漢口地區(qū)高層建筑首次采用靜壓高強(qiáng)管樁的總結(jié)與思考

1、靜壓高強(qiáng)管樁施工的總結(jié)與思考傅在龍 趙華宜昌市夷陵區(qū)質(zhì)量監(jiān)督站漢口解放大道寶豐路口時(shí)代天驕一期工程由四棟高層建筑和一座獨(dú)立式地下車庫組成。總建筑面積48000。其中，1#樓為底層帶商鋪的公寓式寫字樓，24層。2#、3#、4#樓為底層帶商鋪的住宅樓，16層。本項(xiàng)目被評為“武漢市黃鶴杯組團(tuán)項(xiàng)目”、又被評為“湖北省楚天杯組團(tuán)項(xiàng)目”。漢口地區(qū)的高層建筑在本項(xiàng)目之前一般采用鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)形式。大量的工程實(shí)踐證明，鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)形式是安全可靠的，有成熟的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)。但在城市中心區(qū)施工，灌注樁也顯出它的一些不足。一是施工周期較長；二是泥漿處理困難；三是試樁檢測程序復(fù)雜；四是造價(jià)相對較高。能否采用預(yù)制

2、樁代替灌注樁，這是我們在多年的工程實(shí)踐中一直思考的問題。武漢地區(qū)2002年以前制樁廠主要生產(chǎn)的是預(yù)制方樁，施工單位的靜壓樁機(jī)的噸位一般也沒有超過600T。而漢口地區(qū)地質(zhì)情況是在淤泥質(zhì)下面有較厚的粉細(xì)砂層。預(yù)制方樁在壓力噸位較小的壓樁機(jī)械施工中難以達(dá)到理想的持力層深度。壓樁機(jī)械噸位即使夠大，樁本身強(qiáng)度也難以承受較大的壓樁力而出現(xiàn)爆樁現(xiàn)象。因此，高層建筑中一般沒有采用靜壓方樁的基礎(chǔ)施工形式。高強(qiáng)管樁是近年來在江、浙、粵一帶發(fā)展較快的一種樁基形式。由于采用機(jī)械化離心式生產(chǎn)并采用高強(qiáng)蒸汽養(yǎng)護(hù)，生產(chǎn)速度快、強(qiáng)度高、價(jià)格低，更由于樁的圓形斷面在壓樁過程中阻力較方樁小，且圓形斷面因應(yīng)力分布均勻能承受較大的壓

3、力極限值，特別是大噸位靜壓樁機(jī)的出現(xiàn)，使得高強(qiáng)管樁得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。鑒于上述的分析，我們決定在本項(xiàng)目中試行采用高強(qiáng)靜壓管樁的基礎(chǔ)形式。在武漢建筑設(shè)計(jì)院、中南勘察設(shè)計(jì)院以及武漢市有關(guān)專家的大力支持下，本項(xiàng)目的試驗(yàn)工作獲得基本成功。開創(chuàng)了漢口地區(qū)高層建筑采用高強(qiáng)靜壓管樁的先河。從本項(xiàng)目開始到現(xiàn)在，靜壓高強(qiáng)管樁已廣泛用于漢口地區(qū)高層建筑之中。武漢地區(qū)管樁生產(chǎn)與靜壓樁機(jī)制造和施工已成為武漢建筑產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)重要組成部分。本文從工程總結(jié)的角度，對高強(qiáng)管樁應(yīng)用進(jìn)行膚淺的分析，以期將經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)與同仁分享。一、 時(shí)代天驕建設(shè)場區(qū)地形、地貌與地質(zhì)構(gòu)造：擬建場地位于漢口解放大道和寶豐路的交匯處，原為湖北商貿(mào)廳

4、辦公、住宅小區(qū)。小區(qū)東邊為寶豐路，南邊為解放大道，西邊緊鄰營房街，北邊為營房后街。擬建場地地貌單元屬于長江級階地，地勢較為平坦，實(shí)測各勘探點(diǎn)高程介于22.8323.70米之間。本工程±0.0023.75米，場地平整標(biāo)高為23.50米。擬建場區(qū)覆蓋層系第四系全新統(tǒng)長江沖洪積層，總厚度約49.052.0米，具明顯二元結(jié)構(gòu)特征，從上至下顆粒逐漸變粗。23.0米以內(nèi)以粘性土為主，其中15.023.0米夾粉土粉砂，為過渡帶；23.052.0米以砂性土為主，夾薄層粘性土，底部含卵、礫石；場區(qū)下伏基巖為志留系泥質(zhì)粉砂巖S2f 。擬建場區(qū)地層在勘察深度范圍內(nèi)劃分為以下幾層：雜填土Q4m1,粘土Q4a

