肖能立 游普元

(重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶400021)

1 引言

靜壓樁法施工是通過靜力壓樁機(jī)以壓樁機(jī)自重及樁架上的配重作反力將預(yù)制樁壓入土中的一種沉樁工藝［1，2］，它以輕、便、靜、快、省、準(zhǔn)、穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，在我國的湖北、浙江、福建等省市都有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)壓樁力、壓入深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，將樁與基礎(chǔ)連接在一起，達(dá)到提高地基承載力和控制建筑物沉降的目的。但是由于建筑物所在地理?xiàng)l件的限制，在一些風(fēng)化巖面較淺、有夾層不能作為持力層且周邊有建筑物的情況下，由于斷樁、擠土效應(yīng)和沉降等問題，需要采用引孔植樁的方式進(jìn)行施工［3］。此外，錘擊管樁具有嚴(yán)重的噪音效應(yīng)影響正常工作環(huán)境;沖、鉆孔灌注混凝土樁的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面都不合理，而引孔植樁法可以克服以上的缺陷。首先，引孔后可以大大加長植樁的深度，避免了斷樁的不利影響，并可以保證樁端穩(wěn)定進(jìn)入持力層;其次，引孔植樁還可以避免臨時(shí)改變樁型所增加的費(fèi)用，同時(shí)還可以大大降低“擠土效應(yīng)”帶來不利沉樁的影響，在局部地質(zhì)環(huán)境較差的區(qū)域可以發(fā)揮較好的壓樁施工作業(yè)。

本文在借鑒靜壓樁加固建筑物與施工的基礎(chǔ)上，將引孔植樁工藝成功應(yīng)用于重慶市渝北區(qū)某學(xué)校綜合大樓工程中。該方法輔助壓樁進(jìn)入設(shè)計(jì)樁端持力層，既提高了施工效率，又有效減弱了附加沉降，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和工程效果，為類似工程提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

2 施工方法分析

2．1 施工原理

引孔配合靜壓樁植樁法針對(duì)地質(zhì)情況比較復(fù)雜，有黏土、砂層、巖層相互交替，夾層較多，樁端持力層較淺，壓樁機(jī)無法穿透的情況，很難達(dá)到設(shè)計(jì)有效樁長的要求。

引孔壓樁法在壓樁施工前，引孔機(jī)能夠穿透一般壓樁機(jī)無法正常施工的粉砂層，引孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最小有效樁長，給后續(xù)壓樁施工做好準(zhǔn)備，能夠順利保證壓樁施工達(dá)到有效樁長后，只控制樁端持力層進(jìn)入1m以上和樁的終壓力值大于設(shè)計(jì)要求即可。

引孔后再壓樁，可以減小一般壓樁工藝在施工過程中對(duì)土壤的擠壓效應(yīng)。因?yàn)樵陟o壓樁施工前，引孔機(jī)已經(jīng)按照樁位把整個(gè)樁孔的土壤取出來，形成一個(gè)相對(duì)孔洞，在靜壓樁施工時(shí)樁對(duì)土壤的摩擦擠壓力大大減小，從而避免管樁的上浮和復(fù)壓現(xiàn)象的發(fā)生。

引孔配合靜壓樁植樁法既要滿足單樁承載力要求，又要滿足單樁有效樁長要求，解決因壓力過大造成樁體損壞或壓力滿足要求但樁身無法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高要求的問題。

2．2 施工工藝流程

引孔配合靜壓樁施工主要工藝流程為:確定樁位孔及定位→樁埋設(shè)及樁段加工制作→樁引孔及錨桿養(yǎng)護(hù)→安裝壓樁反力架→第一節(jié)樁就位、校正→壓樁→深度及壓力值記錄→下節(jié)樁就位、校正→接樁→壓樁→壓樁到設(shè)計(jì)要求→最終深度及壓樁力驗(yàn)收→拆除壓樁反力架→切割樁頭→清孔(配制微膨脹早強(qiáng)混凝土)→封樁［4］。值得注意的是:在鉆孔過程中，鉆孔樁位編號(hào)與壓樁編號(hào)一致，鉆孔速度與壓樁速度保持一致，考慮到地質(zhì)層及地下水位高度，采用隔一跳打的方式進(jìn)行施工。

