高層建筑樁基礎雙套筒工藝消除側(cè)摩阻的施工探討

張訓玉　李博　劉靜　劉繼龍

摘 要：鉆孔灌注樁及后壓漿技術(shù)廣泛應用于高層建筑樁基礎工程中，受場地條件及工期要求等限制，往往在基坑開挖階段便插入樁基工程施工及檢測，以便盡早為工程樁的設計提供參數(shù)。在基坑尚未開挖到基底的工況下施工的試驗樁，會在基底以上部分產(chǎn)生空樁，空樁部分的樁側(cè)摩阻力會對試驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。雙套筒施工試驗方法能有效消除空樁部分產(chǎn)生的側(cè)摩阻力，實現(xiàn)了近地表進行試樁的施工與檢測。北京市通州區(qū)某試樁工程采用了雙套筒施工工藝，有效地消除了空樁部分的側(cè)摩阻，達到了預期試驗效果，可為今后類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁;雙套筒;樁檢測;側(cè)摩阻;高層建筑

Discussion on side friction elimination with double sleeve technology for

pile foundation of high-rise buildings

ZHANG Xunyu1，2， LI Bo1，2， LIU Jing1，2， LIU Jilong1，2

（1.Beijing Institute of Geo-exploration Technology， Beijing 100011， China;

2.Beijing Geo-engineering Company， Beijing 100143， China）

Abstract： Cast-in-place pile and post-grouting technology are widely used in pile foundation engineering of high-rise buildings. Due to the restriction of site conditions and limited construction time， pile foundation engineering often starts in the excavation stage of the foundation pit， in order to provide parameters for the design of engineering piles as early as possible. Under the condition that the foundation pit has not been excavated to the base， the test pile will produce empty pile above the base， and the side friction of the empty pile will influence the test data. The double-sleeve construction test method can effectively eliminate the side friction caused by the empty pile， and facilitate the construction and detection of the test pile near the ground surface. The double-sleeve construction technology was adopted in a test pile project in Tongzhou District， Beijing， which effectively eliminated the side friction of the empty pile and achieved the expected test results.

Keywords： cast-in-place pile; double sleeve; pile detection; side friction; high-rise building

隨著我國地上、地下空間更加廣泛的開發(fā)和利用，高層建筑不斷涌現(xiàn)，且越建越高，隨之對地基承載力的要求也不斷提高（劉少武，2020）。鉆孔灌注樁及后壓漿技術(shù)廣泛應用于樁基礎工程中，能有效提高地基承載力（鄺積善等，2015），工程樁正式施工前往往先進行試樁工程，為設計提供更為貼近實際的數(shù)據(jù)（陸建忠，2015）。在試樁工程中，因樁身混凝土達到一定強度后才能進行試樁檢測工作，那么將試樁養(yǎng)護與基坑開挖階段相融合便可大幅節(jié)約工期（鄭祺愷，2016），但在此工況下施工的試驗樁與以后的工程樁存在一定的差異，即基底以上空樁部分會對試驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。雙套筒施工及檢測工藝能消除基底至打樁作業(yè)面之間的樁側(cè)摩阻力，直接測得有效樁長部分的樁基承載力，從而消除空樁部分對樁基檢測結(jié)果的影響（王志超等，2014）。本文以通州區(qū)運河核心區(qū) Ⅷ-08-2地塊試樁工程為例，探討了雙套筒施工工藝在樁基工程施工及檢測中的應用與效果，可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 項目概況

建設項目位于北京市通州區(qū)運河核心區(qū)新華東街，地上設有3座塔樓及部分零星商業(yè)，地塊中心有地鐵線路自西南向東北穿過。3座塔樓分別為8-1#樓（簡稱北塔）、8-2#樓東區(qū)（簡稱南小塔）及8-2#樓西區(qū)（簡稱南塔），其中北塔地上20層、地下3層，建筑高度95.5 m;南小塔地上11層、地下4層，建筑高度50 m;南塔地上21層、地下4層，建筑高度100 m。塔樓采用樁基礎，設計等級為甲級，樁基安全等級為一級。裙房及地下車庫采用天然地基，根據(jù)抗浮要求設置抗拔樁。地塊總用地規(guī)模2.56萬m2，總建筑面積約為16.09萬m2。

