粉砂土黏土互层条件下钢管桩成桩施工控制

侍建华 中国铁路上海局集团有限公司上海上铁建筑工程（集团）有限公司

1 工程概况

本文以盐城黄海路上跨（下穿）新长铁路、徐宿淮盐高铁立交工程为背景，在特殊地质条件下对10 mm厚A630钢管桩施工成桩控制进行分析探究。盐城黄海路项目上跨桥部分为两联七跨现浇PC箱梁结构，第八联跨径布置为(37+68+68+37)m 变截面，第九联为3×34.5 m 现浇等高梁，同为单箱三室截面。为满足现浇梁浇筑，现场采用钢管桩（柱）+贝雷梁+盘扣支架现浇法施工。本项目钢管桩共198 根，采用DZ-90 型振动锤振动锤击法施工，因地质条件的差异，钢管桩施工不能满足设计桩长要求或满足桩长的未能满足承载力要求，为此现场进行钢管桩施工成桩控制研究。

2 地质条件

表1 桩周围地质概况表

根据现场地质勘测资料，岩土层概况、相关岩土物理力学性质指标，桩周围地质概况见表1。

根据支架设计方案，钢管桩底标高为-18.443～-24.913，所处均在2-3 粉砂土层，此土层部分为粉土，饱和，稍密-中密，土质不均，含黏性土及粉土薄层，局部地段呈粉砂与黏性土互层。

3 钢管桩在粉砂土黏土互层中施工分析

3.1 钢管桩试桩

钢管桩进场后，检查验收钢管桩直径、壁厚根垂直度，按照专项施工方案进行钢管桩的锤桩施工，按照设计及专项施工方案要求，钢管桩施工按照桩长及贯入度双控，但在实际施工过程中发现，部分桩当达到设计设计底标高时，未必能满足贯入度要求，桩基承载力达不到要求，而另外有贯入度达到要求的，不能满足设计桩长。为此，现场暂停施工，经过现场技术探讨，对钢管桩出现此种情况可能是因为地质情况引起，所有桩基底标高都在2-3粉砂土层中，本项目在该层地质中含黏性土及粉土薄层，局部地段呈粉砂与黏性土互层。最后决定进行试桩施工，对不同条件的桩都进行锤击施工，以尽量满足设计底标高为主进行试桩施工，现场试桩8根桩，对这8 根试桩进行数据分析，选择具有代表性的桩进行单桩承载力试验，根据承载力条件判断桩入土的深度和贯入度。试桩数据见表2.

表2 试桩原始记录数据表

3.2 用单桩承载力试验研究满足承载力的贯入度值

3.2.1 试桩选择

根据现场试桩结果及现场地势条件，选择了L18-1、L18-4、L19-6 为承载力试验桩，分别代表L18-1 为未达到设计桩长，但贯入度已满足设计值；L18-4 已达到设计桩长，远未满足贯入度要求，L19-6基本达到设计桩长，未满足设计贯入度要求。根据设计提供的单桩承载力特征值进行单桩承载力试验，钢管桩承载力特征值见表3，试桩见图1。

表3 钢管桩承载力特征值表

图1 现场试桩施工

根据特征值表，L18、L19 两排桩基承载力特征值为1 016 kN，取试验值为特征值的2倍，则试验值为2 023 kN。

3.2.2 检测方法

（1）加载方式

现场试验釆用慢速维持荷载法用千斤顶逐级加载，共分10 级加载和5 级卸载，第一级按两倍分级荷载加载。具体加载分级见表4。

表4 加载分级表

采用混凝土预制块作为反力装置，最大压重为2 032 kN。

（2）荷载及沉降测量

荷载值通过油压传感器测量，试桩沉降则通过对称正向布置于桩头位移传感器测量，所有位移传感器均用磁性表座固定，基准梁在独立的基准桩上安装。安装示意图如图2，现场单桩承载力试验见图3。