2．3 施工技術(shù)要求

(1)施工前，嚴(yán)格按圖紙放設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)、控制軸線、軸線、樁位，并用300 mm長φ6鋼筋系上紅線打進(jìn)土里作為樁位標(biāo)識(shí)，經(jīng)監(jiān)理單位對(duì)軸線和樁位進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)樁位準(zhǔn)確無誤后才能施工。

(2)引孔前，在樁位標(biāo)識(shí)外7～10 m處引兩個(gè)作固定點(diǎn)監(jiān)測(cè)其是否偏位，同時(shí)設(shè)兩垂線監(jiān)測(cè)其垂直度?；劂@退出的同時(shí)清理泥漿至場(chǎng)外，并用500 mm×500 mm木板蓋住孔口防塌孔。

(3)樁機(jī)就位后先對(duì)準(zhǔn)樁孔位置將樁機(jī)調(diào)平，樁段大致垂直，樁尖入地面后調(diào)直，當(dāng)樁入土50 cm時(shí)再直樁及調(diào)節(jié)器平樁機(jī)操作平臺(tái)。第一節(jié)樁下壓前，必須用兩向吊線嚴(yán)格對(duì)中調(diào)直，傾斜率不得大于0．5%，保證樁的垂直度。靜壓樁過程中應(yīng)設(shè)立固定標(biāo)志監(jiān)測(cè)樁是否有偏移，若偏移超過規(guī)范允許值，必須拔起重新對(duì)中。

(4)下壓沉樁，在垂直的兩個(gè)方向上放設(shè)吊線錘，對(duì)樁身垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。靜壓沉樁當(dāng)?shù)谝桓軜稑俄斁嗟孛?．5～1．0m時(shí)，按照設(shè)計(jì)要求灌筑混凝土1 000 mm厚封樁底。

(5)接樁，當(dāng)樁頭高出地面0．5～1．0 m時(shí)接樁，接樁前必須先調(diào)直上節(jié)樁，上下樁保持順直，上、下樁中軸線偏差不得大于2 mm，用鋼刷對(duì)接面刷清，然后對(duì)好兩節(jié)樁的接口進(jìn)行燒焊，施焊應(yīng)對(duì)稱、分層進(jìn)行并不少于兩層，自然冷卻后再繼續(xù)下壓。

(6)截樁頭，終樁后高出地面的管樁樁頭要用割樁機(jī)割斷，并且把樁頭部分敲打到地面以下，保證壓樁機(jī)長短樁壓不到的位置。

2．4 注意事項(xiàng)

在采用引孔壓樁的施工過程中，根據(jù)壓樁土層的實(shí)際情況及相應(yīng)的成孔條件，需要額外注意以下注意事項(xiàng):

(1)精確控制樁位，在施工員放線確定樁位后要重新定出樁位控制點(diǎn)。

(2)由于引孔的垂直度直接決定了工程樁的垂直度，所以每增加一節(jié)鉆桿需要重新復(fù)核垂直度。

(3)成孔質(zhì)量控制:密切注意土質(zhì)和水位等的變化，如遇特殊情況需要參照護(hù)孔措施進(jìn)行施工。

(4)口徑:確保引孔孔徑小于管樁樁徑20～50 mm。

(5)引孔深度:引孔深度需要小于樁總?cè)胪辽疃?．5～1 m的范圍內(nèi)。

(6)時(shí)效性:在進(jìn)行完施工引孔后需要在12 h內(nèi)進(jìn)行壓樁施工處理。

在注意以上引孔關(guān)鍵環(huán)節(jié)后，就可以盡可能地避免施工工程中出現(xiàn)的打樁樁斜、打樁樁斷等現(xiàn)象。

3 工程實(shí)例

2011年重慶市渝北區(qū)某學(xué)校綜合樓，地上10層，地下1層，剪力墻框架結(jié)構(gòu)，建筑面積約為7 300 m2?；A(chǔ)采用PC-400-C60靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，持力層選擇強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層。樁入土深度以設(shè)計(jì)樁長為主，設(shè)計(jì)樁長在30 m左右，工程樁單樁設(shè)計(jì)的極限承載力為3 200 kN，共計(jì)328根。

