北京城市副中心某項(xiàng)目試驗(yàn)樁施工技術(shù)

張艷芳　陳佳宇

Construction technology of test piles in Beijings sub-center

ZHANG Yanfang1， CHEN Jiayu2

（1. Beijing Geo-engineering Company， Beijing 100143， China;

2. Beijing Institute of Science and Technology Information， Beijing 100044， China）

Abstract： A project of Beijing City sub-center adopts the foundation with raft plate plus post-grouting piles or uplift piles， in which twelve groups of test piles are designed according to different pile types. This paper summarizes the construction technology of test piles under the condition that must eliminate the friction resistance of the invalid section of these piles. The construction technology and method， the design of double casing and the key points of quality control and so on are presented herein. With the technology， the test pile construction achieves the expected purpose， effectively guides the construction of the piles in the subsequent large scale projects， and provides reference models for the design and construction of pile foundations in similar project constructions.

Keywords： test pile; rotary drilling; slurry wall protection; double casing

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國建筑行業(yè)迅猛發(fā)展，深基礎(chǔ)工程隨之應(yīng)運(yùn)而起，樁基礎(chǔ)作為其中的一項(xiàng)重要技術(shù)，在現(xiàn)代建筑及橋梁等工程建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級及場地地質(zhì)條件的復(fù)雜程度，有時需要通過試驗(yàn)樁確定所選樁型的施工工藝、單樁豎向承載力取值等，為樁基礎(chǔ)深化設(shè)計(jì)及工程樁施工提供依據(jù)。

對于樁基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的設(shè)計(jì)、施工、檢測等相關(guān)問題，不少學(xué)者曾做了很多研究。蔣牧等（2017）結(jié)合昆明景成大廈項(xiàng)目試樁工程實(shí)例，針對用于清除摩阻力的雙護(hù)筒，較全面介紹了其設(shè)計(jì)原理、加工安設(shè)要點(diǎn)以及試驗(yàn)過程中的監(jiān)測情況;楊春霞（2014）和王輝（2011）等人系統(tǒng)研究和總結(jié)了國家金融信息大廈、天津高銀117 大廈的試樁施工情況;王衛(wèi)東等（2012）介紹了處于超過60 m 厚的密實(shí)砂層中的上海中心大廈樁型選擇與試樁設(shè)計(jì);賈中興（2018）結(jié)合太原地區(qū)某工程試樁靜載試驗(yàn)實(shí)例，提出了檢測結(jié)果達(dá)不到要求時的有效解決辦法。彭滿華等（2020）在上海地區(qū)厚層砂（粉）性土層中進(jìn)行試樁，從施工工藝及注漿工藝方面解決了樁基承載力問題。

北京城市副中心場地受地質(zhì)條件所限，有眾多建設(shè)項(xiàng)目采取了地基處理或樁基礎(chǔ)。本文依托運(yùn)河商務(wù)區(qū)某項(xiàng)目的試驗(yàn)樁工程，總結(jié)了需消除樁無效段摩阻力情況下的試樁施工技術(shù)，包括施工工藝及方法、雙護(hù)筒設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制要點(diǎn)等，經(jīng)檢測試樁承載力及樁身質(zhì)量均達(dá)到了預(yù)期的效果，以期為后續(xù)類似工程設(shè)計(jì)與施工提供指導(dǎo)或參考。

1 工程概況

項(xiàng)目位于北京城市副中心運(yùn)河商務(wù)區(qū)，主要建筑物為塔樓和地下車庫，塔樓設(shè)計(jì)樁筏基礎(chǔ)，工程樁采用樁側(cè)樁端后注漿技術(shù);地下車庫基礎(chǔ)形式為筏板，采用抗拔樁解決抗浮問題。

（1）試樁目的

試樁目的：檢驗(yàn)所選擇的施工工藝及機(jī)械是否適合本項(xiàng)目施工場地的工程地質(zhì)情況;為工程樁施工時可能會遇到的問題提供解決預(yù)案;后續(xù)進(jìn)行單樁豎向抗壓、抗拔承載力靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果將為設(shè)計(jì)方提供參數(shù)依據(jù)。

（2）場地地層條件及地下水情況

根據(jù)本項(xiàng)目勘察報(bào)告，場地地形基本平坦，鉆探深度范圍內(nèi)地層可分為人工堆積層、新近沖洪積層和第四系沖洪積層3大類，按地層巖性及工程特性進(jìn)一步劃分為11個大層，本文選取勘察報(bào)告中典型鉆孔Z05分析地層巖性特點(diǎn)，如表1所示?？辈焐疃确秶鷥?nèi)有3層地下水，地下水類型及實(shí)測水位見表2。