5、1+p1，粉質(zhì)粘土夾薄層粉土Q4a1+p1，淤泥質(zhì)粉土，粉土互層Q4a1+p1，粉砂夾粉土粉質(zhì)粘土Q4a1+p1，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土Q4a1+p1，粉細(xì)砂夾中砂Q4a1+p1，粘土Q4a1+p1，含圓礫中細(xì)砂Q4a1+p1，含卵石中粗砂Q4a1+p1。各層土層空間分布及工程特性詳見工程地質(zhì)分層表。層序?qū)用裆頼厚度m空 間分 布巖 性特 征工 程性 質(zhì)1雜填土Q4m10.5-2.1場區(qū)均有分布雜色松散多處地表有1015cm砼地坪以下為建筑生活垃圾及粘性土，含碎石磚塊2粘土Q4a1+p10.5-2.16.09.0場區(qū)均有分布黃褐灰褐，濕，可塑，有明顯沉積層理。fak=95MPaEs1-2=4.

6、0MPa3粉質(zhì)粘土夾薄層粉土Q4a1+p17.49.62.45.1場區(qū)均有分布黑灰色，飽和，軟塑。含少量腐木，上部有2050cm薄層松散粉土，有沉積層理。fak=75MPaEs1-2=3.2MPa4淤泥質(zhì)粉土粉土互層Q4a1+p110.513.21.86.0場區(qū)均有分 布黑灰青灰，飽和，可塑，粉土稍密狀態(tài)。含少量云母片，有沉積層理。fak=95MPaEs1-2=4.5MPa5粉砂夾粉土粉質(zhì)粘土Q4a1+p113.818.00.04.7局部地方缺失或厚度較小青灰，飽和，稍密。以粉砂為主，含少量白云母片，有沉積層理。fak=130MPaEs1-2=9.5MPa6淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉Q4a1+p118

7、.020.61.13.9場區(qū)均有分布青灰，飽和，稍密。以粉砂為主，夾薄層稍密粉土，含白云母片和少量腐木，有砂感。fak=95MPaEs1-2=4.5MPa7粉細(xì)砂夾中砂Q4a1+p119.824.011.515.0場區(qū)均有分布青灰，飽和，中密。主要成分為石英、長石，含白云母片，夾薄層中砂，少量粘性土。fak=200MPaEs1-2=17MPa8粘土Q4a1+p134.535.70.01.8僅部分處有薄層分布其它場地厚度小于50cm青灰色，濕，硬塑。網(wǎng)紋狀結(jié)構(gòu)。fak=200MPaEs1-2=8.3MPa9含圓礫中細(xì)砂Q4a1+p133.636.910.814.5場區(qū)均有分布青灰色，飽和。中密密

8、實(shí)，以中砂為主，中砂粒以上平均含量為61.6fak=300MPaEs1-2=22MPa10含卵石中粗砂Q4a1+p147.148.9本次未鉆穿場區(qū)均有分布青灰色，飽和，中密。以中粗砂為主，主要成分為石英fak=400MPaEs1-2=28MPa（以上內(nèi)容摘自中南勘察設(shè)計(jì)院時(shí)代天驕巖土工程勘察報(bào)告） 二、 高強(qiáng)管樁的設(shè)計(jì)與施工本工程的施工圖設(shè)計(jì)是由武漢市建筑設(shè)計(jì)院完成的。管樁的設(shè)計(jì)具體參數(shù)為：管徑500，樁壁厚125mm，強(qiáng)度C80，型號為AB型，入土深度40m，有效樁長34m，單樁極限承載力4400KN。要求樁尖穿透第8層，進(jìn)入第9層不小于3m。由于武漢建筑設(shè)計(jì)院在漢口地區(qū)高層建筑使用管樁是首

9、次，因此，對試樁工作提出了較高的要求。本工程1#樓塔樓24層帶一層地下室，塔樓部分安排了2根破壞性試樁和1根非破壞性試樁。壓樁設(shè)備采用600噸靜壓樁機(jī)。試樁結(jié)果如下表：樁號樁長樁型號設(shè)計(jì)承載力最大加載量最大沉降量試樁138.6mAB型500（125）C804400KN4400KN25.62mm試樁240mAB型500（125）C804400KN4950KN44.02mm試樁340mAB型500（125）C804400KN4950KN46.91mm試樁1 QS曲線與S-lgt曲線試樁2 QS曲線與S-lgt曲線試樁3 QS曲線與S-lgt曲線 通過試樁施工及檢測可知，漢口地區(qū)高層建筑采用靜壓高強(qiáng)

