雙層鋼套管試樁施工關鍵技術

朱敏峰

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 技術背景

鉆孔灌注樁是建筑領域最常見的樁基礎形式之一，能在復雜環(huán)境下為上部結(jié)構(gòu)提供較大的承載力。其單樁承載力主要由樁端阻力及樁側(cè)阻力兩部分構(gòu)成，當樁端所在持力層為軟土時，承載力主要由樁側(cè)阻力提供。為確保樁基礎的實際承載能力滿足設計工況，一般要求進行試樁加載試驗；但加載試驗只能在地面進行，試樁樁頂標高位于地面，而實際樁頂標高應位于地下結(jié)構(gòu)底板處，造成試樁環(huán)境同實際工況的差異，即試樁過程中多出了結(jié)構(gòu)底板至地面部分的土體阻力。為修正這一影響，一般會在試樁試驗中增大加載值，但在此過程中會產(chǎn)生一定誤差。為克服上述問題，國內(nèi)已研發(fā)鉆孔樁靜載荷試驗雙層鋼套管技術，通過隔離樁頂設計標高以上的樁身與土體的接觸，達到直接測試有效樁長范圍的樁基承載力的目的[1-2]。本文將簡單介紹雙套管試樁的施工及加載技術，并分析其技術特點。

2 技術路線

2.1 雙層鋼套管構(gòu)造

為實現(xiàn)隔離樁身與土體間摩擦的目的，在兩者之間埋入雙層鋼套管，其構(gòu)造特點主要包括：

1）內(nèi)套管和外套管均為具備一定厚度的鋼管，內(nèi)套管內(nèi)徑略大于試樁直徑，外套管內(nèi)徑略大于內(nèi)套管外徑。

2）內(nèi)套管長度超過基坑開挖深度3～5 m，外套管長度等于基坑開挖深度。

3）內(nèi)套管和外套管之間設有環(huán)形支撐肋板。

4）外套管底部與內(nèi)套管之間設置環(huán)形橡膠止水帶，且外套管底部收口與環(huán)形橡膠止水帶密貼。

5）外套管頂端對應部位設置4個厚鋼板的吊裝孔及擱置點（圖1）。

圖1 雙層鋼套管剖面示意

雙層鋼套管應具備下列功能：

1）雙層鋼套管之間可自由滑動，以達到消除樁側(cè)摩阻力的目的。

2）雙層鋼套管之間有可靠支撐，避免出現(xiàn)樁體失穩(wěn)現(xiàn)象。

3）能防止混凝土在澆筑過程中進入雙層鋼套管之間，影響雙層鋼套管間自由滑動。

2.2 雙層鋼套管試樁工藝流程

雙層鋼套管試樁的施工流程同一般鉆孔灌注試樁相似，具體過程如下：測量定位→鉆進成孔至鋼套管底部的安裝深度，鉆頭半徑應大于試樁半徑與鋼管壁厚之和→安裝雙層鋼套管→重新開始成孔，鉆頭半徑等于試樁半徑→成孔完畢后吊放鋼筋籠→混凝土灌注。同傳統(tǒng)灌注樁施工流程相比，主要區(qū)別在于增加了鋼套管的安裝流程，以及需進行2次成孔且第1次鉆頭半徑應大于試樁半徑。

雙層鋼套管試樁的安裝流程如下：

1）測量定位：成孔到位后，將周邊泥漿清理干凈，根據(jù)雙層鋼套管四邊中點延長線的4個坐標點重新進行放線；樁孔四周鋪設鋼板，待后續(xù)雙層鋼套管吊至孔口位置時，用型鋼與其固定。

2）雙層鋼套管吊裝：在雙層鋼套管外套管頂端對應部位設置4個厚25 mm鋼板的吊裝孔及擱置點（圖2）。在套管頂以下管長2/3位置設置1個輔助吊點，輔助吊點中心軸線必須和4個吊點及擱置點的其中1個處于同一直線。雙層鋼套管起吊采用履帶吊一次性起吊安裝到位，采用主副勾起吊形式，主勾安裝于套管頂?shù)觞c，副勾安裝于管長2/3位置的輔助吊點，以套管底與地面作為擱置點起吊并回直。

圖2 雙層鋼套管吊點構(gòu)造

3）雙層鋼套管固定：雙層鋼套管安裝至孔口后按照設計標高要求，采用2根槽鋼將雙層鋼套管與地面預埋鋼板進行焊接固定。固定前必須檢查套管垂直度及樁位中心，雙層鋼套管中心與樁位中心偏差控制在10 mm以內(nèi)。固定完成后，套管周圍采用黏土回填密實。雙套管吊放及固定應連貫進行，套管固定垂直度要求為1/200，待垂直度合格后方可最終固定和采用小鉆頭繼續(xù)成孔。

