水泥土復(fù)合PHC管樁施工技術(shù)探析

黃志輝

（廈門海投工程建設(shè)有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土（Pre-stressed High-strength Concrete）管樁簡(jiǎn)稱PHC管樁，具有施工速度快、抗壓強(qiáng)度高和施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在地基處理和樁基工程中得到廣泛應(yīng)用，但是在管樁施工過程中，如果遇到深厚的卵石層、砂層或者礫石層等地層時(shí)，進(jìn)尺較為困難，管樁進(jìn)入土層還會(huì)產(chǎn)生一定的擠土效應(yīng)。水泥攪拌樁具有造價(jià)低和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在止水帷幕和軟基處理等工程應(yīng)用較廣，但是水泥攪拌樁的單樁承載力較低，無法有效地抵御上部荷載的重壓[1]。如果利用水泥攪拌樁將硬夾層處理成松軟的水泥土樁，在水泥攪拌樁中打入PHC管樁來承擔(dān)豎向荷載，水泥攪拌樁提供側(cè)摩阻力，則兩種工藝的優(yōu)勢(shì)會(huì)得到充分利用與發(fā)揮，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。水泥土樁+PHC管樁則成為水泥土復(fù)合PHC管樁，本文結(jié)合工程案例，分析水泥土復(fù)合PHC管樁施工技術(shù)的應(yīng)用。

1 工程概況

三寶海西物流園A地塊5～21#樓、地下室及室外工程位于漳州市僑興二號(hào)路北側(cè)，漳華路東側(cè)，其中5#～14#樓為地上8層，1層為商鋪和架空綠化，2～8層均為商業(yè)，15#、18#、20#、21#樓均為地上6層，除了20#樓1～6層均為商業(yè)，其余樓都是1層為商鋪和架空綠化，2～6層均為辦公，19#樓為地上5層，1層為商鋪，2～5層均為辦公，15-1#樓、16-1#樓、18-1#樓均為地上1層，使用功能為設(shè)備用房或者商鋪，地下室為1層，主要為設(shè)備用房和機(jī)動(dòng)車車庫之用。該工程總建筑面積約為85964.37m2，上部結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，地下室結(jié)構(gòu)類型為框剪結(jié)構(gòu)。工程所屬區(qū)域的地質(zhì)情況如下：①素填土，主要成分為黏性土，呈松散～稍密狀態(tài)，部分夾雜碎石，層厚0.70～1.40m；②粉質(zhì)黏土，巖質(zhì)風(fēng)化完全，呈可塑～硬塑狀態(tài)，層厚1.80～3.10m；③殘積礫質(zhì)黏性土，石英顆粒占15%～20%左右，灰褐色，屬可塑狀態(tài)，層厚2.50～4.70m；④細(xì)砂，局部混有黏性土，黏性土占8%～12%左右，呈稍密狀態(tài)，層厚3.90～7.20m；⑤粉質(zhì)黏土，呈軟塑狀態(tài)，層厚1.60～4.30m；⑥中砂，呈密實(shí)～中密狀態(tài)，局部混有粒徑為5～8mm 的卵石，卵石含量占10%左右，層厚8.60～13.20m；⑦全風(fēng)化花崗巖，巖芯呈土狀，風(fēng)化完全，層厚4.10～6.30m；⑧砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，節(jié)理發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)基本破壞，層厚3.30～5.60m；⑨碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，巖石破碎，淺褐灰色，風(fēng)化強(qiáng)烈，層厚8.30～13.50m；⑩中風(fēng)化花崗巖，巖層強(qiáng)度高，塊狀結(jié)構(gòu)，層厚5.40～6.90m。勘探數(shù)據(jù)顯示，穩(wěn)定地下水位埋深約3.5～4.8m。

2 樁基方案的確定

樁基設(shè)計(jì)方案為旋挖樁，成孔方式選用泥漿護(hù)壁方式，由于地下水位高和砂層深厚等原因，樁基在成孔時(shí)塌孔較為嚴(yán)重，成孔困難，塌孔處理既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢，單樁成孔時(shí)間較長，樁基施工工期較短，泥漿護(hù)壁成孔方式難以實(shí)施。根據(jù)砂層深厚、地質(zhì)特征提出砂層所處地方采用鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁的方法，但是鋼護(hù)筒價(jià)格較高，處理地質(zhì)問題的費(fèi)用較高，經(jīng)濟(jì)性較差[2]。樁基設(shè)計(jì)方案更改為預(yù)應(yīng)力PHC管樁，由于深厚砂層照樣很難順利穿透，需要引孔后再沉樁，樁型改變后，布樁形式和數(shù)量均發(fā)生較大的變化，管樁沉樁速度快的優(yōu)點(diǎn)依然無法彌補(bǔ)其造價(jià)高的缺陷。召開專題會(huì)議研究后，樁基方案換成水泥土復(fù)合PHC管樁，采用攪拌鉆機(jī)鉆進(jìn)土體形成水泥攪拌樁，再將PHC管樁同心植入水泥攪拌樁中，從而形成復(fù)合樁。通過鉆進(jìn)、噴漿和攪拌，使得砂層性質(zhì)得以改變，為后續(xù)的管樁植入提供良好的便利條件，從而解決了深厚砂層難以穿透和容易塌孔等技術(shù)難題。該工程水泥攪拌樁的直徑為800mm，水泥摻量為18%，水泥為P·O 42.5，管樁選用預(yù)應(yīng)力PHC管樁，樁徑為500mm，采用靜壓沉樁方式，設(shè)計(jì)要求樁端嵌入碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖2.0m。

