淺談TSC樁在塔吊基礎中的應用

陳偉

(福州高新區投資控股有限公司， 福建 福州 350000）

1 概述

TSC樁全稱預制高強混凝土薄壁鋼管樁， 又稱薄壁鋼管離心混凝土管樁， 采用Q235B或Q345B的鋼板 （鋼帶） 卷曲成型焊接制成的鋼管內澆筑混凝土，離心成型， 混凝土抗壓強度不低于80MPa， 具有豎向抗壓承載力、 水平抗剪能力、 穿透力強以及成樁速度快等特點的新型管樁。 TSC樁是近年由國內自主研制開發的管樁， 這種新型管樁集鋼管樁、 鋼管混凝土樁、 離心混凝土管樁及離心鋼纖維混凝土管樁的優點于一身， 正逐漸被建筑界人士認識并使用。

2 TSC樁的產品技術特點

按照截面外徑 TSC 樁分為 400mm、 500mm、600mm、 800mm等規格， 按照產品采用的鋼管材質牌號， TSC樁分為兩種型號： 采用Q235B的為Ⅰ型， 采用Q345B的為Ⅱ型。

TSC樁與目前廣泛應用的PHC樁相比具有以下特點。

單樁豎向承載力和水平抗剪承載力高： 行業標準JG/T 272—2010 給出了預制高強混凝土薄壁鋼管樁樁身軸向承載力設計值， 以TSC-Ⅰ-400 -90 -6 -12為例， 其樁身軸向承載力設計值為3796KN， 而同直徑同混凝土強度等級的PHC樁PHC400 -95 -A為2250KN， 前者比后者高出1.7 倍， 相當于直徑700 的C30 灌注樁樁身承載力。 資料顯示TSC樁的樁身抗側彎能力好， 抗剪強度設計值大， 是同直徑PHC樁的3 倍。

沉樁速度快、 穿透力強、 抗錘擊能力強： 由于TSC樁外套鋼管， 內注高強度混凝土， 其強度、 塑性和韌性遠高于PHC樁， 因此打入容易度遠優于PHC樁， 平均錘擊數1000 -1200 擊能順利穿透地基較厚硬夾層。 無論采用錘擊還是靜壓， TSC樁樁端都可以進入強風化巖層， 獲得較高單樁承載力， 能較好地滿足超高層建筑基礎荷載較大的要求。

耐久性能好、 防腐蝕處理方便、 成樁質量優、應用范圍廣、 安全文明施工、 效益、 造價合理。

3 工程應用

3.1 工程概況

“福州高新區數字經濟產業園9#地塊建設工程”位于福州閩侯縣上街鎮馬排村， 屬住宅、 酒店、 辦公及配套用房建筑。 項目總建筑面積為109522m， 其中地下室建筑面積為 30084m， 地上建筑面積為79428m。 總工期 21 個月， 由 2 棟 26 層住宅樓 （5#、6#樓）、 1 棟 7 層辦公樓 （4#樓）、 一棟 25 層住宅及附屬配套用房 （3#樓裝配式建筑）、 1 棟19 層酒店及商業 （1#樓）、 1 棟 4 層商業 （2#樓） 組成， 共用四臺塔式起重機， 地下為兩層地下室。 因地下水位高，距原地面約4m， 工期短、 任務重， 為了加快施工進度， 設計塔吊承臺位于地下水上部， 位于地下室負一層處， 為了確保施工安全， 因此塔吊基礎采用 TSC樁基。

3.2 工程地質情況

本工程位于福建省福州市高新區內， 施工原始地形屬河流沖積平原地貌。 場地位于烏龍江西側， 高崎河的東側和北側， 場地地形較為平坦， 已基本整平。場地現狀標高為羅零高程系統5.54 ～9.18m， 場地整平標高約為羅零高程系統8.00m。

