李安勇 張 浩

1.蘇州科技學(xué)院土木工程學(xué)院 蘇州 215011；2.蘇州中潤(rùn)建設(shè)管理咨詢有限公司 蘇州 215006

0 前言

靜壓PHC管樁是我國(guó)應(yīng)用較為廣泛的沉樁方式。在我國(guó)分布較廣泛的沿江沿河地區(qū)，通常在地基淺表存在較深厚密實(shí)砂性土層，由于壓樁阻力較大，一般采用引孔工藝輔助沉樁，即利用螺旋鉆機(jī)把樁位處部分砂性土層移除，以減少沉樁阻力。但由于引孔直徑需要小于樁徑，加上砂性土層孔壁自立性較差，成孔效果不能確保，擠土效應(yīng)仍較強(qiáng)，往往實(shí)際應(yīng)用中的沉樁阻力還是很大，沉樁標(biāo)高和樁身質(zhì)量較難保證，壓樁后期的浮樁現(xiàn)象不能有效避免，往往需要樁機(jī)復(fù)壓或由于無法壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高而截樁，影響樁基承載力[1,2]。

本文結(jié)合實(shí)際工程，采用水泥土樁引孔工藝，即在管樁樁位預(yù)先施工水泥土攪拌樁，然后在水泥初凝前靜壓管樁，所需壓樁力大為減少，而單樁豎向承載力增長(zhǎng)穩(wěn)定，較非引孔樁提高約70%，從而所需樁長(zhǎng)大大減少，對(duì)購(gòu)樁、壓樁和引孔支出等綜合成本測(cè)算后，成功應(yīng)用到實(shí)際工程，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

本文主要介紹水泥土樁引孔工藝的施工控制技術(shù)，高效提高樁側(cè)土強(qiáng)度，增加樁側(cè)摩阻力，使得C80高強(qiáng)管樁和樁周土強(qiáng)度更好匹配，有效發(fā)揮高強(qiáng)管樁的性能，最終可靠提高單樁極限承載力，繼而達(dá)到減少樁長(zhǎng)，節(jié)約造價(jià)的目的。

1 工程背景

蘇州高新區(qū)某2 幢高層，設(shè)計(jì)采用PHC-500-120-AB樁型，管樁外徑500 mm，壁厚120 mm。單樁豎向抗壓極限承載力設(shè)計(jì)要求不小于4 800 kN，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，按常規(guī)壓樁工藝，需采用不少于40 m的樁長(zhǎng)。

因地表淺表存在較多建筑垃圾與原建筑物基礎(chǔ)，淺表①1雜填土和①2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土先后清除。與樁基施工相關(guān)的工程地質(zhì)分布狀況如下：③2粉質(zhì)黏土，④1粉土，④2粉砂，⑤粉質(zhì)黏土，⑥1黏土。樁端持力層為⑥1層黏土。

工程樁有效樁長(zhǎng)17 m，成樁時(shí)樁身要連續(xù)穿過平均厚10 m的密實(shí)砂性土層，分別為平均厚4 m的④1粉土層、厚5.00～7.70 m的④2粉砂層，特別是④2粉砂層，標(biāo)貫擊數(shù)達(dá)56.5，雙橋靜探錐尖阻力qc峰值達(dá)22.69 MPa，平均為13.18 MPa，按常規(guī)靜壓樁，前期壓樁已經(jīng)很困難，后期壓樁將更為困難，浮樁、斷樁和達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高等施工問題難以避免，從而影響樁基承載能力[3-5]。

2 不同施工方法單樁承載力的差異性研究

為比較用水泥土引孔對(duì)常規(guī)非引孔單樁的承載力的增長(zhǎng)情況，并探索更可靠的引孔工藝控制方法，對(duì)9 根樁進(jìn)行了10 次慢速維持荷載靜載試驗(yàn)。

水泥土樁引孔工藝的基本程序是：在樁位上預(yù)先施工比管樁外徑大100 mm的水泥土攪拌樁，在攪拌樁施工結(jié)束后、水泥初凝前，再靜壓管樁。引孔控制深度穿過④2粉砂層。水泥的初凝時(shí)間可摻入適量的外加劑加以調(diào)節(jié)，來適應(yīng)施工班組的實(shí)際生產(chǎn)功效。

