柯 靈, 徐繼忠, 鄭 體

(中冶成都勘察研究總院有限公司，四川成都 610000)

植入沉樁法是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)一種新型工法，相比常規(guī)的錘擊法或靜壓法沉樁優(yōu)點(diǎn)明顯，在一些建筑密集區(qū)域或地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域，管樁采取直接錘擊法或靜壓法一方面沉樁較困難，阻力大，強(qiáng)行穿越易造成樁身?yè)p傷；另一方面擠壓土體后易對(duì)周邊建筑或管網(wǎng)線造成一定的影響[1]。而采用植入法沉樁可通過(guò)預(yù)成孔至所定持力層再植樁，能較好保障管樁施打質(zhì)量。該樁型特點(diǎn)在于，通過(guò)預(yù)成孔方式減少其管樁樁尖沉樁阻力，此外通過(guò)后注漿填充管樁與成孔孔壁的縫隙以及側(cè)壁土層的縫隙，可有效提高高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁樁側(cè)阻力，從而達(dá)到提高單樁承載力要求，其植入沉樁法基樁結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 植入沉樁法基樁結(jié)構(gòu)

本文結(jié)合四川宜賓某高回填土中特殊地質(zhì)復(fù)雜地層工程，介紹了植入法沉樁的設(shè)計(jì)與施工情況，并通過(guò)應(yīng)用效果分析驗(yàn)證了該樁型的安全性、經(jīng)濟(jì)性及先進(jìn)性。

1 工程概況

四川宜賓某工程主要為工業(yè)廠房(約1F)，主體結(jié)構(gòu)類型擬采用鋼結(jié)構(gòu)，柱下軸力約為5 000kN，基礎(chǔ)型式擬采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。擬建場(chǎng)地位于四川盆地南部山丘陵區(qū)，場(chǎng)地通過(guò)回填后相對(duì)較平整，自上而下分布土層為雜填土、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r。各土層物理指標(biāo)如表1所示，該地質(zhì)條件中主要特殊地層為雜填土，其厚度為5～33m，主要由強(qiáng)—中風(fēng)化泥巖、砂巖碎塊石組成，塊石、孤石含量約為80 %。樁基施工在這類高填方土層中施工難度較大，其地層各類土物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 各層土物理力學(xué)指標(biāo)

2 設(shè)計(jì)方案選擇

本工程主要為工業(yè)廠房，原設(shè)計(jì)樁基采用鉆孔灌注樁，混凝土強(qiáng)度為C30，樁徑為0.6m，樁長(zhǎng)為20～35m不等，以中風(fēng)化泥巖為持力層，單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2 000kN(特征值為1 000kN)。因場(chǎng)地均為高回填區(qū)，為防止地基不均勻沉降，總裝車間獨(dú)立基礎(chǔ)承臺(tái)共布置813根基礎(chǔ)樁，平均樁長(zhǎng)為28m。

考慮到本場(chǎng)地回填土較深，采用鉆孔灌注樁需采用全護(hù)筒護(hù)壁方式，這樣一方面成孔較慢，工期無(wú)法滿足要求；另一方面成孔過(guò)程中遇到塊石孤石施工難度較大，沉渣厚度難以滿足設(shè)計(jì)要求，存在較大的質(zhì)量隱患。通過(guò)理論分析計(jì)算，基礎(chǔ)型式若采用大直徑管樁，直徑0.6m，以強(qiáng)風(fēng)化泥巖為持力層，單樁承載力特征值可達(dá)到1 800kN。相比鉆孔灌注樁，具有工期短、無(wú)泥漿污染等優(yōu)點(diǎn)，平均樁長(zhǎng)為25m，材料選用PHC-AB(600)-130。

