何世鳴

(北京建材地質(zhì)工程公司，北京100102)

1 問(wèn)題的提出

目前國(guó)內(nèi)外在施工預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁時(shí)，多采用泥漿護(hù)壁正反循環(huán)、沖擊鉆或靜態(tài)護(hù)壁的旋挖鉆機(jī)成孔，下入事先加工好的鋼絞線籠，之后利用導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土灌注成樁。該方法根本缺陷是承載體采用反力盤(pán)，反力盤(pán)下端采用擠壓錨進(jìn)行固定，下籠過(guò)程中易產(chǎn)生“水桶”效應(yīng)，更為困難的是導(dǎo)管不能下到底，導(dǎo)致關(guān)鍵部位混凝土不密實(shí)，提供反力不理想，即使采用了孔底后壓漿補(bǔ)救措施也不理想。

部分粘結(jié)預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁的優(yōu)點(diǎn):改變了混凝土受力性狀，使混凝土受力更合理，可按一級(jí)抗裂縫進(jìn)行抗拔抗浮樁設(shè)計(jì);節(jié)省大量鋼筋;長(zhǎng)螺旋成孔壓灌混凝土后插鋼筋－鋼絞線籠實(shí)現(xiàn)了快速施工，效率高，比傳統(tǒng)反循環(huán)鉆機(jī)施工快5～10倍;不用泥漿護(hù)壁，沒(méi)有泥漿污染，實(shí)現(xiàn)了干作業(yè)，利于安全文明施工，尤其在市內(nèi)施工，更顯其優(yōu)勢(shì)。

由筆者申請(qǐng)并已授權(quán)的專利技術(shù)“部分粘接預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁及其施工方法”(專利號(hào):ZL 200710065368．6)及“部分粘接預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁的鋼絞線籠”(專利號(hào):ZL 200720104256．2)以其明顯的優(yōu)越性正在迅速推廣。該施工工藝是采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，管內(nèi)泵壓大塌落度細(xì)礫混凝土，后插鋼筋－鋼絞線籠成樁。但當(dāng)樁達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)，其受力就將變得不合理，其上部側(cè)摩阻力不能很好發(fā)揮，不能充分發(fā)揮其承載力。從受力曲線上來(lái)看，沿樁軸線方向軸力峰值只有一個(gè)，如果能改變其結(jié)構(gòu)，使其有2個(gè)或多個(gè)峰值，其受力將更加合理，單樁承載力將大大提高，其經(jīng)濟(jì)效益也將顯著提高。同樣承載力設(shè)計(jì)值，樁就可縮短，或根數(shù)減少，便于施工，可保證質(zhì)量和進(jìn)度。也將更加節(jié)約環(huán)保。

但是在樁徑＞800 mm或樁長(zhǎng)＞30 m時(shí)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)就變得力不從心了，而目前抗拔抗浮樁采用旋挖成孔的不在少數(shù)，樁長(zhǎng)＞30 m、直徑＞800 mm的抗拔抗浮樁設(shè)計(jì)也越來(lái)越多，利用旋挖等成孔方法的鋼筋混凝土灌注樁設(shè)計(jì)為拉力分散型或壓力分散型或拉力分散與壓力綜合型的預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁就會(huì)有巨大的前景。

2 應(yīng)力分散型抗拔樁的研究

為了解決上述問(wèn)題:較長(zhǎng)抗拔抗浮樁(例如樁長(zhǎng)＞30 m)沿樁軸線方向軸力峰值只有一個(gè)，改變其結(jié)構(gòu)，使其有2個(gè)或多個(gè)峰值，并能將改變后的鋼筋－鋼絞線籠順利下入到設(shè)計(jì)標(biāo)高，從而能較好發(fā)揮其承載力，使其承載力較傳統(tǒng)成樁方法形成的樁大大提高。

