北京城市副中心某項目試驗樁施工技術

張艷芳　陳佳宇

Construction technology of test piles in Beijings sub-center

ZHANG Yanfang1， CHEN Jiayu2

（1. Beijing Geo-engineering Company， Beijing 100143， China;

2. Beijing Institute of Science and Technology Information， Beijing 100044， China）

Abstract： A project of Beijing City sub-center adopts the foundation with raft plate plus post-grouting piles or uplift piles， in which twelve groups of test piles are designed according to different pile types. This paper summarizes the construction technology of test piles under the condition that must eliminate the friction resistance of the invalid section of these piles. The construction technology and method， the design of double casing and the key points of quality control and so on are presented herein. With the technology， the test pile construction achieves the expected purpose， effectively guides the construction of the piles in the subsequent large scale projects， and provides reference models for the design and construction of pile foundations in similar project constructions.

Keywords： test pile; rotary drilling; slurry wall protection; double casing

進入21世紀以來，我國建筑行業迅猛發展，深基礎工程隨之應運而起，樁基礎作為其中的一項重要技術，在現代建筑及橋梁等工程建設中被廣泛應用。根據基礎設計等級及場地地質條件的復雜程度，有時需要通過試驗樁確定所選樁型的施工工藝、單樁豎向承載力取值等，為樁基礎深化設計及工程樁施工提供依據。

對于樁基礎試驗樁的設計、施工、檢測等相關問題，不少學者曾做了很多研究。蔣牧等（2017）結合昆明景成大廈項目試樁工程實例，針對用于清除摩阻力的雙護筒，較全面介紹了其設計原理、加工安設要點以及試驗過程中的監測情況;楊春霞（2014）和王輝（2011）等人系統研究和總結了國家金融信息大廈、天津高銀117 大廈的試樁施工情況;王衛東等（2012）介紹了處于超過60 m 厚的密實砂層中的上海中心大廈樁型選擇與試樁設計;賈中興（2018）結合太原地區某工程試樁靜載試驗實例，提出了檢測結果達不到要求時的有效解決辦法。彭滿華等（2020）在上海地區厚層砂（粉）性土層中進行試樁，從施工工藝及注漿工藝方面解決了樁基承載力問題。

北京城市副中心場地受地質條件所限，有眾多建設項目采取了地基處理或樁基礎。本文依托運河商務區某項目的試驗樁工程，總結了需消除樁無效段摩阻力情況下的試樁施工技術，包括施工工藝及方法、雙護筒設計、質量控制要點等，經檢測試樁承載力及樁身質量均達到了預期的效果，以期為后續類似工程設計與施工提供指導或參考。

1 工程概況

項目位于北京城市副中心運河商務區，主要建筑物為塔樓和地下車庫，塔樓設計樁筏基礎，工程樁采用樁側樁端后注漿技術;地下車庫基礎形式為筏板，采用抗拔樁解決抗浮問題。

（1）試樁目的

試樁目的：檢驗所選擇的施工工藝及機械是否適合本項目施工場地的工程地質情況;為工程樁施工時可能會遇到的問題提供解決預案;后續進行單樁豎向抗壓、抗拔承載力靜載試驗，試驗結果將為設計方提供參數依據。

（2）場地地層條件及地下水情況

根據本項目勘察報告，場地地形基本平坦，鉆探深度范圍內地層可分為人工堆積層、新近沖洪積層和第四系沖洪積層3大類，按地層巖性及工程特性進一步劃分為11個大層，本文選取勘察報告中典型鉆孔Z05分析地層巖性特點，如表1所示。勘察深度范圍內有3層地下水，地下水類型及實測水位見表2。

（3）試驗樁設計情況

本項目±0.00相當于絕對標高22.30 m，塔樓設計試驗樁（SZ1）樁徑900 mm，有效樁長約為46 m，預估單樁豎向承載力特征值為9000 kN，SZ1樁端持力層為細砂—中砂⑩層，試驗樁樁端需進入持力層至少1.5 m。采用樁端樁側復合注漿工藝，設置樁端注漿斷面并于樁端以上12 m、24 m、34 m處設置3道樁側注漿斷面（表3）。

