靜壓PHC管樁穿越卵石層施工技術探討

陳游鋒

摘要：靜壓PHC管樁具有單樁承載力高、樁身抗裂性好、施工簡單等優點，是目前基礎工程中應用最廣泛的一種基礎形式。本文結合具體工程實例，以靜壓PHC管樁施工技術為背景，主要探討了先引孔后壓樁的施工技術和施工工藝的應用。

關鍵詞：PHC管樁；靜壓沉樁；引孔；長螺旋鉆孔

中圖分類號：TU753.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—80—03

前言

在福建區域，PHC管樁廣泛運用在各大工業建筑和民用建筑的樁基工程中。但是在福建區域，持力層以上常常存在厚薄不均的卵石層，有的厚度達十幾米且卵石層內存在一定厚度的軟弱夾層。由于傳統的錘擊法沉樁在市區已被限制使用，且如果采用錘擊法沉樁強行穿透卵石層，易出現爆頭、爆樁等問題，影響樁身質量和施工進度；而普通靜壓法沉樁往往難以完全穿透較厚的卵石層，導致樁長過短，影響樁基穩定性。這種地質情況在一定程度上限制了PHC管樁的應用。與錘擊法沉樁和單純的靜壓法沉樁相比，采用先引孔后壓樁的方法可保證管樁穿透卵石層后到達持力層，同時也能保證樁身質量和單樁承載力滿足設計要求，且壓樁過程順暢，節約工期。以下本文結合具體工程探討一下當遇到卵石層時，先引孔后壓樁的PHC管樁施工技術和施工工藝。

1工程概況

福州當地某一住宅項目，總用地面積21萬m²，總建筑面積約89萬m²，設單層地下室，地下室建筑面積約17萬m²，地上33～38層。該工程地質情況自上而下見表1。通過對當地現有樁基施工設備的調查，在分析研究地質條件、荷載及變形的基礎上，基礎形式確定為靜壓PHC管樁，持力層選擇9-1、9-2或10層。樁停止沉樁的控制原則：要求以壓樁力和標高雙控，樁端全截面進入持力層應不小于1m，樁長約25～30m，施工過程中應合理安排打樁順序，減小擠土效應的影響。

其中⑥碎卵石層：灰色、灰褐色，飽和，稍密一中密，上部局部呈松散狀態，少量漸變為礫砂。該層以碎石、卵石為主，含中砂及粘性土，上部碎石內卵石粒徑一般為2～4cm左右，呈稍密狀態，向下逐漸增大，一般在3～8cm之間，最大可達10cm，整體呈中密狀態。

在試樁過程中，發現靜壓沉樁難以穿透較厚的碎卵石層，需要考慮調整施工方案。

2基礎選型及引孔方案

結合本工程的特點以及地質勘探報告，本工程高層建筑部分地勘報告建議采用沖（鉆）孔灌注樁或PHC預應力管樁。沖（鉆）孔灌注樁優勢在于穿透力強，穩定性好，單樁承載力高，但施工工期偏長，造價偏高；PHC預應力管樁相比沖（鉆）孔灌注樁，具有施工速度快，造價低，福州地區施工設備多，技術成熟等優勢，最終建設單位確定本工程采用靜壓PHC管樁。采用管樁遇到的問題主要是場地土層中第⑥層碎卵石層，該層分布、厚度不均，較厚處靜壓管樁較難穿透，另外本層中存在相對較軟的粉質粘土、中砂、淤泥質土夾層，故不宜作為樁端持力層。施工中擬先用長螺旋鉆孔樁機引孔，然后再靜壓沉樁的方法保證管樁穿透該碎卵石層。

2.1靜壓PHC管樁作業特點

靜壓PHC管樁的具有很多優點，例如施工時無噪聲、無振動、無污染，工期短，適合市區作業；單位面積承載力高；施工時樁身不產生動應力，樁身應力均勻，減小了對樁的破壞力；施工工序簡單，工效高等等。但是靜壓PHC管樁也有一定的缺點，例如設備笨重；單樁長度受限，導致接樁處薄弱；較難貫穿較厚的堅硬土層，例如卵石層；存在擠土效應，當布樁密集時，容易引起周圍地面隆起，對鄰近建筑環境和地下管線會產生不良影響；對場地的地耐力要求高等等。