3 水泥土復(fù)合PHC管樁工藝原理

水泥土復(fù)合PHC管樁是指采用攪拌鉆機(jī)將鉆頭不斷切割土體到達(dá)指定位置，啟動(dòng)泥漿泵將水泥漿通過鉆頭上的噴嘴朝周邊土體進(jìn)行噴射和攪拌，從而形成水泥攪拌樁，在水泥土凝固之前將預(yù)應(yīng)力PHC管樁同心壓入水泥攪拌樁，從而形成水泥土包裹著PHC管樁的復(fù)合樁[3]，如圖1所示。該樁型充分地將管樁高承載力和水泥攪拌樁造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，從而達(dá)到和灌注樁相媲美的承載力效果。當(dāng)受到上部荷載作用時(shí)，將由復(fù)合樁中兩種樁型共同承擔(dān)荷載作用。該工程施工工藝分為兩部分：一部分是攪拌樁，另一部分是管樁，具體如圖2所示。

圖1 水泥土復(fù)合PHC管樁圖

圖2 施工工藝圖

4 水泥土復(fù)合PHC管樁施工技術(shù)

4.1 場(chǎng)地的耐力處理

眾所周知，PHC管樁壓樁機(jī)的重量較大，樁機(jī)底座覆蓋面積較大，對(duì)場(chǎng)地的耐力要求較高，如果場(chǎng)地不經(jīng)過處理加強(qiáng)的話，壓樁機(jī)在移機(jī)過程可能會(huì)出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象。而該工程表層素填土相對(duì)松散，為了避免壓樁機(jī)在施工中出現(xiàn)不安全因素，經(jīng)過計(jì)算后，在素填土上鋪設(shè)0.5m厚的石粉并采用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓數(shù)遍后，場(chǎng)地的耐力能夠滿足施工要求。為了防止個(gè)別地方石粉被破壞產(chǎn)生受力不均勻情況，在施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備厚鋼板，必要時(shí)采用鋼板鋪筑在行機(jī)路線上。

4.2 攪拌樁機(jī)的確定

攪拌樁機(jī)選用多功能鉆機(jī)（如圖3所示），該鉆機(jī)采用先進(jìn)的絞接式立柱和雙斜支撐，支撐與立柱均選用油缸進(jìn)行調(diào)節(jié)，鉆機(jī)底盤較大，縱向規(guī)格為8.0m×2.0m，而兩個(gè)橫向規(guī)格為10.8m×1.8m，立柱直徑為920mm，該鉆機(jī)深度最大可達(dá)55m，立柱的垂直度調(diào)整速度快，底盤平穩(wěn)可靠，可以根據(jù)地質(zhì)情況選擇加壓鉆進(jìn)，擁有2個(gè)動(dòng)力頭，鉆機(jī)動(dòng)力十足，鉆進(jìn)速度快，并能保證葉片攪拌次數(shù)≥300次，行走方式為步履式，移機(jī)靈活。靜壓管樁的樁機(jī)選用常規(guī)的抱壓式壓樁機(jī)，型號(hào)為ZYJ600，壓樁速度快，管樁焊接采用CO2氣體保護(hù)焊。

圖3 攪拌樁機(jī)圖

4.3 攪拌樁施工準(zhǔn)備

樁位測(cè)量定位之后，其樁位偏差值應(yīng)符合規(guī)范要求。多功能鉆機(jī)行走至樁位時(shí)，利用自身底盤穩(wěn)定性和液壓系統(tǒng)對(duì)立柱進(jìn)行調(diào)整，使立柱垂直度符合規(guī)范要求[4]。鉆桿中心線與樁位保持同一直線上，架設(shè)2臺(tái)經(jīng)緯儀對(duì)鉆桿垂直度進(jìn)行校正和復(fù)核，要求垂直度偏差≤0.5%。水泥漿在砂層中凝結(jié)速度相對(duì)較快，為了給后續(xù)管樁施工提供足夠的施工間歇時(shí)間，擬在水泥漿中摻入生石灰和膨潤土[5]，經(jīng)過多次試驗(yàn)確定水泥漿配合比為水泥∶生石灰∶自來水∶膨潤土=1.00∶0.09∶1.60∶0.05，為了準(zhǔn)確地計(jì)量和下料，選用智能拌漿系統(tǒng)，只要在操作端輸入各個(gè)材料的數(shù)量和配合比設(shè)計(jì)情況，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱量下料，攪拌時(shí)間應(yīng)符合規(guī)范要求，水泥漿攪拌后還應(yīng)過濾再排放到儲(chǔ)漿桶中，并在桶中安裝攪拌裝置防止?jié){液出現(xiàn)沉淀離析現(xiàn)象。