图2 反力荷重加载示

图3 单桩承载力试验

3.2.3 试验结果及实测曲线

通过单桩承载力试验，得出如下结果（见表5）。

表5 单桩承载力试验结果

具体分析如下，试桩L18-1：该桩加载达到预期最大试验荷载，终止加载。试验加载到2 032 kN 时，总沉降量为28.34 mm，本级沉降未超过上级沉降的5 倍，Q-s 曲线无陡降段，s-Lgt 曲线尾部平缓没有明显向下弯曲，因此该桩极限承载力Qu为2 032 kN（见表6）。

表6 L18-1试桩试验荷载和沉降数据及Q-s曲线，s-Lgt、s-LgQ曲线

试桩L18-4：试验加载到1 828.8 kN 时，总沉降量为78.18 mm，本级沉降超过上级沉降的5 倍，Q-s 曲线出现陡降段，s-Lgt曲线尾部不平缓，有明显向下弯曲，因此该桩极限承载力Qu为1 625.6 kN（见表7）。

表7 L18-4试桩试验荷载和沉降数据及Q-s曲线，s-Lgt、s-LgQ曲线

试桩L19-6：该桩加载达到预期最大试验荷载，终止加载。试验加载到2 032 kN时，总沉降量为26.46 mm，本级沉降未超过上级沉降的5倍，Q-s曲线无陡降段，s-Lgt曲线尾部平缓，没有明显向下弯曲，因此该桩极限承载力Qu 为2 032 kN（见表8）。

表8 L19-6试桩试验荷载和沉降数据及Q-s曲线，s-Lgt、s-LgQ曲线

4 钢管桩在粉砂土黏土互层中的成桩控制

经过单桩承载力试验情况，L18-1虽未达到设计桩长，但承载力已完全满足设计要求，贯入度34 mm/3 min 可作为施工参考，L18-4 桩长已达到设计要求，承载力不满足设计要求，在此承载力下的贯入度1 200 mm/3 min不符合要求，L19-6 桩长基本满足设计值，承载力符合设计要求，贯入度540 mm/3 min 不能满足设计要求，根据现场锤击情况不难发现，桩在此条件下已无法继续锤击贯入，可作为施工参考值。

根据单桩承载力试验得出3根试桩单桩竖向抗压极限承载力算术平均值Qum 为1 896.5 kN， 极差为406.4，不超过平均值的30%，根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)，现场单桩竖向抗压极限承载力取其算术平均值为1896.5kN，则单桩竖向抗压承载力特征值为948.3 kN。L19-6 桩在最大荷载2 032 kN下贯入度为540 mm/3 min，根据试验在1 896.5 kN的承载力下可满足要求，并有余量。现场根据承载力要求及后期拔除考虑，将最终成桩贯入度确定为600 mm/3 min。

经综合分析，在粉砂土黏土互层中为满足钢管桩成桩需求，将成桩控制条件确定为在满足承载力条件下的贯入度值为主，桩底标高仅作为辅助条件，但桩底必须在持力层。最终确定的成桩贯入度600 mm/3 min，上报监理与设计，经过讨论，同意现场钢管桩成桩按照此条件控制。

5 监测

在箱梁混凝土浇筑时，对钢管桩的沉降进行监测，现场所有桩按照每排三根进行编号布点监测，监测点布置在钢管柱上，浇筑过程中的监测数据取L18、L19 两排为例。监测数据见表9。

表9 箱梁浇筑过程中钢管桩沉降监测表

参考支架预压沉降观测规范要求，各监测点连续24 h 沉降值小于1 mm，最终沉降量平均累计值小于5 mm 作为沉降验收控制值。现场钢管桩的沉降监测均在合格范围内，充分证明在满足承载力要求的条件下，控制成桩贯入度为600 mm/3 min是合理的。

6 结束语

在复杂地质条件下大跨度现浇梁施工中，组合体系的钢管支架施工难度大，而钢管桩作为基础，更是要作为重点控制，在钢管桩施工初期，因地质问题使得成桩没有相应的成桩控制条件，经过现场试桩及单根承载力试验，确定了满足现场施工的贯入度600 mm/3 min 作为施工成桩的控制条件，使其必须满足设计承载力要求，以确保施工质量。本文只分析了在粉砂土黏土互层地质下钢管桩施工满足承载力的贯入度作为成桩的控制条件，其他控制因素均未考虑，希望在后期对钢管桩施工的技术、质量控制有更为深入的研究。