2.2長螺旋鉆孔干作業法特點

長螺旋鉆千作業法是采用長螺旋鉆孔樁機鉆孔至設計標高，利用混凝土泵將混凝土從鉆頭底壓出，邊壓灌混凝土邊提升鉆頭直至成樁，然后利用專門振動裝置將鋼筋籠一次插入混凝土樁體，形成鋼筋混凝土灌注樁。與普通水下灌注樁施工工藝相比，長螺旋鉆孔壓灌樁施工，由于不需要泥漿護壁，無泥皮、無沉渣、無泥漿污染，施工速度快，造價較低。該技術對地層適應性強，能夠順利穿透卵石層、強中風化巖石等較硬土層，并能避免樁易偏斜、樁頭破損。

2.3引孔壓樁法作業特點

在卵石層較厚，并存在軟弱夾層的地質情況下，基礎形式想要采用靜壓PHC管樁，可以采用先引孔再壓樁的施工方案。先引孔能夠把上部地層中的大部分巖土取出，減小了碎卵石對樁端的阻力和周圍土體對樁身的摩擦力，然后再靜壓沉樁，待樁端進入持力層深度滿足設計要求后，只需控制終壓力值并復壓2～3次即可。引孔壓樁法能有效解決靜壓PHC管樁難以穿透堅硬土層的缺點，并減小擠土效應。

2.4鉆孔設備選型

本工程選用MCZ26B型步履式長螺旋鉆孔樁機，該設備適用于CFG工程樁、灌注樁、地下連續墻、預制樁引孔、軟基加固等各種基礎工程。其主要技術參數為：回轉角度±180°；最大拔樁力為300KN；動力頭型號為ZZSH480-60，動力頭功率為2×55W，最大輸出扭矩為55KN·m；最大鉆孔直徑為Φ600mm；最大鉆孔深為26m；整機重量為52t。

3施工工藝

3.1引孔壓樁法的施工工藝

其具體的工藝流程：測量定位→長螺旋鉆孔樁機就位→鉆進至設計深度→提升鉆桿→轉移鉆機至下個樁位→靜壓樁機就位調平→爭吊樁、喂樁、對準樁位→校準垂直度→靜壓送樁→接樁→再送樁→結束。

當長螺旋鉆孔樁機就位時，應對司機室內懸掛的鉛垂進行檢查，合格后方可進行施鉆，檢查內容包括：樁位對中、垂直度、進尺位置對照線等，鉆桿應對準樁位中心，不能發生位移或傾斜。

當長螺旋鉆進成孔時，需要注意三個方面的內容：一是要控制鉆孔的速度，應由慢到快，若發現鉆桿搖晃或難鉆時，應放緩鉆孔的速度以避免鉆具損壞、樁孔偏移，并且鉆進過程中，鉆孔不能發生偏差；二是鉆進時，當達到控制深度時應立即停鉆；三是為了方便復核地質情況，鉆進時要記錄好每米電流變化及突變位置；四是合理控制提鉆速度，避免發生塌孔影響引孔質量。

由于本工程地質條件相對復雜、工期緊，工作量大，引孔工作應配合靜壓樁同步施工，盡量做到隨引隨壓。總的施工部署：安排調入MCZ26B型步履式長螺旋鉆孔樁機1臺，日計劃完成引孔25根，臺，做到與總體施工進度計劃相適應。

3.2引孔壓樁法質量控制要點

首先引孔的垂直度偏差不宜大于0.5%，引孔作業和壓樁作業應連續進行，間隔時間不宜大于12h，在軟土地基中不宜大于3h。

本工程樁基礎采用PHC-500-125-A靜壓預應力管樁，要求引孔直徑不大于400mm，引孔深度根據地勘報告的剖面圖，引孔至碎卵石層底以上約4～6m的深度。為了避免引孔后的塌孔，對于土層中存在淤泥的勘探孔附近的樁位，引孔應隨引隨壓，其余區域中間間隔時間不宜超過6h。

