)多次專家論證，確定是由于在泥漿護(hù)壁旋挖成樁施工過程中，泥漿對(duì)下部粉質(zhì)黏土地層的承載力造成一定影響，導(dǎo)致最終試樁檢測(cè)不滿足設(shè)計(jì)要求，需另尋地基處理方案。對(duì)此，項(xiàng)目部連同設(shè)計(jì)單位在經(jīng)過多方考慮的情況下，擬定以下三種地基處理方案。

2.1.1 泥漿護(hù)壁旋挖成孔CFG樁

對(duì)場(chǎng)內(nèi)地層情況的選擇性較強(qiáng)，根據(jù)前期試樁參數(shù)驗(yàn)算得出，如需滿足設(shè)計(jì)承載力要求，其樁長(zhǎng)需在原設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)的基礎(chǔ)上增加4.5 m，并重新進(jìn)行相關(guān)試樁試驗(yàn)，且不能保證其最終結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，該方案受工期影響較大，若最終檢測(cè)不合格，還需進(jìn)行方案調(diào)整，必然造成更大的工期浪費(fèi)。

2.1.2 靜壓預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體(PST樁)

該施工方案在CFG樁試樁檢測(cè)不滿足設(shè)計(jì)要求后，在經(jīng)設(shè)計(jì)變更許可的情況下，對(duì)該施工工藝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并檢測(cè)合格，如采用此方案進(jìn)行地基處理將無需再進(jìn)行相關(guān)試樁施工，且在實(shí)際施工過程中，該工藝有施工難度小、工效高等顯著優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，對(duì)項(xiàng)目整體工期不會(huì)產(chǎn)生影響，且該方案在專家論證會(huì)議上也得到認(rèn)可。但其樁體在當(dāng)?shù)責(zé)o廠家生產(chǎn)，需外購并產(chǎn)生一定運(yùn)輸費(fèi)用。

2.1.3 靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度管樁(PHC樁)

該施工方案工藝上與PST樁施工相同，且樁體也可在本地采購，但經(jīng)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)能力無法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，且至少需1個(gè)月生產(chǎn)周期，對(duì)項(xiàng)目工期有一定影響。

2.1.4 處理方案經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比

針對(duì)以上三種擬定方案，項(xiàng)目通過相關(guān)市場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，得出以下結(jié)論(表1)。

2.2 方案確定

綜合上述，在經(jīng)專家論證并結(jié)合本工程地質(zhì)條件、水文條件、場(chǎng)地條件及工期和使用要求，最終確定6#至12#樓下部地層不受CFG樁施工影響，需采用CFG樁進(jìn)行施工，5#樓地下存在10 m厚左右的細(xì)沙層，13#、14#樓地下軟弱層太厚，故5#、13#及14#樓采用PST管樁進(jìn)行施工。

3 PST管樁在地基處理中的應(yīng)用

方案確定之后，接下來嚴(yán)格遵循工藝流程施工，把握每個(gè)質(zhì)量控制點(diǎn)。具體來說，該軟基處理施工中，PST管樁施工采取以下應(yīng)用對(duì)策。

3.1 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

(1)筏板墊層底標(biāo)高 1499.83，±0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高1 511.20 m，樁頂標(biāo)高1 499.53，保護(hù)樁長(zhǎng)度0.5 m，中砂級(jí)配碎石墊層厚度300 mm。

(2)采用正方形布樁，樁徑600 mm，樁長(zhǎng)24 m，單樁承載力1 700 kN,樁間距2.2 m×2.2 m，共197根樁，樁為預(yù)制高強(qiáng)管狀勁性增強(qiáng)體，直徑600 mm，壁厚110 mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80。樁采用靜壓法施工，引孔采用螺旋鉆干作業(yè)法引孔垂直度偏差不大于0.5 %，引孔深度8 m，引孔直徑500 mm。

表1 地基處理方案經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比

(3)根據(jù)設(shè)計(jì)置換率，采用在基礎(chǔ)內(nèi)均勻布樁，局部受筏板尺寸限制，施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)局部樁間距調(diào)整減小，但不得小于1.8 m，持力層根據(jù)地層埋深情況為第7-2層粉質(zhì)黏土(硬塑)，樁端進(jìn)入持力層不小于1.5 m。

(4)收壓標(biāo)準(zhǔn)：本工程13#樓單樁最大設(shè)計(jì)承載力特征值1 700 kN，施工壓樁力為不小于3 400 kN，且不大于3 740 kN；沉樁控制以壓樁力控制為主，樁長(zhǎng)控制為輔，實(shí)行雙控原則，施工壓樁力必須符合設(shè)計(jì)要求，樁的入土深度為壓樁是否合格的控制參考，可根據(jù)壓樁力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求和持力層埋深進(jìn)行調(diào)整，最總工程量以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理和業(yè)主工程量簽證為準(zhǔn)。終壓控制標(biāo)準(zhǔn)為終孔前復(fù)壓3次，累計(jì)沉降小于20 mm，且最后一次沉降小于5 mm，穩(wěn)壓壓樁力不得小于終壓力，穩(wěn)定壓樁時(shí)間宜為5～10 s。預(yù)應(yīng)力管樁施工前需先進(jìn)行試壓校核后,才能大面積施工。

