静压PHC管桩穿越卵石层施工技术探讨.pdf

施工技术 建筑建材装饰 80 静压 PHC 管桩穿越卵石层施工技术探讨 陈游锋 （福建华合现代建筑设计有限公司，福建厦门 361009） 摘要：静压 PHC 管桩具有单桩承载力高、桩身抗裂性好、施工简单等优点，是目前基础工程中应用最广泛的一种基础形式。本 文结合具体工程实例，以静压 PHC 管桩施工技术为背景，主要探讨了先引孔后压桩的施工技术和施工工艺的应用。 关键词：PHC 管桩；静压沉桩；引孔；长螺旋钻孔 中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：16743024（2016）118003 前言 在福建区域，PHC 管桩广泛运用在各大工业建筑和民用建 筑的桩基工程中。但是在福建区域，持力层以上常常存在厚薄 不均的卵石层，有的厚度达十几米且卵石层内存在一定厚度的 软弱夹层。由于传统的锤击法沉桩在市区已被限制使用，且如 果采用锤击法沉桩强行穿透卵石层， 易出现爆头、 爆桩等问题， 影响桩身质量和施工进度；而普通静压法沉桩往往难以完全穿 透较厚的卵石层，导致桩长过短，影响桩基稳定性。这种地质 情况在一定程度上限制了 PHC 管桩的应用。 与锤击法沉桩和单 纯的静压法沉桩相比，采用先引孔后压桩的方法可保证管桩穿 透卵石层后到达持力层，同时也能保证桩身质量和单桩承载力 满足设计要求，且压桩过程顺畅，节约工期。以下本文结合具 体工程探讨一下当遇到卵石层时， 先引孔后压桩的 PHC 管桩施 工技术和施工工艺。 1 工程概况 福州当地某一住宅项目， 总用地面积 21 万 2 m， 总建筑面 积约 89 万 2 m， 设单层地下室， 地下室建筑面积约 17 万 2 m， 地上 3338 层。该工程地质情况自上而下见表 1。通过对当地 现有桩基施工设备的调查，在分析研究地质条件、荷载及变形 的基础上，基础形式确定为静压 PHC 管桩，持力层选择 9-1、 9-2 或 10 层。桩停止沉桩的控制原则：要求以压桩力和标高双 控，桩端全截面进入持力层应不小于 1m，桩长约 2530m，施 工过程中应合理安排打桩顺序，减小挤土效应的影响。 表 1 地质情况 层号 土层名称 厚度（m） 层号 土层名称 厚度（m） 1 杂填土 0.45.6 7 残积粘性土 1.29.5 2 粉质粘土 0.47.1 8 全风化花岗岩 1.513.1 3 淤泥 0.65.4 9-1 散体状强风化花岗岩 最大 33.8 4 中砂 1.05.0 9-2 碎块状强风化花岗岩 最大 18.9 5 粉质粘土 0.86.5 10 中风化花岗岩 最大 19.3 6 碎卵石 0.216.8 其中碎卵石层：灰色、灰褐色，饱和，稍密中密，上 部局部呈松散状态，少量渐变为砾砂。该层以碎石、卵石为主， 含中砂及粘性土，上部碎石内卵石粒径一般为 24cm 左右， 呈稍密状态，向下逐渐增大，一般在 38cm 之间，最大可达 10cm，整体呈中密状态。 在试桩过程中，发现静压沉桩难以穿透较厚的碎卵石层， 需要考虑调整施工方案。 2 基础选型及引孔方案 结合本工程的特点以及地质勘探报告，本工程高层建筑部 分地勘报告建议采用冲（钻）孔灌注桩或 PHC 预应力管桩。冲 （钻）孔灌注桩优势在于穿透力强，稳定性好，单桩承载力高， 但施工工期偏长，造价偏高；PHC 预应力管桩相比冲（钻）孔 灌注桩，具有施工速度快，造价低，福州地区施工设备多，技 术成熟等优势，最终建设单位确定本工程采用静压 PHC 管桩。 