10、管樁是可行的。幾個(gè)原來擔(dān)心的問題均得到了圓滿解決。(1)現(xiàn)有的樁機(jī)設(shè)備能夠?qū)痘旧蠅旱嚼硐氲某至印?2)現(xiàn)有的AB型C80樁段的本身強(qiáng)度是能夠承受5000KN以下的壓樁壓力而不致破損的。(3)管樁的極限承載力能夠滿足4400KN的設(shè)計(jì)要求經(jīng)過試樁施工及檢測，設(shè)計(jì)院將原設(shè)計(jì)入土深度調(diào)整為38米，有效樁長調(diào)整為33米，并根據(jù)此設(shè)計(jì)組織了工程樁施工。1#樓工程樁采用1臺600T的壓樁機(jī)施工，歷時(shí)33天，總計(jì)壓樁149根。平均每天每臺壓樁機(jī)壓樁4.5根。由于是首次施工，施工速度不盡人意，按測算每臺設(shè)備每個(gè)工作班壓樁68根比較合理。若按每臺設(shè)備每天連續(xù)工作2個(gè)班計(jì)算，一天應(yīng)壓樁1216根。就此推算，

11、1#樓壓樁工期1013天是能夠?qū)崿F(xiàn)的。1#樓所施工的149根靜壓高強(qiáng)管樁中有130根樁完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，即樁尖入土深度和壓樁時(shí)的最大油壓值實(shí)現(xiàn)了所謂的“雙控”。但有19根樁未達(dá)到雙控的要求。具體樁號是：184#、126#、186#、200#、167#、94#1、31#、161#、97#、93#、66#、194#、171#、107#、151#、152#、160#、181#、13#。查閱原始壓樁記錄，這些未達(dá)到雙控的樁位均是壓樁油壓值超過了設(shè)計(jì)要求，而樁尖入土深度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)深度，即所謂“樁壓不到位”。對上述未達(dá)到雙控的樁位，我們組織了相關(guān)檢測單位對其進(jìn)行了高應(yīng)變檢測，檢測結(jié)果表明其動(dòng)測承載力均

12、超過了4400KN。樁側(cè)阻力超過了3000KN，側(cè)阻比重超過70。具體檢測數(shù)據(jù)見下表： 是什么原因?qū)е鲁^10的樁位無法達(dá)到雙控要求，而這些樁位經(jīng)動(dòng)測檢測又能夠達(dá)到極限承載力的要求？十分明顯施工過程中沒有實(shí)現(xiàn)雙控的是樁尖入土深度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而壓樁油壓值均已達(dá)到4400KN以上。因此動(dòng)測檢測結(jié)果均能達(dá)到極限承載力就很自然了。其二，沒有達(dá)到雙控的樁位絕大部分出現(xiàn)在壓樁施工后期，由于壓樁產(chǎn)生土壤中的附加應(yīng)力在一定程度上產(chǎn)生了影響，即所謂“土壤被擠實(shí)了”。其三，分析地質(zhì)剖面，勘察單位認(rèn)定了一個(gè)很薄的第8層，將原本力學(xué)性質(zhì)比較接近的中細(xì)砂層劃段為第7層和第9層。設(shè)計(jì)院根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，在樁尖處于不

13、同地層中時(shí)必須滿足“雙控”。而實(shí)際上這個(gè)第8層可能不存在，或者由于前期的施工第8層的力學(xué)性質(zhì)已經(jīng)有所改善。在經(jīng)驗(yàn)不足的情況下，設(shè)計(jì)院嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，要求施工單位對所有沒有達(dá)到雙控的樁位進(jìn)行了處理。具體方案是增加錨桿樁。在樁基承臺適當(dāng)部位預(yù)留壓樁孔洞，待主體結(jié)構(gòu)施工至3層以上時(shí)，以上部結(jié)構(gòu)作為支撐反力，采用專門設(shè)備將預(yù)制方樁壓入地基，以增強(qiáng)承載能力。1#樓為補(bǔ)強(qiáng)增設(shè)錨桿發(fā)生了10萬多元的費(fèi)用，前后歷時(shí)一個(gè)多月，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)財(cái)。在3#樓4#樓樁基施工的過程中，出現(xiàn)了與1#樓相同的情況，且表現(xiàn)更為嚴(yán)重。其中3#樓管樁97根就有67根單樁最終油壓值達(dá)到設(shè)計(jì)要求，樁身入土深度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。即未達(dá)