3.2 施工工藝流程

工藝流程圖見圖1。

圖1 施工工藝流程

測(cè)量定位樁→樁機(jī)就位→樁機(jī)起吊立直，校正→壓第一節(jié)樁→第二節(jié)樁起吊，接樁施焊→施壓第二節(jié)樁→第三節(jié)樁接樁、施壓，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)時(shí)停壓→送樁或截樁→樁機(jī)移位進(jìn)行下一樁位施工(表2、表3、圖2)。

表2 80壁厚支護(hù)樁與冠梁連接詳圖中配筋

表3 110壁厚支護(hù)樁與冠梁連接詳圖中配筋

圖2 預(yù)制高強(qiáng)管狀勁性增強(qiáng)體與托盤

3.3 質(zhì)量要求

預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體的質(zhì)量要求見表4。

表4 預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體的質(zhì)量要求

3.4 靜壓預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體施工控制要點(diǎn)

3.4.1 靜壓管樁施工作業(yè)要點(diǎn)

(1)靜壓樁機(jī)應(yīng)按設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)定配備樁機(jī)型號(hào)、樁機(jī)重量，以符合滿足施壓預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體的要求。

(2)施工過程中反復(fù)核對(duì)軸線和樁位，樁機(jī)就位施壓前，施工人員要重新核對(duì)。

(3)樁機(jī)就位前要先找出地面圖中的樁位，務(wù)必樁身垂直、平穩(wěn)，方能吊裝預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體。

(4)對(duì)準(zhǔn)備施壓的預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體要確認(rèn)其外觀質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求方可使用，起吊前要在預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體上畫上以米為單位的長(zhǎng)度標(biāo)志，以便于進(jìn)尺記錄和了解各土層的施壓反應(yīng)。

(5)預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體吊放對(duì)點(diǎn)就位后，用線墜在正側(cè)兩面反復(fù)核直，使樁能在同一直線上，防止偏樁施壓。

(6)施壓樁過程中應(yīng)經(jīng)常注意觀察樁身混凝土的完整性，一旦發(fā)現(xiàn)樁身裂縫或掉角，應(yīng)立即停機(jī)，找出原因，采取有效措施進(jìn)行處理，并改正。

(7)施壓預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體時(shí)應(yīng)由專職記錄員及時(shí)準(zhǔn)確地填寫壓樁施工記錄表，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員(或建設(shè)單位代表)驗(yàn)證簽名后才可作為有效施工記錄。

3.4.2 壓樁要點(diǎn)

(1)施壓過程中，必須保證樁機(jī)和樁在一垂直線上。

(2)由于單根樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，如果一根樁中間停歇時(shí)間過長(zhǎng)將導(dǎo)致沉樁阻力過大，樁尖難于達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定深度，因此樁的施壓必須一氣呵成，連續(xù)進(jìn)行，采取措施縮短焊接時(shí)間。原則上當(dāng)日開壓的樁必須當(dāng)日壓完，盡可能避免在接近設(shè)計(jì)深度進(jìn)行接樁。

(3)壓樁時(shí)由施工員及時(shí)準(zhǔn)確地填寫預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體施工記錄表，并經(jīng)當(dāng)班監(jiān)理人員或建設(shè)單位代表驗(yàn)證簽名后方可作為有效施工記錄。

(4)終壓控制標(biāo)準(zhǔn)為孔終前復(fù)壓3次，累計(jì)沉降小于20 mm，且最后一次沉降小于5 mm，穩(wěn)定壓樁力不得小于終壓力，穩(wěn)定壓樁時(shí)間宜為5～10 s。

(5)沉樁過程若有異常的樁身位移、傾斜、樁身破損，應(yīng)停機(jī)查明原因，再進(jìn)行必要的處理。

(6)為嚴(yán)格控制基樁上浮，預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體終壓完成后測(cè)量樁頂標(biāo)高，單棟建筑全部樁體完成施工后再次測(cè)量樁頂標(biāo)高，定時(shí)檢查樁的上浮量及樁頂水平偏差值，若上涌和偏位值較大，應(yīng)對(duì)單棟樓所有樁采取復(fù)壓措施。

3.4.3 接樁焊接要點(diǎn)

(1)樁段接樁是在上一節(jié)壓至距地面0.5～1 m左右時(shí)，可停壓開始接樁，接樁時(shí)保證上下樁節(jié)找平接直，按照設(shè)計(jì)要求上下節(jié)樁段應(yīng)保持順直，錯(cuò)位偏差不宜大于2 mm，坡口根部間隙應(yīng)小于4 mm；將準(zhǔn)備配用的樁段牽吊到位，端面焊接時(shí)要將樁端鋼板清理干凈，并使其接面調(diào)平對(duì)直，確定樁身自然垂直后方可焊接，不得在施焊后矯正樁身垂直度偏差。