該工程場(chǎng)地周邊均有建筑，該區(qū)域?qū)φ駝?dòng)、噪聲、污染有嚴(yán)格要求，而且根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層自上而下可分為素土層(1．3～4 m)、淤泥質(zhì)土(0．3 ～0．9 m)、粉質(zhì)黏土(1．0 ～3．2 m)、黏土(1．3 ～6．4 m)、粗砂夾圓礫(1．1 ～9．6 m)、花崗巖層(2．6 ～18．5 m)。地質(zhì)狀況較為復(fù)雜，對(duì)施工要求高。

由于施工工期緊迫，由設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工方共同確定了靜壓樁施工方案。由于粗砂夾圓礫層下部為相對(duì)軟弱的黏土層，無法滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，不能直接作為端樁持力層?？紤]到粗砂夾圓礫層的穿透能力較差，先在1#、25#和37#樁點(diǎn)進(jìn)行了試沉樁。

1#樁壓入土深度13 m時(shí)，樁機(jī)壓力達(dá)到2 800 kN時(shí)，樁身無法穿越;25#樁壓入土深度為12 m時(shí)，樁機(jī)壓力達(dá)到2 900 kN，樁身無法穿越;37#樁壓入土深度為12．5 m時(shí)，樁機(jī)壓力達(dá)到2 850 kN，樁身無法穿越。三組樁均無法穿越，且未達(dá)到設(shè)計(jì)樁長要求，因此都停止了壓樁。此時(shí)，樁端都已經(jīng)進(jìn)入了花崗巖層，壓力已經(jīng)超過樁身允許壓力，如果繼續(xù)加大壓力，可能造成樁身破壞。

經(jīng)過綜合考慮，會(huì)審一致決定采用引孔配合靜壓樁植樁法作業(yè)，在考慮到引孔對(duì)擠土效應(yīng)和壓樁力效果的影響上，結(jié)合工程實(shí)例的相關(guān)研究成果，設(shè)計(jì)引孔直徑為420 mm?？刂茦?biāo)準(zhǔn):①結(jié)合地質(zhì)剖面;②按終孔鉆進(jìn)速率控制(一般可按鉆進(jìn)速率≤0．5 cm/min);③機(jī)長及地質(zhì)人員現(xiàn)場(chǎng)判斷:鉆進(jìn)撥拔聲響、鉆具鉆桿抖動(dòng)厲害，對(duì)排出的渣樣進(jìn)行鑒定等。

4 施工效果

重慶市渝北區(qū)某學(xué)校綜合樓工程的施工效果主要從施工質(zhì)量、施工工期與造價(jià)以及建筑物控制點(diǎn)監(jiān)測(cè)三方面進(jìn)行分析。

4．1 施工質(zhì)量

本工程選取靜力壓樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的主控項(xiàng)目作為重點(diǎn)研究對(duì)象，包括樁體質(zhì)量、樁位偏差和承載力。

本項(xiàng)工程共設(shè)計(jì)錨桿靜壓樁328根樁，根據(jù)施工方案，所有樁位都采用了引孔靜壓樁法進(jìn)行施工(即先在每個(gè)樁位處鉆至預(yù)定設(shè)計(jì)有效樁長處，再進(jìn)行靜壓樁施工)。通過對(duì)樁身完整性檢測(cè)結(jié)果顯示，樁身完整的Ⅰ類樁共有250根，占總樁數(shù)的76%;樁身有輕微缺陷的Ⅱ類樁共有78根，約為總樁數(shù)的24%，不影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮;在檢測(cè)過程中沒有明顯缺陷的Ⅲ類樁出現(xiàn)。抽取的6根樁的靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，6根樁的靜載荷承載力均大于承載力的設(shè)計(jì)值，表明靜壓樁能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

從工程施工質(zhì)量來看，由于施工過程中采用了引孔作業(yè)的方式，可極大地增加植樁的深度，增強(qiáng)了樁的穿透能力，避免樁頭擊破、樁身破損、斷樁等不利的影響。

在對(duì)樁進(jìn)行靜壓樁施工的過程中，在接近設(shè)計(jì)樁長的深度時(shí)，328根樁的最大壓樁力均沒有超過3 000 kN，也沒有出現(xiàn)明顯的擠土效應(yīng)，整個(gè)靜壓樁施工過程進(jìn)行得十分順利，有效地保護(hù)了樁身質(zhì)量及周邊環(huán)境。