14、到雙控條件，占70。面對如此嚴(yán)重的局面，我們冷靜的分析了1#樓、2#樓施工的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，重新組織地勘部門對該區(qū)域進(jìn)行了局部補(bǔ)勘和靜力觸探，結(jié)果顯示排除了原勘探所認(rèn)定的第8層，在認(rèn)真進(jìn)行大、小應(yīng)變檢測的基礎(chǔ)上經(jīng)與勘探及設(shè)計(jì)院共同認(rèn)定，按原地質(zhì)剖面劃分認(rèn)定為未達(dá)到雙控的樁位，實(shí)際上是可按在同一土層中以油壓值為主認(rèn)定的規(guī)范要求來判定合格的。因此，3#樓4#樓未做錨桿補(bǔ)強(qiáng)處理，此舉節(jié)約了近五十萬元的處理費(fèi)用和兩個(gè)多月的施工時(shí)間。大樓建設(shè)過程中嚴(yán)格認(rèn)真的沉降觀察證明我們的判斷是正確的。在1#樓樁基施工中我們還碰到一個(gè)十分棘手的難題。（17）軸與（18）軸承臺與鄰近的商業(yè)大樓距離較近，600T的靜壓樁機(jī)無法

15、靠近進(jìn)行壓樁作業(yè)。原來試圖用該設(shè)備的邊樁器壓樁，但壓力值達(dá)不到4400KN的要求。經(jīng)設(shè)計(jì)、勘探部門現(xiàn)場踏勘并邀請相關(guān)專家研究，我們共同商議決定此處的8根管樁改為700的后壓漿鉆孔灌注樁，樁長32.5米，樁頂標(biāo)高6.95米，砼強(qiáng)度等級為C30。歷經(jīng)一個(gè)月的施工，順利完成任務(wù)。經(jīng)靜載與大、小應(yīng)變檢測，均滿足了設(shè)計(jì)要求。為了使灌注樁與靜壓管樁工作狀態(tài)的一致性，我們還選定了一根臨近的管樁同時(shí)進(jìn)行靜載及大、小應(yīng)變檢測并進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。具體結(jié)果見下表：單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果表編號標(biāo)號入土樁長m最大試驗(yàn)荷值極限承載力殘余沉降量(mm)(KN)沉降mm(KN)沉降(mm)1142（管樁）38.6440025.

16、62440025.6214.122202（灌注樁）40.0440014.03440014.035.98 高應(yīng)變動(dòng)力檢測曲線擬合法分析對比表 樁號最大打擊力KN最大動(dòng)位移mm動(dòng)測承載力KN樁出側(cè)阻力KN實(shí)測波速km/sKN%200(管樁)57235.6645023108.569%3.55209（灌注樁）57573.1746143257.771%3.02通過檢測分析，灌注樁的承載力和靜壓管樁一樣均可達(dá)到4400KN的極限承力的設(shè)計(jì)要求。灌注樁的實(shí)際極限承載力還有較大的富余，且樁側(cè)摩阻明顯高于管樁。在沉降調(diào)整過程中有較大內(nèi)應(yīng)力調(diào)整余地。經(jīng)施工和施工結(jié)算表明，灌注樁施工周期較長，8根樁歷經(jīng)一個(gè)月施工，

17、施工結(jié)算費(fèi)用為14萬元，與當(dāng)時(shí)靜壓管樁的造價(jià)比較是管樁每延長米造價(jià)的2.34倍。本工程自始自終進(jìn)行了嚴(yán)格認(rèn)真的沉降觀測1#樓為24層，累計(jì)觀測時(shí)間為456天，從總共17次觀測可知，最大累計(jì)沉降為-20.84mm，最小累計(jì)沉降為-15.32mm，最大差異沉降為5.52mm，最后三次沉降速率分別為-0.015mm/d、-0.015mm/d、-0.011mm/d。從觀測結(jié)果反映，各點(diǎn)沉降量不大，沉降較均勻，1#竣工后沉降速率達(dá)到建筑物穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。（沉降速度小于沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)0.04mm/d）。3#樓為16層，其靜壓管樁為出現(xiàn)70%未達(dá)到設(shè)計(jì)雙控要求的區(qū)域。累計(jì)觀測時(shí)間為311天，從總共11次觀測結(jié)果可知