為研究場(chǎng)地管樁施工工藝，場(chǎng)地進(jìn)行了6根試樁作業(yè)，其中3根采用錘擊法沉樁工藝，另3根采用植入法沉樁工藝，均選取地質(zhì)條件較差的區(qū)域進(jìn)行試樁作業(yè)。其錘擊法沉樁中有1根施工至11m處貫入度即滿足設(shè)計(jì)要求。但根據(jù)地勘報(bào)告顯示處于回填土層，未進(jìn)入持力層，其余2根正常進(jìn)入持力層；另三根通過(guò)旋挖預(yù)成孔后均進(jìn)入了持力層，達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)深度，待植入管樁后灌入水泥漿達(dá)到凝期要求后，對(duì)其6根樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 荷載-沉降曲線

從圖2靜載試驗(yàn)可知，1～3號(hào)樁采取植入法沉樁工藝通過(guò)注漿后，其樁側(cè)填土的性質(zhì)得到了較大的改善，有效地提高了樁側(cè)摩阻力，單樁豎向抗壓極限承載力達(dá)到了3 600～3 700kN，沉降量較小；4～6號(hào)樁采用錘擊法沉樁，單樁豎向抗壓極限承載力為2 300～2 800kN，離散性相對(duì)較大，沉降量相對(duì)較大，主要因填土內(nèi)孤石、塊石較多，填土不均勻，部分樁基遇孤石后無(wú)法進(jìn)入持力層，對(duì)其承載力造成較大地影響；部分管樁在施工過(guò)程中也易發(fā)生管樁擠偏跑位，垂直度偏差較大；相對(duì)比而言，采用植入法沉樁工藝整體承載力約提高了25 %，能較好了克服錘擊法施打管樁中存在相關(guān)難題，一方面可有效的提高了樁基承載力，另一方面樁身沉降量也相對(duì)減少。

3 施工技術(shù)

3.1 施工工藝

植入法沉樁施工工藝相比傳統(tǒng)的錘擊法成樁，主要增加了鉆機(jī)引孔工藝及孔壁注漿工藝，其具體施工工藝如下：施工準(zhǔn)備→樁孔放線定位→鉆機(jī)開孔→繼續(xù)鉆進(jìn)、排渣、成孔 →鉆至持力層→沉樁→送樁→孔壁注漿→成樁檢測(cè)→成樁驗(yàn)收。

3.2 關(guān)鍵工序施工要點(diǎn)

(1)放線定位引孔。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙定位圖，可采用旋挖鉆機(jī)或長(zhǎng)臂螺旋鉆機(jī)進(jìn)行開孔引孔。為保證植入法植入效果，開孔孔徑一般宜大于管樁直徑50～100mm，通過(guò)鉆機(jī)鉆進(jìn)引孔，可將其部分塊石或孤石進(jìn)行破碎并取出孔外。施工中要確保成孔垂直度，取土深度應(yīng)大于成孔深度2/3以上，終孔可根據(jù)鉆機(jī)取土性狀是否達(dá)到設(shè)計(jì)持力層深度。

(2)沉樁。沉樁過(guò)程中因引孔孔徑約大于管樁直徑，為保證管樁不直接落入孔內(nèi)，孔內(nèi)可先采用細(xì)粒土進(jìn)行部分回填，再對(duì)管樁進(jìn)行施打。因回填土較深，一般預(yù)制管樁樁長(zhǎng)不大于12m，需采取接樁措施。發(fā)生接樁時(shí)，樁身入土后露出的樁頭應(yīng)高出地面0.5～1.0m。焊接前，上下節(jié)樁接頭端板表面應(yīng)用鋼絲刷清刷干凈并保持干燥，坡口處應(yīng)刷至露出金屬光澤。上節(jié)樁身應(yīng)與下節(jié)樁身保持順直，焊縫要連續(xù)飽滿，不得有夾渣或蜂窩，并達(dá)到二級(jí)焊縫要求。沉樁深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)進(jìn)入持力層深度要求以及貫入度要求。

(3)注漿?？妆谧{可先采取70型鉆機(jī)進(jìn)行引孔穿透填土深度，然后通過(guò)預(yù)埋注漿管進(jìn)行高壓后注漿，注漿水灰比約為0.5。管樁與預(yù)成孔孔壁間間隙漿液應(yīng)飽和密實(shí)，注漿高度應(yīng)待地面返漿為止，并根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿。待水泥漿凝固后，一方面對(duì)樁側(cè)周邊的土體進(jìn)行了加固處理，減少其后期土體固結(jié)沉降；另一方面在樁體與巖體間形成了一層水泥泥皮，可增強(qiáng)管樁的抗傾覆穩(wěn)定性，還可增加其樁側(cè)摩阻力。