4．2 施工工期與造價(jià)

從工期看，有效施工期約5個(gè)月，可以比采用鉆孔灌注樁施工縮短約1個(gè)半月的時(shí)間，加快了整個(gè)建設(shè)工程的施工進(jìn)度，滿足了業(yè)主的施工要求。

從工程造價(jià)來看，如果采用沖、鉆孔灌注樁進(jìn)行施工作業(yè)，造價(jià)約為126萬元;而實(shí)際的施工過程中采用引孔錨桿靜壓樁施工，造價(jià)僅為72萬元，節(jié)約費(fèi)用54萬元，約節(jié)省43%。

4．3 建筑物控制點(diǎn)監(jiān)測(cè)

為了檢驗(yàn)施工技術(shù)方案的施工效果，根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案，在工程開工前，在建筑物上布置了傾斜觀測(cè)點(diǎn)16個(gè)，沉降觀測(cè)點(diǎn)52個(gè)。通過持續(xù)監(jiān)測(cè)來判斷施工對(duì)建筑物的影響。在施工開始直至施工驗(yàn)收過程中，工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)測(cè)試中心共進(jìn)行了32次傾斜觀測(cè)與沉降觀測(cè)，觀測(cè)周期為每5天進(jìn)行一次。

1)傾斜值

圖1所示為工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)測(cè)試中心對(duì)整個(gè)工程的傾斜觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)結(jié)果，根據(jù)傾斜值和測(cè)量次數(shù)繪制了觀測(cè)的統(tǒng)計(jì)曲線。其中，抽取了8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)間隔3次的檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了分析，觀測(cè)點(diǎn)分別以A1—A8表示。建筑物傾斜率的測(cè)量采用掉線錘的方式，實(shí)時(shí)對(duì)建筑物的傾斜率進(jìn)行測(cè)量。

圖1 觀測(cè)點(diǎn)傾斜值變化曲線Fig．1 Inclination ratio curve at the observation points

傾斜觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在32次的傾斜觀測(cè)過程中，各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的傾斜率都在施工合同要求的3‰的范圍內(nèi)，并且主要控制點(diǎn)的傾斜率均在1．5‰左右，滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)［5］的要求。

2)沉降量

根據(jù)施工方案，工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)測(cè)試中心在施工過程中，選取了建筑物東西兩側(cè)作為沉降量的觀測(cè)方向，并選取了部分代表性樁進(jìn)行了沉降觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)沉降曲線的繪制。其中，東側(cè)的觀測(cè)點(diǎn)分別為 Z1、Z11、Z21、Z31，西側(cè)的沉降觀測(cè)點(diǎn)分別為Z15、Z25、Z35、Z45。從第8次測(cè)量的數(shù)據(jù)開始，對(duì)間隔3次的檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了匯總，首次觀測(cè)的沉降觀測(cè)點(diǎn)高程值是以后各次觀測(cè)用以比較的基礎(chǔ)，施測(cè)時(shí)采用N3級(jí)精密水準(zhǔn)儀，并且要求每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)首次高程應(yīng)在同期觀測(cè)兩次后確定。

觀測(cè)點(diǎn)的沉降曲線圖如圖2、圖3所示。根據(jù)沉降—觀測(cè)次數(shù)(施工天數(shù))曲線觀測(cè)結(jié)果，可以看出，從觀測(cè)第11次開始(即第55天)至觀測(cè)第31次(第155天)的100 d時(shí)間里，建筑物東西兩側(cè)的測(cè)量結(jié)果顯示，建筑物的沉降速率均在0．04 mm/d以下，特別是在東側(cè)的第17次觀測(cè)和西側(cè)的第14次觀測(cè)后，東西兩側(cè)的沉降曲線已呈逐漸收斂趨勢(shì)，且沉降速率保持在 0．09～0．22 mm/d之間。根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)程》(JGJ 8—2007)［6］中的有關(guān)規(guī)定，當(dāng)最后100 d的沉降速率小于0．01～0．04 mm/d，可認(rèn)為建筑物已經(jīng)進(jìn)入沉降穩(wěn)定階段［7］。因此，可以判定重慶市渝北區(qū)的教學(xué)樓工程的沉降速率符合施工合同中規(guī)定的要求，也符合《建筑變形測(cè)量規(guī)程》(JGJ 8—2007)［6］中關(guān)于穩(wěn)定的規(guī)定，該建筑物沉降情況良好。在沉降觀測(cè)初期，建筑物的沉降量相對(duì)較大，主要原因在于在錨桿靜壓樁施工過程中產(chǎn)生了很大的彈性變形，在壓樁力撤去之后，由于回彈變形的作用，會(huì)導(dǎo)致建筑物沉降量的波動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間后，逐漸恢復(fù)至穩(wěn)定階段的水平。