采用管桩遇到的问题主要是场地土层中第层碎卵石层，该层 分布、厚度不均，较厚处静压管桩较难穿透，另外本层中存在 相对较软的粉质粘土、中砂、淤泥质土夹层，故不宜作为桩端 持力层。施工中拟先用长螺旋钻孔桩机引孔，然后再静压沉桩 的方法保证管桩穿透该碎卵石层。 2.1 静压 PHC 管桩作业特点 静压 PHC 管桩的具有很多优点，例如施工时无噪声、无振 动、无污染，工期短，适合市区作业；单位面积承载力高；施 工时桩身不产生动应力， 桩身应力均匀，减小了对桩的破坏力； 施工工序简单，工效高等等。但是静压 PHC 管桩也有一定的缺 点，例如设备笨重；单桩长度受限，导致接桩处薄弱；较难贯 穿较厚的坚硬土层，例如卵石层；存在挤土效应，当布桩密集 时，容易引起周围地面隆起，对邻近建筑环境和地下管线会产 生不良影响；对场地的地耐力要求高等等 1。 2.2 长螺旋钻孔干作业法特点 长螺旋钻干作业法是采用长螺旋钻孔桩机钻孔至设计标 高，利用混凝土泵将混凝土从钻头底压出，边压灌混凝土边提 升钻头直至成桩，然后利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混 凝土桩体，形成钢筋混凝土灌注桩。与普通水下灌注桩施工工 艺相比，长螺旋钻孔压灌桩施工，由于不需要泥浆护壁，无泥 皮、无沉渣、无泥浆污染，施工速度快，造价较低。该技术对 地层适应性强，能够顺利穿透卵石层、强中风化岩石等较硬土 层，并能避免桩易偏斜、桩头破损。 2.3 引孔压桩法作业特点 在卵石层较厚，并存在软弱夹层的地质情况下，基础形式 想要采用静压 PHC 管桩，可以采用先引孔再压桩的施工方案。 先引孔能够把上部地层中的大部分岩土取出，减小了碎卵石对 桩端的阻力和周围土体对桩身的摩擦力，然后再静压沉桩，待 桩端进入持力层深度满足设计要求后，只需控制终压力值并复 压 23 次即可。引孔压桩法能有效解决静压 PHC 管桩难以穿 透坚硬土层的缺点，并减小挤土效应。 施工技术 建筑建材装饰 81 2.4 钻孔设备选型 本工程选用 MCZ26B 型步履式长螺旋钻孔桩机，该设备适 用于 CFG 工程桩、灌注桩、地下连续墙、预制桩引孔、软基加 固等各种基础工程。其主要技术参数为：回转角度180； 最大拔桩力为 300KN；动力头型号为 ZZSH480-60,动力头功率 为 255W,最大输出扭矩为 55KNm；最大钻孔直径为 mm600；最大钻孔深为 26m；整机重量为 52t。 3 施工工艺 3.1 引孔压桩法的施工工艺 其具体的工艺流程： 测量定位长螺旋钻孔桩机就位 钻进至设计深度提升钻杆转移钻机至下个桩位静 压桩机就位调平吊桩、喂桩、对准桩位校准垂直度 静压送桩接桩再送桩结束。 当长螺旋钻孔桩机就位时，应对司机室内悬挂的铅垂进行 检查，合格后方可进行施钻，检查内容包括：桩位对中、垂直 度、进尺位置对照线等，钻杆应对准桩位中心，不能发生位移 或倾斜。 当长螺旋钻进成孔时，需要注意三个方面的内容：一是要控 制钻孔的速度，应由慢到快，若发现钻杆摇晃或难钻时，应放缓 钻孔的速度以避免钻具损坏、桩孔偏移，并且钻进过程中，钻孔 不能发生偏差；二是钻进时，当达到控制深度时应立即停钻；三 是为了方便复核地质情况， 钻进时要记录好每米电流变化及突变 位置；四是合理控制提钻速度，避免发生塌孔影响引孔质量。 由于本工程地质条件相对复杂、工期紧，工作量大，引孔 工作应配合静压桩同步施工，尽量做到随引随压。总的施工部 署：安排调入 MCZ26B 型步履式长螺旋钻孔桩机 1 台，日计划 完成引孔 25 根/台，做到与总体施工进度计划相适应。 