（3）試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)情況

本項(xiàng)目±0.00相當(dāng)于絕對標(biāo)高22.30 m，塔樓設(shè)計(jì)試驗(yàn)樁（SZ1）樁徑900 mm，有效樁長約為46 m，預(yù)估單樁豎向承載力特征值為9000 kN，SZ1樁端持力層為細(xì)砂—中砂⑩層，試驗(yàn)樁樁端需進(jìn)入持力層至少1.5 m。采用樁端樁側(cè)復(fù)合注漿工藝，設(shè)置樁端注漿斷面并于樁端以上12 m、24 m、34 m處設(shè)置3道樁側(cè)注漿斷面（表3）。

車庫地下3層部分設(shè)計(jì)抗拔樁（SZ3）樁徑600 mm，有效樁長約為15 m，單樁抗拔承載力特征值為750 kN;地下四層部分設(shè)計(jì)抗拔樁（SZ4）樁徑600 mm，有效樁長約為20 m，單樁抗拔承載力特征值為950 kN。SZ1、SZ3、SZ4分別設(shè)置3根試樁，每根試樁的周邊布設(shè)4根錨樁（MZ），共12組試樁。

2 試樁施工中的重點(diǎn)及技術(shù)措施

（1）施工工藝的選擇

根據(jù)場地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，選用泥漿護(hù)壁鉆孔的機(jī)型，旋挖鉆機(jī)具有施工效率高、泥漿可循環(huán)利用、行走移動方便及樁孔對位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)（周應(yīng)茂，2019），因此項(xiàng)目試驗(yàn)樁施工采用旋挖鉆機(jī)成孔、水下灌注混凝土施工工藝。詳細(xì)施工工藝流程如圖1所示。

（2）雙護(hù)筒設(shè)計(jì)

施工作業(yè)面標(biāo)高為-6.0 m（相對標(biāo)高），3種樁型分別存在9.7 m、8.7 m、13.5 m的無效段，為了保證試驗(yàn)樁與設(shè)計(jì)吻合，采用雙套筒的施工工藝，以確保試驗(yàn)時基底以上部分樁體不與土體接觸，消除此位置樁的側(cè)摩阻力。

雙護(hù)筒的設(shè)計(jì)有以下要點(diǎn)：1）外護(hù)筒需將樁周圍的土體完全隔離，因此需吊裝時筒體保證垂直;2）外護(hù)筒需牢固固定，在試驗(yàn)時外護(hù)筒才不會因?yàn)閮?nèi)護(hù)筒的移動而移動;3）內(nèi)外護(hù)筒之間需留有一定的間隙，以保證兩者在相對移動時盡可能的降低摩擦力;4）外護(hù)筒要給內(nèi)護(hù)筒提供一定的水平力，以防止內(nèi)護(hù)筒在荷載作用下失去穩(wěn)定性;5）成樁過程中的泥漿及混凝土等材料很容易流入內(nèi)外護(hù)筒間，為了保證兩者一直處于相互分離的狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)采取密封措施;6）雙護(hù)筒的設(shè)計(jì)應(yīng)便于安裝。

基于以上設(shè)計(jì)要點(diǎn)及實(shí)際工程情況，雙護(hù)筒制作采用內(nèi)筒10 mm、外筒8 mm厚鋼板卷制，雙護(hù)筒的長度為打樁工作面至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高之間的距離，內(nèi)外護(hù)筒之間在頂部進(jìn)行幫條焊，在底部采用密封膠進(jìn)行止水處理，內(nèi)護(hù)筒外側(cè)每隔2.5 m對稱設(shè)置4根600 mm長的導(dǎo)向圓鋼，雙護(hù)筒上口對稱設(shè)置4個直徑為60 mm的起吊孔。

3 試驗(yàn)樁施工方法

（1）測量定位

根據(jù)建設(shè)單位提供的場地基準(zhǔn)點(diǎn)、基線控制點(diǎn)以及設(shè)計(jì)單位提供的樁位圖，測量人員使用全站儀進(jìn)行樁位測定，在定出的樁位點(diǎn)打入一個約30 cm長的小木樁，將釘子釘在木樁上作為樁位中心的標(biāo)記，隨后采用“十字栓樁法”做栓樁標(biāo)記，標(biāo)識點(diǎn)需做好妥善保護(hù)不得損壞。

（2）鉆機(jī)就位

由于旋挖鉆機(jī)在不平整的場地上施工會致使功率不足以及機(jī)身傾斜移動，從而引發(fā)安全事故，因此開鉆前應(yīng)進(jìn)行場地平整。鉆機(jī)就位后調(diào)整鉆桿至鉛直狀態(tài)，并使鉆斗處于樁中心點(diǎn)標(biāo)識的正上方。