靜載試驗(yàn)分為3 組，第1組中對(duì)1 根常規(guī)非引孔單樁進(jìn)行了初壓和復(fù)壓試驗(yàn)。第2組測(cè)試了2 根用水泥土引孔工藝的試樁；第3組對(duì)用摻入膨潤(rùn)土的改進(jìn)的水泥土引孔工藝施工3 根試樁，和3 根工程樁分別進(jìn)行了測(cè)試。管樁有效樁長(zhǎng)與設(shè)計(jì)擬采用的樁長(zhǎng)一致，統(tǒng)一為17 m。

1）首先進(jìn)行的是未經(jīng)引孔、直接壓樁的單樁初壓和復(fù)壓靜載試驗(yàn)，其Q-s曲線如圖1所示。

初壓極限承載力為2 840 kN。8 d后復(fù)壓，加載至3 300 kN后，為較準(zhǔn)確測(cè)得承載力，荷載分級(jí)由300 kN減小為100 kN，測(cè)得復(fù)壓樁極限承載力為3 500 kN，雖較初壓增長(zhǎng)約20%，但離單樁目標(biāo)極限承載力4 800 kN還有1 300 kN。

2）第2組用水泥土引孔的2 根樁靜載試驗(yàn)，其Q-s曲線如圖2所示。

圖1 普通靜壓樁的初壓和復(fù)壓Q-s曲線

圖2 常規(guī)水泥土樁引孔 靜壓樁的Q-s曲線

2 根樁極限承載力分別為2 880 kN和3 750 kN，第1根樁測(cè)試結(jié)果與非引孔樁結(jié)果很接近，表明水泥土引孔沒有起到顯著作用，第2根樁測(cè)試結(jié)果雖有增長(zhǎng)，但試驗(yàn)結(jié)果與目標(biāo)承載力4 800 kN相差較大。

第2組用水泥土引孔后，可以判斷是樁側(cè)摩阻力沒有比原狀土顯著提高，并且2 根樁承載力相差達(dá)到 870 kN，離散性很大，無法滿足工程要求。

單純采用水泥土引孔，由于砂層十分致密，水泥土不易攪拌均勻，攪拌效能較低，從而管樁壓入后樁側(cè)摩阻力較原狀土提高不穩(wěn)定，甚至基本沒有提高，故提高承載力應(yīng)從增加水泥土在密實(shí)砂層中攪拌均勻性著手。

3）第3組采用改進(jìn)的水泥土引孔工藝，摻入膨潤(rùn)土后，3 根試樁的Q-s曲線如圖3（a）所示。

第1根試樁加載至5 200 kN后，樁頭破碎，其前一級(jí)荷載為5 000 kN，荷載試驗(yàn)曲線為緩變形，可以判斷單樁豎向極限承載力不低于5 000 kN。為保證試驗(yàn)人員的安全起見，后面的各單樁靜載試驗(yàn)最大加載值均取4 800 kN。試樁靜載測(cè)試結(jié)果均不低于4 800 kN。試樁試驗(yàn)成功后，將之用于工程樁，3 根試樁的Q-s曲線如圖3（b）所示。工程樁的靜載測(cè)試結(jié)果均不低于4 800 kN。作為3 根工程樁靜載試驗(yàn)的輔助檢查，隨機(jī)抽取了12 根工程樁，對(duì)其進(jìn)行高應(yīng)變測(cè)試，各樁測(cè)試結(jié)果表明其極限承載力也不小于4 800 kN。

圖3 改進(jìn)的水泥土樁引孔靜壓樁的Q-s曲線

對(duì)比第2組和第3組測(cè)試結(jié)果，可見在密實(shí)砂層中，引孔成樁的水泥土均質(zhì)性好壞，直接影響到樁側(cè)摩阻力的增幅大小與穩(wěn)定性。利用引孔漿液中摻入膨潤(rùn)土的觸變性，讓水泥土易于攪拌，使水泥土更為均勻，從而獲得較高的穩(wěn)定可靠的管樁豎向極限承載力。