(2)任一單樁的接頭數(shù)量不超過4個(gè)，每根樁須對(duì)照地質(zhì)鉆探資料預(yù)計(jì)總長(zhǎng)，選用合理的樁節(jié)組合，以使接樁次數(shù)盡量減少。

(3)接樁采用手工電弧焊或粉芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊：下節(jié)樁樁頭須設(shè)導(dǎo)向箍以保證上下樁節(jié)找平接直，上下節(jié)樁之間的間隙應(yīng)用鋼片全部填實(shí)焊牢，然后沿圓周對(duì)稱點(diǎn)焊六處，待上下樁節(jié)固定后再拆除導(dǎo)向箍，繼而分層對(duì)稱施焊，每個(gè)接頭的焊縫不得少于兩層，每層焊縫的接頭應(yīng)錯(cuò)開，焊縫須飽滿，不得出現(xiàn)夾渣或氣孔等缺陷。

(4)施焊完后自然冷卻時(shí)間不少于8 min，方可繼續(xù)施壓，嚴(yán)禁用水冷卻或焊好即壓。

3.4.4 送樁要點(diǎn)

(1)本工程采用的預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體允許送樁，送樁深度不宜超過2 m。預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體內(nèi)允滿水時(shí)，嚴(yán)禁送樁作業(yè)。

(2)每一根樁應(yīng)一次性連續(xù)施壓到底，接樁、送樁應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中間不得無故停歇，且盡可能避免在樁尖接近設(shè)計(jì)持力層時(shí)進(jìn)行接樁。

(3)當(dāng)樁頂被壓至接近地面需要送樁時(shí)，應(yīng)測(cè)出樁的垂直度并檢查樁頭質(zhì)量合格后應(yīng)立即送樁，送樁應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。

(4)送樁完成后，移動(dòng)調(diào)整機(jī)械進(jìn)行下一根預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體施工。

3.5 施工難點(diǎn)與施工注意事項(xiàng)

(1)在設(shè)置托盤及放入骨架后，首先澆筑樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以下要求灌實(shí)范圍內(nèi)的混凝土，澆筑填芯混凝土前，應(yīng)將樁內(nèi)壁浮漿清除并清洗干凈，澆筑用混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于C30。

(2)清孔根據(jù)工地土質(zhì)情況以淤泥為主，采用人工清理預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體內(nèi)淤泥，再用水沖清孔壁，泥漿經(jīng)過沉淀后清水排入排水系統(tǒng)。

(3)地下水位較高，當(dāng)預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體內(nèi)有涌水情況，水泵抽水降至灌芯深度以后，采用干硬的水泥餅進(jìn)行封堵，使涌水堵住能抽干預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體的水為止。

(4)對(duì)群樁承臺(tái)壓樁時(shí)，應(yīng)考慮擠土效應(yīng)。對(duì)長(zhǎng)邊的樁，宜由中部開始向兩邊壓樁；對(duì)短邊的樁，可由一邊向另一邊逐樁施壓。

(5)加強(qiáng)預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體的進(jìn)場(chǎng)檢查驗(yàn)收工作。

(6)雨季施工預(yù)制高強(qiáng)度管狀勁性增強(qiáng)體，其場(chǎng)地內(nèi)宜設(shè)置排水暗溝，并在場(chǎng)地外適當(dāng)位置設(shè)集水井，隨時(shí)排出地表水。使場(chǎng)地內(nèi)不積水、不軟化、無泥漿。

4 PST管樁的優(yōu)點(diǎn)

勁性體用做剛性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的豎向增強(qiáng)體，有以下顯著的特點(diǎn)：

(1)自動(dòng)化工藝生產(chǎn)，規(guī)格齊全，對(duì)質(zhì)量的控制和檢驗(yàn)科學(xué)先進(jìn)；

(2)樁身混凝土強(qiáng)度高，有一定的抗裂性能；

(3)單樁承載力高，更適合用作樁復(fù)合地基；

(4)從生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工和驗(yàn)收，時(shí)間緊湊，節(jié)省工期；

(5)施工現(xiàn)場(chǎng)文明便捷，便于施工及管理；

(6)工程基礎(chǔ)造價(jià)更加經(jīng)濟(jì)合理，綠色環(huán)保；

(7)采用靜壓工藝基本無噪聲，適宜在市區(qū)作業(yè)；

(8)靜壓施工無震動(dòng)，適宜在危房、精密儀器房附近及河口岸邊等地區(qū)施工；

(9)施工過程中可觀測(cè)記錄壓樁阻力，了解整個(gè)沉樁過程，預(yù)估樁的承載力。這也預(yù)示著“靜壓復(fù)合地基用預(yù)制高強(qiáng)管樁勁性體(PST—CF)”將在我國未來地基處理方面占據(jù)越來越大的地位。

5 結(jié)束語

利用PST管樁進(jìn)行地基處理時(shí)，不僅要嚴(yán)格遵循工藝流程，把握每個(gè)質(zhì)量控制要點(diǎn)，還要善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高施工人員素質(zhì)和質(zhì)量控制意識(shí)。進(jìn)而促進(jìn)該技術(shù)得到有效利用，提高地基處理效果和工程建設(shè)質(zhì)量。