工業(yè)項(xiàng)目樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)實(shí)踐

摘? 要：工業(yè)項(xiàng)目樁基礎(chǔ)必須具備較高的承載力，同時(shí)還要保證抗震性能，才能保證項(xiàng)目投產(chǎn)后的長期平穩(wěn)運(yùn)行。本文結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，選擇合適的樁型和樁基施工技術(shù)方法，以此保證廠房、設(shè)施和設(shè)備基礎(chǔ)等建構(gòu)筑物的穩(wěn)固以及建成后的使用安全。同時(shí)以高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求對(duì)待項(xiàng)目樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工的每一環(huán)，使其擁有穩(wěn)定的工程產(chǎn)品特性，保證項(xiàng)目順利建成并投產(chǎn)使用。

關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ);樁基;工業(yè)廠房;工程施工;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU753? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）03-0000-00

1 樁基礎(chǔ)在工業(yè)項(xiàng)目的應(yīng)用

樁基礎(chǔ)作為工業(yè)項(xiàng)目廠房、構(gòu)筑物和設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的常用方案，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)特征、荷載大小、現(xiàn)場施工條件和環(huán)境等因素，合理確定樁型、成樁工藝和承臺(tái)型式所需方案。取得樁基施工圖后，設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理、業(yè)主各方應(yīng)在認(rèn)真解讀項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告基礎(chǔ)上，結(jié)合施工場地條件、周圍環(huán)境、類似地質(zhì)條件的試樁資料完成樁基礎(chǔ)施工圖會(huì)審，并從費(fèi)用預(yù)估等多角度優(yōu)化樁基礎(chǔ)施工技術(shù)方案。既要保證設(shè)計(jì)和施工方案的科學(xué)性，又要保證樁基礎(chǔ)施工的可行性和經(jīng)濟(jì)性，從而將工程造價(jià)控制在合理范圍[1]。

1.1巖土工程地質(zhì)勘察報(bào)告分析

根據(jù)勘察文件資料，項(xiàng)目地屬崗地～長江漫灘地貌單元，擬建主裝置場地為預(yù)留空地，擬建公用工程裝置區(qū)鄰近在用廠房和設(shè)備，地形相對(duì)平坦，地面高程11.03～12.87m，最大高差為1.84m。

依據(jù)巖土體的成因、時(shí)代、埋藏分布等特征，并結(jié)合物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，分為4個(gè)工程地質(zhì)大層（素填土、粉土、粉質(zhì)黏土、含礫中粗砂）及多個(gè)粉質(zhì)黏土亞層。

場區(qū)無活動(dòng)性斷裂通過，因此該地區(qū)為地震活動(dòng)少、震級(jí)低地區(qū)，基底巖層分布較穩(wěn)定，適宜工程項(xiàng)目建設(shè)。

場區(qū)填土普遍較厚，按不利因素考慮，場地屬抗震不利地段。擬建場地類別均為Ⅲ類，特征周期為0.45s。設(shè)計(jì)地震分組為第一組，峰值加速度為0.15g，屬抗震設(shè)防烈度為7度區(qū)。

工程勘察測得孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深2.74～3.42m?？紫稘撍粍?dòng)態(tài)受天氣、季節(jié)性變化影響明顯，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，年變幅在3.0m左右，歷史及近3～5年最高地下水位可按場地整平后地面以下埋深1m考慮。場地地下水、土對(duì)鋼筋混凝土具微腐蝕作用。

1.2樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案優(yōu)選

根據(jù)勘察報(bào)告揭示的場地地基土層分布情況和特征值，結(jié)合擬建裝置的場地周邊條件，對(duì)項(xiàng)目聚合樓、THF回收、循環(huán)水站等各裝置區(qū)域樁基礎(chǔ)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.2.1 混凝土預(yù)制樁設(shè)計(jì)