18、，最大累計(jì)沉降量為-14.67mm，最小累計(jì)沉降量為-10.06mm。最大差異沉降量為4.61mm,最后三次觀測平均沉降速率為-0.033mm/d、-0.020mm/d、-0.019mm/d。從觀測結(jié)果反映各點(diǎn)沉降量不大，沉降較均勻，竣工時(shí)沉降速率達(dá)到建筑物穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，（其沉降速度小于沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)0.04mm/d）。2#3#樓的沉降情況也非常理想，事實(shí)證明我們在時(shí)代天驕一期工程中所采用的靜壓管樁方案是完全成功的。三、 靜壓高強(qiáng)管樁的應(yīng)用思考（一） 關(guān)于靜壓樁機(jī)設(shè)備筆者有幸于上世紀(jì)八十年代參與武漢市建筑科研所（當(dāng)時(shí)名稱）研制的第一臺60T步進(jìn)式靜壓樁機(jī)的應(yīng)用鑒定工作，至今幾十年過去了，靜壓樁機(jī)壓樁

19、能力已由不足60T發(fā)展到680T甚至更高。由于靜壓樁機(jī)是靠本身的自重通過一定的傳力方式將壓樁力量傳遞到樁段本身的，因此壓樁能力越大的設(shè)備其本身自重和體型也越大。在城市中心區(qū)域施工，越來越重、越來越大的設(shè)備已逐漸制約著壓樁能力的進(jìn)一步提高。特別是夾具部位，設(shè)備最終的油壓值所反映的壓力是靠小小的夾具傳遞到樁段的。因此對夾具的握緊力有很高的要求，出現(xiàn)滑移現(xiàn)象就猶如出現(xiàn)一次地震。我們在一期工程施工中就多次出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，引起周邊居民的強(qiáng)烈不滿，甚至對周邊老建筑物引起破壞現(xiàn)象，這是我們在選用壓樁設(shè)備時(shí)應(yīng)慎重考慮的。壓樁設(shè)備在改進(jìn)過程中要特別注意夾具部位的改進(jìn)。選用壓樁設(shè)備也不是越大越好，能滿足設(shè)計(jì)的極限

20、承載力就行了。武漢地區(qū)壓樁機(jī)設(shè)備制造單位正在試制800T甚至更高的壓樁設(shè)備?？茖W(xué)的發(fā)展是無止境的，但要充分考慮其它的制約條件，如施工場地的限制、地基承載力、樁段本身強(qiáng)度等等。（二） 關(guān)于高強(qiáng)管樁相對于預(yù)制方樁而言，高強(qiáng)管樁的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。特別是近年工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，價(jià)格已接近甚至低于方樁。通過本次工程對樁位的大量高應(yīng)變檢測，高強(qiáng)管樁的樁側(cè)摩阻力占70左右，還剩30應(yīng)該是樁端阻力。如何降低在壓樁過程中的樁端阻力使其更具穿透性應(yīng)該是我們研究高強(qiáng)管樁發(fā)展中的重點(diǎn)。管樁與方樁相比更容易進(jìn)入設(shè)計(jì)持力層，主要是其圓形斷面在壓入過程中應(yīng)力分布比較均勻。其次，樁的空心斷面實(shí)際形成了一個(gè)對土壤的剪切應(yīng)力。如果我

21、們在制樁過程中加強(qiáng)這方面的作用，那壓樁時(shí)的穿透力將有較大幅度的提高。如果我們將首節(jié)樁尖采用鋼制切刀形狀，增加不了多少成本，壓樁時(shí)的穿透能力將有可觀的提高。 隨著大噸位的壓樁機(jī)械的不斷涌現(xiàn)，對樁段本身的強(qiáng)度的要求特別是在壓樁過程中不出現(xiàn)爆樁現(xiàn)象的要求越來越高。因此，在這方面可以研究的課題還是很多的。比如骨料選擇與骨料配比。我們發(fā)現(xiàn)大量的爆樁部位都是沿粗骨料邊緣產(chǎn)生的，這就是壓樁過程中應(yīng)力的集中部位。能否采取一定的物理配比措施，將其應(yīng)力適當(dāng)分散，就可以大大減少爆樁的可能。（三） 關(guān)于壓樁過程的施工組織壓樁過程的施工組織相當(dāng)重要。我們在一期工程施工中有不少這方面的教訓(xùn)。在2#樓壓樁施工中，施工單位先