車庫地下3層部分設計抗拔樁（SZ3）樁徑600 mm，有效樁長約為15 m，單樁抗拔承載力特征值為750 kN;地下四層部分設計抗拔樁（SZ4）樁徑600 mm，有效樁長約為20 m，單樁抗拔承載力特征值為950 kN。SZ1、SZ3、SZ4分別設置3根試樁，每根試樁的周邊布設4根錨樁（MZ），共12組試樁。

2 試樁施工中的重點及技術措施

（1）施工工藝的選擇

根據場地的工程地質、水文地質條件，選用泥漿護壁鉆孔的機型，旋挖鉆機具有施工效率高、泥漿可循環利用、行走移動方便及樁孔對位準確等優點（周應茂，2019），因此項目試驗樁施工采用旋挖鉆機成孔、水下灌注混凝土施工工藝。詳細施工工藝流程如圖1所示。

（2）雙護筒設計

施工作業面標高為-6.0 m（相對標高），3種樁型分別存在9.7 m、8.7 m、13.5 m的無效段，為了保證試驗樁與設計吻合，采用雙套筒的施工工藝，以確保試驗時基底以上部分樁體不與土體接觸，消除此位置樁的側摩阻力。

雙護筒的設計有以下要點：1）外護筒需將樁周圍的土體完全隔離，因此需吊裝時筒體保證垂直;2）外護筒需牢固固定，在試驗時外護筒才不會因為內護筒的移動而移動;3）內外護筒之間需留有一定的間隙，以保證兩者在相對移動時盡可能的降低摩擦力;4）外護筒要給內護筒提供一定的水平力，以防止內護筒在荷載作用下失去穩定性;5）成樁過程中的泥漿及混凝土等材料很容易流入內外護筒間，為了保證兩者一直處于相互分離的狀態，應當采取密封措施;6）雙護筒的設計應便于安裝。

基于以上設計要點及實際工程情況，雙護筒制作采用內筒10 mm、外筒8 mm厚鋼板卷制，雙護筒的長度為打樁工作面至樁頂設計標高之間的距離，內外護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，內護筒外側每隔2.5 m對稱設置4根600 mm長的導向圓鋼，雙護筒上口對稱設置4個直徑為60 mm的起吊孔。

3 試驗樁施工方法

（1）測量定位

根據建設單位提供的場地基準點、基線控制點以及設計單位提供的樁位圖，測量人員使用全站儀進行樁位測定，在定出的樁位點打入一個約30 cm長的小木樁，將釘子釘在木樁上作為樁位中心的標記，隨后采用“十字栓樁法”做栓樁標記，標識點需做好妥善保護不得損壞。

（2）鉆機就位

由于旋挖鉆機在不平整的場地上施工會致使功率不足以及機身傾斜移動，從而引發安全事故，因此開鉆前應進行場地平整。鉆機就位后調整鉆桿至鉛直狀態，并使鉆斗處于樁中心點標識的正上方。

（3）護筒埋設

鉆機平穩就位后即可開孔鉆進，鉆到一定位置埋設護筒，護筒既可以保護孔口又能作為鉆頭的導向裝置。護筒頂部應高出打樁工作面200 mm左右。

（4）泥漿制備

泥漿可以起到防止孔壁坍塌、抑制地下水、懸浮鉆渣等的作用，因此泥漿是保證成孔質量的重要因素，由于場地土層夾有砂層、地下水位埋深淺，調制出良好性能的泥漿尤為重要。泥漿在現場制作，由水、膨潤土、CMC（羥甲基纖維素）等材料調制而成。泥漿性能指標主要有比重、黏度、含砂率等，在施工過程中應隨時檢測，確保質量合格。