2.3 雙層鋼套管試樁靜載荷試驗

雙層鋼套管試樁加載試驗同傳統(tǒng)試樁的靜載荷試驗類似，可采用堆載法或反力架法。試樁開始前應切斷雙層鋼套管頂部內(nèi)、外套筒的環(huán)形封口頂板，使內(nèi)、外套筒分離；試樁樁帽制作時注意樁帽不應同雙層鋼套筒發(fā)生接觸。

3 工程案例分析

3.1 工程背景

某超高層建筑總用地面積24 770 m2，建筑面積306 490 m2，主要包括1幢59層辦公樓、1幢3層文化中心、1幢4層商業(yè)、1幢25層酒店以及4層地下車庫。采用雙層鋼套管技術對該建筑工程進行了試樁靜載荷試驗，以下將對試樁情況進行分析。

3.2 試樁概況

工程試樁包括抗壓試樁及抗拔試樁這2種，共30組；其中PSYZ1型及PSYZ2型為破壞性試樁，各3根，具體參數(shù)如表1所示。

表1 試樁參數(shù)

試樁施工采用GPS-20設備成孔，雙套管在場外加工制作，套管總長23.5 m，最大質(zhì)量19.02 t。φ700 mm試樁外套管內(nèi)徑910 mm，內(nèi)套管內(nèi)徑800 mm；φ1 000 mm試樁外套管內(nèi)徑1 210 mm，內(nèi)套管內(nèi)徑1 100 mm；現(xiàn)場采用120 t履帶吊進行雙套管的安裝作業(yè)，整個施工過程順利，在樁身強度達到設計值后開始進行靜載荷試驗。

3.3 加載數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場采用反力法對試樁進行靜載荷試驗，具體試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 試樁靜載荷試驗數(shù)據(jù)

從表2可以看出，上述試樁的抗壓極限承載力均大于設計加載值。

靜載荷試驗期間還對外套管的沉降進行了觀察，數(shù)據(jù)顯示靜載荷試驗過程中外套管也發(fā)生了一定沉降，推測是由于樁身沉降造成周邊土體一同產(chǎn)生了位移，其中PSYZ1試樁的套管沉降為15～25 mm，樁身沉降為43～61 mm；PSYZ2試樁的套管沉降為2～8 mm，樁身沉降為29～33 mm；觀察上述數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)套筒沉降明顯小于樁身沉降數(shù)據(jù)，證明套管同樁身之間是分離的。

但是由于支撐肋及樁身垂直度的影響，樁身同外套管間仍會產(chǎn)生一定摩阻力，根據(jù)預埋樁側(cè)摩阻力檢測裝置的數(shù)據(jù)，PSYZ1樁鋼套管段的摩阻力在400～700 kN，PSYZ2樁鋼套管段的摩阻力在300～500 kN。

4 雙層鋼套管試樁優(yōu)勢分析

4.1 試樁承載力的精確性

雙層鋼套管試樁技術的開發(fā)初衷是為了更準確地測定試樁的極限承載力。采用傳統(tǒng)方法測算額外摩阻力的過程中，不可避免地會產(chǎn)生一定誤差，因此設計為了在選取樁基承載力特征值時趨向保守。而雙層鋼套管試樁技術能夠為設計提供更精確的樁基承載力特征值，有利于工程成本的控制。

4.2 加工及安裝的便利性

雙層鋼套管試樁技術的整個施工流程同傳統(tǒng)試樁相似，僅增加了鋼套管的加工及吊裝的工序，而鋼套管的加工可以在工廠完成，因此整個操作非常簡便，不會對施工進度造成影響，增加的成本僅有鋼套管的材料及加工成本。

4.3 靜載荷試驗的簡化

由于雙層鋼套管隔斷了樁身同開挖面以上土體的摩阻力，因此降低了靜載荷試驗的最大加載值，減少的加載值一般同基坑開挖深度成正比，以本文背景工程為例，PSYZ1樁如果不采用雙層鋼套管技術則最大加載值需達到29 000 kN，增加7 000 kN。因此采用雙層鋼套管技術可以簡化靜載荷試驗的過程，同時也降低了試驗成本。

5 結(jié)語

雙層鋼套管試樁技術作為一種新型試樁技術，近年來已經(jīng)得到行業(yè)的廣泛認可，由于其能夠提供更為精確的樁基承載力，因此容易得到設計方的歡迎。同時，其施工簡便、成本低廉的特點，也得到建設方和施工方的認可。希望通過本文的介紹能為該技術的進一步推廣使用提供經(jīng)驗。