該處聚合樓區(qū)域樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)，采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，型號(hào)為PHC-AB600（110）-C80，樁尖為D型（四棱錐閉口），以粉質(zhì)黏土層作為持力層，單樁承載力特征值初算值為1300KN，初定有效樁長25米，其中樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高–2.25m、共120根，樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高–3.55m、共33根。因樁位布置較密集，設(shè)計(jì)方案采取了“中間布樁較密、四周布樁略疏”的布置，以達(dá)到減少差異變形、優(yōu)化反力分布、降低承臺(tái)內(nèi)力的設(shè)計(jì)目標(biāo)。因新建聚合樓打樁區(qū)域?yàn)轭A(yù)留空地，距離現(xiàn)有生產(chǎn)裝置距離達(dá)到20m以上，設(shè)計(jì)圖采用靜壓樁施工，要求樁基施工以控制壓樁力為主、樁長為輔，最大壓樁力不大于5500KN，最小壓樁力不小于2600KN，并進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)和樁身完整性低應(yīng)變檢測。

1.2.2 鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)

對(duì)于THF回收裝置區(qū)，因新建THF裝置框架與現(xiàn)有生產(chǎn)裝置距離僅為4米，且新建THF裝置區(qū)地下有兩根直徑?800、埋深–4.50的混凝土制污水主管，與基樁邊間距約3.5m，為保護(hù)現(xiàn)有生產(chǎn)裝置和地下管線，該區(qū)域樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案采用鉆孔灌注樁，樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)。灌注樁直徑?600，總樁數(shù)72根，采用C30混凝土，主筋保護(hù)層厚度50mm，鋼筋為HRB400級(jí)。預(yù)估單樁承載力特征值為900KN，樁端以粉質(zhì)黏土層為持力層，進(jìn)入持力層不少于3m，設(shè)計(jì)樁長23m。要求滿足規(guī)定的休止時(shí)間后對(duì)成樁質(zhì)量及承載力進(jìn)行檢測，低應(yīng)變檢測數(shù)量不小于總樁數(shù)的20%，靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，最大壓力值為2倍單樁承載力特征值[2]。

1.3樁基施工技術(shù)應(yīng)用

1.3.1靜力壓樁施工技術(shù)

靜力壓樁施工技術(shù)是通過壓樁機(jī)自身的重量及在樁架上的配重對(duì)預(yù)制樁施加反力從而將其壓入土中的一種沉樁工藝。隨著國產(chǎn)靜力壓樁機(jī)械和預(yù)應(yīng)力混凝土管（方）樁的發(fā)展，靜力壓樁施工技術(shù)也因工藝簡明、操作直觀、質(zhì)量可靠、噪音小等優(yōu)點(diǎn)得到了更多使用。由于靜壓樁是擠土樁或半擠土樁，需控制樁距3.5倍樁徑以上，壓樁時(shí)易對(duì)土層造成破壞，無鄰近建筑設(shè)施保護(hù)要求的樁基施工經(jīng)常選用該技術(shù)。

靜力壓樁機(jī)的選型主要根據(jù)最大壓樁力，一般要大于單樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值，兼顧考慮最小邊樁距、樁機(jī)外型尺寸、樁機(jī)船型履靴接地壓強(qiáng)等因素。采用靜力壓樁要求，場地應(yīng)平整且具有較好地基承載力，一般要達(dá)到壓樁機(jī)接地壓強(qiáng)的1.2倍。在項(xiàng)目聚合樓靜壓樁施工過程中，因場地表層回填土較厚，地下水位較高，部分區(qū)域地基承載力不足，導(dǎo)致壓樁機(jī)移動(dòng)困難、無法調(diào)平。后經(jīng)灰土進(jìn)行地基處理后滿足了靜壓打樁施工要求。另外，選擇靜力壓樁需考慮設(shè)備供電問題，1臺(tái)國產(chǎn)沉樁設(shè)備ZYJ-800型全液壓靜壓樁機(jī)的壓樁功率110～135KW，現(xiàn)場配備1臺(tái)630KVA的施工變壓器以滿足項(xiàng)目施工用電。