該成樁方法為旋挖鉆機(jī)成孔，之后吊入鋼筋－鋼絞線籠，鋼筋籠過(guò)長(zhǎng)時(shí)需分為幾段，在孔口焊接或直螺紋連接。灌注混凝土成樁。由于該籠子改變了以往的擠壓錨定位反力盤(pán)的做法，避免了泥漿護(hù)壁水下灌注成樁工藝的“水桶”效應(yīng)，更避免了底部關(guān)鍵部位的混凝土與籠子的不能可靠握裹的弊病。保證了樁質(zhì)量的可靠。通過(guò)改變籠子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了拉力分散型、壓力分散型或拉力分散與壓力綜合型的抗拔抗浮樁。

為此，筆者又研發(fā)并申請(qǐng)了系列的應(yīng)力分散型抗拔抗浮樁及其鋼筋鋼絞線籠專利，目前已獲國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的有:部分粘結(jié)拉力分散型預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁(專利號(hào):ZL 201320624441．X);壓力分散型預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁(專利號(hào):ZL 201320624180．1);應(yīng)力分散型抗拔抗浮樁鋼筋鋼絞線籠(專利號(hào):ZL 201320694190．2);長(zhǎng)螺旋旋定噴攪拌部分粘結(jié)預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁(專利號(hào):ZL 20102 0529773．6)。

3 工程應(yīng)用情況

該系列技術(shù)在邯鄲一個(gè)直徑1 m、樁長(zhǎng)60 m的抗拔樁進(jìn)行了應(yīng)用。

3．1 工程概述

該項(xiàng)目位于邯鄲市人民路與光明大街東南角。項(xiàng)目總占地面積1．71萬(wàn) m2，凈用地面積1．56萬(wàn)m2?？偨ㄖ娣e17萬(wàn)m2，其中:地上建筑面積13萬(wàn)m2，地下建筑面積4萬(wàn)m2。該項(xiàng)目由2棟商務(wù)樓和1棟住宅樓組成。其中，A座地上45層，高度190 m;B座地上25層，高度99 m;C座地上29層，高度90 m。地下為4層。

該項(xiàng)目總投資超過(guò)5億元，以5A級(jí)寫(xiě)字樓、高檔住宅、大型綜合商場(chǎng)、高檔公寓等物業(yè)形式，集商務(wù)、文化、娛樂(lè)、休閑等功能形式于一體的城市綜合體項(xiàng)目。主樓建設(shè)高度達(dá)到190 m，落成后以邯鄲第一高度矗立在城市中央，即將成為邯鄲市商務(wù)版圖的新地標(biāo)建筑。

3．2 工程水文地質(zhì)條件

3．2．1 地層情況

勘察深度范圍內(nèi)巖性由以下12層組成:

①雜填土，松散—稍密，含碎石子，碎磚塊等建筑垃圾，層厚0．8 ～3．6 m，平均厚度1．48 m;

②粉質(zhì)粘土，軟塑—可塑，層厚1．6～5．8 m，平均厚度 4．10 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．32 MPa－1，屬中等壓縮性土;

③粉質(zhì)粘土，可塑，層厚1．5～7．1 m，平均厚度4．12 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．30 MPa－1，屬中等壓縮性土;

④粉質(zhì)粘土，可塑，局部硬塑，層厚3．5～8．4 m，平均厚度 6．13 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．25 MPa－1，屬中等壓縮性土;

⑤粉質(zhì)粘土，可塑—硬塑，層厚2．8～8．0 m，平均厚度 5．37 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．23 MPa－1，屬中等壓縮性土;

⑥粉質(zhì)粘土，可塑—硬塑，層厚4．4～12．5 m，平均厚度 7．33 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．18 MPa－1，屬中等壓縮性土;

⑦礫石土，飽和，密實(shí)，上部礫石間充填物多為粗細(xì)砂，下部為混砂粒粉質(zhì)粘土，層厚4．5～10．0 m，平均厚度 7．33 m;

⑧卵石土，飽和，密實(shí)，粒徑多為3～8 cm，級(jí)配較好，磨圓度中等，含量50% ～60%，充填物為混砂粒粉質(zhì)粘土，含有大量小礫石，層厚2．5～9．4 m，平均厚度6．20 m;