工程設計采用鉆孔灌注樁及后壓漿施工工藝，樁端樁側(cè)復合注漿。項目基坑支護包含地下連續(xù)墻、支護樁、錨桿、樁間等分項工程，項目內(nèi)又交叉地鐵M6號線、塔樓工程樁等，由于對試樁工期要求緊，決定在基坑開挖至-6.0 m時進行試樁工程，而試樁施工地面與設計樁頂標高之間存在高差，如果不采取措施，該高差部分引起的側(cè)摩阻力將對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，造成試驗數(shù)據(jù)偏大。如按照該數(shù)據(jù)調(diào)減設計樁長，則可能造成施工后的樁基礎無法提供足夠的承載力，造成設計缺陷甚至引發(fā)事故。故采用雙套筒法消除實際試樁標高至樁頂設計標高間（無效樁段）的樁側(cè)摩阻力。設計與施工樁長對比見表1。

1.2 地質(zhì)背景

（1）地層

設計要求樁基施工進入持力層不少于1 m，從上至下揭露地層如下，工程地質(zhì)剖面圖見圖1，有部分地層圖中鉆孔未見。

① 人工堆積層（Q4ml）

雜填土①層：雜色，稍濕—濕，松散—稍密，粉土為主，含磚塊、灰渣，層厚0.70～5.60 m。

黏質(zhì)粉土素填土—粉質(zhì)黏土素填土①1層：褐黃—灰色，稍濕—濕，松散—稍密，黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土為主，含磚渣、灰渣，層厚0.50～8.80 m。

② 新近系沖洪積層（Q42al+pl）

粉質(zhì)黏土—重粉質(zhì)黏土②層：褐黃—灰黃色，很濕，可塑—軟塑，含云母、氧化鐵，少量姜石，層厚0.20～6.60 m。

黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土②1層：褐黃色，稍濕—濕，密實—中密，含云母、氧化鐵，土質(zhì)不均，層厚0.50～8.20 m。

黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土②2層：褐黃—灰黃色，稍濕—濕，密實—中密，含云母、氧化鐵，土質(zhì)不均。層厚0.40～4.10 m。

③ 第四系沖洪積層（Q4al+pl）

粉質(zhì)黏土—重粉質(zhì)黏土③層：褐黃—灰黃色，很濕，可塑-軟塑，含云母、氧化鐵，少量姜石。層厚1.10～5.10 m。普遍分布。

黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土③1層：褐黃—灰黃色，稍濕—濕，密實，含氧化鐵、云母。層厚0.40～3.00 m。普遍分布。

粉砂—細砂③2層 ：褐黃色，濕，中密，含云母、石英、長石，砂質(zhì)粉土夾層。層厚0.50～2.60 m。局部分布。

黏土③3層：黃褐色，很濕，可塑—軟塑，含氧化鐵。層厚1.40～4.10 m。局部分布。（圖1中鉆孔未見）

細砂—中砂④層：褐黃色，濕—飽和，密實，含云母，偶含圓礫，層厚1.70～11.80 m。

粉質(zhì)黏土⑤層：灰—灰黃色，很濕，可塑—軟塑，含云母、有機質(zhì)。層厚0.50～8.50 m。普遍分布。

黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土⑤1層：灰—灰黃色，稍濕—濕，密實，含云母、氧化鐵。層厚0.70～8.10 m。普遍分布。

粉砂—細砂⑤2層：褐黃色，飽和，密實，含云母，以石英、長石為主。層厚1.50～3.2 m。局部分布。

黏土⑤3層：灰—灰黃色，很濕，可塑，含云母、氧化鐵、有機質(zhì)。層厚2.50～3.40 m。局部分布。

細砂—中砂⑥層：灰—黃灰色，飽和，密實，含云母、有機質(zhì)，偶含圓礫，層厚1.10～14.80 m。

粉質(zhì)黏土—重粉質(zhì)黏土⑥1層：褐黃色，很濕，可塑，含云母、氧化鐵。層厚0.50～2.1m。局部分布。（圖1中鉆孔未見）

黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土⑥2層：褐黃色，濕，密實，含云母、氧化鐵。層厚0.50～2.50 m。局部分布。（圖1中鉆孔未見）

黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土⑥3層：褐黃色，濕，密實，含云母、氧化鐵。層厚0.20～2.10 m。局部分布。

粉質(zhì)黏土—重粉質(zhì)黏土⑦層：灰—黃灰色，很濕，可塑—硬塑，含云母、有機質(zhì)，少量姜石。層厚1.10～9.00 m。普遍分布。（圖1中鉆孔未見）