確定靜力壓樁施工的關(guān)鍵指標(biāo)——終壓標(biāo)準(zhǔn)，必須根據(jù)現(xiàn)場試壓樁結(jié)果，并結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行分析確定。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和本地靜力壓樁施工經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目聚合樓靜壓樁終壓標(biāo)準(zhǔn)采用既控制樁長又控制壓樁力的“雙控”方案。即通過控制樁長可保證樁尖進(jìn)入有效的持力層（硬粉質(zhì)黏土層，深約18～25米），同時(shí)通過監(jiān)控壓樁力保證有效荷載能力。經(jīng)現(xiàn)場試壓1根樁長29m樁后，確定平均樁長控制為27m，采用兩節(jié)配樁，使用焊接方法接樁。壓樁施工過程中，未發(fā)現(xiàn)壓樁力讀數(shù)與試樁數(shù)據(jù)明顯不符的情況，壓樁過程未遇到難以穿越的硬夾層，未出現(xiàn)樁身和樁頭損壞等異常情況，完工統(tǒng)計(jì)最短壓樁長度為25m，最大壓樁長度31m。設(shè)計(jì)最小壓樁力為2600KN，實(shí)際終壓值范圍為2690KN～3170KN。按該方案施工，實(shí)際接樁和截樁數(shù)量占?jí)簶犊倲?shù)的比例約為6%。單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)、樁身完整性低應(yīng)變檢測等地基基礎(chǔ)工程檢測結(jié)果均合格，施工效果良好。

1.3.2鉆孔灌注樁施工技術(shù)

鉆孔灌注樁屬于非擠土樁型，其既不存在擠土負(fù)面效應(yīng)，又具有穿越各種硬夾層、嵌巖和進(jìn)入各種硬持力層的能力，樁的幾何尺寸和單樁的承載力調(diào)整空間大，因而使用廣泛。

地下水位以上鉆孔灌注樁施工一般采用干作業(yè)法鉆孔，地下水位以下多采用反循環(huán)泥漿護(hù)壁法鉆孔。THF區(qū)域鉆孔灌注樁施工因涉及原有地下管線保護(hù)，施工前采用人工開挖探溝方法以探明地下管線實(shí)際走向和邊界，探溝開挖方向與管線方向垂直，開挖數(shù)量為3條。探溝開挖后對(duì)地下管線方位進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并對(duì)照樁位圖進(jìn)行現(xiàn)場放線，復(fù)核樁位與管線相對(duì)位置后進(jìn)行探溝回填。為保證場地平整度便于鉆機(jī)穩(wěn)固，采用灰土對(duì)場地表層填土進(jìn)行地基處理，處理層深約800～1000mm。灌注樁施工時(shí)現(xiàn)場使用水平儀持續(xù)檢查鉆桿垂直度，嚴(yán)格控制成孔垂直精度。終孔驗(yàn)收合格放入鋼筋籠和導(dǎo)管后立即灌注水下混凝土，保證灌注過程的連續(xù)性和灌注長度大于設(shè)計(jì)樁長。樁頂實(shí)際超灌長度控制在1m左右，確保后期鑿除泛漿后樁頂混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)值[3]。

實(shí)際施工過程中，有1根基樁鉆孔深度約13m時(shí)鉆頭受阻無法下穿?，F(xiàn)場確認(rèn)可能為較大體積的鋼筋混凝土塊體，中止原樁位鉆孔改用C15素混凝土對(duì)鉆孔進(jìn)行回填后，經(jīng)設(shè)計(jì)同意在原樁位兩側(cè)各補(bǔ)打1根同徑深的鉆孔灌注樁，以滿足設(shè)計(jì)荷載要求。

1.3.3錘擊（振動(dòng)）沉樁施工技術(shù)

錘擊沉樁是利用樁錘下落產(chǎn)生的沖擊力克服土體對(duì)樁的阻力，使樁體下沉到設(shè)計(jì)深度。錘擊沉樁是預(yù)制樁常用沉樁方法之一，施工速度快，適用范圍廣，但存在擠土、噪音和振動(dòng)等危害，多受城鎮(zhèn)施工條件所限制。工業(yè)項(xiàng)目用地邊界一般遠(yuǎn)離居民區(qū)，在無噪音擾民因素限制條件下經(jīng)常會(huì)選用該法打樁。

