內夯沉管灌注樁工藝特點及工程應用實例

昝海洋

【摘要】本文介紹了沉管夯擴混凝土灌注樁的的工藝特點及施工質量控制要點，并通過工程實例，闡述了該樁型的優越性，對這一樁型在特定地質條件下的推廣應用具有一定的參考價值。

【關鍵詞】內夯沉管灌注樁；工藝特點；施工質量控制要點

0 前言

內夯沉管灌注樁是一種采用樁錘夯擊樁管（包括內、外管）成孔，向管底灌注一定量干硬性混凝土，并通過夯擊內管形成擴大頭，再向管內放入鋼筋籠、灌注混凝土，形成一種底部帶擴大頭的鋼筋混凝土樁。該樁型是在沉管灌注樁及擴底樁基礎上發展起來的一種集沉管灌注樁及擴底樁二者優點于一體的樁型。

該樁型適用于單樁承載力極限值不大于4000kN的工業與民用建筑，近年來隨著該技術的不斷發展成熟，單樁承載力極限值已經應達到5000KN～6000kN。其成樁直徑300～600mm，樁長可達25m。

該樁型具有較強的地層適用性，既適用于樁端有堅硬、密實持力層的地層，也適用于一般黏性土、粉土及砂土。近年來，該樁型在濕陷性黃土地區也有大量地使用。

1 施工工藝及其特點

內夯沉管灌注樁主要施工工藝流程如下（見圖1）：

（1）樁機就位，并在外套管內放入內夯管，對準樁位。

（2）錘擊外套管、內夯管，使其共同沉至設計深度。

（3）將內夯管從外管中抽出。

（4）灌入用夯擴部份的H高的干硬性混凝土（H與樁端地層有關，一般可取1.0～1.5m）。

（5）外套管按設計要求上拔h高度，h

（6）放入內夯管，并錘擊內夯管，把外套管內h高的干混凝土夯出管外。

（7）錘擊外套管、內夯管，使其沉入規定設計深度（h-c），c為底部保留的厚度（c約為0.2m）。

（8）內夯管從外套管中抽出，即完成一次夯擴的全部工序。

（9）重復工序4到8，完成二次夯擴、多次夯擴的全部工序。

（10）拔出內夯管，安放鋼筋籠底至設計標高。

（11）灌注混凝土，并開始拔出外套管。拔出外套管時，將柴油錘和內夯管的重量壓在外套管內的混凝土面上，并開啟振動錘，緩慢拔出。

圖1 工藝流程

可以看出，該樁型施工工藝流程和一般沉管灌注樁很相似，其主要區別是該工藝所采用的施工機械為內、外雙層管打樁機，即打樁機的樁管包括內夯管及外套管，且工藝流程增加了填入干硬性混凝土，并通過內夯管夯擴形成擴大頭的過程（如圖1、2、3）。

擴大頭形成過程：（圖1）外管內灌注第一批混凝土；（圖2）外管拔起h高度并插入內夯管；

（圖3）內外管夯擴在樁底形成擴大頭。

內夯管底端分為閉口平底和閉口錐底兩種形式（如圖5、6）。顯而易見，錐底的內夯管更能提高施工效率和樁端夯擴效果。

近年來，我院在大量工程實踐的基礎上，對打樁設備進行改進，在外管頂部增加了振動錘，在拔出外管的過程中開啟振動錘。這一改進使得拔管更容易，振動作用使得樁身混凝土更密實，大大得提高了施工效率和成樁質量。

2 施工質量控制要點

（1）為防止沉管過程中，內、外管間發生間隙涌水、涌泥現象，應采取封水措施。可在內夯管底部加焊一塊直徑比外管內徑小10～20mm，厚20mm左右的封底圓形鋼板。同時，在樁位點預先放置干硬性混凝土或無水混凝土配料，成孔過程中經夯擊形成阻水、阻泥管塞。

（2）在擴大頭夯填過程中，由填料人員從填料口填入一定數量的填充料（干硬性混凝土），每次填入量根據地質情況、錘擊數多少而定，擴大頭施工分二至三次夯擴，每次投料為0.2～0.3m3左右，然后外管提升高度控制在0.5～0.7m之間。擴大頭施工質量應以最后十擊貫入度不大于3cm為主控制，總投料量為副進行控制。

（3）混凝土灌注完畢，拔出外套管時，應開啟振動錘，并應控制拔管速度，做到緩慢、均勻，一般地層拔管速度控制在1～2m/min為宜。

3 工程實例

3.1工程概況

本工程為某研發中心綜合樓項目，建筑層數5層，建筑面積4200m2。框架結構。擬采用獨立基礎，基礎埋深1.8m，基礎尺寸3.0m×3.6m，基底壓力標準組合值為260kPa，單住荷載2800kN。