4 效果分析

4.1 承載力及沉降分析

通過(guò)靜載試驗(yàn)，植入法沉樁施工工藝相比傳統(tǒng)錘擊法成樁工藝承載力得到了較大的改善。傳統(tǒng)錘擊法沉樁主要為擠土樁，擠土效應(yīng)會(huì)使樁側(cè)四周土體產(chǎn)生超孔隙水壓力。管樁施工完成后超孔隙水壓力開始消散，樁四周土體固結(jié)沉降，造成樁承載力降低。而植入法沉樁非擠土樁，樁側(cè)四周通過(guò)后注漿工藝后可有效的固結(jié)四周土體，減少其填土的負(fù)摩阻力，虛土相應(yīng)地減少，從而使承載力得到了一定地提高，沉降量也相對(duì)降低了許多。

4.2 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

通過(guò)上述基礎(chǔ)樁方案對(duì)比分析，植入法沉樁施工工藝相比旋挖成孔灌注樁，在提高單樁承載力情況下， 預(yù)應(yīng)力管樁數(shù)量有所減少，從而節(jié)約了工期，節(jié)省了施工成本。采取旋挖成孔灌注樁，需采用全護(hù)筒跟進(jìn)護(hù)壁措施，因填土較厚，混凝土充盈系數(shù)達(dá)到1.4以上，樁徑0.6m，綜合單價(jià)約為1 100 元/m，采用植入法沉樁，管樁直徑為0.6m，因管樁材料費(fèi)以及注漿工藝的增加，綜合單價(jià)約為750 元/m，其測(cè)算表格見表2。

表2 植入法管樁與旋挖灌注樁成本測(cè)算

從上述工程造價(jià)對(duì)比分析，植入法沉樁工藝可節(jié)約造價(jià)約40 %，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好。

4.3 成樁優(yōu)越性分析

旋挖成孔灌注樁在這種高填方區(qū)域基礎(chǔ)樁中應(yīng)用時(shí)，需采取全護(hù)筒跟進(jìn)護(hù)壁措施，樁身易遇到夾泥、縮頸、沉渣厚度不滿足要求等方面質(zhì)量缺陷，同時(shí)易給場(chǎng)地帶來(lái)污染，工效相對(duì)較低；錘擊法或靜壓法管樁基礎(chǔ)在此工程中應(yīng)用時(shí)，遇到填土中孤石或塊石，樁頭易損壞和折斷，甚至無(wú)法進(jìn)入持力層，難以滿足樁承載力和穩(wěn)定性要求；而采用植入法沉樁新型工藝通過(guò)預(yù)引孔以及后注漿的作用，能較好地解決上述相關(guān)問(wèn)題，應(yīng)用于這種高填方地層中具有一定的優(yōu)越性。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)針對(duì)傳統(tǒng)的錘擊法或靜壓法沉樁在基樁工程中應(yīng)用存在的缺點(diǎn)，提出了一種新型的沉樁工藝即植入法沉樁。通過(guò)試樁和靜載試驗(yàn)分析，這種工藝能提高單樁承載力，減少樁基的沉降，有效地解決了高填方區(qū)域成樁困難的難題，并取得較好地效果，對(duì)類似的項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

(2)通過(guò)應(yīng)用于具體的工程中，歸納和總結(jié)了植入法沉樁施工的關(guān)鍵工序和要點(diǎn)，對(duì)同類工程施工具有一定的指導(dǎo)意義。

(3)以實(shí)例從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及成樁質(zhì)量上，將植入法成樁與旋挖灌注樁進(jìn)行工藝以及造價(jià)的對(duì)比分析，表明植入法沉樁質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)用于這種類似高填方基樁工程中具有一定的優(yōu)越性。