超长静压预应力混凝土管桩引孔沉桩技术的应用

刘咏庆

【摘要】通过大丰中交美庐城项目11#、12#楼的桩基础的施工实践，首次验证了超长静压预应力混凝土管桩引孔沉桩技术在江苏大丰或类似地质条件地区的适用性，为类似工程提供了借鉴。

【关键词】预应力混凝土管桩；引孔沉桩技术；

1 前言

由于桩身质量稳定、施工速度快、成本低，近年来预应力高强度混凝土（PHC）管桩在工业与民业建筑领域得到了广泛的应用。本文结合大丰中交美庐城项目超长静压预应力混凝土管桩引孔沉桩技术的施工实践，首次验证了该技术在江苏大丰或类似地质条件地区的适用性，并对施工过程中积累的一些经验进行了总结。

2 工程概况

2.1工程概述

中交美庐城项目位于江苏省大丰市老市政府地块，占地101亩，总建筑面积约22.4万平方米。其中11#、12#住宅楼为地下2层、地上29层，建筑面积为35601㎡，总高度为88.50m。本工程建筑抗震设防烈度为7.5度，设计使用年限为五十年，建筑结构安全等级为二级。

2.2场地水文地质条件和周边环境条件

2.2.1地质条件

根据本工程的岩土工程勘察资料的勘察成果，该工程与11#、12#楼桩基础设计、施工相关的土层分布从上至下描述如下：

1.素填土（Q4ml）： 灰色，湿，以黏质粉土为主，夹大量碎砖、砼块等建筑垃圾及植物根茎，土质松散，不均匀。层底标高：-0.19～1.67m，揭穿层厚：0.40～2.70m。

2.黏质粉土（Q4m）： 黄色，湿，稍密，夹较多软塑状黏性土条带，土质欠均匀。层底标高：0.32～0.55m，揭穿层厚：0.80～1.20m。

3.淤泥质粉土（Q4m）： 灰黄～灰色，很湿，稍密，夹较多淤质黏性土薄层（单层厚3～10mm），层理清晰，土质欠均匀。层底标高：-5.01～-0.44m，揭穿层厚：0.90～5.40m。

4.黏质粉土（Q4m）： 灰色，很湿，稍密，夹少量中密状粉砂团块及淤质黏性土条带，土质欠均匀。层底标高：-5.62～-2.65m，揭穿层厚：0.90～4.60m。

5.砂质粉土（Q4m）： 灰色，很湿，中密，夹较多粉砂团块及少量淤质黏性土条带，土质不均匀。层底标高：-13.85～-12.15m，揭穿层厚：7.50～12.20m。

6.粉砂（Q4m）： 灰色，饱和，中密～密实，夹少量淤质黏性土条带，颗粒级配良好，平均黏粒含量为6.2%，土质不均匀。层底标高：-23.98～-22.15m，揭穿层厚：9.00～11.20m。

7.砂质粉土（Q4m）： 灰色，湿，中密，局部密实，夹少量淤质黏性土条带，土质不均匀。层底标高：-34.81～-23.91m，揭穿层厚：1.00～12.00m。

8.黏质粉土（Q4m）： 灰色，很湿，稍密，夹较多淤质黏性土薄层（单层厚3～10mm）及少量中密状粉砂团块，层理清晰，土质欠均匀。层底标高：-30.80～-27.09m，揭穿层厚：0.70～5.50m。

9A.砂質粉土（Q4m）：灰色，湿，中密，夹较多淤质黏性土薄层（单层厚3～10mm），层理清晰，土质不均匀。层底标高：-30.99～-28.55m，揭穿层厚：1.10～3.40m。

9B.砂质粉土（Q4m）： 灰色，湿，中密～密实，夹较多粉砂团块及少量淤质黏性土薄层（单层厚3～12mm），层理清晰，土质不均匀。层底标高：-32.62～-29.99m，揭穿层厚：1.20～3.80m。

9C.黏质粉土（Q4m）：灰色，很湿，稍密～中密，夹较多淤质黏性土团块及中密状粉砂薄层（单层厚4～12mm），层理清晰，土质欠均匀。层底标高：-35.17～-30.77m，揭穿层厚：1.30～5.30m。

10.黏质粉土（Q3mc）：灰色，很湿，稍密，夹较多淤质黏性土薄层（单层厚3～10mm），层理清晰，土质欠均匀。层底标高：-40.58～-37.78m，揭穿层厚：3.70～5.90m。

11.砂质粉土（Q3mc）：灰色，湿，密实，局部中密，夹较多粉砂团块或薄层（单层厚3～15mm），土质不均匀。层底标高：-41.07～-40.25m，揭穿层厚：0.90～2.80m。

12.黏土（Q3mc）： 灰～灰黄色，饱和，可塑，夹较多中密状粉土团块或薄层（单层厚4～10mm），夹较多钙质结核（核径0.5～5.0cm），土质较均匀。层底标高：-46.87～-46.60m，揭穿层厚：5.80～6.30m。

