水泥土復合管樁技術優勢及應用價值研究

白冬冬，米春榮，劉 彬，李建明

（1.山東省建筑科學研究院有限公司，山東 濟南 250031；2.山東建科特種建筑工程技術中心有限公司，山東 濟南 250031；3.山東省組合樁基礎工程技術研究中心，山東 濟南 250031；4.濟南市組合樁技術工程研究中心，山東 濟南 250031）

0 引言

水泥土樁、預制樁不適用于軟弱的土層，水泥土復合樁的出現，打破其他樁型應用的局限性，大大增強單樁豎向承載能力、節約造價，與現有的技術相比，承載力提高2 倍，相反，單位承載力造價節約20%～60%[1-4]。突破樁身結構承載力受芯樁單樁承載力控制的缺陷，與預制芯樁相比，單樁承載力提高40%～100%，保障水泥土樁側摩阻力充分發揮，將經濟樁徑擴大到2.0m；水平荷載作用下消除芯樁抗剪脆性破壞容易產生的問題，水平承載力與現有技術相比提高80%～150%。

1 工程概況

1.1 工程簡介

萬和府1#、2#、3#、4#樓項目位于棗城南大街東側，津南路北側，阜昌路南側。1#、2#、3#、4#樓住宅樓層高為1+26 層。

1#、2#、3#樓樁基設計±0.00 所對應的絕對標高為12.90m，4#樓樁基設計±0.00 所對應的絕對標高為13.20m。樁頂標高均為-6.49m。

1.2 設計概況

本工程地基基礎設計等級為甲級，建筑樁基安全等級為二級，建筑樁基設計等級為甲級。樁基采用樁徑φ0.9m 的水泥土復合管樁，1#、2#、3#、4#樓普通工程樁水泥土樁長度26.0m（保護樁頭0.5m，實際26.5m），植入的管樁為PHC-500AB-100-24。水泥土樁固化劑采用P.O 42.5 水泥，水泥摻量為500kg/m3。各棟樓基樁數量見表1 所示，工程樁單樁豎向抗壓極限承載力標準值為6200kN。

表1 擬建建筑物樁基數量及樁頂相對標高

2 技術原理

利用特制鉆具，配合高壓力大流量泥漿泵及大功率空壓機組成的水泥土成樁系統，在地基中直接鉆進施工水泥土樁，綜合高壓旋噴與深層攪拌兩種方法的優點，施工出直徑大、樁身質量均勻、低返漿量的水泥土樁。然后利用一體化樁機，水泥土凝固前在水泥土樁中心位置插入尺寸匹配的預制芯樁，形成水泥土復合樁，綜合水泥土樁側阻力高與預制芯樁自身強度高的優點，使預制芯樁與水泥土樁共同承擔上部荷載，達到比灌注樁等剛性樁更高的性價比。

通過實時監測施工全過程，監測不同深度處的水泥用量、鉆進難易程度、壓樁力等，根據需要隨時調整施工參數，使樁身質量均勻，減少水泥漿浪費量，降低工程造價及環保費用。

3 對資源能源利用的影響

3.1 資源利用方面

水泥土復合管樁主要應用石子、鋼筋、砂子等材料，以萬和府工程為例，采用水泥土復合管樁共需要308 棵樁，樁徑900mm，樁長26m，單樁承載力為6200kN，初始設計鉆孔灌注樁同樣布置308 棵樁，樁徑700mm，樁長40m，每棵復合樁和每棵鉆孔灌注樁消耗資源見表2。

表2 復合樁和鉆孔灌注樁資源利用情況

通過以上計算，在同一承載力條件下，復合樁與鉆孔灌注樁相比，節約鋼材66%、節約砂石79%，得到相關業主與環保部門的認可，并且減排泥漿近2.3 萬方，減輕環境污染，節省泥漿處理直接費用162.3 萬元。

3.2 能源利用方面

在水泥土復合管樁施工的過程中，主要是對電力的消耗，主要設備為整體式樁機，功率為210kW，每個工程消耗約19.4 萬度電，折算成標準煤5.88 萬t，而鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機，功率為220kW，消耗約23.7 萬度電，折算成標準煤為7.18 萬t，通過計算分析，在能源使用方面，復合樁比鉆孔灌注樁節約18%左右，結果見表3。

表3 復合樁和鉆孔灌注樁能源利用情況

4 效果監測

4.1 成樁質量

管樁允許定位偏差為10mm；垂直度偏差為0.5%，樁頂標高允許偏差為±50mm。管樁植入要在水泥土樁施工完成1～2h 內施工完成，允許最長時間間隔不能大于2h。

水泥土樁和管樁是否同心，這一因素對于其質量有較大的影響，為了兩者能很好的優化結合，同心組合，我們要嚴格把控管樁的施工過程，發現偏心隨時進行糾偏，本工程嚴格按照水泥土復合管樁的施工工藝進行施工，同心效果良好，復合管樁示意圖如圖1 所示。

圖1 水泥土復合管樁頂面照片和剖面

4.2 靜載試驗

每個樓選取三個點做靜載試驗，樣品編號為JJ20-04498～JJ20-04500，相對應的樁施工編號為41#、42#和45#。試驗樁的設計樁頂標高為-6.49m，試驗樁的最大加載量為6400KN，加荷方式采用慢速維持法，待每級荷載下沉量滿足規范規定的穩定要求后方可加下一級荷載，直至滿足終止試驗條件，以1#樓42#樁為例，加載級數和累計位移結果如圖2 所示。

根據《建筑基樁檢測技術規范（JGJ 106—2014）》，樁頂總沉降量s 小于40mm，因此取單樁承載力特征值為最大加載量的一半，即單樁承載力特征值為3200kN，滿足設計要求。

圖2 水泥土復合管樁加載級數和累計位移曲線

1#樓3 個檢測點當最大加載壓力全部達到設計要求壓力值時，都未出現極限破壞，停止繼續加荷載并卸載。

5 結論

（1）水泥土復合管樁是針對軟弱地基并以豎向抗壓為主而開發的一種大直徑、長樁、高承載力、綠色環保的新型組合樁，通過管樁與樁周土的優化匹配，使樁身材料強度與樁周土阻力同時發揮。

（2）在同一承載力條件下，復合樁與鉆孔灌注樁相比，節約鋼材66%、節約砂石79%，得到相關業主與環保部門的認可，并且減排泥漿近2.3 萬方，減輕環境污染，節省泥漿處理直接費用162.3 萬元，在能源使用方面，復合樁比鉆孔灌注樁節約18%左右。

（3）水泥土復合管樁融合水泥土樁和管樁的優點，既利用管樁承擔荷載，又利用大直徑水泥土樁提供側摩阻力，單樁承載力顯著大于相同規格的水泥土樁、灌裝樁。