PHC管樁穿越復雜卵石巖層的施工技術研究

宋 順

中交三航局興安基建筑工程有限公司 上海 201315

1 工程概況

寧德金馬小區保障性安居工程位于寧德市學院路以南、溫福高鐵以西、擬建金馬路以東和擬建萬廣路以北地塊，總用地面積為58 067 m2，總建筑面積為195 328 m2，由5 棟18 層、5 棟30 層高層住宅樓及其他多層公建配套設施組成，其中5 棟18 層住宅樓采用PHC管樁基礎，上部為剪力墻結構。本次研究對象為5#樓、7#樓，共18 層，層高2.8 m，PHC管樁基礎，采用錘擊施工法沉樁。

2 樁基設計

樁基設計為：5#樓共127 根，7#樓共112 根，樁型為PHC 600AB 110，樁徑600 mm，樁長30～37 m，樁尖持力層為強風化花崗巖。單樁豎向抗壓承載力2 200 kN。沉樁方式為錘擊樁，接樁方式為焊接，沉樁控制以貫入度為主[1]，最后貫入度為20～40 mm/10 擊，輔以標高控制。

3 地層狀況

《寧德市金馬小區保障性安居工程二期巖土工程勘察報告》顯示，整個擬建場地均分布有中砂卵石，其厚度、強度變化較大，且中砂卵石層主要由粒徑20～120 mm的卵石組成，局部巖性為漂石，粒徑高達500 mm。該層厚度變化較大，揭露層厚為1.90～16.90 m，平均厚度為9.42 m，重型動力觸探試驗實測錘擊數N63.5為2.0～79.0 擊/10 cm，修正錘擊數N'63.5為1.4～46.2 擊/10 cm，該層強度變化很大。同時該層呈稍密-密實狀態，沉樁時可能產生嚴重的擠密效應。上述因素對錘擊樁順利穿越卵石層帶來極大的不確定性。

在殘積砂質黏性土和全風化花崗巖中局部有孤石存在。

4 研究方法

該項目5#樓與7#樓樁基設計參數基本一致，僅在管樁的數量上有所區別，且在地理位置上相鄰較近。通過比對2 棟樓所處位置的地質勘查報告，筆者發現二者的地質特征較為接近。基于上述因素，5#樓沉樁施工中出現的異常現象及其處理經驗可用于指導7#樓的沉樁施工，以提高7#樓的沉樁成功率，盡量避免發生補樁、樁身破壞等現象，實現質量、工期、成本的“三贏”。

5 5#樓管樁施工中的沉樁異常表現

5.1 樁頂無法穿透④層土層中砂卵石層

5#樓共有20 根樁無法穿透中砂卵石層，這10 根樁的平均錘擊數在近2 000 錘，最后3 陣樁錘采用3擋能量，停錘貫入度為每擊3 mm左右，且樁基反彈顯著，難以繼續打入，樁尖絕對標高分布在－30.38～－18.65 m的范圍內，根據地勘報告測算，均停留在中砂卵石層中。無法成功穿透的管樁比率為15.7%。

5.2 樁頭破碎

沉樁中，共有8 根樁發生樁頭破碎現象，一般破碎之初僅1 個棱角先破壞，隨后發展為2 面、3 面，遂停止施工。樁頭破碎的管樁比率為6.3%。

5.3 引孔后沉樁施工貫入度突然加大

現場對無法穿透卵石層的樁進行了引孔補樁。引孔后，在錘擊施打時，出現有6 根管樁貫入度突然加大現象，現場打樁工人認為是樁身發生斷裂的現象，因此收錘不再施打，后經小應變檢測，有4 根管樁樁身并未斷裂，繼續復打后達到停錘標準。其間，有2 根發生斷樁，引孔后錘擊施工發生斷樁比率為10%。

6 沉樁異常分析與處理措施

6.1 增強穿層能力

原設計提出“樁進入持力層有困難時，可考慮樁尖處采用錐形”，針對工程項目所處區域中砂卵石層較厚的地質特征，施工單位經過對當地市場管樁的多方比選，發現一種名為“帶錐形樁尖的打頭管樁”的產品，是先將錐形樁尖預制成型，再將其與樁身澆筑為一體，極大強化了錐形樁尖與管樁的整體連接，比之傳統錐形鋼樁尖，其穿透力強、整體性好。

6.2 增加沖擊能量

5#樓施工采用的是DF62型打樁錘，但發現沉樁施工中穿過卵石層的成功率較少。《預應力管樁圖集》中提到：管樁直徑為600 mm的可選用柴油錘型號包括60～62、72。根據現場實際情況，與各方溝通后，在7#樓施工中決定采用DF72型筒式柴油打樁錘并采用重錘輕打的方式，以適當增加錘擊能量[2]。現場在采用DF72型打樁錘后，因錘型較重，一般在施打的時候僅采用2 擋能量，確保實現重錘輕打。

6.3 加密勘察點

本樓原始地下勘察點較少，僅有8 個點，兩點間的平均距離約為15 m，較為稀疏。勘察單位認為本場地工程地質條件較為復雜，各持力層層面起伏較大，為進一步摸清中砂卵石層的厚度，經各方溝通后決定現場加密勘察點，共均勻布置了另外4 個勘察點。根據勘察報告，12 個點中測出中砂卵石層厚度共有5 處超過10 m，其余7 處低于10 m。