場地東側隔高新大道為在建的融僑馬排02 地塊工程； 西側為福州清華紫光科技園； 南側現為荒地；北側為在建的福建萬山新能源技術有限公司總部大樓工程。 場地內現為荒地， 大部份區域以粘性土、 砂以及碎石、 水泥等建筑垃圾回填而成， 回填時間大約在5 年以內。 經勘探揭示， 場地巖土層除表層雜填土外，第四系地層主要為中砂、 淤泥質土 （夾砂） 和碎卵石層， 基底為花崗巖及其風化產物。 勘察揭示的巖土層自上而下劃分為①雜填土、 ②-1 中砂、 ②-2 中砂、③淤泥質土 （夾砂）、 ④中砂、 ⑤碎卵石、 ⑥砂土狀強風化花崗巖、 ⑦碎塊狀強風化花崗巖。 另局部分布有③-1 中砂、 ⑥-1 碎塊狀強風化核、 ⑥-2 中等風化核和⑦-1 中等風化核等亞層或夾層。

各巖土層現分述如下。

1） ①雜填土 （Q4ml）： 褐黃色、 灰褐色， 松散～稍密， 場地表層局部區域為30 ～50cm耕植土， 含有豐富的植物根系。 大部分區域以粘性土、 砂以及碎石、 水泥砌塊等建筑生活垃圾堆積而成， 局部夾有塊石、 磚、 石等， 硬雜質含量約 10% ～25%， 堆填時間大約在5 年以內。 預應力管樁極限側阻力標準值qsik=25KPa， 極限端阻力標準值 qpk =0KPa； 2） ② -1中砂 （Q4al）： 灰黃、 飽和、 稍密和中密、 局部松散，沖積成因， 以石英中砂為主， 含細砂、 粗砂、 礫砂等， 分選較差。 預應力管樁極限側阻力標準值qsik =70KPa， 極限端阻力標準值 qpk =0KPa； 3） ② -2 中砂 （Q4al）： 灰黃、 飽和、 中密、 密實， 沖積形成，以石英中砂為主， 含粗砂、 細砂、 礫砂等， 分選較差。 該層標準貫入試驗擊數N實測值16 ～33 擊， 平均值24.27 擊。 預應力管樁極限側阻力標準值qsik =80KPa， 極限端阻力標準值 qpk =3500KPa； 4） ③淤泥質土 （夾砂） （Q4m+al）： 深灰色， 飽和， 流塑，淤積、 沖積形成， 含腐殖質、 爛木、 云母片等。 預應力管樁極限側阻力標準值qsik =25KPa， 極限端阻力標準值 qpk =0KPa； 5） ③ -1 中砂 （Q4al）： 深灰、淺灰色， 飽和， 中密， 沖積成因， 以石英中砂為主，含粉砂、 粗砂等， 分選差。 標準貫入試驗擊數N實測值25 擊 （1 次）， 厚度為 3.20m。 預應力管樁極限側阻力標準值qsik =75KPa， 極限端阻力標準值qpk =0KPa； 6） ④中砂 （Q4al）： 深灰、 淺灰色， 飽和， 中密， 沖積成因， 以石英中砂為主， 含粉細砂、 粗礫砂等， 分選差， 預應力管樁極限側阻力標準值qsik =80KPa， 極限端阻力標準值 qpk =6000KPa； 7） ⑤碎卵石 （Q4al+pl）： 灰黃色， 飽和， 中度密為主， 局部松散或密實， 沖洪積成因， 卵石顆粒約占50.31%～63.99%， 充填物以礫砂、 粗砂及粘性土為主， 其中， 礫砂約占 8.06% ～16.06%， 粗砂約占 6.12% ～12.25%， 中砂約占 4.39% ～9.06%， 細砂約占2.50% ～6.45%， 細粒土約占 6.09% ～19.97%， 充填較密實， 級配較好， 分選差， 一般粒徑在2 ～10cm，少量為10 ～15cm， 個別粒徑大于100cm。 預應力管樁極限側阻力標準值qsik =140KPa， 極限端阻力標準值qpk=10000KPa； 8） ⑥砂土狀強風化花崗巖 （γ53）：淺黃色、 淺綠色， 母巖為花崗巖， 散體狀花崗結構，巖體的結構體已大部分被破壞， 礦物質成分已顯著改變， 巖芯風化嚴重， 呈砂土狀， 局部夾有大量的碎屑狀顆粒， 巖芯用手易掰開， 遇水易軟化、 崩解， 巖石基本等級為V級。 未見臨空面、 破碎巖體、 洞穴及軟弱夾層。 該層標準貫入試驗擊數N實測值54 ～78 擊，平均值64.54 擊。 部分地帶 （ZK21#） 層中見⑥ -1碎塊狀強風化核， 巖體性質與⑦碎塊狀強風化花崗巖相同， 厚度為0.40m。 部分地帶 （ZK34#） 層中見⑥-2 中等風化核， 巖體性質與⑦-1 中等風化核相同，厚度為0.40m； 9） ⑦碎塊狀強風化花崗巖 （γ53）：淺灰色， 母巖為花崗巖， 主要成分為石英、 長石， 含少量黑云母和角閃石， 中細粒花崗結構、 塊狀構造，巖體結構已大部分破壞， 礦物成分變化明顯， 風化裂隙發育完全， 呈碎塊狀， 巖芯用手易折斷， 遇水易崩解， 巖體為極破碎完整程度， 巖體為軟巖堅硬程度，巖石為V級基本質量等級。 未見臨空面、 破碎巖、 體洞穴及軟弱夾層。