圖2 建筑物東側(cè)的觀測(cè)點(diǎn)的沉降曲線Fig．2 Settlement curve of building on observation point at east side

圖3 建筑物西側(cè)的觀測(cè)點(diǎn)的沉降曲線Fig．3 Settlement curve of building on observation point at west side

在全部328根錨桿靜壓樁中，通過對(duì)建筑物的傾斜率、沉降量以及樁身完整性與承載力的檢測(cè)，表明通過引孔配合靜壓樁植樁法作業(yè)，樁位的準(zhǔn)確率和樁長都滿足了施工設(shè)計(jì)要求，施工效果良好。

5 結(jié)論

引孔靜壓樁植樁法在渝北某學(xué)校綜合樓中的應(yīng)用，解決了在復(fù)雜特殊的地質(zhì)條件下，靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工有效樁長和單樁承載力不夠的難題，從而滿足設(shè)計(jì)有效樁長和單樁承載力要求，保證了樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量。

通過實(shí)際檢驗(yàn)，能夠滿足靜力壓樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的傾斜率滿足了《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)［5］中的要求，沉降速率保持在0．09～0．22 mm/d之間，該建筑物的沉降情況良好。

從施工綜合效益來看，采用引孔靜壓樁工藝后，工程施工質(zhì)量良好，工期縮短了1個(gè)半月，工程造價(jià)約節(jié)省43%。

綜上所述，引孔靜壓樁植樁法在類似條件下具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為類似工程提供了參考借鑒。

［1］ 李鏡培，何建鋒，梁發(fā)云．靜壓樁樁尖作用機(jī)理的數(shù)值模擬及參數(shù)分析［J］．結(jié)構(gòu)工程師，2007，23(3):53-57．Li Jingpei，He Jianfeng，Liang Fayun．Numerical simulation and parameter analysis on the effect of jacked pile’s tine［J］．Structural Engineers，2007，23(3):53-57．(in Chinese)

［2］ Huang J P，Liang N，Chen C H．Ground response during pile driving［J］．Journal of Geo-technical and Geo-environmental Engineering，2001，127(11):939-949．

［3］ 宋輝，劉擁兵．錨桿靜壓樁在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．建筑結(jié)構(gòu)，2011，41:1320-1322．Song Hui，Liu Yongbing．Application of static press anchored pile in foundation design［J］ ．Building Structure，2011，41:1320-1322．(in Chinese)

［4］ 周德源，李俊蘭，呂西林．多層住宅房屋糾偏設(shè)計(jì)與施工實(shí)例［J］．結(jié)構(gòu)工程師，2000(2):26-31．Zhou Deyuan，Li Junlan，Lu Xilin．An example of de-inclination design and construction of a multistory housing buliding［J］．Structural Engineers，2000(2):26-31．(in Chinese)

［5］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012．Ministry of Housing and Urban-Rural Construction of the People’s Republic of China．GB 50007—2011 Code for design of building foundation［S］．Beijing:China Architecture and Building Press，2012．(in Chinese)

［6］ 中華人民共和國建設(shè)部．JGJ 8—2007建筑變形測(cè)量規(guī)程［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007．Ministry of Construction of the People’s Republic of China．JGJ 8—2007 Code for deformation measurment of building and structure［S］．Beijing:China Architecture and Building Press，2007．(in Chinese)

［7］ 趙國選．錨桿靜壓樁在新建工程中的應(yīng)用［J］．建筑結(jié)構(gòu)，2003(5):52-53．Zhao Guoxuan．The application of static press anchored pile in new construction［J］．Building Structure，2003(5):52-53．(in Chinese)