6.4 根據卵石層厚度選不同的沉樁方案[3-6]

根據5#樓的沉樁經驗，結合地勘報告的數據，現場決定對中砂卵石層厚度超過10 m的區域進行先引孔后沉樁，對于卵石層厚度小于10 m的區域采取直接錘擊施打的方法，如無法穿透則在附近位置再進行引孔補樁。

6.5 采取引孔措施

本項目中砂卵石層厚度超過10 m的區域共有10 根樁，另外也有直接錘擊施打已達到貫入度20～40 mm/陣的停錘標準，錘擊數均接近2 000 錘，仍無法穿透中砂卵石層的10 根樁，經施工方與設計單位等四方溝通，決定對這20 根樁進行引孔補樁。

（a）基本工藝[7]。結合現場的實際情況，本項目采用1 臺GPS-15型工程鉆機進行引孔施工，鉆頭采用合金鉆頭，鉆頭Φ450 mm，成孔后鉆孔Φ470 mm，為防止引孔直徑偏大影響管樁側摩阻力的發揮，采用了泥漿護壁回轉鉆進方法，引孔深度以穿透④層土層中砂卵石層為限，再進行錘擊樁施工。

（b）由于中砂卵石層中局部含有漂石，粒徑 500 mm，故在引孔設備的選用上，再備選GPS-18型鉆機、GPS-20型鉆機各1 臺。

（c）防止引孔后因孔斜出現斷樁現象。引孔后沉樁施工發生斷樁的常見原因是引孔時垂直度控制不良。故在引孔施工過程中即要緊密關注鉆桿是否垂直，及時進行校核，同時應用線錘配合鋼尺檢驗成孔的垂直度，將引孔垂直度偏差控制在1%。

6.6 防止樁頭破碎措施

（a）查看樁身是否有裂縫及樁頭法蘭盤下是否有空鼓。樁身質量存在缺陷也會造成樁頭的破碎，故現場很注重對樁身質量的進場驗收，發現裂紋則立即聯系管樁供應單位進行退換[8]。樁頭法蘭盤下的混凝土是否密實也直接關系到樁頭的受力性能，現場采用敲擊法對樁頭法蘭盤下鐵皮部位的混凝土進行空鼓檢查，發現有空鼓者立即替換，從樁身裂紋和樁頭空鼓2 方面杜絕樁頭破碎的發生。

（b）合理選擇樁墊，經常檢查樁墊的完整性。樁頭如果和樁帽直接“硬碰硬”接觸、不設減震彈性材料，樁頭則極容易被打碎。現場采用硬紙板作為樁墊減震材料，經錘擊壓實后其厚度控制在12 cm左右。由于錘頭的沖擊力很大，樁墊很容易被打碎，如果長期不更換，樁墊就會結塊變形、高低不均、失去彈性。因此，施工管理人員經常會在樁錘被放到鄰近地面處時，查看樁帽內的樁墊材料是否完好，不允許樁墊帶“病”工作。

（c）嚴格把控沉樁的垂直度控制，高度重視第1節樁的垂直度。樁身垂直度如果存在偏差，樁頂端面與打樁錘的接觸面積就會減少，錘擊偏心會導致應力集中，樁頭僅有1 個點受力，樁頭就容易被打碎，因此樁身傾斜也是造成樁頭破碎的重要原因。為此，施工單位特別關注第1節樁的垂直度，采用2 臺視線成90°的經緯儀進行垂直度控制。

7 處理結果

（a）沉樁的施工表現。7#樓對中砂卵石層厚度在10 m以內所在區域的樁直接進行錘擊施工，共90 根，其中共3 根無法穿透卵石層，后進行引孔補樁；對中砂卵石層厚度在10 m以上所在區域的樁先引孔后錘擊沉樁，共22 根，其中有2 根貫入度發生突變，經小應變檢測后，樁身并未斷裂，繼續復打后最終達到停錘標準[9]。綜上，無法穿透卵石層的樁在總樁數中所占比率從15.7%降至2.68%，樁頭發生破碎的樁在總樁數所占比率從6.3%降至0.09%，引孔后錘擊沉樁發生樁身斷裂的樁在引孔樁數中所占比率從10%降至0。

（b）試驗結果。樁基完成之后，共4 根樁進行靜載試驗，其中1 根為引孔后進行錘擊施工的樁（A型），1 根為引孔后貫入度突變后經復打后達到停錘標準的樁（B型），另外2 根為直接進行錘擊沉樁施工的樁（C型），經靜載試驗該4 根樁均能夠符合設計要求，達到設計最終加載極限值3 800 kN，在最大荷載作用下樁頂沉降小于40 mm，且沒有明顯沉降增大的現象。

8 結語

當在PHC管樁沉樁施工中遇到較為復雜的地質情況時，應綜合分析地質勘察報告、現場沉樁施工表現，針對不同類型的異常情形，提出相應的解決方案，“一把鑰匙開一把鎖”，才能使問題得到有效解決。本工程因地下中砂卵石層較為復雜，前期施工中發生多種類型的沉樁異常，后通過具有較強針對性的技術措施，使沉樁成功率有效提升，樁身破碎率顯著下降，實現了在面對復雜地質情況時成本、質量、工期的“三贏”。