黏質(zhì)粉土⑦1層：灰—黃灰色，稍濕—濕，密實，含云母、有機質(zhì)。層厚1.20～7.30 m。普遍分布。（圖1中鉆孔未見）

細砂—中砂⑧層：灰—黃灰色，飽和，密實，含云母、有機質(zhì)，偶含圓礫，層厚0.60～11.10 m。（圖1中鉆孔未見）

黏質(zhì)粉土⑧1層 ：黃灰色，濕，密實，含云母、氧化鐵。層厚1.30～3.10 m。局部分布。（圖1中鉆孔未見）

粉質(zhì)黏土—重粉質(zhì)黏土⑨層：黃灰色，很濕，可塑，含粉土夾層、有機質(zhì)。層厚4.00～11.20 m。普遍分布。（圖1中鉆孔未見）

（2）水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘查資料，判斷場區(qū)內(nèi)地下水類型為上層滯水、潛水和承壓水，2018年7月—8月，上層滯水水位埋深為9.4 ～13.1 m，潛水水位埋深為15.80～17.80 m，承壓水水位埋深為21.00～23.10 m。區(qū)內(nèi)上層滯水的補給來源為大氣降水入滲，以蒸發(fā)為主要排泄方式;潛水的主要補給方式為大氣降水入滲和地下水側(cè)向流入，以人工開采、地下水側(cè)向流出、相鄰含水層越流為主要排泄方式;承壓水主要接受地下水側(cè)向徑流、相鄰含水層越流補給，排泄方式為人工開采和地下水側(cè)向流出。地下水水位年變幅為1～2 m。

2 雙套筒工藝鉆孔灌注樁施工

2.1 鉆孔灌注樁施工

根據(jù)工程的地質(zhì)情況，試樁施工采用旋挖鉆機成孔、水下灌注混凝土施工工藝。工程±0.00對應絕對高程22.30 m，施工作業(yè)面標高為打樁工作面（標高-6.0 m），SZ1試樁樁頂設計標高為-15.70 m，施工樁長55.7 m;SZ3試樁樁頂設計標高為-14.70 m，施工樁長23.7 m;SZ4試樁樁頂設計標高為-19.50 m，施工樁長33.5 m。試樁設計參數(shù)見表2及表3：

2.2 雙套筒施工工藝

（1）雙套筒消除側(cè)摩阻原理

雙套筒由內(nèi)筒和外筒通過焊接而形成一個整體，接口處可打入止水膠進行密封止水，內(nèi)外筒間隙一般在50～100 mm。試樁施工后將焊接部位切割開，靜載試驗加荷載時外筒與周邊土體接觸，內(nèi)筒與樁身接觸，間隙可自由位移，套筒范圍內(nèi)的土層無法與樁身接觸，從而起到了消除樁側(cè)摩阻力的作用。

（2）雙套筒設計制作

SZ1、SZ3、SZ4樁型分別有空樁9.7 m、8.7 m及13.5 m，雙套筒的設計制作即考慮消除該部分空樁引起的側(cè)摩阻力。由于施工現(xiàn)場開槽后制作場地有限，雙套筒一般在加工廠制作完成后運到施工現(xiàn)場。內(nèi)外筒主體部分分別采用10 mm、8 mm的鋼板制作。

1）套筒尺寸

內(nèi)套筒內(nèi)直徑分別為SZ1、SZ3、SZ4樁型的外直徑900 mm、600 mm、600 mm，外套筒內(nèi)直徑分別為1020 mm、720 mm、720 mm，SZ1設計加工尺寸如圖2，其他原理相同。

2）雙套筒的制作

雙套筒之間在頂部進行幫條焊，在底部采用密封膠進行止水處理，防止混凝土繞流進入雙套筒內(nèi)。套筒頂部設置吊環(huán)，與筒身焊接牢固，以便將護筒吊裝入孔。

3）灌注樁成孔施工與雙套筒安裝

鉆機就位后底座應平穩(wěn)，基底牢固，鉆頭中心采用定位器對準樁位，利用鉆機定位系統(tǒng)將位置鎖定，誤差不大于10 mm。施工中可利用全站儀在鉆機準確定位后在鉆桿上確定兩三個控制點，間隔一定時間觀測鉆頭位置。成孔后下放雙鋼套管時，可采用重錘、井徑儀、超聲波測試儀分別檢測成孔的孔深、孔徑及垂直度。安裝時采用1臺50 T履帶吊將雙套筒安放就位，吊裝筒頂?shù)醐h(huán)時應保持對稱平衡，起吊前應核算受力情況，試吊平衡點，在保證安全的前提下，將雙套筒吊裝安放入孔。

