粉砂土黏土互層條件下鋼管樁成樁施工控制

侍建華 中國鐵路上海局集團有限公司上海上鐵建筑工程（集團）有限公司

1 工程概況

本文以鹽城黃海路上跨（下穿）新長鐵路、徐宿淮鹽高鐵立交工程為背景，在特殊地質條件下對10 mm厚A630鋼管樁施工成樁控制進行分析探究。鹽城黃海路項目上跨橋部分為兩聯七跨現澆PC箱梁結構，第八聯跨徑布置為(37+68+68+37)m 變截面，第九聯為3×34.5 m 現澆等高梁，同為單箱三室截面。為滿足現澆梁澆筑，現場采用鋼管樁（柱）+貝雷梁+盤扣支架現澆法施工。本項目鋼管樁共198 根，采用DZ-90 型振動錘振動錘擊法施工，因地質條件的差異，鋼管樁施工不能滿足設計樁長要求或滿足樁長的未能滿足承載力要求，為此現場進行鋼管樁施工成樁控制研究。

2 地質條件

表1 樁周圍地質概況表

根據現場地質勘測資料，巖土層概況、相關巖土物理力學性質指標，樁周圍地質概況見表1。

根據支架設計方案，鋼管樁底標高為-18.443～-24.913，所處均在2-3 粉砂土層，此土層部分為粉土，飽和，稍密-中密，土質不均，含黏性土及粉土薄層，局部地段呈粉砂與黏性土互層。

3 鋼管樁在粉砂土黏土互層中施工分析

3.1 鋼管樁試樁

鋼管樁進場后，檢查驗收鋼管樁直徑、壁厚根垂直度，按照專項施工方案進行鋼管樁的錘樁施工，按照設計及專項施工方案要求，鋼管樁施工按照樁長及貫入度雙控，但在實際施工過程中發現，部分樁當達到設計設計底標高時，未必能滿足貫入度要求，樁基承載力達不到要求，而另外有貫入度達到要求的，不能滿足設計樁長。為此，現場暫停施工，經過現場技術探討，對鋼管樁出現此種情況可能是因為地質情況引起，所有樁基底標高都在2-3粉砂土層中，本項目在該層地質中含黏性土及粉土薄層，局部地段呈粉砂與黏性土互層。最后決定進行試樁施工，對不同條件的樁都進行錘擊施工，以盡量滿足設計底標高為主進行試樁施工，現場試樁8根樁，對這8 根試樁進行數據分析，選擇具有代表性的樁進行單樁承載力試驗，根據承載力條件判斷樁入土的深度和貫入度。試樁數據見表2.

表2 試樁原始記錄數據表

3.2 用單樁承載力試驗研究滿足承載力的貫入度值

3.2.1 試樁選擇

根據現場試樁結果及現場地勢條件，選擇了L18-1、L18-4、L19-6 為承載力試驗樁，分別代表L18-1 為未達到設計樁長，但貫入度已滿足設計值；L18-4 已達到設計樁長，遠未滿足貫入度要求，L19-6基本達到設計樁長，未滿足設計貫入度要求。根據設計提供的單樁承載力特征值進行單樁承載力試驗，鋼管樁承載力特征值見表3，試樁見圖1。

表3 鋼管樁承載力特征值表

圖1 現場試樁施工

根據特征值表，L18、L19 兩排樁基承載力特征值為1 016 kN，取試驗值為特征值的2倍，則試驗值為2 023 kN。

3.2.2 檢測方法

（1）加載方式

現場試驗釆用慢速維持荷載法用千斤頂逐級加載，共分10 級加載和5 級卸載，第一級按兩倍分級荷載加載。具體加載分級見表4。

表4 加載分級表

采用混凝土預制塊作為反力裝置，最大壓重為2 032 kN。

（2）荷載及沉降測量

荷載值通過油壓傳感器測量，試樁沉降則通過對稱正向布置于樁頭位移傳感器測量，所有位移傳感器均用磁性表座固定，基準梁在獨立的基準樁上安裝。安裝示意圖如圖2，現場單樁承載力試驗見圖3。