3.2場地工程地質條件

場地地貌單元屬渭河右岸河漫灘，地形較平坦。地下水位埋深1.8～2.7m，屬潛水。場地地層條件見表1。

地層特征及埋藏條件 表1

地層及編號 層厚（m） 巖性特征描述 承載力特征值fak（kPa） 極限側阻力標準值qsik（kPa） 極限端阻力標準值qpk（kPa）

①耕土 0.50～0.50 主要由粘性土組成，含植物根系 / / /

②黃土狀土 0.70～1.80 黃褐色，土質較均勻，大孔結構，含氧化鐵條紋，可塑狀態 120 35

③粉土 0.50～1.70 灰褐色，土質均勻，含氧化鐵條紋，飽和，中密狀態。局部砂質含量高 150 42

④粗砂 2.60～4.40 黃褐色，礦物成分以石英、長石為主，級配不良，見零星圓礫，飽和，中密狀態 170 85

⑤卵石 最大揭露厚度9.70m 主要由石英巖、花崗巖等巖石碎塊組成，亞圓形，一般粒徑25-50mm，最大140mm，充填約25%粗礫砂，密實狀態 350 150 2500

3.3地基基礎方案比選

根據勘察報告提供地層情況及地基承載力，淺部地層承載力不滿足要求。如按原設計采用獨立基礎，勢必要進行地基處理。按照一般的工程經驗，砂石墊層是一種施工簡單、造價低廉的處理方法，但本工程若采用該方法處理，估算墊層厚度約1.5m，此時必須采用降水措施，且基坑開挖深度增大，增加基坑支護費用，造成整個工程成本和施工難度增加。

勘察報告建議采用鉆孔灌注樁基礎，并以⑤層卵石層，初步估算樁徑d=700mm、樁長l=7m時單樁豎向極限承載力標準值Quk=2000kN。

設計經過咨詢后決定采用內夯沉管灌注樁。樁端持力層為⑤層卵石層，樁頂標高-0.6m，有效樁長5.0m，樁徑0.43m，樁身混凝土強度等級為C30，設計單樁極限承載力值為2000kN，總樁數88根。

3.4樁基檢測結果

（1）靜載荷試驗

隨機抽取3根工程樁進行靜載荷試驗（見圖7、8、9）。試驗樁均加載至2000kN，各級荷載作用下沉降量增量基本均勻，所繪Q-s曲線為緩變型曲線，未出現明顯的陡降段，且各級荷載下的S-lgt曲線基本平行，尾部未出現明顯向下彎曲，表明試驗樁未達到其極限狀態，單樁豎向抗壓極限承載力可取2000kN。

單樁豎向抗壓靜載試驗結果表 表6.2

試樁編號 T1（59#） T2（44#） T3（2#）

最大加載（kN） 2000

最大加載

2000kN 對應的沉降量（mm） 15.52 20.18 17.25

對應的回彈量（mm） 5.05 5.73 5.30

單樁豎向抗壓極限承載力（kN） 2000

圖7 2#載荷試驗曲線

圖8 44#載荷試驗曲線

圖9 59#載荷試驗曲線

（2）低應變動力檢測

隨機抽檢30根工程樁進行低應變動力檢測。動測曲線顯示，波形清晰，樁底反射明顯。檢測樁身波速范圍3840m/s～4390m/s，平均值為4220m/s。實測樁長4.5～5.0m。所測工程樁樁身完整性良好，均屬Ⅰ類樁。

4 樁型優越性總結

從前述工藝特點及工程實例可以看出，該樁型在相同地質條件下比其它樁型具有明顯的優越性，可以總結為以下幾點

（1）成孔時產生擠土效應，且成孔過程不使用泥漿，可大幅增加樁側摩阻力；

（2）樁端夯擴工程中，使樁端地層得到加固和加強，且樁端形成擴大頭，加大了樁端底面積，有利于提高樁的端承力；

（3）單樁承載力大幅提高，樁數減少，投資成本大大降低；

（4）拔管時用振動錘拔管，使樁身混凝土更密實，減少斷樁、離析等質量缺損，樁身質量得到有效保證；

（5）施工過程無泥漿排出，施工場地干凈整潔，有利于環境保護。

（6）地層適應性強，既適用于地表下5～25m有較硬的持力層（如密實的砂卵石、風化巖等）地質條件，也適用于樁端為砂土、粉土或可塑、硬塑狀態的黏性土地層。

5 結語

該樁型所具有的施工簡便、樁身質量好、單樁承載力高、造價低廉、有利于環境保護及地層適應性強等特點，使該樁型相比其它樁型在一定地質條件下具有明顯的優越性，尤其在多層、小高層民用建筑及一般工業建筑中具有廣泛的應用前景。