2.2.2水文条件

1.场地地下水

对本工程基坑有影响的地下水类型主要为孔隙潜水。勘察期间测得钻孔内孔隙潜水初见水位标高在0.72～0.77m之间，稳定水位标高在0.80～0.87m之间，根据水文地质观测资料，近期内年最高地下水位为1.68m，历史最高地下水位为1.70m、历史最低地下水位为0.35m，地下水位年变化幅度为1.30m左右。

2.场地地表水

对本工程基坑有影响的地表水主要为其东侧西子午河，距本工程基坑边界最近处约25.0m。西子午河河水与本场地地下孔隙潜水之间存在一定的水力联系。

2.3设计方案

该工程结构为剪力墙结构，由于11#、12#楼为29层的高层住宅（高度88.5m），勘察、设计单位认为桩基础如采用静压预应力混凝土管桩沉桩难度非常大，因此均建议优先采用钻孔灌注桩。通过经济测算和工期预估，项目公司认为钻孔灌注桩成本高、施工进度慢、质量不易保证，坚持采用预应力混凝土管桩，但必须优化施工工艺确保施工质量和结构安全。设计方案确定为采用PHC-600（130）AB-C80型预应力混凝土管桩，单桩承载力特征值2500KN，桩中心距2400mm，沉桩深度45m，设计有效桩长39m，设计桩端持力层为12层黏土层。桩数为11#楼193根、12#楼123根，合计316根。由于项目位于市中心，采用静力压桩法施工。设计要求既要满足单桩承载力要求，又要满足单桩有效桩长要求，属于双控指标的端承桩和摩擦桩复合受力桩体。

3 施工前准备

3.1施工方案确定

根据项目公司对大丰市类似工程的前期调研结果，其他项目静压PHC-600（130）AB-C80型预应力混凝土管桩有效桩长最长30米，且施工过程中异常桩比例高，超过了30%，均采取了补桩措施，施工周期长，质量不易保证，补桩费用高。有些项目直接放弃了静压预应力管桩而采用钻孔灌注桩进行施工，但施工成本成倍增加，施工进度慢并且需要泥浆外运。本工程设计的静压法施工PHC-600（130）AB-C80型预应力混凝土管桩在大丰当地沉桩深度最深、难度最大。

通过对地勘报告、类似工程、以往工程经验的认真总结、研究，经勘察、设计、监理单位会商，一致认为11#、12#楼桩基础设计有效桩长超长，地质条件方面第5、6、7、9B、11层均为砂性土，比较密实，强度较高，厚度较大，并且项目离西子午河太近，地下水位较高，即便采取了合理的压桩施工顺序和孔隙水压力消散的措施，群桩施工时的挤土效应和孔隙水压力的瞬时集中都不可避免，静压沉桩施工时穿透这几层的难度很大，很难保证有效桩长，如果异常桩比例过高，项目的结构安全就得不到保证，后期再采取措施补桩又将造成工期延误、费用增加。

根据以往工程经验，针对地质情况比较复杂、强度较高的夹层较多、压桩很难达到设计有效桩长的情况，采取先引孔后沉桩的技术可以解决沉桩困难的问题。引孔后再沉桩，可以减小一般沉桩工艺在施工过程中对土壤的挤压效应。在沉桩施工前，引孔机已经按照桩位把桩孔的土壤取出来，形成一个直径比桩径略小的孔洞，在沉桩施工时桩对土壤的摩擦挤压力大大减小。从而避免管桩的上浮和复压现象的发生。但引孔后静压沉桩在大丰当地没有先例，施工是否可行，承载力能否达到设计要求需要通过试桩确定。

为了验证施工的可行性和确定施工技术参数，项目公司决定试采取普通静力压桩和先引孔后静压沉桩两种施工工艺各施工一组三根试桩进行对比分析。

3.2试桩

试桩使用1台1000吨静力压桩机采用静压法施工。引孔采用长螺旋钻机干钻成孔。试桩桩长为45m（4节12m+11m+11m+11m），顶标高2.000m（黄海高程）。为保证桩基行走和压桩时桩基的稳定性和垂直度。根据现场情况和计算结果，对桩基施工场地用2m厚2：8灰土进行了换填。周边设置明沟进行排水和5口降水井进行降水。试桩数量为普通静力压桩法3根，先引孔后沉桩的方法3根，共计6根。试桩按照设计院出具的试桩平面图进行布置。

试桩结果为：

1. 普通静力压桩：沉桩深度45m、45m、36m，最大沉桩压力分别为4785KN、5365KN、7055KN，平均每根桩施工需要时间3小时左右，第3根试桩压桩力接近桩身承载力极限也没有达到设计标高（有效桩长30m），为异常桩。休止时间过后，小应变试验全部符合要求，静载试验前两根检测合格；第3根由于有效桩长不足，加载到第10级（500吨）时发生沉降破坏，承载力不能满足设计要求。