在工程樁施工過程中，壓樁力較常規(guī)靜壓樁施工工藝顯著減少，壓樁工效比常規(guī)壓樁大為提高。工程樁的最終壓樁力，平均值為1 753 kN，標(biāo)準(zhǔn)差為874 kN，遠(yuǎn)小于單樁豎向極限承載力4 800 kN，而極限承載力不小于4 800 kN。

對(duì)180 根工程樁進(jìn)行了動(dòng)載低應(yīng)變測(cè)試，155 根樁測(cè)試結(jié)果為Ⅰ類樁，在不同深度存在輕度缺陷的Ⅱ類樁25 根，但均可作為正常工程樁使用。利用摻入膨潤(rùn)土的水泥土引孔技術(shù)施工的靜壓管樁，還避免了在這類有深厚砂性壓土層的場(chǎng)地施工靜壓樁時(shí)，出現(xiàn)常見的靜壓樁樁頭爆裂、由于浮樁需要復(fù)壓和各樁樁身有效長(zhǎng)度不等或達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高等不利狀況。

3 水泥土引孔工藝靜壓管樁的施工控制方法

在密實(shí)砂層中，使用摻入膨潤(rùn)土的水泥土引孔技術(shù)，正是由于膨潤(rùn)土的摻入增強(qiáng)了水泥土混合物的觸變性，使得攪拌樁鉆頭易于在密實(shí)砂性土層中攪拌，使水泥土更為均勻，加上水泥土初凝前、管樁壓入過程中對(duì)水泥土的擠密作用，隨著樁側(cè)水泥土強(qiáng)度的發(fā)展，樁側(cè)原狀土最終被置換為強(qiáng)度更高、與樁側(cè)結(jié)合更為緊密的水泥土，從而獲得比原狀土更高的摩阻力，單樁的豎向極限承載力進(jìn)而得到大幅度穩(wěn)定提高。故施工措施上要從使得水泥土在密實(shí)深厚砂層中更易于攪拌均勻，與后施工的管樁結(jié)合更緊密上探索施工控制技術(shù)。

3.1 施工流程

攪拌樁樁位測(cè)放→攪拌樁引孔→管樁樁位復(fù)測(cè)→管樁施工

3.2 攪拌樁工藝控制方法

3.2.1 攪拌樁樁位測(cè)放

根據(jù)設(shè)計(jì)圖測(cè)放樁位，將每根樁位用竹簽打入地下做好標(biāo)志，如在機(jī)械行走過程中被壓掉，當(dāng)由于現(xiàn)場(chǎng)不能通視等條件限制，不能用方格網(wǎng)法復(fù)測(cè)樁位時(shí)，應(yīng)當(dāng)用極坐標(biāo)法復(fù)測(cè)。

3.2.2 攪拌樁引孔工藝控制

1）引孔深度控制。本工程引孔深度以穿過④2粉砂層為目標(biāo)控制，加上地表以下至樁頂標(biāo)高以上送樁長(zhǎng)度，引孔深度18 m，引孔φ600 mm。樁頂標(biāo)高以上送樁部分不噴漿。

2）漿液配比控制。根據(jù)本工程地層特點(diǎn)和工藝要求，水泥漿的水灰比應(yīng)嚴(yán)格控制在0.8～1.0范圍內(nèi)。噴漿量按加固土體質(zhì)量比的12%控制，另摻入水泥質(zhì)量12%的外加劑，外加劑為以蒙脫石為主要組成部分的膨潤(rùn)土。按每根樁水泥及外加劑計(jì)算用量放入攪拌桶，攪拌漿放入集漿池。此外，為嚴(yán)格保證配合比，輸漿管空管時(shí)要加100 kg水泥漿，事先潤(rùn)滑管道，防止管道吸水而使配合比發(fā)生改變。

3）引孔過程控制。采用3 次噴漿、4 次攪拌工藝。攪拌樁成樁工藝包括樁機(jī)就位，預(yù)攪下沉噴漿，噴漿攪拌上升，重復(fù)下沉攪拌，重復(fù)噴漿攪拌上升等環(huán)節(jié)。

試劑：Ni2+貯備液1000mg/L、氫氧化鈉溶液，C(NaOH)=2mol/L、氫氧化鈉溶液，C（NaOH）=0.1moL/L、硝酸溶液（1：1）、硝酸溶液（1：99）、蒸餾水