4.4 攪拌樁鉆進(jìn)成樁

為了防止輸漿管路出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，在鉆頭切土下沉前應(yīng)少量噴漿。由于多功能鉆機(jī)采用先進(jìn)的電腦云質(zhì)量控制體系，在電腦端將水泥攪拌樁的鉆深、鉆進(jìn)速度、噴漿量、攪拌次數(shù)以及成樁工藝模式等相關(guān)施工參數(shù)輸入后，鉆機(jī)根據(jù)電腦指令進(jìn)行自動(dòng)鉆進(jìn)成樁，而施工過程鉆機(jī)的相關(guān)參數(shù)則通過傳感器實(shí)時(shí)在電腦端顯示，比如鉆頭所處深度、電流值、動(dòng)力頭下壓力、鉆頭鉆進(jìn)速度、鉆機(jī)扭矩和鉆桿垂直度等，根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)情況結(jié)合地質(zhì)資料調(diào)整鉆進(jìn)速度，常規(guī)土層鉆進(jìn)速度為0.8m/min，鉆至砂層時(shí)，應(yīng)加壓鉆進(jìn)和將鉆速調(diào)整為0.5m/min，待穿過砂層再恢復(fù)鉆速為0.8m/min，鉆至持力層則鉆速再調(diào)整為0.5m/min，鉆進(jìn)速度的調(diào)整主要依據(jù)電流值大小為標(biāo)準(zhǔn)[6]。當(dāng)鉆至指定高程時(shí)，利用空壓機(jī)將水泥漿噴射到周邊土體中，噴漿壓力以0.4～0.6MPa為宜，為了保證樁端水泥土質(zhì)量，要求在樁端位置噴漿和攪拌30s，以1.0m/min的速度進(jìn)行提升與攪拌，鉆頭提升高程為樁頂高程+0.5m，將空壓機(jī)關(guān)閉后再重復(fù)上述施工步驟，直至將鉆頭提出地面。

4.5 管樁沉樁

管樁施工應(yīng)考慮到水泥土凝固情況，如果攪拌樁與管樁沉樁的間歇時(shí)間較長，則可能會(huì)出現(xiàn)管樁沉樁困難或者水泥土開裂等施工難題，要求管樁沉樁應(yīng)在攪拌樁施工完成后2h內(nèi)完成。待攪拌樁成樁后將鉆機(jī)移機(jī)到下一個(gè)樁位，同時(shí)對(duì)樁位進(jìn)行二次測(cè)量放線，并嚴(yán)格控制其精度，靜壓機(jī)應(yīng)立即就位，底盤與液壓系統(tǒng)應(yīng)調(diào)整到位，吊樁后應(yīng)及時(shí)夾住樁身對(duì)準(zhǔn)樁位，要求樁位偏差≤20mm，為了保證同心，管樁垂直度偏差≤0.5%，垂直度校正依然采用經(jīng)緯儀[7]，嚴(yán)格按照靜壓樁工藝流程組織施工，接樁時(shí)應(yīng)清除樁端位置所有雜質(zhì)，兩節(jié)管樁對(duì)接應(yīng)準(zhǔn)確，焊縫應(yīng)分層，焊接形式為CO2氣體保護(hù)焊，接樁時(shí)應(yīng)按照要求采用帆布進(jìn)行擋風(fēng)，焊接完成應(yīng)自然冷卻8min，確保焊縫完全冷卻后再壓樁，壓樁力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行復(fù)壓。

5 結(jié)束語

水泥土復(fù)合PHC 管樁按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行攪拌樁取芯，所抽查芯樣完整密實(shí)可靠，90d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果為2.8～3.2MPa≥2.5MPa，滿足設(shè)計(jì)要求；靜載試驗(yàn)過程沉降穩(wěn)定，沉降值實(shí)測(cè)為8.40～11.6mm，靜載試驗(yàn)合格，單樁承載力符合設(shè)計(jì)要求；攪拌樁直徑實(shí)測(cè)值為800～805mm，樁徑符合設(shè)計(jì)要求；管樁與攪拌樁的樁位偏差為6～12mm，同心偏差符合規(guī)范要求。按照管樁直徑500mm、攪拌樁直徑800mm的水泥土復(fù)合PHC管樁，樁長30m對(duì)成樁造價(jià)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算可知工程造價(jià)為17138元，水泥土復(fù)合PHC管樁成樁時(shí)間為1.8～3.5h；而同等樁長與樁徑的旋挖樁的造價(jià)約為26850元，成樁時(shí)間為2d。經(jīng)過對(duì)比分析可知，水泥土復(fù)合PHC管樁工程造價(jià)比灌注樁低，施工速度快，能有效地解決深厚砂層所遇到的施工難題，為類似項(xiàng)目提供參考。