⑨粉質(zhì)粘土，硬塑，層厚 10．5 ～16．4 m，平均厚度13．38 m，壓縮系數(shù) a1－2平均值為 0．13 MPa－1，屬低—中等壓縮性土;

3．2．2 場(chǎng)地地下水埋藏條件

根據(jù)鉆探揭露情況，場(chǎng)地共2層地下水，第一層賦存于第④層粉質(zhì)粘土中，類型為孔隙潛水，主要受大氣降水及地表徑流補(bǔ)給。初見(jiàn)水位埋深8．5～11．2 m，穩(wěn)定水位埋深 8．0 ～10．8 m;第二層賦存于第⑦層礫石土及第⑧層卵石土中，類型為微承壓水，主要通過(guò)側(cè)向徑流補(bǔ)給。場(chǎng)地混合地下水穩(wěn)定埋深6．2～9．85 m。據(jù)對(duì)場(chǎng)地周邊邯鄲新時(shí)代廣場(chǎng)、千禧大廈、鑫盛大廈等場(chǎng)地勘察資料調(diào)查，自2003年至今最高水位埋深為8．3 m，水位變化幅度為1．5 m左右。

3．3 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程采用鉆孔后注漿灌注樁，主樓部分:樁徑1000 mm，總根數(shù)151根，砼強(qiáng)度C45。選層粉質(zhì)粘土作為樁端持力層，樁端進(jìn)入層不小于4．5 m，樁長(zhǎng)約45 m。單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為19000 kN，單樁承載力特征值為9500 kN。副樓部分:樁徑800 mm，總根數(shù)86根，砼強(qiáng)度C35。選⑧層卵石層作為樁端持力層，樁端進(jìn)入⑧層不小于4 m，樁長(zhǎng)約20 m。單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為8000 kN，單樁承載力特征值為4000 kN。

由于試樁在－7．3 m標(biāo)高進(jìn)行，考慮上部側(cè)阻后試樁單樁承載力極限值為23000 kN，根據(jù)試樁、錨樁的布置，每根錨樁布4根，每根錨樁的單樁抗拔承載力極限值按6000 kN設(shè)計(jì)。兩種錨樁M－1、M－2長(zhǎng)度分別為55．5 m和59．5 m。錨樁設(shè)計(jì)依據(jù)為部分粘結(jié)預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁專利技術(shù)。試樁、錨桿的設(shè)計(jì)如圖1所示，圖1中GJX－1、GJX－2、GJX－3的下部4 m為粘結(jié)做法，上部為無(wú)粘結(jié)做法。

圖1 試樁及錨樁詳圖

3．4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況

2012年7月21日開(kāi)始施工第一根錨樁，鋼絞線采用1860 MPa級(jí)無(wú)粘結(jié)鋼絞線，分別計(jì)算好各組長(zhǎng)度，按該長(zhǎng)度進(jìn)行下料，用柴油進(jìn)行清洗鋼絞線上的油脂，然后穿入鋼筋籠，進(jìn)行鎖定，如圖2、3。由于下雨影響，到晚22∶00才完成第一根混凝土灌注工作，之后每天可完成2根樁的施工。到9月下旬開(kāi)始進(jìn)行壓樁試驗(yàn)，至10月5日試驗(yàn)完畢。達(dá)到預(yù)期結(jié)果。12根錨樁在試驗(yàn)后進(jìn)行了小應(yīng)變和聲波透射法檢測(cè)顯示均為Ⅰ類樁。實(shí)現(xiàn)了在工程樁上進(jìn)行大噸位樁試驗(yàn)的突破。經(jīng)初步計(jì)算，跟單獨(dú)找試驗(yàn)場(chǎng)地試驗(yàn)相比，節(jié)約直接費(fèi)用150多萬(wàn)元。期間為驗(yàn)證鋼絞線抗拔的可靠性，在已測(cè)試過(guò)的樁上隨機(jī)抽查了4根鋼絞線進(jìn)行極限張拉試驗(yàn)，試驗(yàn)表明4根鋼絞線均張拉到450 kN，沒(méi)有將鋼絞線拔出，證明了該鋼絞線與混凝土結(jié)合的可靠。圖2～9為施工現(xiàn)場(chǎng)圖片。