（3）護(hù)筒埋設(shè)

鉆機(jī)平穩(wěn)就位后即可開孔鉆進(jìn)，鉆到一定位置埋設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒既可以保護(hù)孔口又能作為鉆頭的導(dǎo)向裝置。護(hù)筒頂部應(yīng)高出打樁工作面200 mm左右。

（4）泥漿制備

泥漿可以起到防止孔壁坍塌、抑制地下水、懸浮鉆渣等的作用，因此泥漿是保證成孔質(zhì)量的重要因素，由于場地土層夾有砂層、地下水位埋深淺，調(diào)制出良好性能的泥漿尤為重要。泥漿在現(xiàn)場制作，由水、膨潤土、CMC（羥甲基纖維素）等材料調(diào)制而成。泥漿性能指標(biāo)主要有比重、黏度、含砂率等，在施工過程中應(yīng)隨時檢測，確保質(zhì)量合格。

（5）旋挖鉆機(jī)成孔

旋挖鉆機(jī)成孔的原理是用底部帶有活門的桶式鉆頭回旋破碎巖土，將其裝入鉆斗內(nèi)，進(jìn)尺一定深度，利用鉆桿將鉆斗提出孔外進(jìn)行卸土，不斷鉆、提、卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度（陶延鵬，2017）。旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)壓力主要來自于鉆頭自身的重量以及加壓油缸的壓力，操作室內(nèi)液晶顯示屏控制其鉆進(jìn)深度。在施工過程中根據(jù)地層的變化調(diào)整鉆進(jìn)速度、鉆進(jìn)壓力等。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制試驗(yàn)樁樁長，當(dāng)鉆進(jìn)至持力層時放緩鉆進(jìn)速度，鉆孔完成后立即采用鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量檢測系統(tǒng)，分別檢測成孔的孔深、孔徑、垂直度及沉渣厚度。

（6）雙護(hù)筒安裝

雙護(hù)筒在機(jī)械加工廠加工成型并連接，運(yùn)至現(xiàn)場架空堆放并保持平穩(wěn)，采用履帶吊安裝，起吊前認(rèn)真核算，在保證起吊安全的前提下，將加固連接好的雙護(hù)筒一次吊裝安放入孔。

（7）清孔

旋挖鉆機(jī)工法采用無循環(huán)泥漿鉆進(jìn)，鉆渣不能通過泥漿的循環(huán)攜帶到地面而沉降，因此清除孔底沉渣，可采用雙層底撈砂鉆斗，在無進(jìn)尺的情況下，回轉(zhuǎn)鉆斗使沉渣盡可能地進(jìn)入斗內(nèi)，反轉(zhuǎn)，封閉斗門，即可達(dá)到清孔的目的。

（8）鋼筋籠吊放

由于鋼筋籠長度較大，吊裝困難，采用逐段接長法安裝工藝。分節(jié)長度應(yīng)按孔深、起吊高度和孔口連接時間等因素合理選定，本項(xiàng)目選用15～20 m為一節(jié)，主筋采用孔口直螺紋套筒連接，相鄰兩節(jié)鋼筋籠對接時，其主筋的位置應(yīng)一一對應(yīng)，以保證上下鋼筋籠軸線一致，第一節(jié)鋼筋籠安裝好后需用鋼管卡住，隨后立馬吊放第二節(jié)鋼筋籠，對準(zhǔn)后套筒連接，連接牢固后繼續(xù)下放鋼筋籠，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（9）水下灌注混凝土

樁徑900 mm樁型采用直徑為250 mm的導(dǎo)管，樁徑600 mm樁型采用直徑為200 mm的導(dǎo)管，導(dǎo)管使用前應(yīng)試拼裝、試壓，破損的密封圈應(yīng)及時更換，導(dǎo)管試壓合格后，方可進(jìn)行導(dǎo)管安放。首灌正常后持續(xù)不停的灌入其余混凝土，中途不得停歇。隨著樁孔內(nèi)混凝土面的上升，快速將導(dǎo)管逐節(jié)拔除，混凝土灌注到樁孔上部5.0 m以內(nèi)時，可不再提升導(dǎo)管，直到灌注至設(shè)計(jì)標(biāo)高后一次拔出。