與靜壓打樁相比，錘擊沉樁過程對(duì)樁身損傷缺陷明顯，后期樁身完整性低應(yīng)變檢測經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)部分Ⅲ類樁，需采取灌芯等處理措施進(jìn)行補(bǔ)就。所以為提高打樁效果和沉樁精度，保護(hù)樁錘安全使用和樁頂免遭破損，應(yīng)在樁頂加設(shè)樁帽，并在樁錘與樁帽、樁帽與樁之間設(shè)置墊材，如硬木、麻袋、橡膠等。

振動(dòng)沉樁施工技術(shù)（又稱振動(dòng)沉樁機(jī)、振動(dòng)式沉拔樁錘）是利用機(jī)械部件的高頻振動(dòng)，以高加速度振動(dòng)樁身，將機(jī)械產(chǎn)生的垂直振動(dòng)傳遞給樁體，使樁身周圍的土體結(jié)構(gòu)因振動(dòng)發(fā)生變化，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致樁身與周圍土體的摩擦阻力減小，然后以機(jī)械下壓力、錘頭與樁身自重將樁沉入土中。振動(dòng)沉樁施工多用于鋼板樁施工，如深基坑作業(yè)防護(hù)用的拉森鋼板樁。

1.3.4人工挖孔樁施工技術(shù)

人工挖孔樁技術(shù)在低水位非飽和土中成孔，清孔徹底，可直觀檢查持力層，因便于控制成樁質(zhì)量而得到廣泛使用。人工挖孔樁的成樁孔徑一般不小于0.8米、不大于2.5米，孔深不超過30米。護(hù)壁模板拆除不宜過早，一般應(yīng)在24小時(shí)之后，冬季和寒冷地區(qū)施工可適當(dāng)延長拆模時(shí)間。人工挖孔樁成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)立即進(jìn)行清渣、封底和灌注，這是保證樁基承載力的關(guān)鍵步驟。

2 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)特點(diǎn)

2.1不同樁型的選擇

應(yīng)特別注意對(duì)非擠土樁與擠土樁、部分?jǐn)D土樁這幾種不同樁型的區(qū)分和選擇。擠土效應(yīng)在飽和黏性土中會(huì)引發(fā)灌注樁斷樁、縮頸等質(zhì)量事故，并會(huì)導(dǎo)致樁體上浮、承載力下降，沉降加大。甚至?xí)斐伤闹茑徑慕ㄖ驮O(shè)施受損。相反，在松散土和非飽和填土中則會(huì)起到加密、提高承載力的作用。對(duì)沉管擠土灌注樁的擠土效應(yīng)認(rèn)識(shí)不足可能會(huì)造成施工事故，該類樁型應(yīng)慎用，避免造成不必要的損失。

2.2采取預(yù)制樁擠土控制措施

樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮擠土效應(yīng)對(duì)附近建筑、重要設(shè)備、地下管線、周圍道路及已有樁基的危害和影響，施工時(shí)必須采取合理措施。本著群樁范圍內(nèi)先內(nèi)后外、先地基處理后打樁的原則，編制詳細(xì)施工組織措施和打樁流程圖，做好樁位編號(hào)設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主方確認(rèn)工作。沉樁時(shí)嚴(yán)格控制樁位偏差，合理安排沉樁順序，控制沉樁速率，必要時(shí)采取樁位預(yù)引孔、設(shè)置防擠溝、防震溝、應(yīng)力釋放孔等措施來減少沉樁影響。

大面積的靜壓、錘擊（振動(dòng)）沉樁施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鄰近建筑、地下管線的沉降觀測，復(fù)測10%以上數(shù)量的樁頂上涌和水平位移情況，必要時(shí)采取跟進(jìn)措施。

2.3保證鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量

鉆孔灌注樁的承載力由樁側(cè)摩阻力及樁端阻力構(gòu)成，成孔質(zhì)量直接影響承載力的大小。安放鉆機(jī)時(shí)先使鉆盤和底座水平，再確保起重滑輪緣、鉆桿卡孔和護(hù)筒中心三者在一條豎直線上，并經(jīng)常檢查校正。鉆孔深度應(yīng)經(jīng)質(zhì)量員和監(jiān)理實(shí)測驗(yàn)收，并及時(shí)用換漿法進(jìn)行清孔。鋼筋籠的制作作為關(guān)鍵工序，其主筋焊接和井口對(duì)接時(shí)必須保持順直。鋼筋籠的直徑尺寸偏差不超過10mm，鋼筋籠安裝應(yīng)對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心緩慢下放，避免碰撞孔壁。