3.2 引孔压桩法质量控制要点 首先引孔的垂直度偏差不宜大于 0.5%， 引孔作业和压桩作 业应连续进行，间隔时间不宜大于 12h，在软土地基中不宜大 于 3h。 本工程桩基础采用 PHC-500-125-A 静压预应力管桩，要 求引孔直径不大于 400mm，引孔深度根据地勘报告的剖面图， 引孔至碎卵石层底以上约 46m 的深度。为了避免引孔后的塌 孔，对于土层中存在淤泥的勘探孔附近的桩位，引孔应随引随 压，其余区域中间间隔时间不宜超过 6h。 4 PHC 管桩穿越卵石层的其他施工方法介绍及 结合本工程实际情况的分析 4.1 降低竖向承载力特征值取值 对于卵石、中砂、花岗岩等地段，由于基岩面凹凸不平， 往往使桩端阻力作用点偏心，采用预制桩要对承载力折减,通过 降低承载取值，来减少桩端在岩面凸凹面接触应力及桩端阻力 作用点偏心引起的附加弯矩。为了增加桩的抗弯抗裂能力，采 用 AB 型 PHC 管桩。 由于本工程的楼栋基本是 3338 层的高层和超高层建筑， 38 层的超高层建筑基础设计采用桩筏基础，单桩设计承载力特 征值取值为 2400KN。例如一栋 38F 的楼栋，建筑面积 16200 2 m，桩数 172 根，桩中心距 2.02.2m,如图 1 所示。若 降低单桩竖向承载力特征值， 会导致桩距太密，挤土效应严重， 不易保证桩身质量。根据建筑桩基设计规范 （JGJ94-2008） 3.3.13.3.3 条，原设计的桩心距比较合理，对于预应力管桩施 工过程中难以避免的爆桩、 断桩等突发情况也留有补桩的空间。 另外根据地勘报告，土层中碎卵石层粒径较小，在 28cm 之 间，并不会产生较大的偏心，碎卵石层内存在软弱夹层，为保 证基础稳定性设计要求桩基必须穿透该层，减小压桩力更不利 于穿越该层。综合以上原因，决定不降低单桩竖向承载力特征 值取值。 图 1 桩基平面布置图（38F） 4.2 灌芯处理和改进桩尖 第一节管桩压入土中后应立即在管桩内腔底灌 1.52.0 米 高加微膨胀剂的石砼封底，当桩尖在压桩至岩面有损坏时，保 证桩身(桩端)能有足够的强度。 采用井字型桩尖，以便增加抓岩能力，减小桩尖遇斜岩时 偏斜。改进终桩标准：终桩压力值约为承载力特征值的 2 倍或 压力值突然增加(跳表)， 以此压力值锁定油压表稳压几秒， 以桩 端能与岩面“零距离”接触为原则。 本工程桩端持力层为 9-2 碎块状强风化花岗岩，岩体坚硬 程度为软岩，完整程度为破碎，岩体基本质量等级为级，并 不属于非常坚硬的岩石，且碎卵石层卵石粒径不大，十字形桩 尖也能满足穿透部分卵石层的要求，股决定不采用以上两种方 案即可满足施工要求。 4.3 施工效果 本工程采用先引孔后压桩的施工方法，一是有效的解决了 静压 PHC 管桩施工难以穿透碎卵石层， 有效桩长和桩基稳定性 不足的问题，不仅保证了桩基施工质量，也节约了造价；二是 在合理安排施工顺序的情况下， 引孔后再压桩并不会延长工期， 而且经过引孔后， 压桩过程会更加顺利，反而能缩短压桩时间； 三是在一定程度上减少了挤土效应，减少了复压、爆桩等现象 的发生。 在桩基质量检查和验收过程中，选取主楼的一部分桩基进 行了单桩竖向抗压承载力试验，其中两根先引孔再压桩的管桩 的 Q-s 和 s-Lgt 曲线图如图 2 所示。可以看出沉降量在各级荷 载下没有明显的增大迹象，桩基承载力能够满足设计要求。 图 2 试验桩 Q-s 和 s-Lgt 曲线图 （下转第 112 页） 案例分析 建筑建材装饰 112 效、对照总体目标客观评价试验区低碳生态建设现状，对评估 结果分析主要原因。 在专项领域，重点对关系低碳生态实际成效的各个专项领 域予以综合分析。