3.3 塔吊地基基礎設計方案分析與確定

根據湖北江漢建筑機械工程有限公司的QTZ80（變頻） （TC5613A-6） 型塔式起重機廠家提供的基礎受力情況， 其最大傾覆彎距M=2285KN.m， 塔機自重標準值： Fk=550kN

塔吊標準節為1.6m×1.6m×2.5m。 塔吊基礎采用4 根 TSC-I-500 -100 -10 管樁， 樁間距為4.00m， 上 設 承 臺， 承 臺 平 面 尺 寸 為 5000mm ×5000mm×1400mm（承臺混凝土強度C30P6、 基礎墊層混凝土強度C20）， 承臺面筋底筋為C20@200， 拉筋為 φ10@400。

TSC管樁是預制高強混凝土薄壁鋼管樁， 采用牌號為Q235B的鋼板經卷曲成型焊接制成的鋼管內澆筑混凝土， 經離心成型， 混凝土抗壓強度不低于80MPa， 具有承受較大豎向荷載和水平荷載的新型基樁制品。 TSC-I-500 -100 -10 管樁直徑 500mm、 樁壁厚度 100mm、 鋼管厚度 10mm， 樁身極限彎矩為725。

靜壓管樁的施工要點及操作工藝。

1） 場地平整后放線定位， 并會同技術人員對現場的軸線及樁位點進行核驗； 2） 使用管樁的品種規格必須符合設計的要求， 樁機的夾持部位應滿足管樁截面形狀要求且樁身不發生夾裂破壞等現象； 3） 送樁器端面與管樁頂面接觸應平整， 中心軸線與送樁器垂直， 喂樁時， 管樁合縫位置兩側樁身或樁身鋼模對接位置應避開直接接觸夾持機構， 第一節帶有樁尖插入地面0.5 ～1.0m時應嚴格調整樁的垂直度， 偏差不得在于規范的要求的0.5%， 驗收合格后繼續施工；4） 當進入較硬土層后， 禁止通過挪動設備等方法強行糾偏， 每根樁連續一次施工底， 接樁、 送樁需連續進行。

基坑土方開挖后， 應及時施工管樁水平支撐桁架， 支撐采用焊接連接 （應符合構造要求， 按規范施工）， 另外在底板下設置5.3m×5.3m×0.3m的C30砼板， 在管樁兩邊設300 ×400 的暗梁， 具體詳見附圖。 鋼桁架施工后及300 厚混凝土板強度達到75%以上方可開始使用塔吊。

4 結語

通過建設、 施工等各方的努力， 目前數字經濟產業園9 地塊項目工程進展順利， 主體結構施工中， 塔吊使用正常， 塔吊基礎沉降及傾斜等均在允許規范范圍內。 TSC樁在該項目中的成功運用， 為在沿海地質結構區推廣使用TSC復合型樁基礎打下良好的基礎，也為工程進度、 質量、 安全等方面提升工程效益。