（5）旋挖鉆機成孔

旋挖鉆機成孔的原理是用底部帶有活門的桶式鉆頭回旋破碎巖土，將其裝入鉆斗內，進尺一定深度，利用鉆桿將鉆斗提出孔外進行卸土，不斷鉆、提、卸土，直至鉆至設計深度（陶延鵬，2017）。旋挖鉆機的鉆進壓力主要來自于鉆頭自身的重量以及加壓油缸的壓力，操作室內液晶顯示屏控制其鉆進深度。在施工過程中根據地層的變化調整鉆進速度、鉆進壓力等。

根據設計要求控制試驗樁樁長，當鉆進至持力層時放緩鉆進速度，鉆孔完成后立即采用鉆孔灌注樁成孔質量檢測系統，分別檢測成孔的孔深、孔徑、垂直度及沉渣厚度。

（6）雙護筒安裝

雙護筒在機械加工廠加工成型并連接，運至現場架空堆放并保持平穩，采用履帶吊安裝，起吊前認真核算，在保證起吊安全的前提下，將加固連接好的雙護筒一次吊裝安放入孔。

（7）清孔

旋挖鉆機工法采用無循環泥漿鉆進，鉆渣不能通過泥漿的循環攜帶到地面而沉降，因此清除孔底沉渣，可采用雙層底撈砂鉆斗，在無進尺的情況下，回轉鉆斗使沉渣盡可能地進入斗內，反轉，封閉斗門，即可達到清孔的目的。

（8）鋼筋籠吊放

由于鋼筋籠長度較大，吊裝困難，采用逐段接長法安裝工藝。分節長度應按孔深、起吊高度和孔口連接時間等因素合理選定，本項目選用15～20 m為一節，主筋采用孔口直螺紋套筒連接，相鄰兩節鋼筋籠對接時，其主筋的位置應一一對應，以保證上下鋼筋籠軸線一致，第一節鋼筋籠安裝好后需用鋼管卡住，隨后立馬吊放第二節鋼筋籠，對準后套筒連接，連接牢固后繼續下放鋼筋籠，直至設計標高。

（9）水下灌注混凝土

樁徑900 mm樁型采用直徑為250 mm的導管，樁徑600 mm樁型采用直徑為200 mm的導管，導管使用前應試拼裝、試壓，破損的密封圈應及時更換，導管試壓合格后，方可進行導管安放。首灌正常后持續不停的灌入其余混凝土，中途不得停歇。隨著樁孔內混凝土面的上升，快速將導管逐節拔除，混凝土灌注到樁孔上部5.0 m以內時，可不再提升導管，直到灌注至設計標高后一次拔出。

（10）樁側、樁端后壓漿

SZ1試驗樁采用樁端、樁側壓漿模式，MZ1采用樁側壓漿模式。后壓漿詳細施工步驟如圖2所示。

（11）樁頭加固處理

試樁樁頭處理應先剔除樁頂部的浮漿及松散的混凝土，鑿樁頭過程中應注意保護主筋，處理后的樁頭頂部應平整光滑。本項目樁頭加固設計如圖3 所示。

4 施工質量控制措施

（1）雙護筒穩定性控制

在外套筒外側均勻安放4組φ30 mm的注漿鋼管，并壓注1∶ 0.55的水泥漿（加入適量早強劑）將外套管外50 mm的間隙充滿。

（2）鋼筋籠上浮控制

造成鋼筋籠上浮主要是因為混凝土的表面與鋼筋籠的底部接近，混凝土導管底處于鋼筋籠底以下3 m至以上1 m之間的位置時，混凝土的灌注速度太快致使其下落時向上反沖，而鋼筋籠的自身重量又不足以抵消其向上的頂托力。

施工過程中應采取措施防止鋼筋籠上浮，首先當混凝土的表面在鋼筋籠底部上下約1 m的位置時，降低灌注混凝土的速度，小于0.4 m3·min-1為宜。其次鋼筋籠吊放完畢后可將上端與護筒焊接固定，此時護筒也可以承受一部分頂托力，可以起到一定的防止鋼筋籠上浮的作用;最后混凝土導管應保持在鋼筋籠中間，若有偏移，則應該邊旋轉邊起吊導管。