3 施工檢測

試驗樁及錨樁施工完成后先進行樁身完整性檢測，再進行試驗樁的單樁豎向抗壓（抗拔）靜載試驗。采用低應變法及聲波透析法進行樁身完整性檢測。

3.1 低應變法檢測

由放置在樁頂?shù)氖罢衿鹘邮斟N擊初始信號及樁身反射信號，利用電子檢測儀將波形記錄并存儲下來，再通過計算機處理并輸出結(jié)果。其工作示意圖如圖3。

檢測前將樁頭浮漿鑿平，露出新鮮樁身混凝土面。在樁頂面牢固布置傳感器，并在樁頭中心部位敲擊，直至記錄到有效波形曲線（李伏龍，2016）。樁身完整性評價結(jié)果可分為4類：I類樁：樁身完整;II類樁：樁身有輕微缺陷，不會影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮;Ⅲ類樁：樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響;Ⅳ類樁：樁身存在嚴重缺陷。

3.2 單樁豎向抗壓（拔）靜載試驗

試驗通過錨樁提供反力，加載采用4臺630 t（320 t）液壓千斤頂并聯(lián)加載，采用位移傳感器測量試樁及錨樁樁頂沉降（上拔）量。油壓使用傳感器測量，加載控制及測量數(shù)據(jù)采集均使用靜載測試儀自動進行，設備工作示意如圖4、圖5。

3.3 檢測結(jié)果

SZ1型單樁豎向抗壓靜載試驗完成3根，所測試樁在試驗標高處單樁豎向抗壓最大試驗荷載均達到21 600 kN，在最大試驗荷載下，位移穩(wěn)定收斂，試樁未破壞，綜合分析應力測試數(shù)據(jù)，所測SZ1型試樁單樁豎向抗壓承載力特征值不小于10 466 kN。

SZ3型單樁豎向抗拔靜載試驗完成3根，所測試樁在試驗標高處單樁豎向抗拔最大試驗荷載均達到1800 kN，在最大試驗荷載下，位移穩(wěn)定收斂，基樁未破壞，綜合分析應力測試數(shù)據(jù)，所測SZ3型試樁單樁豎向抗壓承載力特征值不小于806 kN。

SZ4型單樁豎向抗拔靜載試驗完成3根，所測試樁在試驗標高處單樁豎向抗拔最大試驗荷載均達到2280 kN，在最大試驗荷載下，位移穩(wěn)定收斂，基樁未破壞，綜合分析應力測試數(shù)據(jù)，所測SZ4型試樁單樁豎向抗壓承載力特征值不小于1033 kN。

低應變法檢測樁身完整性共45根，其中I類樁41根，II類樁4根。

4 結(jié)論

通過以上設計及實踐，雙套筒施工工藝成熟可靠，能夠在樁檢測過程中消除空樁部分的影響，直接獲得有效樁長部分的試驗數(shù)據(jù)，成功將試樁階段融入基坑開挖階段，大大縮短了工期，提高了經(jīng)濟效益和社會效益，可為類似工程提供借鑒。但在施工過程中應注意如下問題：1）成孔確保定位準確及樁孔垂直度，保證鋼護筒安裝位置及標高準確、焊接牢固;2）雙護筒在孔內(nèi)可能不穩(wěn)定，可采用黏土、泥漿或水泥漿固定外套筒外側(cè);3）雙護筒內(nèi)外筒連接縫應密封可靠，筒頂、筒底除焊接外尚可注入密封膠加強隔水效果;4）控制好混凝土灌注量，過大及不足可能造成浪費或樁頭強度不足等質(zhì)量問題。

參考文獻：

鄺積善，趙躍亭，2015. 雙套筒鉆進技術(shù)在混凝土灌注樁中的應用[J]. 山西建筑，41（3）：53-55.

李伏龍，2016. 雙套筒工藝在太原地區(qū)某工程試樁檢測中的應用[J]. 山西建筑，42（36）：90-91.

劉少武，2020. 某高層建筑灌注樁優(yōu)化設計[J]. 廣東土木與建筑，27（12）：32-35.

陸建忠，2015. 混凝土灌注樁雙套筒試樁施工工藝[J]. 上海建設科技（2）：48-50.

王志超，李中元，安源，等，2014. 中空式雙套筒灌注樁地面試驗技術(shù)[J]. 施工技術(shù)，43（S2）：59-62.

鄭祺愷，2016. 拉薩體育場基礎樁施工技術(shù)研究及應用[D]. 吉林大學.