隨著環(huán)保提升和材料價(jià)格上漲鉆孔灌注樁施工還應(yīng)選擇本地優(yōu)良的商砼供應(yīng)商，以保證商品水下混凝土的質(zhì)量，確保灌注成品質(zhì)量。

2.4 倡導(dǎo)樁基綠色文明施工

根據(jù)綠色企業(yè)行動(dòng)計(jì)劃，樁基施工現(xiàn)場要落實(shí)綠色施工措施，做好施工工地100%圍擋、出入車輛100%沖洗、渣土車輛100%密閉運(yùn)輸。加強(qiáng)施工現(xiàn)場泥漿池和泥漿循環(huán)系統(tǒng)專人管理，合理設(shè)置排漿溝和循環(huán)池，防止泥漿溢入場地周邊雨水系統(tǒng)，造成超標(biāo)排放。安排人員隨時(shí)配合清除場地淤泥，對(duì)于多余的排漿委托有資質(zhì)的單位進(jìn)行外運(yùn)處理，跟蹤并記錄處理方式、存放位置，避免影響環(huán)境發(fā)生環(huán)保違規(guī)違法處罰事件。

3 常見質(zhì)量問題及原因

3.1 單樁承載力不足

施工控制不到位，導(dǎo)致沉樁深度不足;由于地形起伏變化較大，樁端沒有達(dá)到預(yù)設(shè)持力層，但滿足了樁長設(shè)計(jì)值;較大的貫入度，導(dǎo)致樁端穿透預(yù)設(shè)持力層;較大的樁傾斜角、樁的斷裂等問題使得單樁承載力下降;引用的勘察文件資料如地基承載力等特征數(shù)據(jù)與實(shí)際不符。

3.2 樁傾斜度過大

預(yù)制樁的產(chǎn)品質(zhì)量差，樁頂面不平或樁尖不正導(dǎo)致沉樁傾斜;樁機(jī)安放不正確，機(jī)架未垂直，施工垂直精度偏差過大導(dǎo)致樁傾斜;不明地下埋藏物情況，導(dǎo)致樁端遇障礙時(shí)發(fā)生方位偏離;樁間距不夠大，打樁順序混亂出現(xiàn)擠土效應(yīng)導(dǎo)致樁傾斜。

3.3 斷樁問題

預(yù)制樁樁身強(qiáng)度不足或存在明顯缺陷，受力后出現(xiàn)斷樁;在安放、吊起、運(yùn)送中支點(diǎn)或吊點(diǎn)位置偏離，導(dǎo)致樁身損傷;樁身長徑比過大，細(xì)長樁在沉樁受阻時(shí)產(chǎn)生彎曲變形受損;錘擊力或夾持力過大，超過樁身強(qiáng)度;接樁質(zhì)量不過關(guān)，對(duì)接偏差大或焊縫缺陷導(dǎo)致斷樁;設(shè)計(jì)貫入度不合理，導(dǎo)致錘擊或靜壓過度而樁斷裂。

4 總結(jié)

結(jié)構(gòu)安全是工業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工管理的重中之重。因地制宜，運(yùn)用科學(xué)方法優(yōu)化樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，提高樁基礎(chǔ)的施工性和經(jīng)濟(jì)性，才能為工程建設(shè)質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為保證工業(yè)項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定，在勘察、設(shè)計(jì)、施工時(shí)都要高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，否則就可能釀成大禍。所以樁基的設(shè)計(jì)和施工過程需要更加細(xì)致，技術(shù)更加成熟、可靠，質(zhì)量更加過硬。

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收稿日期：2020-02-05

作者簡介：孫繼良（1974—），男，江蘇揚(yáng)州人，研究生，工程師，研究方向：機(jī)電一體化、工程設(shè)計(jì)與施工管理。