4 PHC管樁穿越卵石層的其他施工方法介紹及結合本工程實際情況的分析

4.1降低豎向承載力特征值取值

對于卵石、中砂、花崗巖等地段，由于基巖面凹凸不平，往往使樁端阻力作用點偏心，采用預制樁要對承載力折減，通過降低承載取值，來減少樁端在巖面凸凹面接觸應力及樁端阻力作用點偏心引起的附加彎矩。為了增加樁的抗彎抗裂能力，采用AB型PHC管樁。

由于本工程的樓棟基本是33～38層的高層和超高層建筑，38層的超高層建筑基礎設計采用樁筏基礎，單樁設計承載力特征值取值為2400KN。例如一棟38F的樓棟，建筑面積16200 m²，樁數172根，樁中心距2.0～2.2m，如圖1所示。若降低單樁豎向承載力特征值，會導致樁距太密，擠土效應嚴重，不易保證樁身質量。根據《建筑樁基設計規范》（JGJ94-2008）3.3.1～3.3.3條，原設計的樁心距比較合理，對于預應力管樁施工過程中難以避免的爆樁、斷樁等突發情況也留有補樁的空間。另外根據地勘報告，土層中碎卵石層粒徑較小，在2～8cm之間，并不會產生較大的偏心，碎卵石層內存在軟弱夾層，為保證基礎穩定性設計要求樁基必須穿透該層，減小壓樁力更不利于穿越該層。綜合以上原因，決定不降低單樁豎向承載力特征值取值。

4.2灌芯處理和改進樁尖

第一節管樁壓入土中后應立即在管樁內腔底灌1.5～2.0米高加微膨脹劑的石砼封底，當樁尖在壓樁至巖面有損壞時，保證樁身（樁端）能有足夠的強度。

采用井字型樁尖，以便增加抓巖能力，減小樁尖遇斜巖時偏斜。改進終樁標準：終樁壓力值約為承載力特征值的2倍或壓力值突然增加（跳表），以此壓力值鎖定油壓表穩壓幾秒，以樁端能與巖面“零距離”接觸為原則。

本工程樁端持力層為9-2碎塊狀強風化花崗巖，巖體堅硬程度為軟巖，完整程度為破碎，巖體基本質量等級為V級，并不屬于非常堅硬的巖石，且碎卵石層卵石粒徑不大，十字形樁尖也能滿足穿透部分卵石層的要求，股決定不采用以上兩種方案即可滿足施工要求。

4.3施工效果

本工程采用先引孔后壓樁的施工方法，一是有效的解決了靜壓PHC管樁施工難以穿透碎卵石層，有效樁長和樁基穩定性不足的問題，不僅保證了樁基施工質量，也節約了造價；二是在合理安排施工順序的情況下，引孔后再壓樁并不會延長工期，而且經過引孔后，壓樁過程會更加順利，反而能縮短壓樁時間；三是在一定程度上減少了擠土效應，減少了復壓、爆樁等現象的發生。

在樁基質量檢查和驗收過程中，選取主樓的一部分樁基進行了單樁豎向抗壓承載力試驗，其中兩根先引孔再壓樁的管樁的Q-s和s-Lgt曲線圖如圖2所示。可以看出沉降量在各級荷載下沒有明顯的增大跡象，樁基承載力能夠滿足設計要求。

5結語

本文主要針對施工過程中靜壓PHC管樁難以穿透厚卵石層的難題，通過對引孔的施工方法、工藝技術等分析，研究了“先引孔后壓樁”的施工工藝在實際工程中的應用。即選用長螺旋鉆孔樁機引孔，并選擇合理的引孔直徑和引孔深度，減小需要穿透的卵石層的厚度，再用靜壓法壓樁，使管樁穿透卵石層后到達設計持力層，以保證管樁的承載力和穩定性滿足設計要求。該技術的優勢在于，發揮了靜壓PHC管樁的有點，彌補了靜壓PHC管樁的一些缺點，擴大了PHC管樁的應用范圍，在一定程度上節省了工期和造價，因此具有較好的經濟和社會效益。