（10）樁側(cè)、樁端后壓漿

SZ1試驗(yàn)樁采用樁端、樁側(cè)壓漿模式，MZ1采用樁側(cè)壓漿模式。后壓漿詳細(xì)施工步驟如圖2所示。

（11）樁頭加固處理

試樁樁頭處理應(yīng)先剔除樁頂部的浮漿及松散的混凝土，鑿樁頭過程中應(yīng)注意保護(hù)主筋，處理后的樁頭頂部應(yīng)平整光滑。本項(xiàng)目樁頭加固設(shè)計(jì)如圖3 所示。

4 施工質(zhì)量控制措施

（1）雙護(hù)筒穩(wěn)定性控制

在外套筒外側(cè)均勻安放4組φ30 mm的注漿鋼管，并壓注1∶ 0.55的水泥漿（加入適量早強(qiáng)劑）將外套管外50 mm的間隙充滿。

（2）鋼筋籠上浮控制

造成鋼筋籠上浮主要是因?yàn)榛炷恋谋砻媾c鋼筋籠的底部接近，混凝土導(dǎo)管底處于鋼筋籠底以下3 m至以上1 m之間的位置時，混凝土的灌注速度太快致使其下落時向上反沖，而鋼筋籠的自身重量又不足以抵消其向上的頂托力。

施工過程中應(yīng)采取措施防止鋼筋籠上浮，首先當(dāng)混凝土的表面在鋼筋籠底部上下約1 m的位置時，降低灌注混凝土的速度，小于0.4 m3·min-1為宜。其次鋼筋籠吊放完畢后可將上端與護(hù)筒焊接固定，此時護(hù)筒也可以承受一部分頂托力，可以起到一定的防止鋼筋籠上浮的作用;最后混凝土導(dǎo)管應(yīng)保持在鋼筋籠中間，若有偏移，則應(yīng)該邊旋轉(zhuǎn)邊起吊導(dǎo)管。

（3）鉆孔深度大，易發(fā)生塌孔事故

樁長較長，并且有空樁施工，鉆孔深度較深，施工前必須要調(diào)制好泥漿，施工過程中控制好孔內(nèi)泥漿高度，保證水頭壓力，防止塌孔事故發(fā)生。如發(fā)生塌孔及時向孔中填入好土并壓實(shí)，靜止一段時間后再行施工。

（4）孔底沉渣的控制

泥漿護(hù)壁灌注樁的孔底沉泥，嚴(yán)重影響樁端承載力的發(fā)揮，因而采用泥漿護(hù)壁灌注樁時必須注意清底工藝，否則易留下隱患（史佩棟，2015）。旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣的成因主要有：樁孔孔壁塌落、泥漿沉淀、鉆孔殘留等（房召亮，2020）。

要求必須分兩次清孔，鉆進(jìn)孔深達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，進(jìn)行第一次清孔，第二次清孔在鋼筋籠和導(dǎo)管安裝完成之后進(jìn)行，當(dāng)檢測沉渣厚度不符合要求時，采用氣舉反循環(huán)等方法進(jìn)行排渣。清孔后用測繩捆綁重鐵并下放，檢測沉渣厚度，在滿足要求后立即組織灌注混凝土施工。

（5）后注漿控制

后注漿作業(yè)的起始時間是保證能否順利注漿的重點(diǎn)。開塞時間太早則強(qiáng)度不足，樁端質(zhì)量及樁體強(qiáng)度會遭到高壓漿液的沖射破壞;開塞時間太遲，預(yù)埋注漿管被高強(qiáng)度混凝土包裹，注漿頭的橡膠膜可能會打不開而無法注漿。

注漿壓力的控制也是保證成樁質(zhì)量的關(guān)鍵因素，壓力太大注漿管可能會被破壞，壓力太小則會因?yàn)闈{液充填不足而達(dá)不到增強(qiáng)樁體承載力的要求，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)單位給定的注漿壓力設(shè)計(jì)值施工。后注漿施工過程中，應(yīng)經(jīng)常對后注漿的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常則需采取相應(yīng)的處理措施。

5 結(jié)論

采用低應(yīng)變法進(jìn)行試驗(yàn)樁樁身完整性檢測，結(jié)果樁身完整無明顯缺陷;采用慢速維持荷載法進(jìn)行單樁豎向抗壓、抗拔承載力檢測，單樁承載力檢測加載總量為單樁承載力極限值的1.2倍，SZ1、SZ3、SZ4加載總量分別為21 600 kN、1800 kN、2280 kN，檢測完成后樁身未被破壞。檢測結(jié)果表明試驗(yàn)樁施工工藝可行，雙護(hù)筒設(shè)計(jì)合理，試樁承載力及樁身質(zhì)量達(dá)到預(yù)期的效果，有效指導(dǎo)了后期大面積工程樁施工，期望為類似工程建設(shè)中樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工提供借鑒。

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