（3）鉆孔深度大，易發生塌孔事故

樁長較長，并且有空樁施工，鉆孔深度較深，施工前必須要調制好泥漿，施工過程中控制好孔內泥漿高度，保證水頭壓力，防止塌孔事故發生。如發生塌孔及時向孔中填入好土并壓實，靜止一段時間后再行施工。

（4）孔底沉渣的控制

泥漿護壁灌注樁的孔底沉泥，嚴重影響樁端承載力的發揮，因而采用泥漿護壁灌注樁時必須注意清底工藝，否則易留下隱患（史佩棟，2015）。旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣的成因主要有：樁孔孔壁塌落、泥漿沉淀、鉆孔殘留等（房召亮，2020）。

要求必須分兩次清孔，鉆進孔深達到設計深度后，進行第一次清孔，第二次清孔在鋼筋籠和導管安裝完成之后進行，當檢測沉渣厚度不符合要求時，采用氣舉反循環等方法進行排渣。清孔后用測繩捆綁重鐵并下放，檢測沉渣厚度，在滿足要求后立即組織灌注混凝土施工。

（5）后注漿控制

后注漿作業的起始時間是保證能否順利注漿的重點。開塞時間太早則強度不足，樁端質量及樁體強度會遭到高壓漿液的沖射破壞;開塞時間太遲，預埋注漿管被高強度混凝土包裹，注漿頭的橡膠膜可能會打不開而無法注漿。

注漿壓力的控制也是保證成樁質量的關鍵因素，壓力太大注漿管可能會被破壞，壓力太小則會因為漿液充填不足而達不到增強樁體承載力的要求，應根據設計單位給定的注漿壓力設計值施工。后注漿施工過程中，應經常對后注漿的各項工藝參數進行檢查，發現異常則需采取相應的處理措施。

5 結論

采用低應變法進行試驗樁樁身完整性檢測，結果樁身完整無明顯缺陷;采用慢速維持荷載法進行單樁豎向抗壓、抗拔承載力檢測，單樁承載力檢測加載總量為單樁承載力極限值的1.2倍，SZ1、SZ3、SZ4加載總量分別為21 600 kN、1800 kN、2280 kN，檢測完成后樁身未被破壞。檢測結果表明試驗樁施工工藝可行，雙護筒設計合理，試樁承載力及樁身質量達到預期的效果，有效指導了后期大面積工程樁施工，期望為類似工程建設中樁基礎設計與施工提供借鑒。

參考文獻：

房召亮，2020. 旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣的質量控制[J]. 珠江水運（21）：32-33.

蔣牧，陳江，李培，等，2017. 清摩阻雙護筒在超長試樁中的應用[J]. 施工技術，46（21）：102-105.

賈中興，2018. 太原地區某工程試樁靜載試驗檢測問題分析[J]. 山西建筑，44（1）：81-82.

彭滿華，陳志新，張海順，等，2020. 某工程試樁承載力異常原因分析及解決措施[J]. 巖土工程技術，34（4）：225-228+233.

史佩棟，2015. 樁基工程手冊：樁和樁基手冊[M]. 2版.北京：人民交通出版社股份有限公司.

陶延鵬，2017. 旋挖鉆機鉆孔灌注樁施工技術及常見質量問題[J]. 住宅與房地產（24）：218.

王輝，余地華，汪浩，等，2011. 天津117 大廈高承載力超大長徑比試驗樁施工技術[J]. 施工技術，40（10）：23-25.

王衛東，吳江斌，2012. 上海中心大廈樁型選擇與試樁設計[J]. 建筑科學，28 （S1）：303-307.

楊春霞，范秋轉，張盟，等，2014. 國家金融信息大廈試樁設計[J]. 建筑科學，30（11）：117-122.

周應茂，2019. 不良地質情況下旋挖鉆機快速成孔快速施工技術[J]. 低碳世界，9（3）：224-225.