圖2 反力荷重加載示

圖3 單樁承載力試驗

3.2.3 試驗結果及實測曲線

通過單樁承載力試驗，得出如下結果（見表5）。

表5 單樁承載力試驗結果

具體分析如下，試樁L18-1：該樁加載達到預期最大試驗荷載，終止加載。試驗加載到2 032 kN 時，總沉降量為28.34 mm，本級沉降未超過上級沉降的5 倍，Q-s 曲線無陡降段，s-Lgt 曲線尾部平緩沒有明顯向下彎曲，因此該樁極限承載力Qu為2 032 kN（見表6）。

表6 L18-1試樁試驗荷載和沉降數據及Q-s曲線，s-Lgt、s-LgQ曲線

試樁L18-4：試驗加載到1 828.8 kN 時，總沉降量為78.18 mm，本級沉降超過上級沉降的5 倍，Q-s 曲線出現陡降段，s-Lgt曲線尾部不平緩，有明顯向下彎曲，因此該樁極限承載力Qu為1 625.6 kN（見表7）。

表7 L18-4試樁試驗荷載和沉降數據及Q-s曲線，s-Lgt、s-LgQ曲線

試樁L19-6：該樁加載達到預期最大試驗荷載，終止加載。試驗加載到2 032 kN時，總沉降量為26.46 mm，本級沉降未超過上級沉降的5倍，Q-s曲線無陡降段，s-Lgt曲線尾部平緩，沒有明顯向下彎曲，因此該樁極限承載力Qu 為2 032 kN（見表8）。

表8 L19-6試樁試驗荷載和沉降數據及Q-s曲線，s-Lgt、s-LgQ曲線

4 鋼管樁在粉砂土黏土互層中的成樁控制

經過單樁承載力試驗情況，L18-1雖未達到設計樁長，但承載力已完全滿足設計要求，貫入度34 mm/3 min 可作為施工參考，L18-4 樁長已達到設計要求，承載力不滿足設計要求，在此承載力下的貫入度1 200 mm/3 min不符合要求，L19-6 樁長基本滿足設計值，承載力符合設計要求，貫入度540 mm/3 min 不能滿足設計要求，根據現場錘擊情況不難發現，樁在此條件下已無法繼續錘擊貫入，可作為施工參考值。

根據單樁承載力試驗得出3根試樁單樁豎向抗壓極限承載力算術平均值Qum 為1 896.5 kN， 極差為406.4，不超過平均值的30%，根據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2014)，現場單樁豎向抗壓極限承載力取其算術平均值為1896.5kN，則單樁豎向抗壓承載力特征值為948.3 kN。L19-6 樁在最大荷載2 032 kN下貫入度為540 mm/3 min，根據試驗在1 896.5 kN的承載力下可滿足要求，并有余量。現場根據承載力要求及后期拔除考慮，將最終成樁貫入度確定為600 mm/3 min。

經綜合分析，在粉砂土黏土互層中為滿足鋼管樁成樁需求，將成樁控制條件確定為在滿足承載力條件下的貫入度值為主，樁底標高僅作為輔助條件，但樁底必須在持力層。最終確定的成樁貫入度600 mm/3 min，上報監理與設計，經過討論，同意現場鋼管樁成樁按照此條件控制。

5 監測

在箱梁混凝土澆筑時，對鋼管樁的沉降進行監測，現場所有樁按照每排三根進行編號布點監測，監測點布置在鋼管柱上，澆筑過程中的監測數據取L18、L19 兩排為例。監測數據見表9。

表9 箱梁澆筑過程中鋼管樁沉降監測表

參考支架預壓沉降觀測規范要求，各監測點連續24 h 沉降值小于1 mm，最終沉降量平均累計值小于5 mm 作為沉降驗收控制值。現場鋼管樁的沉降監測均在合格范圍內，充分證明在滿足承載力要求的條件下，控制成樁貫入度為600 mm/3 min是合理的。

6 結束語

在復雜地質條件下大跨度現澆梁施工中，組合體系的鋼管支架施工難度大，而鋼管樁作為基礎，更是要作為重點控制，在鋼管樁施工初期，因地質問題使得成樁沒有相應的成樁控制條件，經過現場試樁及單根承載力試驗，確定了滿足現場施工的貫入度600 mm/3 min 作為施工成樁的控制條件，使其必須滿足設計承載力要求，以確保施工質量。本文只分析了在粉砂土黏土互層地質下鋼管樁施工滿足承載力的貫入度作為成樁的控制條件，其他控制因素均未考慮，希望在后期對鋼管樁施工的技術、質量控制有更為深入的研究。