2. 先引孔后沉桩：沉桩深度45m、45m、45m，最大沉桩压力分别为4350KN、4640KN、5075KN，平均每根桩施工需要时间40分钟左右。3根桩全部达到设计标高。休止时间过后，小应变和静载试验检测结果均合格。

3.2试桩结果评价

试桩结果表明，先引孔后沉桩的工艺施工速度快，有效桩长和承载力等指标均能满足设计要求，施工工艺可行。

4 引孔沉桩施工工艺

4.1机械选择

配备长螺旋钻机1台，根据规范预钻孔直径可比桩径小50～100mm， 一般取桩径的70%左右，深度视桩距和土的密实度、渗透性而定。本工程桩径为600mm，引孔机配Φ500mm的钻杆，钻孔深度需穿透第9B层密实砂质粉土层，根据地质勘察报告，确定钻孔深度为32m～34m。

4.2施工方法

引孔沉桩就是采用螺旋钻机预先干钻成孔后，再在预先钻好的孔位上静压管桩，使管桩达到设计要求的深度。采用预钻孔沉桩法可明显改善挤土效应，地基明显改善，地基土变位可减少30%～50%，超孔隙水压力值可减少40%～50%，可减少对已沉入桩的挤推和上浮，有利于减少对周围环境的影响。根据现场实际情况，本工程预钻孔深度取32m～34m，钻孔结束之后，挖机平整，进行二次放线，再在原先钻好的孔位置进行静力压桩。

4.3施工工艺流程

钻机组装调试→施工放线定位桩位及高程→相关人员复核、验收建筑物轴线、桩定位→螺旋钻机就位→钻杆对正桩位→调整钻杆垂直度→开动电机钻孔→测量孔深→记录备案→引孔回填平整→现场二次放线→静压桩基施工。

4.4施工要点

1.由于压桩力较大，为了确保桩身强度，应选用质量较好的预应力混凝土管桩，并保证桩的龄期，要求桩身强度达到100%方可进场施工。本项目选用了国内口碑好的建华管桩。桩的制作与施工满足《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的规定；

2.应先对场地进行平整，保证桩机行走的受力要求，静力压桩区作业区应验算场地的承载能力，必要时应对场地进行换填或加固，防止压桩时出现沉陷过大或不均匀下陷；

3.钻机钻杆和桩身垂直度控制非常重要。钻机钻杆垂直度偏差应小于0.5%，第1 节桩入土垂直度偏差应控制在0.5%内， 樁身垂直度偏差小于1%；

4.做好测量和钻机、桩机定位控制。引孔压桩需要二次放线，测量、定位的控制直接影响到施工质量；

5.引孔作业和压桩作业应连续进行，间隔时间不能大于12小时，在软土地基间隔时间不能大于3小时；

6.引孔压桩后土体重新固结、水压力重新平衡的时间较普通静力压桩的施工方法要长，因此休止时间应适当延长，本工程休止时间确定为30天，比《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2014）要求的25天延长了5天，休止期后通过桩基静载检测，被检测桩的承载力全部满足要求；

5 施工任务完成情况和经济技术评价

5.1施工任务完成情况

在试桩检测完成后，大丰中交美庐城项目11#、12#楼桩基础应用引孔沉桩技术开始施工，1台钻机配合1台压桩机，20天完成了全部316根桩共计14220米（其中桩长12324米，送桩1896米）的桩基施工，平均每天施工约16根桩（624米）。所有引孔桩的有效桩长、小应变试验结果均满足要求，抽检的4根桩的静载试验承载力也全部符合要求。圆满完成了11#、12#楼桩基础的施工任务，并已顺利通过了各方验收。

5.2经济技术评价

1. 引孔沉桩技术效率高，通过试验和施工比较，引孔沉桩技术平均每根桩施工只需45分钟，普通静压桩即使在沉桩顺利的前提下平均每根桩施工需要约3小时，本工程运用引孔沉桩技术（1台长螺旋钻机、1台静压桩机）比普通静压管桩的施工方法（2台静压桩机同时施工）最少节约工期30天，比钻孔灌注桩（2台钻机同时施工）最少节约工期45天；

2.本工程引孔增加费用约45元/米，加上换填等措施费用，引孔静压桩综合单价约470元/米，按承载力1：1换算钻孔灌注桩直径为800mm，其综合单价约1050元/米，本工程优化后采用了引孔静压桩比最早设计的钻孔灌注桩节约成本55%，共700多万元。

6 结论

通过大丰中交美庐城项目超长静压预应力混凝土管桩引孔沉桩技术的应用，保证了项目11#、12#楼桩基础的施工质量，大大节省了工期和节约了成本，取得了良好的效益。同时验证了该技术在江苏大丰及地质条件类似地区的适用性，对其他项目提供了借鉴。

参考文献：

[1]建筑桩基技术规范（中华人民共和国行业标准JGJ94-2008）

[2] 建筑桩基检测技术规范（中华人民共和国行业标准JGJ106-2014）

[3] 江苏省预应力混凝土管桩基础技术规程（江苏省标准DGJ32/TJ109-2010）