立足试验区特色，以“绿色光明”为核心， 对绿色空间、绿色交通、绿色市政、绿色建筑、产业发展等子 系统进行专项评估。 在重点片区层面，对于光明凤凰城片区这一近期战略地区 的低碳生态实践进行深入评估。 （3）对国家评估标准进行校核和反馈 住建部对绿色城区的考核指标体系在全国是一致的，并未 考虑到地区特色和差异性，在评估中也对指标的适用性和合理 性进行了分析和判断。 对于绿色城区考核指标体系，按照目前发展趋势光明新区 有四项指标难以达标，分析原因主要有两个方面： （1）新城建 设用地人口密度、 建成区毛容积率和路网密度合理、 街区长度， 这三项指标与光明新区以基本建成区为主有关，指标达标需与 城市更新相结合，并非一蹴而就； （2）可再生能源占比这一指 标，则主要与考核指标（20%）在南方地区偏高有关，国家层 面应针对不同地域出台差异化的考核指标。 可再生能源利用率目标横向比较 （注：香港数据为 2017 年和 2020 年） （4）提出系统推进策略建议 结合评估暴露的问题，从总体统筹、重点领域和重点片区 及重点项目三个方面提出系统推进试验区低碳生态建设的策略 和建议。同时，结合光明新区规划管理的特点，提出建立与低 碳生态相适应的规划管理措施建议。在规划管理方面，结合重 点片区和重点项目建设，围绕规划设计、建筑施工、交通、环 境保护、水资源利用、城市管理等重点领域，探索在规划许可、 土地出让等环节中加强低碳生态技术控制要求，完善从规划编 制到实施全过程的低碳生态城市建设管理机制。 3.4 难点和存在问题 （1）评估对象不明确 深圳市建设低碳生态示范市的一大特点是常态化、渐进性 发展，在试验区建设中低碳生态的理念贯彻在城市建设的方方 面面，包含了政策、规划、建设施工、建成运营等多个方面。 对于低碳生态试验区的建设评估是对建设成效的评估，其对象 也包含了政策、规划、建设施工、建成运营的各个方面，这就 意味着评估对象的模糊和不明确。在具体评估中，结合三层次 评估体系，采取在不同层面选取不同评估对象的方法。 （2）评估标准缺失 全国尚未建立低碳生态试验区建设评估的标准和评估体 系，也没有城市或地区开展过类似的低碳生态建设评估。在具 体评估中，一是采用住建部和深圳市部市共建国家低碳生态 示范市框架协议中的要求作为评估标准，包括示范项目建设 情况的评价和低碳生态常态化建设机制的评价；二是以住建部 绿色城区指标体系作为评估标准；三是建立适应本地区特色的 低碳生态指标体系，并以此作为评估标准。 （3）指标难获取 一方面，部分核心指标缺乏监测或统计，难以判断某些方 面城市低碳生态建设的趋势，如地区能源结构、能耗情况、本 地植物指数等。另一方面，由于数据统计口径不统一等问题， 部分指标难以用于评估或者直接影响评估结果，如职住平衡指 数等。 4 后续建议 4.1 动态评估机制建立 定期在试验区开展低碳生态建设评估，是不断发挥试验区 先行先试和示范引领作用、持续推进试验区建设的重要途径。 地区层面的评估主要通过自我检讨和定期评估及与其他地区的 经验交流与比较研究，找出实践以来的不足之处，并提出一系 列具有针对性的规划指导和政策措施，有效推动试验区各项建 设。 4.2 纵向管理体系的搭建 一是坚持从规划到实施全过程的低碳生态盖城市规划管理 与实施，完善相关机制，理顺并建立从诊断规划实施运 营评估的低碳生态全过程机制。二是在全面的定量评估上， 从机构整合、实施组织、监督管理多方面给出政策与建议，打 通从规划到建设过程中各关节和障碍，搭建从规划编制到实施 管理政策到运营监督全方位的纵向管理体系。 4.3 开展核心数据的监测 开展能耗、自然