3．5 試樁靜載試驗(yàn)曲線

3根試樁分別是45、120和129號(hào)，其 Q－s曲線如圖10所示。

圖2 按量好的長(zhǎng)度切割鋼絞線

圖3 將下部鋼絞線去皮清洗油脂

圖4 底部段鋼筋鋼絞線籠

圖5 上部一段鋼筋鋼絞線籠

圖6 孔口連接鋼筋鋼絞線籠

圖7 靜載試驗(yàn)進(jìn)行中

圖8 其中一根錨樁工作中

圖9 千斤頂工作中

圖10 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q－s曲線

4 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)外都不贊成在大噸位工程樁上做試樁，包括最近在施工的北京第一高樓“中國(guó)尊”地上108層，高528 m，地下6層，開(kāi)挖深度36．96 m，試樁也是在場(chǎng)地外單獨(dú)開(kāi)辟試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)試驗(yàn)合格后在工程樁位置上施工大噸位工程樁，該試樁由我公司完成，其直接費(fèi)近300萬(wàn)元。這類的超高層建筑比比皆是，每年試樁費(fèi)用將是極為可觀的，如能迅速推廣本文介紹的專利技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)保效益社會(huì)效益都將是極其巨大的。

雖然采用壓力分散型鋼筋鋼絞線籠受力會(huì)更好，但施工過(guò)程中難度會(huì)增大，不便工人掌握，尤其后期鎖定時(shí)易出現(xiàn)混亂，甚至可能會(huì)將其中某一根抽出。為此本試驗(yàn)采用了部分粘結(jié)拉力分散型預(yù)應(yīng)力抗拔樁。同樣是部分粘結(jié)拉力分散型預(yù)應(yīng)力抗拔樁，也可改變籠子構(gòu)造，使得其構(gòu)造可靠度更高，受力也更合理。

［1］ 何世鳴，李江，田震遠(yuǎn)，等．部分粘接預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁及其施工方法:中國(guó)，ZL 200710065368．6［P］．2007 －09 －05．

［2］ 何世鳴，李江，田震遠(yuǎn)，等．部分粘接預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁的鋼絞線籠:中國(guó)，ZL 200720104256．2［P］．2008 －02 －20．

［3］ 何世鳴，李江，田震遠(yuǎn)，等．部分粘結(jié)拉力分散型預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁:中國(guó)，ZL 201320624441．X［P］．2014 －04 －02．

［4］ 何世鳴，李江，田震遠(yuǎn)，等．壓力分散型預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁:中國(guó)，ZL 201320624180．1［P］．2014 －04 －02．

［5］ 何世鳴，李江，田震遠(yuǎn)，等．應(yīng)力分散型抗拔抗浮樁鋼筋鋼絞線籠:中國(guó)，ZL 201320694190．2［P］．2014 －04 －09．

［6］ 何世鳴，李江，田震遠(yuǎn)，等．長(zhǎng)螺旋旋定噴攪拌部分粘結(jié)預(yù)應(yīng)力抗拔抗浮樁:中國(guó)，ZL 2010 20529773．6［P］．2014 －04 －20．

［7］ 朱世平，杜高恒，何世鳴，等．抗拔(浮)樁的發(fā)展歷程和研究方向［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(5):5 －7，11．

［8］ 何世鳴，李江，杜高恒，等．部分粘結(jié)預(yù)應(yīng)力抗拔(浮)樁試驗(yàn)研究及應(yīng)用［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(S1):191－196．

［9］ 何世鳴，郭躍龍，趙曉東，等．部分粘結(jié)預(yù)應(yīng)力抗拔(浮)樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(7):39 －43．