具體操作要點(diǎn)如下：

（1）樁位測(cè)放：測(cè)量控制點(diǎn)交接后，進(jìn)行樁位測(cè)放，測(cè)放偏差不大于20 mm。

（2）樁機(jī)就位：引孔樁機(jī)就位、對(duì)中按照預(yù)先設(shè)定的施工順序，移機(jī)就位、對(duì)中、調(diào)整機(jī)垂直度，確保成樁垂直度偏差不超過1%。

（3）預(yù)攪下沉：預(yù)攪下沉速度由電氣控制裝置的電流監(jiān)測(cè)表控制，且鉆頭必須正向旋轉(zhuǎn)下沉，進(jìn)入砂層后即可噴漿下沉。

（4）噴漿攪拌上升，下沉至設(shè)計(jì)樁深，待漿液送至鉆頭出口時(shí)，邊噴、邊攪拌上升，攪拌必須均勻，噴漿攪拌時(shí)鉆頭的提升（或下沉）速度不宜大于0.5 m/min。

（5）漿液制備及送漿 ：壓漿速度應(yīng)和提升（或下沉）速度相配合，確保額定漿量在樁身長(zhǎng)度范圍內(nèi)均勻分布。

（6）漿液攪拌應(yīng)均勻，隨配隨用，放入料筒前使用濾網(wǎng)進(jìn)行過濾。攪拌人員應(yīng)認(rèn)真記錄攪拌量，司泵人員應(yīng)如實(shí)記錄施工耗漿量。

3.3 靜壓管樁施工控制

攪拌樁引孔施工結(jié)束后、水泥初凝前，采用靜壓樁機(jī)進(jìn)行成樁施工。

每根樁引孔結(jié)束后，應(yīng)采用全站儀根據(jù)軸線重新測(cè)放樁位，并經(jīng)有關(guān)人員復(fù)核后，方可施工并做好樁位保護(hù)工作。

樁機(jī)就位前，施工班組必須進(jìn)行樁位復(fù)查，凡單樁樁位誤差大于10 mm的，應(yīng)重新測(cè)放，待校正后方可進(jìn)行攪拌樁施工。

施工時(shí)必須控制樁的垂直度，調(diào)整樁身偏差不超過0.5%后，方可開始?jí)簶叮㈦S時(shí)接受檢查，最終樁身垂直度偏差不超過1%。

其余施工過程同普通靜壓樁，在此不再贅述。

4 結(jié)語

本工程采用摻入膨潤(rùn)土的水泥土樁引孔技術(shù)后，較采用常規(guī)靜壓技術(shù)的管樁豎向極限承載力有大幅穩(wěn)定增長(zhǎng)，增幅約為70%，質(zhì)量可靠，壓樁力減少，節(jié)約造價(jià)[6,7]。

水泥土引孔靜壓管樁要取得較高單樁豎向極限承載力，需要從水泥土攪拌成樁質(zhì)量著手，做好如下主要控制要點(diǎn)：

1）攪拌樁樁位與管樁樁位準(zhǔn)確測(cè)放，二者樁位中心重合，嚴(yán)格控制攪拌樁和管樁各自的垂直度，以使管樁位于攪拌樁中心，使得管樁周圍都能被水泥土均勻握裹，可靠提高樁側(cè)摩阻力。

2）根據(jù)深厚密實(shí)砂層特點(diǎn)，為更易于水泥土攪拌，引孔漿液應(yīng)摻入適量膨潤(rùn)土，根據(jù)試配結(jié)果，嚴(yán)格控制攪拌樁水泥漿液的配合比和膨潤(rùn)土的摻量。

3）水泥土攪拌樁采用3 次噴漿、4 次攪拌工藝，壓漿速度應(yīng)和提升（或下沉）速度相配合，確保額定漿量在樁身長(zhǎng)度范圍內(nèi)均勻分布。每根樁都要復(fù)攪復(fù)噴，求得最佳加固效果。

4）做好工序的銜接，避免引孔結(jié)束后的長(zhǎng)時(shí)間等待。應(yīng)在攪拌樁引孔施工結(jié)束后復(fù)測(cè)管樁樁位，在水泥初凝前完成壓樁。